СПОСОБ ФЛОТАЦИИ ЧАСТИЦ Российский патент 1998 года по МПК B03D1/00 

Изобретение относится к процессам и аппаратам флотационного разделения минералов, сточных вод и суспензий как с минеральной, так и с органической твердой фазой.

Известные способы флотационного разделения неоднородных систем, в том числе и рудных пульп, основаны на пропускании через исходную пульпу диспергированного воздуха и минерализации воздушных пузырьков частицами, имеющими свойства поверхностей, способствующими прилипанию частиц к пузырькам воздуха [1]
При этом диспергирование воздуха или газов осуществляют различными способами. В частности, пропусканием через пористые перегородки, или диспергированием с помощью механических мешалок, гидравлических устройств и т. д.

Существенным недостатком известных способов является невысокая степень извлечения целевого продукта, что связано с недостаточно высокой вероятностью столкновения частиц с пузырьками воздуха и их удержанием на поверхности пузырьков.

Известен способ флотации частиц широкого диапазона крупности, осуществляемый в кипящем слое [2] Сущность известного способа состоит в том, что исходная пульпа подается на решетку, снизу которой подается аэрированная пульпа. При этом частицы твердой фазы, в частности, частицы наиболее крупных размеров, находятся в жидкости во взвешенном состоянии до тех пор, пока не произойдет их контактирование и слипание с пузырьками воздуха. Известный способ позволяет флотировать частицы повышенной крупности.

Недостатком известного способа является невысокая степень извлечения целевого продукта из-за низкой флотируемости тонких частиц.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ флотации частиц, включающий аэрацию пульпы и минерализацию пузырьков в нисходящем потоке, создаваемом совместной подачей под давлением исходной пульпы, содержащей тонкие и крупные частицы, и воздуха, перевод флотируемых частиц в пенный слой и непрерывный вывод пенного продукта и хвостов [3]
Сущность известного способа заключается в следующем. Струю жидкости получают путем подачи жидкости под давлением через насадок, находящийся под поверхностью раздела жидкость-газ. При прохождении струи жидкости в газе, например, в воздухе, происходит его эжектирование струей. При этом чем больше скорость движения и ее диаметр, тем больше захватывается газа. Далее струя газа с эжектируемым воздухом (газом) попадает в слой жидкости и при этом происходит диспергирование газа на отдельные пузырьки.

В этом способе потоки пульпы выводятся из зоны падения струй вниз, а пузырьки воздуха вверх. Поэтому при нисходящих скоростях движения более 2 см/с сильно минерализированные пузырьки, имеющие скорость всплывания менее указанной величины, увлекаются нисходящими потоками в хвосты. В хвосты выводятся и крупные частицы флотируемого минерала, которые отрываются от пузырьков в турбулентной зоне движения падающих струй.

Превышение скорости нисходящих потоков более 2 см/с приводит к снижению извлечения флотируемых частиц в пенный продукт. Этот же параметр ограничивает удельную производительность.

Следует также отметить, что отделение минерализированных пузырьков происходит в нисходящих потоках. Это обуславливает вынос в хвосты не прикрепившихся к пузырькам частиц.

Цель изобретения заключается в повышении степени извлечения частиц широкого диапазона крупности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе флотации частиц, включающем аэрацию пульпы и минерализацию пузырьков в нисходящем потоке, создаваемом совместной подачей под давлением исходной пульпы, содержащей тонкие и крупные частицы, и воздуха, перевод флотируемых частиц в пенный слой и непрерывный вывод пенного продукта и хвостов, аэрацию пульпы и минерализацию пузырьков тонкими частицами осуществляют в нисходящем турбулентном потоке со скоростью 3-12 м/с с последующим переводом минерализованных тонкими частицами пузырьков в ламинарный восходящий поток с образованием взвешенного слоя крупных частиц. Пульпу можно подавать в зону флотации под вакуумом. В качестве газа наряду с воздухом могут быть использованы инертные газы. Хвосты могут быть пропущены через блок тонкослойного отстаивания, пенный слой подвергнут сжатию и контактирует с гидрофобной поверхностью.

Интенсификация процесса флотации может быть достигнута путем подачи пульпы избыточным давлением, например, при подаче ее с помощью насоса среднего и высокого давления, создающего давление в пределах 0,2-1,0 МПа. В этом случае происходит повышенное растворение воздуха в жидкости, а при поступлении пульпы во флотационную камеру его выделение из жидкости в виде мельчайших пузырьков. Взаимодействие таких пузырьков с частицами приводит к эффективному образованию флотокомплексов частица-пузырек за счет коалесцентного механизма минерализации, причем такие флотокомплексы обладают высокой прочностью и в большинстве случаев не разрушаются.

Использование приема подачи пульпы под избыточным давлением позволяет таким образом повысить степень извлечения из жидкости частиц твердой фазы, особенно тонких классов. Перепад давления, способствующий выделению из жидкости мельчайших пузырьков, может быть создан и путем подачи пульпы под вакуумом. При этом в зависимости от величины вакуума изменяется количество и размер выделяющихся пузырьков газов.

Использование приема подачи флотацию пульпы в вакуум позволяет не только повысить степень извлечения из жидкости частиц широкого диапазона крупности, но и улучшить процесс пеносъема.

В этом случае пена транспортируется за счет выделяющихся из жидкости газов, как и в случае подачи пульпы под избыточным давлением, что позволяет избежать в большинстве случаев разрушения образовавшихся флотокомплексов частица-пузырек.

Интенсификация процессов, происходящих в пенном слое, достигается тем, что его подвергают сжатию, например, путем пропускания через сужающееся поперечное сечение флотационного аппарата. В этом случае пузырьки более активно коалесцируют и пенный слой уменьшается в объеме, что приводит к повышению концентрации твердой фазы в пенном слое и уменьшению в нем гидрофильных частиц породы, осыпающихся при сжатии пенного слоя. Указанным процессам способствует обеспечение контакта минерализованных пузырьков с гидрофобной поверхностью. Эти факторы способствуют коалесценции пузырьков и их очистке от механически захваченных гидрофильных частиц.

Для повышения степени разделения пульпы и более полного извлечения целевого продукта жидкую фазу пульпы перед ее выводом со стадии флотации пропускают через блок тонкослойного отстаивания, что способствует улавливанию частиц и флотокомплексов частица-пузырек и их возврату в зону флотации. Этот прием наряду с вышеописанными способствует более полному извлечению частиц целевого продукта из жидкой фазы.

Наряду с отмеченными факторами существенное значение имеет наличие насадки перед блоком тонкослойного отстаивания. Наличие гидрофобной насадки позволяет практически исключить попадание фотокомплексов в осветленную жидкость. При этом важное значение имеет материал насадки и размер ее частиц. Как показывают экспериментальные исследования, наибольший эффект дает использование дисперсной гидрофобной насадки, например в виде шариков из фторопласта диаметром 3-15 мм. При уменьшении размеров частиц насадки менее 3 мм резко увеличивается сопряжение жидкой фазы, а при увеличении размеров более 15 мм возможен проскок флотокомплексов между частицами насадки, что заметно снижает эффективность использования насадки.

Комплексное использование указанных факторов резко повышает степень извлечения указанных факторов резко повышает степень извлечения целевого продукта из жидкой фазы пульты, что обеспечивает достижение цели изобретения.

Предлагаемое техническое решение осуществляется следующим образом.

Флотацию частиц широкого диапазона крупности осуществляют путем подачи исходного материала (пульпы) в виде нисходящего потока с подсосом атмосферного воздуха или какого-либо технологического газа. Водовоздушная смесь, движущаяся смесь, движущаяся в виде нисходящего потока, перемешивается, что приводит к эффективному столкновению пузырьков воздуха с флотируемыми частицами. При этом поддержание скорости нисходящего потока в пределах 3-12 м/с позволяет осуществлять вероятность встречи пузырьков с частицами в пределах 0,9-1,0. Последнее приводит к повышению эффективности флотационного процесса. При скоростях нисходящего потока, выходящих за пределы 3-12 м/с, не происходит эффективного столкновения частиц с пузырьками воздуха или газов, в том числе инертных. При скоростях менее 3 м/с не происходит интенсивной турбулизации в нисходящем потоке жидкости, а при скоростях более 12 м/с не наблюдается повышения эффективности флотационного процесса. Выбранный интервал скоростей нисходящего потока был проведен при проведении экспериментальных исследований и показал справедливость выбранного интервала скоростей движения жидкости или пульпы.

Эффективность способа иллюстрируется нижеследующими примерами.

Пример 1
Флотационную доочистку сливов радиальных сгустителей фосфоритового фотоконцентрата (класса 0,074 мм, содержанием 3,5 г/л) проводили по предлагаемому способу с аэрацией и минерализацией пузырьков тонкими частицами в нисходящем турбулентном потоке со скоростью 3 м/с с последующим переводом минерализованных тонкими частицами пузырьков в ламинарный восходящий поток с образованием взвешенного слоя. Время флотации 6 мин.

Образовавшиеся флотокомплексы частица-пузырек или агрегат частица-пузырек выносятся в образующийся пенный слой. При этом пенный слой подвергается сжатию, проходя через канал с сужающимся сечением. После этого пенный слой вводят в зону разрежения с вакуумом 100 мм рт.ст. При этом происходит разрушение пузырьков и уплотнения пенного слоя. В результате получают концентрат с содержанием твердого вещества 64 г/л. Извлечение при этом составило 97,4%
При осуществлении флотации по известному способу содержание твердого вещества во флотоконцентрате составило 53,7 г/л, а извлечение 93,8%
Пример 2
Флотацию сильвинита осуществляли по предлагаемому способу, как и в примере 1, за исключением того, что флотацию проводили во флотомашине объемом 1 л с временем флотации 5 мин при этом скорость нисходящего потока составила 7,5 м/с.

В результате проведения флотации сильвинита по предлагаемому способу получили извлечение 98,6% а при сравнительных испытаниях известного способа извлечение составило 94,7%
Пример 3
Флотацию сильвинита проводили как в примере 2, за исключением того, что скорость нисходящего потока составила 12 м/с.

В результате получили извлечение 99,1% по предлагаемому способу и 94,75% по известному.

Пример 4
Флотацию сильвинита осуществляли как и в примере 2, за исключением того, что в качестве флотирующего агента вместо воздуха использовали азот.

В результате проведения флотации сильвинита получили извлечение 98,9% а при использовании известного способа 94,7%
Пример 5
Флотацию сильвинита осуществляли как и в примере 2, за исключением того, что исходную пульпу подавали в зону флотации под избыточным давлением 0,60 МПа.

В результате получили извлечение 99,3% а при использовании известного способа 94,7%
Пример 6
Флотацию сильвинита проводили как и в примере 2, за исключением того, что исходную пульпу подавали в зону флотации под вакуумом 300 мм рт.ст.

В результате получили извлечение 99,4% а при использовании известного способа 94,7%
Пример 7
Флотацию сильвинита осуществляли как и в примере 2, за исключением того, что пенный слой подвергали сжатию путем пропускания через сужающееся сечение флотационного аппарата.

В результате получили извлечение 99,54% а при использовании известного способа 94,7%
Пример 8
Флотацию сильвинита осуществляли как и в примере 2, за исключением того, что пенный слой контактирует с гидрофобной насадкой из частиц фторопласта диаметром 10 мм.

В результате получили извлечение 99,8% а при использовании известного способа 94,7%
Пример 9
Флотацию сильвинита проводили как в примере 2, за исключением того, что вывод хвостов проводили путем пропускания их через блок тонкослойного отстаивания с расстоянием между потоками 3 см.

В результате получили извлечение сильвинита 100% а при использовании известного способа 94,7%
Таким образом, приведенные выше примеры указывают на более высокую эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным.

Использование: обогащение полезных ископаемых, флотация руд. Сущность изобретения: проводят аэрацию пульпы и минерализацию пузырьков в нисходящем потоке. Нисходящий поток создают совместной подачей под давлением исходной пульпы, содержащей тонкие и крупные частицы, и воздуха. Переводят флотируемые частицы в пенный слой. Непрерывно выводят пенный продукт и хвосты. Аэрацию пульпы и минерализацию пузырьков тонкими частицами осуществляют в нисходящем турбулентном потоке со скоростью от 3 до 12 м/с. Переводят минерализованные тонкими частицами пузырьки в ламинарный восходящий поток с образованием взвешенного слоя из крупных частиц. Пульпу можно подавать в зону флотации под вакуумом. Флотацию можно осуществлять в среде инертных газов. Хвосты можно пропускать через блок тонкослойного отстаивания. Пенный слой можно сжимать. При сжатии пенный слой может контактировать с гидрофобной поверхностью. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ флотации частиц, включающий аэрацию пульпы и минерализацию пузырьков в нисходящем потоке, создаваемом совместной подачей под давлением исходной пульпы, содержащей тонкие и крупные частицы, и воздуха, перевод флотируемых частиц в пенный слой и непрерывный вывод пенного продукта и хвостов, отличающийся тем, что аэрацию пульпы и минерализацию пузырьков тонкими частицами осуществляют в нисходящем турбулентном потоке со скоростью 3 12 м/с с последующим переводом минерализованных тонкими частицами пузырьков в ламинарный восходящий поток с образованием взвешенного слоя из крупных частиц. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пульпу подают в зону флотации под вакуумом. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что флотацию осуществляют в среде инертных газов. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вывод хвостов проводят путем пропускания их через блок тонкослойного отстаивания. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пенный слой подвергают сжатию. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют контакт подвергаемого сжатию пенного слоя с гидрофобной поверхностью.