Флотационная камера

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к флотационной камере для отделения частиц, содержащих ценный материал, от частиц, взвешенных в пульпе.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Флотационная камера, выполненная в соответствии с настоящей полезной моделью, отличается тем, что заявлено в п. 1 формулы полезной модели.
Флотационная камера предназначена для обработки частиц, взвешенных в пульпе, и для разделения пульпы на нижний и верхний продукты. Флотационная камера содержит флотационный резервуар, имеющий центр, периметр и боковую стенку с вертикальной частью и конической нижней частью, содержащей вершину; желоб и кромку желоба, проходящую по периметру резервуара; и опускную трубу, через которую питание пульпы подается во флотационный резервуар; при этом отношение высоты, измеренной как расстояние между вершиной и кромкой желоба, к диаметру, измеренному как диаметр флотационного резервуара по периметру прямой части стенки, составляет 0,9 или меньше. Флотационная камера отличается тем, что опускная труба содержит впускное сопло для подачи питания пульпы в опускную трубу; входное отверстие для сжатого воздуха, причем питание пульпы подвергается воздействию сжатого воздуха, когда оно выходит из впускного сопла; удлиненную камеру, выполненную с возможностью приема под давлением питания пульпы; и выпускное сопло, выполненное с возможностью ограничения потока питания пульпы из выпускного сопла, а также для поддержания подачи питания пульпы в удлиненную камеру под давлением.
В соответствии с одним аспектом полезной модели, предложена линия флотации. Линия флотации содержит стадию флотации и отличается тем, что первая стадия флотации содержит флотационную камеру, выполненную в соответствии с полезной моделью.
В соответствии с другим аспектом полезной модели, предложено применение линии флотации, выполненной в соответствии с полезной моделью, для обработки частиц угля, взвешенных в пульпе.
С помощью описанной здесь полезной модели извлечение мелких частиц в процессе флотации может быть улучшено. Частицы могут, например, содержать частицы минеральной руды, такие как частицы, содержащие металл, или частицы угля.
При пенной флотации минеральной руды повышение качества концентрата направлено на частицы со средним размером от 40 мкм до 150 мкм. Таким образом, мелкие частицы представляют собой частицы диаметром от 0 до 40 мкм, а сверхмелкие частицы могут быть идентифицированы как попадающие в нижний предел диапазона размеров мелких частиц. Крупные частицы имеют диаметр более 150 мкм. При пенной флотации угля повышение качества концентрата направлено на промежуточный диапазон размеров частиц от 40 мкм до 300 мкм. Мелкие частицы при обработке угля - это частицы диаметром от 0 до 40 мкм, а сверхмелкие частицы - это те, которые попадают в нижний предел диапазона размеров мелких частиц. Крупные частицы угля имеют диаметр более 300 мкм.
Извлечение очень крупных или очень мелких частиц является сложной задачей, поскольку в традиционной механической флотационной камере мелкие частицы не так легко захватываются пузырьками флотационного газа и поэтому могут теряться в хвостах. Обычно при пенной флотации флотационный газ вводят во флотационную камеру или резервуар с помощью механической мешалки. Образующиеся таким образом пузырьки флотационного газа имеют относительно большой диапазон размеров, обычно от 0,8 до 2,0 мм или даже больше, и не особенно подходят для сбора частиц, имеющих более мелкий размер.
Традиционно извлечение мелких частиц улучшалось путем использования камер колонной флотации, в которых отсутствие механического перемешивания и введение промывочной воды сверху камеры минимизируют улавливание частиц руды пеной. В колонных камерах пульпа содержит рециркулят из нижней части камеры, закачиваемый в барботер, где пузырьки прикрепляются к частицам. Образованные таким образом агломераты пузырьков флотационного газа и частиц руды нагнетаются обратно во флотационную камеру, где пузырьки поднимаются к слою пены.
Кроме того, скорость загрузки колонной флотационной камеры, а также количество твердого материала в пульпе, подлежащей обработке, должны быть ниже, чем в механической флотационной камере, чтобы предотвратить осаждение частиц на дно флотационной камеры.
В камерах механической флотации и в камерах колонной флотации образование агломератов пузырьков флотационного газа и частиц руды по большей части происходит в пульпе во флотационном резервуаре или другом резервуаре для хранения жидкости. Необходимо обеспечить достаточное время, чтобы позволить агломератам подняться в слой пены и переместиться в этом слое к верхнему переливному желобу для сбора в виде верхнего продукта или концентрата в верхнем переливном желобе.
Для преодоления вышеупомянутых проблем используются так называемые пневматические флотационные камеры, в которых флотационный газ вводится через устройство с большим сдвиговым усилием, такое как опускная труба с питанием пульпы, создавая, тем самым, более мелкие пузырьки флотационного газа, которые могут улавливать также более мелкие частицы уже во время образование пузырьков в опускной трубе. Однако для такой высокопроизводительной флотационной камеры в опускной трубе требуется создание вакуума для эффективного достижения требуемой скорости образования пузырьков для захвата требуемых частиц во время кратковременного нахождения питания пульпы в опускной трубе.
После выхода из опускной трубы агломераты пузырьков и частиц флотационного газа немедленно поднимаются к слою пены в верхней части флотационной камеры, и никакого дальнейшего улавливания частиц в той части флотационной камеры, которая расположена ниже выпускного отверстия из опускной трубы, не происходит. Это может привести к тому, что значительная часть частиц, содержащих требуемый материал (минерал или уголь), просто упадет на дно флотационного резервуара и попадет в хвосты, что снижает степень извлечения флотационной камеры.
Однако, как правило, так называемые высокопроизводительные флотационные камеры или пневматические флотационные камеры типа флотомашины Джеймсона не содержат каких-либо ограничителей потока для управления давлением внутри опускной трубы после того, как произошло образование агломератов пузырьков флотационного воздуха и частиц. Такое управление давлением выгодно также с точки зрения давления, при котором образуются пузырьки флотационного газа (влияние на размер пузырьков), а также для управления относительным давлением, при котором они должны использоваться во флотационном резервуаре. Таким образом, слияние пузырьков после их образования может быть сведено к минимуму. Это является особенным преимуществом, поскольку скорость улавливания частиц пузырьками флотационного газа уменьшается по мере увеличения размера пузырьков (при условии, что соотношение воздуха и жидкости остается прежним).
Кроме того, так называемые высокопроизводительные флотационные камеры могут использоваться в операциях по выделению угля, когда обычно имеется линия флотации, содержащая одну или две такие флотационные камеры в конце контура выделения для извлечения особо мелких частиц угля. В контуре выделения система рециркуляции технологической воды, которая обеспечивает циркуляцию воды из конечной части контура (то есть из линии флотации и контура обезвоживания) обратно в передний контур (начало контура выделения). Флотационные химикаты и в особенности пенообразователи обычно являются источником проблем в процессах, предшествующих линии флотации. Проблемы можно до некоторой степени уменьшить сведением к минимуму использование пенообразователей в линии флотации, но если в процесс флотации добавлено недостаточно пенообразователя, может ухудшиться образование пены в опускных трубах, выполненных в соответствии с уровнем техники, что приведет к нестабильности условий процесса и особенно к нестабильной работе опускной трубы и пенного слоя во флотационной камере, что, в свою очередь, отрицательно повлияет на извлечение требуемых частиц, в особенности крупных частиц.
В известных опускных трубах флотационный газ вводится самовсасывающим образом под вакуумом. Время пребывания флотационного воздуха для его вовлечения в пульпу очень короткое, поэтому система очень чувствительна к изменениям параметров процесса. Пенообразователи следует постоянно добавлять для преодоления эффекта ограничения скорости воздушного потока, необходимого для поддержания или даже увеличения вакуума внутри опускной трубы, чтобы поддерживать как можно более постоянные условия взаимодействия пузырьков с частицами, поскольку пенообразователи предотвращают слипание пузырьков и их подъем обратно в воздушное пространство внутри опускной трубы, не заполненное пульпой. Однако добавление некоторого количества пенообразователя, требуемого для постоянного использования опускной трубы, выполненной в соответствии с предшествующим уровнем техники, создает проблемы в других частях процесса, особенно при работе с углем, как описано выше. Поэтому решение заключалось в уменьшении дозы пенообразователя, что отрицательно влияло на вакуум в опускной трубе, на образование пузырьков, на размер пузырьков и площадь поверхности, а также значительно снижает извлечение требуемых частиц, что делает известные высокопроизводительные флотационные камеры неэффективными при работе с углем.
При использовании флотационной камеры, выполненной в соответствии с настоящей полезной моделью, количество пенообразователя, необходимого для оптимизации процесса флотации, может быть в значительной степени уменьшено без значительного ухудшения образования пузырьков, взаимодействия пузырьков с частицами, стабильного образования пенного слоя или извлечения требуемого материала. В то же время могут быть уменьшены проблемы, связанные с рециркуляцией технологической воды из нижнего по потоку контура в передний. Опускная труба, работающая под давлением, полностью независима от флотационного резервуара. Может быть достигнута лучшая скорость потока флотационного газа, созданы более мелкие пузырьки и оптимизировано использование пенообразователя, так как работа опускной трубы не зависит от дозы пенообразователя.
В решениях, известных из уровня техники, проблемы связаны, в частности, с ограничениями количества флотационного газа, который может подаваться, относительно количества жидкости, протекающей через опускную трубу, и с необходимостью в относительно высоких концентрациях пенообразователей или других дорогостоящих поверхностно-активных веществ для создания маленьких пузырей.
С помощью представленной здесь полезной модели флотация мелких и сверхмелких частиц, содержащих, например, минеральную руду или уголь, может быть улучшена благодаря уменьшению размера пузырьков флотационного газа, вводимых в питание пульпы в опускной трубе, благодаря увеличению скорости подачи флотационного газа относительно скорости потока частиц, взвешенных в пульпе, и благодаря увеличению величины сдвигового усилия или скорости рассеивания энергии либо в опускной трубе, либо рядом с ней. Увеличивается вероятность того, что более мелкие частицы присоединятся к более мелким пузырькам флотационного газа или будут захвачены ими, при этом скорость извлечения требуемого материала, такого как минерал или уголь, улучшается. Во флотационной камере, выполненной в соответствии с полезной моделью, могут быть созданы достаточно маленькие пузырьки флотационного газа, так называемые сверхмелкие пузырьки, чтобы гарантировать эффективное улавливание мелких частиц руды. Обычно сверхмелкие пузырьки могут иметь распределение размеров пузырьков от 0,1 мм до 0,8 мм.
В то же время, извлечение более крупных частиц может поддерживаться на приемлемом уровне благодаря достижению большой доли флотационного газа в пульпе из-за отсутствия областей с высокой турбулентностью в области ниже четвертого слоя. Кроме того, движение суспензии или пульпы вверх во флотационном резервуаре увеличивает вероятность подъема более крупных частиц к слою пены вместе с потоком пульпы.
Путем создания мелких пузырьков флотационного газа или сверхмелких пузырьков, приведения их в контакт с частицами и управления смесью жидкости и агломератов пузырьков флотационного газа и частиц в пульпе, можно максимизировать извлечение гидрофобных частиц в четвертый слой и в верхний продукт или концентрат флотационной камеры, увеличивая, тем самым, извлечение требуемого материала.
В этой полезной модели в отношении флотации используются следующие определения.
Флотация включает явления, связанные с относительной плавучестью объектов. Флотация - это процесс отделения гидрофобных материалов от гидрофильных материалов путем добавления в процесс флотационного газа, например воздуха. Флотация может осуществляться на основе естественной разницы в гидрофобных / гидрофильных свойствах или на основе гидрофобных / гидрофильных различий, возникающих при добавлении поверхностно-активного вещества или химического коллектора. Газ может добавляться к исходному сырью, подлежащему флотации (пульпе или суспензии), несколькими различными способами. Кроме того, пенообразователи или вспенивающие химикаты обычно используются для стимулирования образования пенного слоя, из которого собирается требуемый материал.
Флотация в основном направлена на извлечение концентрата частиц руды, содержащего ценный материал, такой как минерал или уголь. Под концентратом в настоящем документе понимается часть пульпы, извлеченной в верхнем продукте, выведенном из флотационной камеры. Под ценным минералом подразумевается любой минерал, металл или другой материал, имеющий коммерческую ценность.
Флотация включает явления, связанные с относительной плавучестью объектов. Термин «флотация» включает все способы флотации. Флотация может быть, например, пенной флотацией, флотацией растворенным воздухом (DAF) или флотацией индуцированным газом. Пенная флотация -это процесс отделения гидрофобных материалов от гидрофильных материалов путем добавления в процесс газа, например, воздуха. Пенная флотация может осуществляться на основе естественных гидрофильных / гидрофобных различий или на основе гидрофильных / гидрофобных различий, возникающих при добавлении поверхностно-активного вещества или химического коллектора.
Под флотационной линией в настоящем документе подразумевается узел или устройство, содержащее некоторое число флотационных узлов или камер, в которых выполняется стадия флотации и которые расположены в проточном соединении друг с другом для обеспечения возможности создания потока пульпы между флотационными камерами либо под действием силы тяжести, либо с помощью перекачки, чтобы сформировать линию флотации. В линии флотации несколько флотационных камер расположены в проточном соединении друг с другом, так что нижний продукт каждой предшествующей флотационной камеры направляется в следующую или последующую флотационную камеру в качестве питания, вплоть до последней флотационной камеры линии флотации, из которой нижний продукт направляется за пределы линии в виде хвостов или отходов. Также возможно, что линия флотации может содержать только одну стадию флотации, выполняемую либо в одной флотационной камере, либо, например, в двух или большем количестве параллельных флотационных камер.
Пульпа подается через питающее отверстие в первую флотационную камеру линии флотации для запуска процесса флотации. Линия флотации может быть частью более крупной установки для обработки, содержащей одну или несколько линий флотации и некоторое количество других стадий процесса для выделения, очистки и другой обработки требуемого материала. Следовательно, некоторое количество различных устройств или установок для предварительной и последующей обработки может быть оперативно связано с компонентами линии флотации, как известно специалисту в данной области техники.
Под флотационной камерой в настоящем документе подразумевается резервуар или сосуд, в котором выполняется стадия процесса флотации. Флотационная камера обычно имеет цилиндрическую форму и ограничена боковой стенкой или наружной стенкой / стенками. Флотационные камеры обычно имеют круглое поперечное сечение. Флотационные камеры могут иметь многоугольное, например, прямоугольное, квадратное, треугольное, шестиугольное или пятиугольное, или другое радиально-симметричное поперечное сечение.
Под верхним продуктом в настоящем документе подразумевается та часть пульпы, которая собирается в верхний переливной желоб флотационной камеры и, таким образом, покидает флотационную камеру в виде концентрата. Верхний продукт может содержать пену, пену и пульпу или, в некоторых случаях, только или по большей части пульпу.
Под нижним продуктом в настоящем документе подразумевается фракция или часть пульпы, которая не всплывает на поверхность пульпы в процессе флотации. Нижний продукт представляет собой отходящий поток или хвосты, выходящие из флотационной камеры через выпускное отверстие, которое обычно расположено в нижней части флотационной камеры.
Под концентратом в настоящем документе подразумевается плавающая часть или фракция пульпы частиц руды, содержащей ценный материал, такой как минерал или уголь.
Под сверхмелкими пузырьками в настоящем документе подразумеваются пузырьки флотационного газа размером от 0,1 до 0,8 мм, вводимые в пульпу в опускной трубе.
Напротив, «нормальные» пузырьки флотационного газа, используемые при пенной флотации, имеют диапазон размеров приблизительно от 0,8 до 2 мм. Более крупные пузырьки флотационного газа могут иметь тенденцию сливаться в еще более крупные пузырьки во время их пребывания в зоне перемешивания, в которой происходят столкновения между частицами и пузырьками флотационного газа, а также только между пузырьками флотационного газа. Поскольку сверхмелкие пузырьки вводятся в питание пульпы перед его подачей во флотационный резервуар, такое слияние маловероятно со сверхмелкими пузырьками, и их размер может оставаться меньше на протяжении всего времени их пребывания во флотационной камере, влияя, тем самым, на способность сверхмелких пузырьков улавливать мелкие частицы.
В одном варианте выполнения флотационной камеры отношение высоты к диаметру составляет от 0,3 до 0,9.
В одном варианте выполнения флотационной камеры выпускное сопло содержит дроссель для ограничения потока питания пульпы.
Путем принудительного перемещения питания пульпы через дроссель пузырьки, которые образовались в удлиненной камере опускной трубы, еще больше уменьшаются в размере по мере прохождения через выпускное сопло в дросселе.
В одном варианте выполнения флотационной камеры выпускное сопло выполнено с возможностью создания сверхзвуковой ударной волны в питании пульпы, когда оно выходит из удлиненной камеры.
Сверхзвуковая ударная волна создается, когда скорость питания пульпы, проходящего через выпускное сопло, превышает скорость звука, то есть поток питания пульпы запирается, когда соотношение абсолютного давления выше по потоку от выпускного сопла и абсолютного давления ниже по потоку от дросселя выходного сопла превышает критическое значение. Когда указанное соотношение превышает критическое значение, поток питания пульпы ниже по потоку от дросселя выпускного сопла становится сверхзвуковым, и образуется ударная волна. Небольшие пузырьки флотационного газа в смеси питания пульпы разделяются на еще более мелкие из-за того, что они пропускаются через ударную волну и вступают в контакт с гидрофобными частицами руды в питании пульпы, создавая, тем самым, агломераты пузырьков флотационного газа и частиц руды.
В одном варианте выполнения флотационной камеры опускная труба дополнительно содержит импинджер, выполненный с возможностью контактировать с потоком питания пульпы из выпускного сопла и направлять поток питания пульпы радиально наружу и вверх от импинджера.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры импинджер содержит ударную поверхность, выполненную из износостойкого материала.
Импинджер отклоняет поток питания пульпы в радиальном направлении наружу к боковой стенке флотационного резервуара и вверх по направлению к верхней поверхности флотационного резервуара (т.е. к слою пены). Пульпа сильно перемешивается благодаря энергии отклоненного потока и образует вихри, в которых размер пузырьков может быть дополнительно уменьшен благодаря действующим на них сдвиговым усилиям. Благоприятные условия больших сдвиговых усилий также вызывают большое количество контактов между пузырьками флотационного газа и частицами в пульпе внутри флотационного резервуара. По мере того как поток пульпы принудительно направляется вверх к слою пены, турбулентность уменьшается и поток становится относительно однородным, что может способствовать стабильности уже сформированных пузырьков и агломератов пузырьков флотационного газа, особенно тех, которые содержат более крупные частицы.
В одном варианте выполнения флотационной камеры она также содержит контур подготовительной обработки.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры контур подготовительной обработки содержит насосный резервуар, проточно сообщающийся с флотационным резервуаром, причем в насосном резервуаре питание свежей пульпы и фракция пульпы, взятой из флотационного резервуара через выпускное отверстие, могут быть объединены в питание пульпы.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры контур подготовительной обработки также содержит насос, выполненный с возможностью забора фракции пульпы из флотационного резервуара и подачи питания пульпы дальше из насосного резервуара.
Путем забора пульпы со дна флотационной камеры можно гарантировать, что более мелкие частицы, осевшие на дно флотационной камеры, могут быть эффективно повторно введены в ту часть флотационного резервуара, где происходит активный процесс флотации, до того, как более мелкие частицы будут отведены в хвосты. Таким образом, степень извлечения ценного материала может быть улучшена, поскольку частицы, содержащие даже минимальные количества ценного материала, могут быть собраны в концентрат.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры контур подготовительной обработки также содержит распределительный блок, выполненный с возможностью распределения питания.
В одном варианте выполнения флотационная камера содержит от 2 до 24 опускных труб, предпочтительно от 10 до 24 опускных труб.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры опускные трубы расположены концентрично периметру флотационного резервуара на расстоянии от центра флотационного резервуара.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры опускные трубы расположены параллельно боковой стенке флотационного резервуара на расстоянии от боковой стенки.
Точное количество опускных труб внутри флотационной камеры может зависеть от размера или объема флотационного резервуара, от типа собираемого материала и других параметров процесса. Путем размещения достаточного количества опускных труб во флотационной камере может быть обеспечено равномерное распределение сверхмелких пузырьков, а также эффект перемешивания, вызванный сдвиговыми усилиями внутри резервуара.
В одном варианте выполнения флотационной камеры коническая нижняя часть боковой стенки флотационной камеры имеет угол наклона от 10 до 45°, измеренный по отношению к горизонтали флотационной камеры.
Путем выполнения угла наклона к конической нижней части боковой стенки флотационного резервуара можно улучшить удаление хвостов через выпускное отверстие для хвостов, расположенное в нижней части флотационного резервуара. Кроме того, можно уменьшить запесочивание дна резервуара.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры угол наклона составляет от 30 до 40°.
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры угол наклона составляет от 15 до 25°.
Такая конструкция может быть особенно полезной для извлечения частиц угля, взвешенных в пульпе.
В одном варианте выполнения флотационной камеры высота вертикальной стенки флотационного резервуара составляет 1,8 м или меньше.
3
В еще одном варианте выполнения флотационной камеры объем флотационного резервуара составляет не менее 10 м.
Путем выполнения флотационного резервуара с достаточным объемом, можно лучше управлять процессом флотации. Расстояние подъема до слоя пены в верхней части флотационного резервуара не становится слишком большим, что может способствовать тому, что агломераты пузырьков флотационного газа и частиц руды будут оставаться вместе до тех пор, пока слой пены и возврат частиц не уменьшатся. Кроме того, может быть достигнута подходящая скорость подъема пузырьков для поддержания хорошего качества концентрата.
В одном варианте выполнения линия флотации содержит от 1 до 2 стадий флотации, при этом первая стадия флотации содержит флотационную камеру, выполненную в соответствии с описанной здесь полезной моделью.
В одном варианте выполнения линия флотации, выполненная в соответствии с полезной моделью, содержит две стадии флотации, из которых по меньшей мере первая стадия флотации содержит флотационную камеру, выполненную в соответствии с описанной здесь полезной моделью.
В одном варианте выполнения линии флотации стадия флотации содержит по меньшей мере две параллельные флотационные камеры, выполненные в соответствии с описанной здесь полезной моделью.
В одном варианте применения линии флотации пенообразующие реагенты добавляются в стадию флотации в количестве 12 частей на миллион или меньше.
Путем добавления даже минимального количества пенообразователя или пенообразующих реагентов можно снизить или даже избежать проблем, связанных с рециркуляцией технологической воды, содержащей пенообразователь, при сохранении хорошего уровня извлечения требуемого материала, особенно угля.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопроводительные чертежи, которые включены для обеспечения дальнейшего понимания настоящей полезной модели и составляют часть этого описания, иллюстрируют варианты выполнения полезной модели и вместе с описанием помогают объяснить принципы настоящей полезной модели. На чертежах:
Фиг. 1 изображает трехмерную проекцию флотационной камеры в соответствии с одним вариантом выполнения полезной модели.
Фиг. 2 изображает вид сверху флотационной камеры в соответствии с одним вариантом выполнения полезной модели.
Фиг. 3 изображает вертикальный разрез флотационной камеры, показанной на Фиг. 2, вдоль линии А-А разреза, и
Фиг. 4а-с изображают схематические иллюстрации линий флотации, выполненных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения полезной модели.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Ниже подробно описаны варианты выполнения настоящей полезной модели, пример которой проиллюстрирован на сопроводительном чертеже.
Приведенное ниже описание раскрывает некоторые варианты выполнения с такой детализацией, что специалист может использовать устройство, установку и способ, выполненные в соответствии с полезной моделью. Не все этапы вариантов выполнения описаны подробно, так как многие из них очевидны для специалиста на основе этой полезной модели.
Для простоты в случае повторяющихся компонентов номера позиций в последующих иллюстративных вариантах выполнения сохранены.
На прилагаемых Фиг. 1-3 флотационная камера 1 показана с некоторыми подробностями. Фигуры чертежей выполнены не в масштабе, при этом многие компоненты флотационной камеры 1 для ясности не показаны. На Фиг. 4а-с схематично показаны варианты выполнения линии флотации. Направление потоков пульпы показано на чертежах стрелками.
Флотационная камера 1, выполненная в соответствии с настоящей полезной моделью, предназначена для обработки частиц минеральной руды, взвешенных в пульпе, и для разделения пульпы на нижний продукт 400 и верхний продукт 500, при этом верхний продукт 500 содержит концентрат требуемого минерала.
Флотационная камера 1 содержит флотационный резервуар 10, который имеет центр 11 и периметр 12. Боковая стенка 13 резервуара 10 содержит вертикальную часть 13а и коническую нижнюю часть 13b. Коническая нижняя часть 13b имеет вершину 130, обращенную вниз по отношению к высоте флотационной камеры 1.
Флотационная камера 1 также содержит желоб 2 (не показан на Фиг. 1 и 2, а на Фиг. 3 для простоты показан только центральный желоб 2. Следует понимать, что желоб 2 может, в качестве альтернативы или дополнительно, содержать периметрический желоб, расположенный по всему периметру 12 резервуара 10, как известно в данной области техники). Верхний продукт 500 собирается в желоб 2 по мере его прохождения над кромкой 21 желоба, из слоя пены, образованного в верхней части резервуара 10.
Соотношение h/d высоты h и диаметра d флотационной камеры равно 0,9 или меньше. Высота h измеряется как расстояние между вершиной 130 конической нижней части 13b боковой стенки 13 и кромкой 21 желоба. Диаметр d измеряется как диаметр резервуара 10 по периметру 12 прямой части 13а стенки, как видно на Фиг. 3, за исключением любых конструкций, расположенных за пределами боковой стенки 13, то есть сборных желобов 2, расположенных за пределами боковой стенки 13, таких как периметрический желоб. В одном варианте осуществления соотношение h/d высоты h и диаметра d флотационного резервуара может составлять от 0,3 до 0,9. Соотношение h/d может составлять, например, 0,45 или 0,5 или 0,7.
Коническая нижняя часть 13b боковой стенки 13 резервуара 10 имеет угол наклона от 10° до 45°. В одном варианте выполнения угол наклона может составлять от 30° до 40°. Такое расположение может быть особенно выгодным, если флотационная камера 1 используется для обработки пульпы, содержащей частицы минеральной руды. В одном варианте выполнения угол а наклона может составлять от 15° до 25°. Это может быть особенно выгодным, когда флотационная камера 1 используется для извлечения угля, то есть при флотации частиц угля, взвешенных в пульпе.
Высота вертикальной части 13а стенки может составлять 1,8 м или меньше.
3
3
3
3
Флотационный резервуар 10 может иметь объем по меньшей мере 10 мили по меньшей мере 20 м. Объем флотационного резервуара может составлять от 10 м до 100 м.
Кроме того, флотационная камера 1 содержит по меньшей мере одну опускную трубу 4, через которую питание 100 пульпы подается во флотационный резервуар 11. Во флотационной камере 1 может быть расположено от 2 до 24 опускных труб, или от 10 до 24 опускных труб. В одном варианте выполнения имеется 16 опускных труб 4 (см. Фиг. 2). В еще одном варианте выполнения имеется 24 опускные трубы 4. В еще одном варианте выполнения имеется 10 опускных труб 4. Точное количество опускных труб 4 может быть выбрано в соответствии с конкретной операцией, например, с типом пульпы, обрабатываемой во флотационной камере 1, с объемным расходом питания, подаваемого во флотационную камеру 1, с массовым расходом питания, подаваемого во флотационную камеру 1 или с объемом флотационного резервуара 10.
В случае, если во флотационной камере 1 имеется несколько опускных труб 4, то они могут быть расположены концентрично периметру 12 резервуара 10. Это тот случай, когда резервуар 10 имеет круглое поперечное сечение. Опускные трубы 4 могут быть дополнительно расположены так, чтобы каждая опускная труба 4 была расположена на расстоянии от центра 11 резервуара 10, причем расстояние, предпочтительно, одинаковое для каждой опускной трубы 4.
В соответствии с одним вариантом выполнения полезной модели, опускные трубы 4 могут быть расположены параллельно боковой стенке 13 флотационного резервуара 10. Это тот случай, когда резервуар 10 имеет прямоугольное или квадратное горизонтальное поперечное сечение. В этом варианте выполнения опускные трубы 4 могут быть дополнительно расположены таким образом, чтобы каждая опускная труба 4 была расположена на расстоянии от боковой стенки 13, причем расстояние предпочтительно было одинаковым для каждой опускной трубы 4. Другими словами, опускные трубы 4 могут быть расположены на прямой линии внутри резервуара 10.
Опускная труба 4 содержит входное сопло 41, выполненное с возможностью подачи питания 100 пульпы в опускную трубу 41, более конкретно, в удлиненную камеру 40. Впускное отверстие 42 для сжатого флотационного газа, такого как сжатый воздух, выполнено таким образом, что питание 100 пульпы подвергается воздействию флотационного газа под давлением, когда оно выходит из входного сопла 41. Питание 100 пульпы образует струю жидкости, которая, когда она входит в удлиненную камеру 40, смешивается со сжатым флотационным газом, подаваемым через впускное отверстие 42.
Флотационный газ увлекается благодаря турбулентному перемешивающему действию, вызываемому струей, и диспергируется в виде небольших пузырьков в питании 100 пульпы, когда оно перемещается вниз через удлиненную камеру 40 к выпускному соплу 43, выполненному с возможностью ограничения потока питания 100 пульпы из выпускного сопла 43, и также выполненному с возможностью поддержания питания 100 пульпы под давлением в удлиненной камере 40.
Для ограничения потока выпускное сопло 43 содержит дроссель, такой как ограничивающая конструкция в виде горловины. Из выпускного сопла 43, а именно из дросселя, питание 100 пульпы выходит под давлением во флотационный резервуар 10.
Когда питание 100 пульпы проходит через выпускное сопло 43, более конкретно, через дроссель сопла 43, пузырьки флотационного газа уменьшаются в размере благодаря изменению давления и благодаря среде с высоким сдвиговым усилием за соплом 43. Скорость газожидкостной смеси в дросселе выпускного сопла 43 может превышать скорость звука, когда поток становится запертым, а поток за дросселем становится сверхзвуковым, при этом в расширяющейся части выпускного сопла 43 образуется ударная волна. Другими словами, выпускное сопло 43 выполнено с возможностью создания сверхзвуковой ударной волны в питании 100 пульпы.
Поток питания 100 пульпы запирается, когда отношение абсолютного давления перед выпускным соплом к абсолютному давлению за дросселем выпускного сопла 43 превышает критическое значение. Когда указанное отношение превышает критическое значение, поток питания 100 пульпы за дросселем выпускного сопла 43 становится сверхзвуковым, и образуется ударная волна. Небольшие пузырьки флотационного газа в смеси питания 100 пульпы разделяются на еще более мелкие, проходя через ударную волну, и вынуждены вступать в контакт с гидрофобными частицами руды в питании 100 пульпы, создавая, таким образом, агломераты пузырьков флотационного газа и частиц руды.
Опускная труба 4 может дополнительно содержать импинджер 44, выполненный с возможностью вхождения в контакт с потоком питания 100 пульпы из выпускного сопла 43. Питание 100 пульпы, выходящее из выпускного сопла 43, поэтому направлено для вступления в контакт с импинджером 44. Импинджер 44 выполнен с возможностью направления потока питания 100 пульпы радиально наружу и вверх от импинджера 44.
Импинджер 44 отклоняет поток питания 100 пульпы в радиальном направлении наружу к боковой стенке 13 флотационного резервуара и вверх по направлению к верхней поверхности (слою пены) резервуара 10. Пульпа сильно перемешивается энергией отклоненного потока и образует вихри, в которых размер пузырьков может быть дополнительно уменьшен за счет действующих на них сдвиговых усилий. Благоприятные условия высокого сдвига также вызывают большое количество контактов между пузырьками флотационного газа и частицами пульпы внутри флотационного резервуара 10. По мере того, как поток пульпы направляется вверх к слою пены, турбулентность уменьшается, и поток становится относительно однородным.
Импинджер 44 может содержать поверхность столкновения, предназначенную для контакта с потоком питания 100 пульпы, выходящим из выпускного сопла 43. Поверхность столкновения может быть выполнена из износостойкого материала, чтобы уменьшить потребность в заменах или обслуживании.
Пульпа, которая по существу представляет собой двухфазную газожидкостную смесь, поднимаясь из импинджера 44, попадает в верхнюю часть флотационного резервуара 10, при этом пузырьки флотационного газа поднимаются вверх и отделяются от жидкости, образуя слой пены. Пена поднимается вверх и выходит через кромку 21 в желоб 2 и выходит из флотационной камеры 1 в виде верхнего продукта 500. Хвосты или нижний продукт 400, из которых был по существу удален требуемый материал, выходят из флотационного резервуара 10 через выпускное отверстие, расположенное в нижней части 13b, например, в вершине 130.
Некоторые из крупных гидрофобных частиц, которые переносятся в пену, могут впоследствии отделиться от пузырьков флотационного газа и упасть обратно в резервуар 10 в результате слияния пузырьков в пене. Однако большинство таких частиц падают обратно в резервуар 10 таким образом и в таком положении, что они могут быть захвачены пузырьками, вновь поступающими в резервуар 10 из опускной трубы 4 или опускных труб 4, и снова быть перенесенными в слой пены.
Флотационная камера 1 может также содержать контур подготовительной обработки (полностью не показан на чертежах). Контур подготовительной обработки может содержать насосный резервуар 30 или другой такой дополнительный резервуар, в котором питание 200 свежей пульпы и фракция 300 пульпы, взятой из флотационного резервуара 10 через выпускное отверстие, могут быть объединены в питание 100 пульпы. Кроме того, контур подготовительной обработки может содержать насос 31, выполненный с возможностью забора фракции 300 пульпы из флотационного резервуара 11 и для дальнейшего перемещения питания 100 пульпы из насосного резервуара 30 в опускную трубу 4 или опускные трубы 4.
Фракция 300 пульпы может содержать частицы с низкой скоростью оседания, такие как мелкие, медленно всплывающие частицы. Фракция пульпы может отбираться из нижней части резервуара 10 или около его дна, причем дно определяется как часть внутри конической нижней части 13b боковой стенки 13 резервуара 10.
Насос 31 также может быть использован для дальнейшего продвижения питания 100 пульпы в опускную трубу 4 или опускные трубы 4. Чтобы равномерно распределить питание 100 пульпы в опускные трубы 4 (в случае, если флотационная камера 1 содержит несколько опускных труб 4), может быть использован распределительный блок.
На Фиг. 4а-с представлена линия 8 флотации. Линия флотации содержит стадию 81 флотации, то есть этап процесса, на котором во флотационной камере осуществляют флотацию для извлечения концентрата. Линия 8 флотации может содержать одну стадию 81 флотации или несколько стадий 81, 82, соединенных последовательно и в проточном соединении, так что нижний продукт из первой стадии 81 флотации направляется в качестве питания на следующую стадию 82 флотации. Несмотря на то, что на Фиг. 4а-с показаны только две стадии флотации, следует понимать, что в линии 8 флотации также может быть больше двух, например, три или четыре стадии флотации.
Линии 8 флотации могут предшествовать другие процессы, такие как измельчение, классификация, грохочение, тяжелосредняя сепарация, процесс извлечения крупных частиц, спиральное сепарирование и другие процессы разделения, а также другие процессы флотации. За линией 8 флотации может следовать ряд процессов, таких как повторное измельчение, очистка или другие процессы флотации, центрифугирование, фильтрация, грохочение или обезвоживание. Например, при извлечении угля линии 8 флотации может предшествовать процесс сортировки (обычно для более мелких частиц на стадии циклонной классификации), из которого материал, подлежащий обработке флотацией, направляется в линию 8 флотации. Верхний продукт, т.е. концентрат требуемого материала, уголь, затем собирают и обезвоживают (например, в барабанном фильтре).
В линии 8 флотации первая стадия 81 флотации может выполняться во флотационной камере 1, выполненной в соответствии с полезной моделью, как описано выше (см. Фиг. 4а). Линия 8 флотации может содержать от одной до двух стадий 81, 82, при этом первая стадия 81 флотации содержит флотационную камеру, выполненную в соответствии с полезной моделью.
В линии 8 флотации, содержащей две стадии 81, 82, обе стадии флотации могут выполняться во флотационной камере 1 (Фиг. 4b). В одном варианте выполнения стадия 81, 82 флотации может выполняться по меньшей мере в двух параллельных флотационных камерах 1 (Фиг. 4с). В этом случае питание 100 пульпы делится на обе флотационные камеры 1, а нижний продукт 400 из параллельных флотационных камер может быть объединен и направлен на следующую стадию 82 флотации в качестве питания. Следующая стадия 82 флотации также может содержать флотационную камеру 1. Следующая стадия 82 флотации может также содержать по меньшей мере две параллельные флотационные камеры 1.
Линия 8 флотации, выполненная в соответствии с полезной моделью, может использоваться для извлечения частиц угля, особенно мелких или сверхмелких частиц угля, взвешенных в пульпе. Преимущественно, используя линию 8 флотации, выполненную в соответствии с полезной моделью, количество пенообразующих реагентов может быть уменьшено при одновременном достижении хорошего извлечения угля. В одном варианте выполнения пенообразующие реагенты могут быть добавлены на стадии 81 флотации в количестве 12 частей на миллион или меньше. Пенообразующий реагент или реагенты могут быть добавлены, например, в количестве приблизительно 5 частей на миллион, 7,5 частей на миллион или 10 частей на миллион. Пенообразующие реагенты добавляют в стадию флотации любым подходящим способом, известным специалисту в данной области техники.
Настоящая полезная модель здесь описана в терминах, применимых к разделению минералов или угля, при котором минеральная руда или уголь либо тонко измельчаются, либо естественным образом в форме мелких частиц образуют пульпу или суспензию частиц в воде, причем пульпа кондиционируется химическими собирателями и пенообразующими реагентами для того, чтобы требуемые минералы или угли, которые должны быть извлечены флотацией, стали гидрофобными или несмачиваемыми, в то время как несмачиваемые или гидрофильные частицы должны оставаться в пульпе и выгружаться из флотационного резервуара как хвосты. Примером этого является отделение мелких частиц угля от окружающей пустой породы (золы) при горных работах.
Описанные выше варианты выполнения могут использоваться в любой комбинации друг с другом. Несколько вариантов выполнения могут быть объединены вместе, чтобы сформировать дополнительный вариант выполнения. Флотационная камера, к которой относится полезная модель, может включать по меньшей мере один из вариантов выполнения, описанных выше. Для специалиста очевидно, что с развитием технологий основная идея полезной модели может быть реализована различными способами. Таким образом, полезная модель и ее варианты выполнения не ограничиваются описанными выше примерами; вместо этого они могут варьироваться в пределах объема формулы полезной модели.