Флотационная колонная пневматическая машина

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к флотационным пневматическим устройствам для переработки минерального и техногенного сырья, содержащего цветные, черные, редкие, благородные металлы, неметаллические ископаемые,  а также для очистки подотвальных и сточных вод.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна пневматическая флотационная машина (РФ № 2038865) Д1. Машина включает камеру с расположенным в ней аэратором, пенный порог, загрузочное приспособление в виде трубы с отверстиями и циркуляционную трубу. Недостатком указанной машины является то, что повышение извлечения полезного компонента в концентрат осуществляется за счет многократной циркуляции исходного сырья, тем самым снижается производительность машины.
Известна пневматическая флотационная машина (WO 2006/061265 А1) Д2, включающая цилиндрический корпус, состоящий из расширенной верхней и нижней частей, переходной части между ними в виде усеченного конуса, донной конической части, питающее, аэрирующее и разгрузочное приспособления, пеносборник, выполненный в виде двухскатного желоба и снабженный патрубками для удаления пенного продукта, расположенными друг против друга. Диаметр верхней расширенной части корпуса машины определен математической зависимостью от высоты корпуса машины и диаметра его нижней цилиндрической части. Недостатком указанной машины являются неоптимальные условия контакта минеральных частиц с пузырьками воздуха в нижней части корпуса машины, что обуславливает недостаточное извлечение труднофлотируемых частиц в нижней цилиндрической части корпуса.
Также известна флотационная пневматическая колонная машина (патент РФ № 2281169) Д3, включающая корпус, состоящий из цилиндрических верхней расширенной и нижней частей, переходной части между ними в виде усеченного конуса, донной конической части, питающее, аэрирующее и разгрузочное приспособления, пеносборник, конструктивный элемент в виде кольца, расположенный на внутренней поверхности нижней цилиндрической части корпуса на границе с переходной частью, сечение которого представляет собой равносторонний треугольник, вершина которого направлена к центральной оси машины. Конструктивный элемент обеспечивает уменьшение угла столкновения опускающихся вниз минеральных частиц и всплывающих пузырьков воздуха со 180 ° до 90-135°.
Недостатком указанного решения, является отсутствие в нижней цилиндрической части корпуса зоны с повышенной концентрацией воздушных пузырьков, что обуславливает недостаточное извлечение труднофлотируемых частиц.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков предшествующего уровня техники.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышение извлечения труднофлотируемых частиц с целью увеличения общего извлечения полезного компонента в пенный продукт флотомашины, за счет увеличения зоны с повышенной концентрацией воздушных пузырьков.
Указанный технический результат, заявленной полезной модели достигается благодаря тому, что флотационная колонная пневматическая машина, включает корпус, содержащий цилиндрическую расширенную верхнюю часть, нижнюю цилиндрическую часть, переходную часть, расположенную между верхней и нижней частями, донную часть, выполненную в виде конуса и соединенную с нижней частью, верхняя часть корпуса содержит  питающие и аэрирующие приспособления в виде эжекторов, пеносборник, а внутри верхней части закреплена центральная труба, нижняя часть корпуса содержит аэрирующие приспособления, выполненные с возможностью вертикального перемещения и фиксации на заданной глубине погружения, при этом на внутренней поверхности нижней цилиндрической части корпуса на границе с переходной частью размещен конструктивный элемент в виде кольца, поперечное сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию, меньшее основание которой направлено к центру кольца.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлен общий вид заявленной флотационной машины.
На фиг. 2 представлен увеличенный вид в разрезе нижней цилиндрической части корпуса на границе с переходной частью с конструктивный элемент.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На фиг. 1 представлен общий вид флотационной машины, которая включает верхнюю расширенную часть корпуса - камеру основной флотации 1, оснащенную питающими и аэрирующими устройствами - эжекторами 2, одно- или многоскатный пенный желоб 3, оснащенный патрубками удаления пенного продукта 4, центральную трубу 5, переходную часть корпуса 6, нижнюю часть корпуса 7, оснащенную аэрирующими устройствами 8 с возможностью их вертикального перемещения и фиксации на заданной глубине погружения, донную часть корпуса 9, оснащенную устройством донной разгрузки 10. На внутренней поверхности нижней цилиндрической части корпуса, на границе с переходной частью, размещен конструктивный элемент 11 в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию, меньшее основание которой направлено к центру кольца. Угол наклона боковых сторон трапеции к ее расширенному основанию составляет 45°.
Конструктивный элемент в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию, не только обеспечивает столкновение опускающихся вниз минеральных частиц и всплывающих пузырьков воздуха под углом от 90 до 135°, но и создает зону с уменьшенной по сравнению с нижней цилиндрической частью корпуса площадью сечения, имеющей форму вертикально расположенного цилиндра. Высота указанной зоны H равна длине меньшего основания трапеции, диаметр d равен внутреннему диаметру кольца.
Концентрация образованных в аэраторах нижнего уровня и всплывающих вверх воздушных пузырьков при прохождении указанной зоны за счет уменьшения площади сечения повышается, что обуславливает повышение интенсивности их контакта с минеральными частицами и увеличивает вероятность закрепления труднофлотируемых минеральных частиц на пузырьках воздуха.
Флотационная машина работает следующим образом.
Предварительно обработанная реагентами пульпа поступает через эжекторы 2 верхнего уровня в верхнюю расширенную часть корпуса 1. Одновременно в эжекторы 2 верхнего уровня поступает воздух, который вступает в контакт с легкофлотируемыми зернами пульпы, образуя аэрофлокулы. Аэрофлокулы всплывая, образуют пенный продукт. Пенный продукт разгружается в пеносборник 3 и направляется в последующие операции. Труднофлотируемые и нефлотируемые минеральные зерна проходят через переходную часть 6 корпуса, и попадают в зону интенсивного контакта с пузырьками воздуха, ограниченную приспособлением 11 (фиг. 2, выделена серым цветом). Труднофлотируемые минеральные зерна закрепляются на воздушных пузырьках, затем всплывают в верхнюю расширенную часть корпуса внутри центральной трубы 5 и разгружаются в пеносборник 3. Нефлотируемые зерна опускаются в донную часть корпуса 9 и удаляются через устройство донной разгрузки.
3
3
2
Оптимальный диаметр нижней части цилиндрического корпуса колонной флотационной машины зависит от количества пропускаемой через нее пульпы, т.е. от производительности машины по исходной пульпе. Как показали результаты испытаний и опыт эксплуатации, для пилотной флотационной машины КФМ-120 с внутренним диаметром нижней части корпуса 0,11 м (с учетом толщины стенки корпуса машины) оптимальная производительность по исходной пульпе составляет от 1,5 до 2,0 м/ч, а для промышленной флотационной машины КФМ-1400 с внутренним диаметром нижней части корпуса 1,38 м (с учетом толщины стенки корпуса машины) - от 170 до 240 м/ч. Пропускная способность машины по пульпе обусловлена площадью сечения нижней части корпуса машины, в формулу которой входит диаметр нижней части корпуса в квадрате. Таким образом, квадрат оптимального диаметра нижней части корпуса машины и ее производительность связаны соотношением D = k2⋅V, или:
2
где коэффициент пропорциональности k независимо от типоразмера пилотной или промышленной флотационной машины может принимать значения от 0,006 до 0,009.
Экспериментальными исследованиями определена зависимость оптимального внутреннего диаметра d конструктивного элемента в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию, от диаметра нижней цилиндрической части корпуса машины D (таблица 1). Исследования проводились на пилотной флотационной машине с внутренним диаметром нижней части корпуса D = 0,11 м при флотации медной руды. Высота зоны интенсивного контакта минеральных частиц с пузырьками воздуха Н составляла 0,01 м. Варьировался внутренний диаметр конструктивного элемента от 0,10 до 0,09 м.
Таблица 1 - Зависимость показателей флотации медьсодержащей руды от внутреннего диаметра конструктивного элемента в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию.
Наименование продуктов флотации
Показатели
Выход, %
М.д. меди, %
Извлечение меди, %
D = 0,11 м, Н = 0,01 м, d = 0,10 м
Пенный продукт (концентрат)Камерный продукт (хвосты)
9,5990,41
10,120,309
77,6422,36
Исходная руда
100,0
1,25
100,0
D = 0,11 м, Н = 0,01 м, d = 0,095 м
Пенный продукт (концентрат)Камерный продукт (хвосты)
9,9890,02
10,110,267
80,7519,25
Исходная руда
100,0
1,25
100,0
D = 0,11 м, Н = 0,01 м, d = 0,09 м
Пенный продукт (концентрат)Камерный продукт (хвосты)
12,2987,71
8,150,283
80,1519,85
Исходная руда
100,0
1,25
100,0
1
Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что наиболее высокое извлечение меди в концентрат получено при установке конструктивного элемента в виде кольца, у которого внутренний диаметр d, эмпирический коэффициент k и диаметр нижней части корпуса D связаны соотношением:
1
d = k⋅D или 0,095 = 0,86⋅0,11.
1
Таким образом, по результатам экспериментов эмпирический коэффициент k для определения оптимального внутреннего диаметра конструктивного элемента в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию, выбран от 0,8 до 0,95.
Экспериментальными исследованиями определена зависимость оптимальной высоты зоны с повышенной концентрацией воздушных пузырьков Н от диаметра нижней части корпуса флотационной машины D (таблица 2). Исследования проводились на пилотной флотационной машине с внутренним диаметром нижней части корпуса D = 0,11 м при флотации медной руды. Внутренний диаметр конструктивного элемента в виде кольца составлял d = 0,095 м. Варьировалась высота зоны с повышенной концентрацией воздушных пузырьков Н от 0,01 до 0,04 м.
Таблица 2 - Зависимость показателей флотации медьсодержащей руды от высоты зоны повышенной концентрации воздушных пузырьков.
Наименование продуктов флотации
Показатели
Выход, %
М.д. меди, %
Извлечение меди, %
D = 0,11 м, d = 0,095 м, Н = 0,01 м
Пенный продукт (концентрат)Камерный продукт (хвосты)
9,9890,02
10,110,267
80,7519,25
Исходная руда
100,0
1,25
100,0
D = 0,11 м, d = 0,095 м, Н = 0,02 м
Пенный продукт (концентрат)Камерный продукт (хвосты)
10,3189,69
10,160,225
83,8416,16
Исходная руда
100,0
1,25
100,0
D = 0,11 м, d = 0,095 м, Н = 0,03 м
Пенный продукт (концентрат)Камерный продукт (хвосты)
9,8590,15
10,320,259
81,3518,65
Исходная руда
100,0
1,25
100,0
D = 0,11 м, d = 0,095 м, Н = 0,04 м
Пенный продукт (концентрат)Камерный продукт (хвосты)
9,1590,85
10,550,314
77,2022,80
Исходная руда
100,0
1,25
100,0
3
Из данных, приведенных в таблице 2, видно, что наиболее высокое извлечение меди в концентрат получено на флотационной машине, у которой высота зоны с повышенной концентрацией воздушных пузырьков (Н), эмпирический коэффициент (k) и диаметр нижней части корпуса связаны соотношением:
3
Н = k⋅D или 0,02 = 0,18⋅0,11
Таким образом, по результатам экспериментов эмпирический коэффициент k для определения оптимальной высоты зоны с повышенной концентрацией воздушных пузырьков выбран от 0,15 до 0,20.
Заявляемая флотационная машина с конструктивным элементом в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию была испытана в операции основной медной флотации на пилотной флотационной машине КФМ-120 с внутренним диаметром нижней цилиндрической части корпуса 0,11 м (с учетом толщины стенки корпуса машины), в сравнении с аналогичной машиной с конструктивным элементом в виде кольца, сечение которого представляет собой треугольник. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Результаты испытаний пилотных флотационных машин.
№пп. п.
Наименование показателя
Пилотные флотационные машины КФМ-120
Известная с конструктивным элементом треугольного сечения
Заявляемая с конструктивным элементом трапецеидального сечения
11.22.
Содержание меди в пенном продукте, %Извлечение меди в пенный продукт, %
10,1680,55
10,1683,84
Результаты таблицы 3 свидетельствуют о том, что при испытаниях пилотных флотационных машин заявляемая конструкция с конструктивным элементом в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию позволила повысить общее извлечение полезного компонента в пенный на 3,29% (абс.).
Заявляемая флотационная машина с конструктивным элементом в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию также была испытана в операции основной медной флотации на промышленной флотационной машине КФМ-1400 с внутренним диаметром нижней цилиндрической части корпуса 1,38 м (с учетом толщины стенки корпуса машины), в сравнении с аналогичной машиной с конструктивным элементом в виде кольца, сечение которого представляет собой треугольник. Результаты испытаний представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Результаты испытаний промышленных флотационных машин.
№пп. п.
Наименование показателя
Пилотные флотационные машины КФМ-1400
Известная с конструктивным элементом треугольного сечения
Заявляемая с конструктивным элементом трапецеидального сечения
1.2.
Содержание меди в пенном продукте, %Извлечение меди в пенный продукт, %
14,3275,56
14,4682,15
Результаты таблицы 4 свидетельствуют о том, что при испытаниях промышленных флотационных машин заявляемая конструкция с конструктивным элементом в виде кольца, сечение которого представляет собой вертикально расположенную трапецию позволила повысить общее извлечение полезного компонента в пенный на 6,59% (абс.)