ФЛОТАЦИОННАЯ КОЛОННА Российский патент 1998 года по МПК B03D1/24 

Изобретение относится к флотационным процессам и аппаратам обогащения полезных ископаемых и осветления сточных вод.

Известные флотационные машины, в том числе и колонны, близкие по технической сущности к предлагаемой, в большинстве случаев включают корпус в виде полой колонны, внутри которой установлены аэрирующие приспособления, а на внешней стороне патрубки для подачи исходного питания и вывода камерного и пенного продуктов [1]
Недостатками известных флотационных машин является невысокая степень извлечения целевого продута в пенный концентрат, а также недостаточно высокая концентрация целевого продукта в пене.

Известна флотационная машина со струйной аэрацией УФП-6.3С, выполненная в виде полой колонны с входным патрубком для подачи исходного питания и выходным патрубкам для вывода пенного концентрата и хвостов. В качестве аэрирующего приспособления используются струйные аэраторы. При этом свободная струя пульпы помещена в воздушный колокол в придонной части камеры. Для интенсификации дробления пузырьков на глубине 60-100 мм от поверхности пульпы в колоколе под острым углом к струе установлена отбойная пластина [2] При флотации сильвинитовой руды с использованием машины УФП-6.3С было достигнуто извлечение 90-95%
Недостатком известной флотационной машины является недостаточно высокое извлечение целевого продукта.

Наиболее близкой к предложенной является флотационная колонна, включающая корпус с патрубками для подачи исходного питания и вывода камерного продукта, с установленной внутри него камерой аэрации и флотации со струйными аэраторами в виде, по меньшей мере, одной трубки с соплом, патрубок для воздуха, расположенный ниже сопла, конфузор и пенный лоток [3]
Существенным недостатком известной флотационной колонны является невысокая степень извлечения целевого продукта.

Для устранения указанного недостатка флотационная колона, включающая корпус с патрубками для подачи исходного питания и вывода камерного продукта, с установленной внутри него камерой аэрации и флотации со струйными аэраторами в виде, по меньшей мере, одной трубки с соплом, патрубок для воздуха, расположенный ниже сопла, конфузор и пенный лоток, снабжена решеткой и блоками для отделения микропузырьков с воздухоотводящими патрубками, при этом решетка расположена в камере аэрации и флотации выше нижнего конца трубок, блоки для отделения микропузырьков выполнены в виде V-образных элементов, обращенных вершинами вверх и расположены между корпусом и камерой аэрации и флотации; внутренняя поверхность конфузора выполнена с нарифлениями.

Для регулирования качества пенных продуктов в конфузоре установлена орошающая форсунка для подачи промывной воды в пенный слой. Флотационная колонна снабжена гидрофобной насадкой, расположенной между конфузором и пенным лотком, живое сечение решетки составляет 15-30% от общей площади решетки, при этом угол наклона стенок конфузора к горизонтали составляет 20-70^o.

Высокая степень аэрации и равномерность аэрирования обеспечена необходимым количеством аэраторов, которое составляет от 4 до 8 на 1 м² рабочего сечения колонны.

Для различных вариантов работы колонны возможно эжектирование воздуха из атмосферы или принудительная подача газа или воздуха в патрубок исходного питания. При этом имеется возможность создавать разрежение над пенным слоем, в частности, путем подключения пенного лотка к вакуум-насосу.

Флотационная колонна (фиг. 1) состоит из корпуса 1, внутри которого установлена камера аэрации и флотации 2, включающая струйные аэраторы 3 с коллектором 4 для подачи пульпы и решетку 5.

Над камерой 2 и соосно ей установлено флоторазделяющее приспособление 6, позволяющее интенсифицировать процесс разделения пульпы, в верхней части которого между конфузором 10 и пенным лотком 21 расположена подвижная гидрофобная насадка 7, а в нижней блок тонкослойного разделения 8 для отделения пузырьков.

При этом гидрофобная насадка 7 удерживается ограничительными сетками 9, ниже которых на внутренней части конфузора 10 выполнены нарифления из гидрофобного материала, например, фторопласта.

С внешней стороны корпуса 1 флотационной колонны установлены патрубки соответственно для вывода пенного продукта 11, подвода исходного питания 12, вывода осветленной жидкости (камерного продукта) 14, подачи промывной жидкости 16, отвода промывочной жидкости 15, подвода воздуха 17. Установленный в нижней части флотаразделяющего приспособления 6 блок тонкослойного разделения 8 включает набор 13, выполненных в виде V-образных элементов (фиг. 2). Расположенные внутри камеры 2 струйные аэраторы 3 представляют собой установленные вертикально цилиндрические трубки 26, в верхней части которых имеются отверстия 18, выше которых установлены сопла 19. При этом под нижними концами струйных аэраторов 3 расположены отражатели 2, выполненный в виде плоских квадратных или круглых пластин.

Над приспособлением 6 расположен пенный лоток 21, в верхней части которого установлена орошающая форсунка 22, выполненная в виде фильтра (душевого распылителя), а в нижней патрубок 23 для отвода скапливающихся в верхней части полок 13 пузырьков газа или воздуха.

Подача исходного питания может осуществляться с одновременной подачей воздуха под давлением от компрессора 25.

Отвод пенного продукта может осуществляться под вакуумом, создаваемым насосом 24.

Флотационная колонна работает следующим образом. Исходная пульпа или тонкодисперсная суспензия по входному патрубку 12 через коллектор 4 поступает в струйные аэраторы 3, в которые также подсасывается или подается под давлением воздух или газ через отверстия 18, причем количество подсасываемого воздуха определяется скоростью протекающей через сопло 19 струи пульпы или суспензии. При этом за счет разрежения, возникающего при скоростях течения пульпы или тонкодисперсной суспензии выше 8-11 м/с, происходит подсос воздуха в жидкую фазу падающей струи. В образующейся газовоздушной смеси, движущейся в стесненных условиях по трубкам 26 аэраторов 3, происходит интенсивное диспергирование воздуха (или газа) до мельчайших пузырьков и их контактирование со взвешенными частицами минеральной или органической природы. При этом для создания равномерной и эффективной аэрации во всем объеме пульпы или тонкодисперсной суспензии необходимое количество аэраторов, как показали экспериментальные исследования, составляет 4-8 шт. на 1м² рабочего сечения колоны. В случае использования аэраторов менее 4 шт. на 1м² эффективность аэрации и флотации падает, а в случае применения аэраторов более 8 шт. на 1м² эффект флотации не повышается.

Выходящая с большой скоростью из трубок 26 аэраторов 3 струя пульпы или тонкодисперсной суспензии дополнительно диспергируется, попадая на отражатели 2. При этом происходит дополнительное дробление пузырьков воздуха (или газа) до более мелких размеров, достигающих 0,1-0,5 мм, и интенсивный процесс слипания пузырьков с частицами твердой фазы и каплями гидрофобных веществ, например, типа масел, жиров, нефтепродуктов. Для более полного извлечения частиц широкого диапазона крупности используют решетку 5 с живым сечением 15-30% от общей площади решетки. Этот диапазон был определен на основании проведенных исследований. При площади живого сечения менее 15% эффективность аэрации и флотации резко падает, а при площади живого сечения более 30% достигнутый положительный эффект не изменяется.

Образующиеся флотокомплексы пузырек-частица (капля масла) поднимаются вверх, образуя во флоторазделяющем приспособлении 6 пенный слой, который контактирует с гидрофобной поверхностью нарифлений конфузора 10 и далее с гидрофобной насадкой 7, выполненной, например, из фторопластовых шариков диаметром 5-10 мм.

При этом угол наклона стенок конфузора 10 к горизонтали (фиг. 1) в пределах 20-70^o выбран на основании проведенных исследований. При углах менее 20^o сильно затрудняется подъем пенного продукта, что приводит к резкому увеличению времени прибывания пены во флотационной колонне, выпадению из нее сфлотированных частиц и, как следствие, к снижению степени извлечения целевого продукта. В случае использования конфузора с углом более 70^o эффект контактирования наклонной гидрофобной поверхности с пеной и соответственно с газовыми пузырьками снижается и соответственно уменьшается эффект сжатия объема пенного слоя.

За счет контактирования пены (пенного слоя) с гидрофобными материалами указанной формы происходит интенсивная коалесценция (слипание) газовых пузырьков друг с другом и, как следствие, уменьшение пенного слоя в объеме и повышение концентрации целевого продукта в пене. Далее пенный слой, проходя через сетки 9, попадает в пенный лоток 21, где подвергается орошению водой, подаваемой через орошающую форсунку 22. При этом происходит вымывание гидрофильных и плохо удерживаемых в пене частиц, которые попадают в зону аэрации камеры 2. Орошение пенного слоя водой приводит к повышению качества извлекаемого пенного продукта в процессе его обогащения. В случае очистки сточных вод орошение пенного слоя водой используется только для его уменьшения. При этом полученный пенный продукт самопроизвольно сливается через наклонный патрубок 11 или отсасывается с использованием вакуум-насоса 24.

Отвод осветленной жидкости (камерного продукта) происходит во флоторазделяющем приспособлении 6, в котором концентрируется пенный продукт за счет коалесценции пузырьков газа. Осветленная жидкость при этом проходит дополнительную очистку путем отстаивания при медленном течении между полок 13 блока 8. При отстаивании в тонком слое высотой 20-50 мм происходит отделение тонких пузырьков как нагруженных частицами или каплями масла, так и ненагруженных, которые затем скапливаются в верхней части V-образных элементов, представляющих полки 13 (фиг. 2).

Скапливающиеся пузырьки затем за счет подъемной силы, обусловленной в том числе и эрлифтным эффектом, отводятся через патрубок 23 в пенный продукт, находящийся в лотке 21. Осветленная жидкость (камерный продукт) после блока тонкослойного отстаивания 8 выводится из флотационной колонны через патрубок 14.

Оригинальность аппаратурного оформления блока обусловлена тем, что впервые предложена конструкция полок в виде V-образных элементов, позволяющая эффективно задерживать не только осаждающиеся частицы, но главным образом - плавающие сфлотированные вещества в виде флотокомплексов пузырек капелька масла (или частица).

Между рабочими циклами флотационная колонна промывается путем подачи промывочной жидкости (воды) через патрубок 16 и затем ее вывода из колонны через патрубок 15.

Использование предлагаемой флотационной колонны позволяет повысить степень извлечения минералов и взвешенных частиц из жидкой фазы на 2-5% и увеличить концентрацию дисперсной фазы в пенном продукте в 1,5-2,0 раза, а также удельную производительность в 2,0-3,0 раза.

Использование: обогащение полезных ископаемых, флотация руд. Сущность изобретения: флотационная колонна включает корпус К с патрубками ПП для подачи исходного питания и вывода камерного продукта, с установленной внутри него камерой КАФ аэрации и флотации со струйными аэраторами А в виде, по меньшей мере, одной трубки Т с соплом С, патрубок П для воздуха, расположенный ниже С, конфузор КФ, пенный лоток Л, решетку Р и блоки Б для отделения микропузырьков с воздухоотводящими патрубками. Р расположена в КАФ выше нижнего конца Т. Б выполнены в виде V - образных элементов Э. Э обращены вершинами вверх и расположены между К и КАФ. Внутренняя поверхность КФ выполнена с нарифлениями. В Л расположена орошающая форсунка. Между КФ и Л расположена гидрофобная насадка. Живое сечение Р составляет от 15 до 30% ее общей площади. Угол наклона стенок КФ к горизонтали составляет 20-70^o. Количество А составляет от 4 до 8 на 1 м² рабочего сечения колонны. Л подключен к вакуум-насосу. ПП подключен к компрессору. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Флотационная колонна, включающая корпус с патрубками для подачи исходного питания и вывода камерного продукта, с установленной внутри него камерой аэрации и флотации со струйными аэраторами в виде по меньшей мере одной трубки с соплом, патрубок для воздуха, расположенный ниже сопла, конфузор и пенный лоток, отличающаяся тем, что флотационная колонна снабжена решеткой и блоками для отделения микропузырьков с воздухоотводящими патрубками, при этом решетка расположена в камере аэрации и флотации выше нижнего конца трубок, блоки для отделения микропузырьков выполнен в виде V-образных элементов, обращенных вершинами вверх и расположенных между корпусом и камерой аэрации и флотации. 2. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность конфузора выполнена с нарифлениями. 3. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена гидрофобной насадкой, расположенной между конфузором и пенным лотком. 4. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что живое сечение решетки составляет 15 30% от общей площади решетки. 5. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что угол наклона стенок конфузора к горизонтали составляет 20 70^o. 6. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что количество струйных аэраторов составляет 4 8 на 1 м² рабочего сечения колонны. 7. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что пенный лоток подключен к вакуум-насосу. 8. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что патрубок для подачи исходного питания подключен к компрессору.