ФЛОТАЦИОННАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК B03D1/14 

Изобретение относится к области обращения полезных ископаемых, в частности к устройствам для осуществления процесса флотации.

Известна механическая флотационная машина, служащая для флотации руд. Флотационная машина состоит из камеры с аэратором, выполненным в виде роторного диска с лопастями, статора, имеющего форму раструба и охватывающего аэратор, приспособления для циркуляции пульпы, полого обтекателя, установленного на днище камеры соосно аэратору,приспособления для подачи пульпы и удаления пенного и камерного продуктов [1]
Данная флотационная машина не решает задачу стабилизации гидродинамического режима внутри камеры и полой трубы, так как аэратор, выполненный в виде роторного диска с лопастями, при активном вращении необходимыми для засоса воздуха, вызывает активное бурление пульпы в камере. Бурление пульпы в камере флотомашины снижает селективность и производительность по пенному продукту. Полая труба снабжена только щелевидным отверстием для прохождения внутрь нее пульпы, не обеспечивающим заданного направления вращения воронки пульпы (против направления вращения роторного диска с лопастями), что не способствует максимальному аэрированию пульпы и диспергированию пузырьков воздуха, создает пульсацию уровня пульпы внутри полой трубы и в камере флотомашины, что не стабилизирует гидродинамический режим флотации. Приспособление для циркуляции пульпы не приводит к аэрации, так как при прохождении через данное приспособление пульпа не контактирует с воздухом, из-за чего снижается производительность флотации.

Наиболее близкой к заявляемой флотационной машине является струйно-механическая флотационная машина, включающая камеру с пенным порогом и аэрационным блоком, состоящим из приводного вала с соосно закрепленным на нем лопастным осевым импеллером, циркуляционной трубы с рециркуляционными патрубками, сообщающими ее полость с полостью корпуса, и снабженной коаксиально установленным с охватывающим импеллер нагнетающим патрубком с расположенным на нем направляющим приспособлением [2]
Недостатком устройства является то, что значительная часть аэрированной пульпы, выходящей из нагнетающего патрубка, возвращается внутрь циркуляционной трубы через направляющее приспособление, за счет этого снижается количество аэрированной пульпы, поступающей в зону флотации, следовательно, падает скорость флотации и производительность. Кроме того, из-за низкой зоны перемешивания в поперечном сечении нижней части камеры происходит заиливание углов и дна камеры флотомашины, что также сказывается на производительность процесса.

При этом направляющее приспособление предназначено в основном для организации потока внутрь циркуляционной трубы непосредственно в зону импеллера против его вращения для лучшего перемешивания пульпы.

При недостаточной площади каналов направляющего приспособления и поступлении пульпы через рециркуляционные патрубки внутрь циркуляционной трубы образуется воронка пульпы с вращательным движением, сонаправленным с вращением импеллера, либо просто бурление пульпы, что обусловливает нестабильность гидродинамического режима (колебания уровня пульпы внутри циркуляционной трубы и в камере и значительная турбулентность потоков) и приводит к снижению производительности флотации.

Изобретение позволяет повысить производительность флотации, а также снизить расход подавляемых реагентов и повысить селективность флотации за счет стабилизации гидродинамического режима и увеличения количества засасываемого воздуха внутрь циркуляционной трубы.

Это достигается тем, что во флотационной машине, включающей корпус с пенным порогом и аэрационный блок, состоящий из приводного вала с соосно закрепленным на нем лопастным осевым импеллером, циркуляционной трубы с рециркуляционными патрубками, сообщающими ее полость с полостью корпуса и снабженный коаксиально установленным и охватывающим импеллер нагнетающим патрубком с расположенным на нем направляющим приспособлением с наклонными каналами, рециркуляционные патрубки установлены по меньшей мере в нижней части циркуляционной трубы, расположены под острым углом к контуру поперечного сечения циркуляционной трубы и ориентированы выходными отверстиями на ее внутреннюю поверхность, при этом рециркуляционные патрубки и наклонные каналы направляющего приспособления ориентированы в сторону, противоположную вращению импеллера, а площадь проходного сечения направляющего приспособления выбирают из условия
S_н≥ S_н.п,
где S_н площадь проходного сечения направляющего приспособления, м²;
S_н.п площадь проходного сечения нагнетающего патрубка, м².

Возможно выполнение флотационной машины с экраном в виде втулки, установленной на нагнетающем патрубке ниже направляющего приспособления, внешний диаметр которого не менее внешнего диаметра направляющего приспособления.

Рационально также выполнить флотационную машину с рециркуляционными патрубками, установленными под углом 45-90^o к вертикальной оси циркуляционной трубы. Выполнение флотационной машины с направляющим приспособлением, площадь проходного сечения которого выбрана из условия S_н≥S_н.п, где S_н площадь проходного сечения направляющего приспособления, м²; S_н.п площадь проходного сечения нагнетающего патрубка, м², позволяет образовать в зоне всаса аэрационного блока воронку пульпы с направлением вращения против вращения импеллера, что стабилизирует нагрузку на импеллер и исключает тем самым импульсивный выброс через нагнетающий патрубок потока аэрированной пульпы, что приводит к стабилизации гидродинамического режима флотации и повышению аэрации пульпы и тем самым способствует снижению количества реагента, подаваемого на флотацию и увеличению удельной производительности процесса. Выполнение рециркуляционных патрубков, каждый из которых расположен под острым углом к контуру поперечного сечения циркуляционной трубы в поперечной плоскости и ориентирован выходным отверстием на внутреннюю ее стенку в одном направлении с наклонными каналами направляющего приспособления, обусловливает снижение по турбулентности потока (непосредственно самими рециркуляционными патрубками за счет отбора пульпы из объема корпуса) с приданием ему внутри циркуляционной трубы вращательного движения однонаправленного потоку пульпы, поступающему через направляющее приспособление и образующему воронку. Это позволяет усилить вращательное движение, сформированное направляющим приспособлением внутри циркуляционной трубы и увеличить количество засасываемого воздуха в зону всаса аэрационного блока, что способствует увеличению производительности. Снижение интенсивности турбулентности потока в камере позволяет повысить селективность процесса флотации, то есть увеличить содержание целевого продукта в концентрате, и понизить его содержание в хвостах.

Расположение рециркуляционных патрубков под прямым углом к контуру поперечного сечения циркуляционной трубы приведет к изменению направления потока пульпы внутрь циркуляционной трубы. Он будет радиальным или направлен в противоположную сторону потоку, организованному направляющим присопособлением. Это приведет к ухудшению гидродинамического режима внутри циркуляционной трубы, уменьшению засоса воздуха, снижению производительности флотации. Расположение рециркуляционных патрубков по меньшей мере в нижней части циркуляционной трубы позволяет организовать рециркуляцию пульпы внутрь циркуляционной трубы под зеркало воронки, образованной потоками пульпы, поступающей через направляющее приспособление, что в свою очередь усиливает эффект вращения внутри циркуляционной трубы за счет увеличения скорости потока по краям воронки, то есть изменяется вид эпюры скоростей в сторону сужения ее к низу.

Конструкция может быть выполнена с рециркуляционными патрубками, расположенными по всей высоте циркуляционной трубы, и в этом случае также будет присутствовать эффект увеличения скорости вращения пульпы по краям воронки.

Таким образом, конструкция рециркуляционных патрубков, а также их расположение служат обеспечению стабилизации гидродинамических условий проведения процесса флотации, что обусловливает, в свою очередь, повышение его селективности и удельной производительности. Выполнение флотационной машины снабженной экраном позволяет увеличить производительность процесса флотации за счет перераспределения объемов потоков аэрированной пульпы, выходящей из нагнетающего патрубка, в сторону увеличения объема потока, поступающего в зону флотации, и уменьшения объема потока, поступающего через направляющее приспособление внутрь циркуляционной трубы. Выполнение рециркуляционных патрубков, установленных под углом 45-90^o к вертикальной оси циркуляционной трубы, улучшает гидродинамические условия вхождения потока в воронку пульпы, образованную ее потоков, поступающим через направляющее приспособление, и также способствует повышению производительности процесса флотации. В случае установки рециркуляционных патрубков с углом менее 45 или более 90^o к вертикальной оси циркуляционной трубы поступающая через них пульпа внутрь циркуляционной трубы будет нарушать вращательное движение, созданное направляющим приспособлением, или никак не воздействовать на него.

На фиг. 1 изображена флотационная машина, общий вид; на фиг. 2 - поперечное сечение циркуляционной трубы; на фиг. 3 вертикальное сечение нижней части аэрационного блока; на фиг. 4 вертикальное сечение циркуляционной трубы.

Флотационная машина состоит из корпуса 1 с пенным порогом 2 и аэрационного блока 3. Аэрационный блок 3 состоит из приводного вала 4 с соосно закрепленным на нем лопастным осевым импеллером 5 и циркуляционной трубы 6. Циркуляционная труба 6 может быть цилиндрической, цилиндроконической либо прямоугольного контура. Она снабжена рециркуляционными патрубками 7, сообщающими ее полость с полостью корпуса 1. Циркуляционная труба 6 снабжена также коаксиально установленным и охватывающим импеллер 5 нагнетающим патрубком 8 с расположенным на нем направляющим приспособлением 9 с наклонными каналами 10 для ввода в нее подпенного продукта, ориентированными в противоположную сторону вращения импеллера 5, то есть каналы 10 и лопасти импеллера 5 выполнены наклонными к образующей поверхности нагнетающего патрубка 8 в противоположные стороны.

Рециркуляционные патрубки 7 расположены под острым углом α к контуру поперечного сечения 11 циркуляционной трубы 6 в поперечной плоскости. Рециркуляционные патрубки 7 могут быть установлены как тангенциально к внешнему диаметру поперечного сечения циркуляционной трубы 6, так и тангенциально к любому другому воображаемому внутреннему диаметру.

Каждый рециркуляционный патрубок 7, ориентирован выходным отверстием 12 на внутреннюю стенку циркуляционной трубы 6 в одном направлении с наклонными каналами 10 направляющего приспособления 9, то есть направление пульпы, истекающей из выходных отверстий 12, будет однонаправленным с пульпой, истекающей из наклонных каналов 10 направляющего приспособления 9 и образующей воронку.

Рециркуляционные патрубки 7 установлены по крайней мере в нижней части циркуляционной трубы 6. Они могут быть установлены также по всей площади образующей поверхности циркуляционной трубы 6. Рециркуляционные патрубки 7 устанавливаются по поперечному сечению циркуляционной трубы 6 (фиг.2) в произвольном порядке (например, по одному в поперечном сечении, а также в произвольном или упорядоченно рядами, в шахматном порядке, по спирали и т.п.) на ее поверхности.

Площадь проходного сечения (суммарная площадь каналов 10) направляющего приспособления 9 выбрана из условия S_н≥S_н.п, где S_н площадь проходного сечения направляющего приспособления, м²; S_н.п площадь проходного сечения нагнетающего патрубка,м².

Флотационная машина может быть дополнительно снабжена экраном 13 в виде втулки, установленной на нагнетающем патрубке 8 ниже направляющего приспособления 9, максимальный внешний диаметр которой не менее внешнего диаметра направляющего приспособления 9.

Профиль втулки может быть в виде усеченного конуса, расширением или сужением к низу. Втулка также может представлять собой диск (напр. фиг.3).

Флотационная машина выполнена с рециркуляционными патрубками 7, установленными под углом 45-90^o к вертикальной оси циркуляционной трубы 6.

Флотационная машина работает следующим образом.

При включении привода электроэнергия лопастным импеллером 5 преобразуется 6 кинетическую и потенциальную энергию потока, благодаря чему создается нисходящий осевой поток пульпы Q и перепад давлений в зонах всаса и нагнетания аэрационного блока 3.

Поток Q выбрасывается через нагнетающий патрубок 8, растекается вдоль дна корпуса 1, перемешивая проходящий через камеры поток исходной пульпы, и разделяется на две составляющие Q₁ и Q₂.

Поток Q через направляющее приспособление 9 по наклонным каналам 10, направленным в противоположную от лопастей импеллера 5 сторону, возвращается в зону всаса аэрационного блока 3, находящегося непосредственно под импеллером 5. Площадь проходного сечения направляющего приспособления 9, не меньшая, чем площадь проходного сечения нагнетающего патрубка 8, обеспечивает в зоне всаса аэрационного блока 3 образование воронки, обратной вращению импеллера 5. Наличие воронки пульпы, противонаправленной вращению импеллера 5, приводит к постоянной нагрузке на него и постоянному выбросу потока Q через нагнетающий патрубок 8, что снижает колебание уровня пульпы в камере 1 и внутри циркуляционной трубы 6, стабилизирует гидродинамический режим и приводит к увеличению производительности процесса флотации. При этом происходит увеличение количества засасываемого воздуха внутрь циркуляционной трубы, и происходит также повышение интенсификации процесса и снижение за счет этого расходов реагентов. Часть потока Q₂, двигаясь при подъеме вращательно в поперечной плоскости камеры 1 сонаправленно вращению импеллера 5, возвращается внутрь циркуляционной трубы 6 посредством ввода рециркуляционной пульпы через рециркуляционные патрубки 7 за счет разности давлений, вызванной разностью столба пульпы над конкретным рециркуляционным патрубком 7 в камере 1 и внутри циркуляционной трубы 6.

Поступление части потока Q₂ внутрь циркуляционной трубы 6 уменьшает турбулентность потока Q₂ за счет уменьшения объема вращающейся пульпы с увеличением уровня пульпы в камере 1. Вследствие уменьшения турбулентности потока Q₂ в зоне флотации камеры 1 повышается селективность флотации. Экран 13 перераспределяет объемы потоков Q₁ и Q₂ аэрированной пульпы, выходящих из нагнетающего патрубка 8, в сторону увеличения объема потока Q₂, поступающего в зону флотации, и уменьшения объема потока Q₁, поступающего через направляющие приспособление 9 внутрь циркуляционной трубы 6 в зону всаса. Увеличение потока Q₂, поступающегою в зону флотации, приводит к повышению производительности процесса. Кроме того, наличие экрана 13 позволяет не допустить заиливание углов камеры 1 флотомашины за счет движения потока Q₂.

Часть потока Q₂, поступающего внутрь циркуляционной трубы 6 через рециркуляционные патрубки 7, которые ориентированы под острым углом a к контуру поперечного сечения 11 циркуляционной трубы 6 и направлены выходным отверстием 12 на внутреннюю стенку циркуляционной трубы 6 в одном направлении с наклонными каналами 10 направляющего приспособления 9, а в вертикальном сечении ориентированы под углом j, равным 45-90^o, к вертикальной оси циркуляционной трубы 6, усиливает вращение воронки пульпы, организованной направляющим приспособлением 9.

Часть потока Q₂, проходящая через рециркуляционные патрубки 7 внутрь циркуляционной трубы 6, попадает под зеркало воронки внутри циркуляционной трубы 6, образованной потоков пульпы Q₁, поступающим через направляющее приспособление 9, и усиливает эффект вращения за счет увеличения скорости потока по краям воронки. Часть потока Q₂, проходящая через рециркуляционные патрубки 7, находящиеся выше зеркала воронки пульпы внутри циркуляционной трубы 6, будет также усиливать вращение воронки и повышать уровень воронки.

Для доказательства технического результата повышения селективности флотации, производительности флотации, количества засасываемого воздуха, снижения расхода реагентов были проведены сравнительные промышленные испытания конструкций флотомашин заявляемого образца и выполненной по прототипу. Результаты испытаний приведены в таблице.

Исследования проводили в течение 8 ч при установившемся оптимальном режиме флотации при постоянной крупности исходного питания и содержания КСl в исходном, которое составило 27,2% содержание твердого в исходной пульпе - 35% Среднее время флотации составило 7,9 мин. Количество подаваемой руды на флотацию контролировали конвейерными весами. Количество (расход) воздуха на одну камеру определяли расчетным путем по удельному расходу воздуха, проходящему через единицу площади поверхности зеркала пульпы во флотомашине. Количество реагентов контролировали расходомерами. Содержание КСl в концентрате и хвостах контролировали при помощи стандартных методик и оборудованы.

В примерах 1 и 2 рециркуляционные патрубки установлены под углом 40 к касательной точке пересечения по оси с контуром поперечного сечения циркуляционной трубы. Угол j составляет 90^o. В примерах 1-3 диаметр направляющего патрубка 315 мм, внутренний диаметр направляющего устройства 450 мм, соотношение площадей проходных сечений направляющего устройства и нагнетающего патрубка составляет 2,04.

В примере 2 применяется экран, выполненный в виде шайбы с внешним диаметром 630 мм, внешний диаметр направляющего приспособления 460 мм. В примере 3 рециркуляционные патрубки установлены под углом 40^o к касательной в точке пересечения их оси с контуром поперечного сечения циркуляционной трубы, угол j составляет 55^o.

Как видно из таблицы, использование конструкции заявляемой флотомашины в сравнение с конструкцией прототипа повышает производительность на секцию по исходному питанию с 135 т/ч (пример 4) до 155-185 т/ч (примеры 1-3), удельная производительность на 1 м³ камеры по концентрату (пенному продукту) повышается с 0,97 т/м³•ч (пример 4) до 1,08-1,27 т/м³•ч (примеры 1-3).

В то же время повышается селективность флотации содержание КСl в черновом концентрате повышается с 74% (пример 4) до 75-78% (примеры 1-3), а содержание в хвостах понижается с 2,5% (пример 4) до 2,3-2,4% (примеры 1-3). Соответственно повышается удельное количество воздуха на одну камеру с 1,2 м³/мин (пример 4) до 1,5-1,9 м³/мин (примеры 1-3). Повышение извлечения в черновой концентрат составляет с 93,9% (пример 4) и повышается до 94,2-94,3% (примеры 1-3). В то же время происходит снижение расхода реагентов на одну тонну исходного питания: амина с 52,0 г и натриевой КМЦ 230,0 г/т до 45,0-48,0 г/т и 210-225 г/т соответственно.

Исследование конструкции флотомашины заявляемого типа как без экрана, так и с экраном показывают, что наблюдается улучшение технического результата в сравнении с конструкцией прототипа.

Приведенные данные наглядно показывают улучшение технических результатов, повышение селективности флотации, производительности, количества засасываемого воздуха, снижение расхода реагентов, при использовании флотомашины заявляемого типа в сравнении с прототипом.

Использование: обогащение полезных ископаемых и может быть использовано при флотации руд. Сущность изобретения: во флотационной машине, включающей корпус с пенным порогом и аэрационный блок, состоящий из приводного вала с соосно закрепленным на нем лопастным осевым импеллером, циркуляционной трубы с расположенным на ее поверхности рециркуляционными патрубками, сообщающими ее полость с полостью корпуса, и снабженной коаксиально установленным и охватывающим импеллер нагнетающим патрубком с расположенным на нем направляющем приспособлением, в направляющем приспособлении выполнены наклонные каналы, которые как и рециркуляционные патрубки, расположенные по меньшей мере в нижней части циркуляционной трубы под острым углом к контуру ее поперечного сечения и направленные выходными отверстиями на ее внутреннюю поверхность, ориентированы в сторону, противоположную вращению импеллера. Площадь проходного сечения направляющего приспособления выполняется не менее площади проходного сечения нагнетающего патрубка. Дополнительно флотационная машина снабжена экраном, выполненным в виде втулки, установленной на нагнетающем патрубке ниже направляющего устройства. Максимальный внешний диаметр втулки не менее внешнего диаметра направляющего приспособления. 2 з.п.ф-лы, 1 табл. , 4 ил.

1. Флотационная машина, включающая корпус с пенным порогом и аэрационный блок, состоящий из приводного вала с соосно закрепленным на нем лопастным осевым импеллером, из циркуляционной трубы с рециркуляционными патрубками, сообщающими ее полость с полостью корпуса, и снабженный коаксиально установленным и охватывающим импеллер нагнетающим патрубком с расположенным на нем направляющим приспособлением, отличающаяся тем, что в направляющем приспособлении выполнены наклонные каналы, рециркуляционные трубки установлены по меньшей мере в нижней части циркуляционной трубы, расположены под острым углом к контуру поперечного сечения циркуляционной трубы и ориентированы выходными отверстиями на ее внутреннюю поверхность, при этом рециркуляционные патрубки и наклонные каналы направляющего приспособления ориентированы в сторону, противоположную вращения импеллера, а площадь проходного сечения направляющего приспособления выбирают из условия
S_н≥S_н . п,
где S_н площадь проходного сечения направляющего приспособления, м², S_н . п площадь проходного сечения нагнетающего патрубка, м². 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена экраном, выполненным в виде втулки, установленной на нагнетающем патрубке ниже направляющего приспособления, максимальный внешний диаметр которого менее внешнего диаметра направляющего приспособления. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что наклонные патрубки установлены под углом 45 90^o к вертикальной оси циркуляционной трубы.