ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФЛОТАЦИОННАЯ МАШИНА Российский патент 1998 года по МПК B03D1/24 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых способам флотации, в частности, к устройствам для разделения минералов, и может быть использовано при крупнозернистой флотации рудного и нерудного сырья, а также может найти применение при флотационной очистке промышленных и сточных вод.

Известна пневматическая флотационная машина, содержащая камеру цилиндроконической формы, разгрузочные приспособления, пеносборный желоб, приспособление для загрузки пульпы, выполненное из питающей трубы со смесителем, к которому подсоединен патрубок для подвода аэрированной жидкости, питающее приспособление, выполненное в виде набора установленных с зазором соосно с камерой конических колец, диаметр которых уменьшается к днищу камеры, приспособление для крупнозернистого материала, выполненное в виде циклона, аэрирующее приспособление с пневмогидравлическими аэраторами [1].

Недостатком этой машины является отсутствие в ней конструктивных элементов, обеспечивающих оптимизацию аэрогидродинамического режима ее работы и оптимизацию аэрации пульпы в качестве машины, что снижает качество реализуемого в ней флотационного процесса. В частности, в этой машине подачи аэрированной жидкости в объем камеры для аэрирования флотационной пульпы осуществляя пневмогидравлическими аэраторами при введении из сопел этих аэраторов высокоскоростных струй аэрированной жидкости непосредственно во флотационную зону. В результате этого в местах введения этих струй создается высокотурбулентный режим, препятствующий эффективной флотации части полезного компонента, особенно наиболее крупных. Вертикальное расположение боковых стенок флотационной камеры способствует объемной коалесценции воздушных пузырьков, так как в этом случае число соударений пузырьков различной крупности будет больше, чем при расширяющемся потоке. Кроме того, расположение боковых стенок флотационной камеры не способствует формированию направленности движения оседающих частиц и часть из них движется к месту выгрузки по произвольным траекториям. Это приводит к тому, что не все частицы попадают в зоны повышенной аэрации, где производится их повторное доизвлечение, что также приводит к снижению качества процесса флотации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пневматическая флотационная машина, содержащая флотационную камеру, выполненную в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части, расположенную на уровне верхнего края флотационной камеры щелевидную просеивающую поверхность с сечением щелей, увеличивающимся от оси флотационной камеры, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками, сообщенными с внутренней его полостью, и щелевидным выходом из внутренней полости в нижней его части непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы, трубообразной смеситель, установленный по оси флотационной камеры, патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, расположенный у верхнего края флотационной камеры, пневмогидравлический аэратор, параболический отражатель, открытой своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическому аэратору направлении [2].

В известном машине 2 частично устранены недостатки, отмеченные в машине 1, приводящие к снижению качества процесса флотации. Однако и здесь имеет место некоторое снижение качества процесса флотации, так как в ней также отсутствуют конструктивные элементы, обеспечивающие оптимизацию аэрогидродинамического режима ее работы и оптимизацию аэрации пульпы в камере машины. В частности, в этой машине так же, как и в машине 1, совмещены зоны струйного перемешивания пульпы в зоны флотации.

Целью изобретения является повышение качества процесса флотации за счет улучшения аэрогидродинамического режима работы и условий аэрации пульпы.

Согласно изобретению эта цель достигается тем, что в пневматической флотационной машине, содержащей флотационную камеру, выполненную в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части, расположенную на уровне верхнего края флотационной камеры щелевидную просеивающую поверхность с сечением щелей, увеличивающимся от оси флотационной камеры, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками, сообщенными с внутренней его полостью, и щелевидным выходом из внутренней полости в нижней его части непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы, трубообразный смеситель, установленный по оси флотационной камеры, патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, расположенный у верхнего края флотационной камеры, пневмогидравлический аэратор, параболический отражатель, открытой своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическому аэратору направлении, пустотелое кольцо приспособления для подачи крупнозернистого питания на пенный слой имеет в верхней части внутренней стенки экранированный сверху кольцевой выход из внутренней его полости, а внешняя его стенка в нижней части непосредственно над щелевидным выходом выполнена конусообразной, приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы размещено по оси камеры и выполнено в виде вертикально расположенного цилиндра, стенками которого служат внутренняя стенка пустотелого кольца, трубообразный смеситель выполнен в виде эжектора, верхней частью присоединенного к нижнему торцу цилиндра приспособления для загрузки мелкозернистой пульпы, пневмогидравлический аэратор соосно размещен непосредственно над приспособлением для загрузки мелкозернистой пульпы, параболический отражатель соосно закреплен под трубообразным смесителем с кольцевым аэратором по отношению к нижнему его торцу, причем диаметр торцевой части параболического отражателя превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя.

При создании изобретения авторы исходили из следующего.

Для оптимизации любого разделительного процесса необходимо обеспечить условия максимально возможного снижения турбулентности пневматических флотационных машин, то их аэрогидродинамический режим работы можно значительно улучшить, если отделить друг от друга зоны перемешивания пульпы при ее интенсивном насыщении воздушными пузырьками посредством пневмогидравлических аэраторов и зоны непосредственного флотационного разделения компонентов этой пульпы. При флотационном обогащении материала широкого диапазона крупности необходимо при этом обеспечить дифференциальный подход к фракциям питания различной крупности. Для машин большой единичной производительности, где поток вводимого питания весьма велик, существенным для снижения турбулентности пульпы внутри аппарата, а именно в разделительных его зонах, является рассредоточение вводимого питания, а также способ его введения в аппарат в зависимости от крупности обогащаемого материала.

Что касается наиболее крупной и тяжелой части питания, то она должна подаваться во флотационный аппарат по принципу ценной сепарации на поверхность пенного слоя при максимальном рассредоточении минеральных зерен между собой и с минимальным количеством жидкой фазы пульпы. При этом вектор скорости подаваемого питания должен быть направлен вдоль поверхности пенного слоя в сторону пеносборного желоба. Это соответствует требованиям механизма процесса пенной сепарации.

Грубозернистый материал меньшей крупности должен подаваться во флотационный аппарат вдоль оси камеры снищу вверх в виде тщательно перемешанной аэрированной пульпы с тем, чтобы вектор скорости этого аэрированного потока пульпы совпадал с вектором архимедовых сил. Это соответствует условиям флотации более крупных минеральных зерен полезного компонента из объема аэрированной пульпы.

Этим требованиям удовлетворяет конструкция предлагаемой пневматической флотационной машины. Детали принятых технических решений изложены ниже при ее описании.

На фиг.1 показана пневматическая флотационная машина в разрезе; на фиг.2 - вид машины сверху; на фиг.3 - узел 1 на фиг.1.

Пневматическая флотационная машина состоит из флотационной камеры 1 с патрубком 2 для вывода хвостов, выполненной в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части. По периферии верхней части флотационной камеры 1 закреплен пеносборный желоб 3 с патрубком 4 для вывода пенного продукта. На уровне верхнего края флотационная камера 1 имеет дискообразную соосно расположенную щелевидную просеивающую поверхность 5 с сечением щелей 6, увеличивающимся от оси флотационной камеры, над которой соосно расположено приспособление 7 для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виду пустотелого кольца 8 с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками 9. Пустотелое кольцо 8 с нижней части внешней стенки 10 имеет щелевидный выход 11 из внутренней своей полости непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность 5, а в верхней части внутренней стенки 12 экранированный сверху козырьком 13 кольцевой выход 14. Внешняя стенка 10 в нижней части непосредственно над щелевидным выходом 11 выполнена конусообразной. По оси камеры 1 размещено приспособление 15 для загрузки мелкозернистой пульпы, выполненное в виде вертикально расположенного цилиндра 16, стенками которого служит внутренняя стенка 12 пустотелого кольца 8. К нижнему торцу цилиндра 16 присоединен выполненный в виде эжектора трубообразный смеситель 17, опирающийся на стенки камеры 1 посредством радиальных ребер 18 и 19. Над приспособлением 15 для загрузки мелкозернистой пульпы соосно закреплен пневмогидравлический аэратор 20. Под трубообразным смесителем 17 соосно размещен с кольцевым зазором 21 параболический отражатель 22. открытой своей частью обращенной во встречном к пневмогидравлическому аэратору 20 направлении и опирающийся через радиальные ребра 23 на стенки камеры 1. Параболический отражатель 22 для сохранения своей конфигурации при эксплуатации машины выполнен из износостойкого материала, например из силицированного графита, металлокерамики или полиуретана. Диаметр торцевой части параболического отражателя 20 превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя 17.

Пневмогидравлический аэратор 20 имеет корпус 24 с водоподводящим 25 и воздухоподводящим 26 штуцерами, к которым посредством резьбовых соединений присоединены водоподводящий 27 и воздухоподводящий 28 гибкие рукава. В корпусе 24 размещены входная 29 и выходная 30 втулки, выполненные и износостойкого материала, например из силицированного графита или металлокерамики, имеющие осевые отверстия 31. Выходная втулка 30 имеет в осевом отверстии 31 участок 32 большего диаметра с тангенциальными проходами 33. Втулки 29 и 30 закреплены в корпусе 24 резьбовым водоподводящим штуцером 25 через эластичную прокладку 34. В корпусе 24 выполнена кольцевая канавка 35, обращенная с одной стороны через отверстия 36 в корпусе 24 с воздухоподводящим штуцером 26, с другой, через тангенциальные проходы 33 и участок 32 с осевым отверстием 31.

Пневмогидравлический аэратор 20 посредством фланцевого резьбового соединения 37 прикреплен через эластичную прокладку 38 к приспособлению 7 за его козырек 13.

Пневматическая флотационная машина работает следующим образом.

Флотационную камеру 1 заполняют водой с пенообразователем. Одновременно в пневмогидравлический аэратор 20 под давлением через водоподводящий 25 и воздухоподводящий 26 штуцеры и гибкие рукава 27 и 28 подают воду и воздух. В питающие патрубки 9 подают флотационную пульпу, предварительно обработанную флотационными реагентами, которая тангенциально вводится в пустотелое кольцо 8 приспособления 7 для подачи крупнозернистого питания на пенный слой. Под действием пары сил двух потоков, так как патрубки 9 расположены по диаметру кольца 8, пульпа приобретает вращательное движение внутри кольца. После раскручивания пульпы крупнозернистая ее фракция, двигаясь под действием центробежных сил по конусообразной поверхности внешней стенки 10 кольца 87, выгружается в сгущенном виде из кольца через щелевидный выход 11, расположенный в нижней его части, непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность 5 с сечением щелей 6, увеличивающимся от оси флотационной камеры 1, где происходят рассредоточение частиц по площади и между собой. Оставшаяся мелкозернистая фракция пульпы вместе с ее жидкой фазой выгружается из пустотелого кольца 8 через экранированный сверху козырьком 13 кольцевой выход 14 и поступает в приспособление 15 для загрузки мелкозернистой пульпы, из которого через выполненный в виде эжектора трубообразный смеситель 17 поступает в объем камеры 1. Во флотационной камере 1 образуется аэрогидросмесь с тонкодиспергированным воздухом, а на ее поверхности образуется пенный слой, который переливается в пеносборный желоб 3.

Тонкую диспергацию воздуха в пульпе осуществляют следующим образом. При продавливании напорной воды через осевое отверстие 31 входной 29 и выходной 30 втулок пневмогидравлического аэратора 20 в участке 32 осевого отверстия 31 втулки 30 за счет высокоскоростной струи жидкости создается эжектирующий эффект, отсасывающий воздух из объема его участка 32 большего диаметра. Одновременно в участок 32 через тангенциальные проходы 33, кольцевую канавку 35, отверстие 36 в корпусе 24, штуцер 26 и гибкий рукав 28 поступает сжатый воздух, который компенсирует его убыль из этого участка при струйном эжектировании. В результате на выходе из сопла пневмогидравлического аэратора 20 формируется высокоскоростная струя воды с тонкодиспергированным в ней воздухом. Тонкой его диспергации способствует тенгенциальный ввод сжатого воздуха в участок 32 большего диаметра, создающий в нем высокоскоростной воздушный вихрь, через центр которого происходит высокоскоростная струя воды. Выходящая с большой скоростью из сопла пневмогидравлического аэратора 20 струя аэрированной жидкости поступает в приспособление 15 для загрузки мелкозернистой пульпы. Эта струя высокого давления увлекает за собой мелкозернистую пульпу, поступающую в приспособление 15 из кольцевого выхода 14 приспособления 7, эжектируя и диспергируя при этом дополнительный атмосферный воздух.

В цилиндре 16 приспособления 15 происходит смешение потоков и выравнивание их скоростей, после чего объединенный поток направляется в диффузор трубообразного смесителя 17, где происходит преобразование его кинетической энергии в потенциальную энергию сжатого потока, который ударяет в параболический отражатель 22. Последний изменяет траекторию входящего потока аэрированной пульпы на обратную с формированием более рассредоточенной кольцевой его конфигурации при входе через кольцевой зазор 21 во флотационную камеру 1. При этом вектор скорости этого аэрированного потока пульпы совпадает с вектором архимедовых сил, что соответствует условиям флотации более крупных минеральных зерен полезного компонента из объема аэрированной пульпы. В трубообразном смесителе 17 наряду с интенсивной аэрацией вводимой пульпы происходит также весьма интенсивное ее перемешивание с тонкодиспергированным воздушными пузырьками. После ввода аэрированной пульпы во флотационную камеру 1 в ней формируется оптимальная внутренняя аэрогидродинамика потока жидкости, а также направленное движение пенного слоя от места загрузки на него через щели 6 щелевидной просеивающей поверхности 5 крупнозернистой фракции питания до пеносборного желоба 3. Крупные частицы питания в рассредоточенном виде поступают на поверхность пены сверху. Гидрофобные и гидрофобизированные частицы полезного компонента удерживаются при этом пенным слоем и выносятся вместе с ним и с сфлотированными из объема пульпы частицами в пеносборный желоб 3, откуда выгружаются через патрубок 4 для вывода пенного продукта. Гидрофильные частицы пустой породы проходят сквозь пену в объем флотационной камеры 1, опускаются на наклонные стенки камеры 1, скользят по ним вниз и попадают в зону восходящего потока аэрированной пульпы, выходящей из кольцевого зазора 21. Этот поток захватывает пульпу из камеры, формируя внутрикамерную ее циркуляцию, которая обеспечивает возможность повторного извлечения частиц полезного компонента, случайно выпавших из пенного слоя, не достигнув пеносборного желоба 3. Большую роль при этом играет конфигурация самой флотационной камеры 1, выполненной в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней своей части. Частицы полезного компонента флотируются в потоке аэрированной пульпы и поступают в движущейся к пеносборному желобу 3 пенный слой. Частицы пустой породы оседают по стенке флотационной камеры 1 и выгружаются из машины через патрубок 2.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет улучшения аэрогидродинамического режима работы и условий аэрации пульпы повысить качество процесса флотации.

Использование: изобретение относится к обогащению полезных ископаемых способом флотации и может быть использовано крупнозернистой флотации рудного и нерудного сырья и при флотационной очистке промышленных и сточных вод. Сущность изобретения: машина содержит флотационную камеру, щелевидную просеивающую поверхность, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками и щелевидным выходом из внутренней полости в нижней его части. Машина содержит также приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы (ПЗМП), трубообразный смеситель (ТС), патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, пневмогидравлический аэратор (ПА), параболический отражатель. Пустотелое кольцо имеет в верхней части внутренней стенки экранированный сверху кольцевой выход из внутренней полости. Внешняя его стенка в нижней части над щелевидным выходом выполнена конусообразной. ПЗМП размещено по оси камеры и выполнено в виде вертикально расположенного цилиндра, стенками которого служит внутренняя стенка пустотелого кольца. ТС выполнен в виде эжектора, верхней частью присоединенного к нижнему торцу цилиндра. ПА соосно размещен над ПЗМП, параболический отражатель соосно закреплен под ТС с кольцевым зазором по отношению к нижнему его торцу. Диаметр торцевой части параболического отражателя превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя. 3 ил.

Пневматическая флотационная машина, содержащая флотационную камеру, выполненную в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части, расположенную на уровне верхнего края флотационной камеры щелевидную просеивающую поверхность с сечением щелей, увеличивающимся от оси флотационной камеры, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками, сообщенными с внутренней его полостью, и щелевидным выходом из внутренней полости в нижней его части непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы, трубообразный смеситель, установленный по оси флотационной камеры, патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, расположенный у верхнего края флотационной камеры, пневмогидравлический аэратор, параболический отражатель, открытой своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическому аэратору направлении, отличающаяся тем, что пустотелое кольцо приспособления для подачи крупнозернистого питания на пенный слой имеет в верхней части внутренней стенки экранированный сверху кольцевой выход из внутренней его полости, а внешняя его стенка в нижней части непосредственно над щелевидным выходом выполнена конусообразной, приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы размещено по оси камеры и выполнено в виде вертикально расположенного цилиндра, стенками которого служат внутренняя стенка пустотелого кольца, трубообразный смеситель выполнен в виде эжектора, верхней частью присоединенного к нижнему торцу цилиндра приспособления для загрузки мелкозернистой пульпы, пневмогидравлический аэратор соосно размещен непосредственно над приспособлением для загрузки мелкозернистой пульпы, параболический отражатель соосно закреплен под трубообразным смесителем с кольцевым зазором по отношению к нижнему его торцу, причем диаметр торцевой части параболического отражателя превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя.