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

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработке минерального сырья, содержащего цветные, черные, редкие, благородные металлы, а также неметаллических ископаемых.

Известна пневматическая флотационная машина, защищенная патентом Российской Федерации N 2038865, B 03 D 1/24. Машина включает камеру с расположенным в ней аэратором, пенный порог, загрузочное приспособление в виде трубы с отверстиями и циркуляционную трубу.

Труба с отверстиями сообщается с циркуляционной трубой. Свободный конец циркуляционной трубы выполнен с косым срезом. Циркуляционная труба снабжена регулирующим приспособлением. Отверстия в трубе расположены на ее боковых сторонах в шахматном порядке - это, по замыслу авторов, обеспечивает равномерную подачу питания по всему сечению камеры, а наличие циркуляционной трубы возвращает в процесс часть подпенного слоя.

Недостатками указанной конструкции машины являются низкие показатели флотации, т.к. возвращение в процесс части подпенного слоя означает возвращение в исходное питание уже образовавшихся флотокомплексов, участвующих в формировании пенного слоя, где они частично разрушаются. Кроме того подача исходного питания в горизонтальную трубу не может обеспечить равномерное распределение питания по всей площади камеры и как следствие недостаточно активный контакт гидрофобных минералов с воздушным потоком.

Наиболее близкой по технической сущности является пневматическая флотационная машина (патент Российской Федерации N 2015731, B 03 D 1/24), включающая корпус, состоящий из верхней и нижней частей, причем верхняя расширенная, питающее и разгрузочные приспособления, аэраторы и пеносборник.

В целях расширения диапазона крупности флотируемых минералов в вышеуказанном аппарате используются эрлифт, установленный внутри колонны, над которым размещен конусообразный распределитель и аэраторы, расположенные на трех уровнях: над конусообразным распределителем, несколько ниже его и над разгрузкой хвостов в нижней части машины.

Для очистки пенного продукта от минералов пустой породы используется оросительное устройство.

Недостатком известной машины является весьма сложная и неэффективная система принудительного контакта гидрофобных и гидрофобизированных зерен полезного (флотируемого) минерала с микропузырьками воздуха, и как следствие этого, невысокое извлечение указанного минерала. Это усугубляется размещением питающего приспособления внутри машины, что существенно сокращает площадь рабочего сечения машины. Кроме того телескопическая конструкция загрузочной трубы весьма неэффективна при работе в минеральных суспензиях.

К недостаткам указанной конструкции, как и других аппаратов, относится отсутствие механизма, позволяющего селективно вести процесс и эффективно извлекать минеральные зерна крупнее 0,3 мм.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение - создание достаточно простого аппарата, позволяющего эффективно вести флотационный процесс, достигая высоких показателей по селективности и извлечению при обогащении минеральных суспензий широкого диапазона крупности.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой машине, имеющей корпус, как и известный аналог, состоящий из двух частей, причем верхняя расширенная, питающее и разгрузочное приспособления, аэраторы и пеносборник, осуществляются следующие положения: предварительное контактирование питания с воздухом осуществляется вне аппарата; создаются условия для максимально возможного контакта грубозернистых минеральных частиц с потоком микропузырьков воздуха внутри машины; процесс флотации ведется в несколько стадий в одном аппарате.

Технически это достигается благодаря тому, что с внешней стороны корпуса машины располагаются два или более питающих приспособлений, обеспечивающих подачу в машину пульпы в виде минеральной суспензии, обогащенной воздухом, что обеспечивает немедленное выделение из объема пульпы аэрофлокул флотируемого минерала; используется стабилизатор потоков, обеспечивающий создание оптимальных условий для дополнительного контакта минеральных зерен, а в особенности грубых, с воздухом, в объеме машины создается изолированная зона, где осуществляется дофлотация полезного компонента.

В предлагаемой конструкции, как и в известной, корпус состоит из двух частей различного сечения. Верхняя часть корпуса - расширенная. В верхней части тангенциально введены питающие патрубки, соединенные с питающим приспособлением, выполненным в виде эжекторов, расположенных с внешней стороны расширенной части корпуса, что обеспечивает поступление в машину не просто пульпы, обработанной реагентами, а готовых к выделению из процесса аэрофлокул, селективно подготовленных к флотации, что отсутствует в аналогах.

Исследования показывают - в эжекторе с воздухом взаимодействуют только зерна флотируемого минерала, что позволяет сразу же после поступления аэрофлокул в машину осуществлять процесс суперфлотации. Как доказали наши эксперименты, количество эжекторов должно быть не менее двух.

В известных конструкциях колонных машин не существует эффективных приспособлений или устройств, позволяющих надежно осуществлять доизвлечение гидрофобных или гидрофобизированных зерен, по какой-либо причине не участвующих в процессе "суперфлотации". Как правило, в число несфлотировавшихся входят зерна, размер которых более 0,3 мм. Использование для их дофлотации дополнительных аэраторов не приносит ожидаемого эффекта и не позволяет нейтрализовать характерное для колонных машин явление противотока, т.е. встречных потоков минеральных зерен, опускающихся вниз, и потоков микропузырьков, поднимающихся вверх. При этом гидрофобные и гидрофобизированные зерна или минуют пузырек воздуха, попадая в межпузырьковый канал, или разрушают пузырек при взаимном столкновении. Образовавшиеся минераловоздушные агрегаты во время подъема постоянно подвергаются негативному воздействию падающих сверху зерен и в конце концов разрушаются.

Для исключения отрицательно влияющего на процесс флотации явления противотока в предлагаемой конструкции использован стабилизатор потоков, верхняя плоскость которого является продолжением наклонной поверхности, соединяющей верхнюю расширенную часть корпуса с нижней.

Стабилизатор потоков расположен между верхней и нижней частями корпуса машины и представляет собой два усеченных конуса, соединенных под углом β = 360^°-α, где α = 60-90^° (выведено экспериментально). Как показали исследования, площадь узкой части стабилизатора потоков должна находиться в зависимости с его нижним основанием в соответствии с формулой
S₁ ≤ 1/3 S₂,
где
S₁ - площадь узкой части стабилизатора потоков, м²,
S₂ - площадь нижнего основания стабилизатора потоков, м².

Использование вышеприведенных пределов угла сочленения плоскостей стабилизатора потоков обеспечивают оптимальные условия взаимодействия минерала и пузырька. Это определяется тем, что несфлобировавшиеся по какой-то причине гидрофобные или гидрофобизированные зерна, или аэрофлокулы и потоки пузырьков воздуха, поднимающиеся из аэраторов, расположенных в нижней части аппарата, встречаются в зоне сочленения конусов, из которых состоит стабилизатор, потеряв первоначальную скорость - минеральные зерна за счет скольжения по верхней наклонной плоскости, а потоки пузырьков за счет удара о нижнюю плоскость стабилизатора. При этом, как показали эксперименты, возникает хаотичное движение пузырьков, что многократно увеличивает как взаимный контакт пузырька и минерала, так и насыщение дополнительным тонкодиспергированным воздухом минераловоздушных комплексов, придавая им флотируемость или многократно усиливая ее. Кроме того встреча минеральных зерен и микропузырьков воздуха происходит под тупым углом, определенным стабилизатором потоков, что значительно повышает вероятность прилипания минерала к пузырьку, а особенно его грубых зерен.

Внутри расширенной части корпуса машины находится камера контрольной флотации в виде пустотелого подвижного цилиндрического приспособления, использование которого преследует следующие цели: создание ограниченной зоны, обеспечивающей беспрепятственное падение несфлотировавшихся в процессе суперфлотации минералов и флотокомплексов на верхнюю плоскость стабилизатора потоков; создание ограниченной зоны для флотации флотокомплексов, образовавшихся в результате контакта минеральных зерен с потоком микропузырьков воздуха из аэраторов в зоне стабилизатора потоков; ограничение попадания минералов пустой породы в пенный продукт, поступающий в пеноприемник.

Таким образом, полое подвижное цилиндрическое приспособление предназначается для осуществления процесса контрольной флотации с перечисткой пенного продукта при переходе его через верхний срез указанного устройства. Экспериментально доказано, что камера контрольной флотации наиболее успешно функционирует, если ее диаметр соответствует формуле
d = [D + (0,1 - 0,15)],
где
d - диаметр камеры контрольной флотации, м;
D - диаметр внутренней полости нижней части корпуса, м.

Как следует из вышеизложенного, конструктивные особенности заявляемой колонной флотационной машины позволяют максимально извлекать флотирумые минералы, повысить верхний предел крупности флотируемых минералов, осуществлять в одной машине основную, контрольную и перечистную флотации.

На фиг. 1 изображен общий вид флотационной машины колонного типа.

Колонная флотационная машина включает корпус 1, состоящий и верхней и нижней частей, стабилизатора потоков 2, расположенного на границе указанных частей, эжекторов 3 с тангенциальными питающими патрубками 4, подвижного полого цилиндрического приспособления-камеры контрольной флотации 5, аэраторов 6, приемного желоба для пенного продукта 7 и разгрузочного приспособления для хвостов 8.

Флотационная машина работает следующим образом. Пульпа, предварительно обработанная реагентами, под давлением подается в эжекторы 3, куда принудительно поступает воздух. В эжекторах 3 образуется минерально-воздушная суспензия, которая через питающие патрубки 4 поступает в верхнюю часть корпуса 1 флотомашины. В момент поступления в машину из суспензии начинают выделяться флотокомплексы, состоящие из минералов с гидрофобной поверхностью и микропузырьков воздуха. Флотокомплексы поднимаются вверх и через срез расширенной верхней части корпуса 1 поступают в пеносборник 7. Несфлотировавшиеся частицы полезного, в большинстве своем грубозернистого, компонента в пространстве, ограниченном стенками верхней части корпуса и подвижным полым цилиндрическим приспособлением 5, опускаются вниз, скользят по верхней плоскости стабилизатора потоков 2 и, теряя скорость, сходят с нее. Потоки пузырьков воздуха из аэраторов 6, двигающиеся по периферии машины, поднимаются вверх, ударяются о нижнюю плоскость стабилизатора потоков 2, теряют скорость (при этом крупные пузырьки дробятся) и движутся в направлении, приданном вышеуказанной плоскостью. На стыке верхней и нижней плоскостей стабилизатора 2 происходит встреча потерявших скорость минеральных зерен и микропузырьков воздуха. Зерна флотируемого минерала образуют с микропузырьками флотокомплексы, которые в свою очередь подхватываются центральным воздушным потоком из аэраторов 6 и выносятся этим потоком в подвижное полое цилиндрическое устройство 5, где объединяясь, образуют пенный слой.

Полое подвижное цилиндрическое приспособление несколько приподнято над верхним краем расширенной части корпуса, благодаря этому флотокомплекс, несущий в себе не только флотируемые минералы, но и механически попавшие частицы пустой породы, переходя через его верхний срез на пенный слой, теряет минералы, поверхность которых гидрофильна. Отсюда следует, что указанное устройство несет в себе функции не только камеры контрольной флотации, но и перечистной. Перемещая камеру контрольной флотации 5 по вертикали, можно изменять качество пенного продукта в требуемых пределах. Аэрофлокулы, подвергающиеся подобной перечистке, поступают на пенный слой в верхней части машины и вместе с ним сходят в пеносборник 7.

Таким образом в одной машине протекают процессы основной флотации (суперфлотации) - в момент выхода аэрофлокулы из эжектора 3; контрольной флотации с дофлотацией грубозернистых частиц - благодаря использованию стабилизатора потоков 2 и полой цилиндрической конструкции 5; перечистной флотации - благодаря разновысокому положению полого цилиндрического приспособления 5.

Проведенные сравнительные испытания известной машины и заявляемой показали преимущества последней (таблица).

Данные указанной таблицы позволяют сделать вывод, что предлагаемая конструкция пневматической флотомашины колонного типа позволяет получать пенный продукт с массовой долей серы 49,0% и извлечением до 89%, в то время как в известных обеспечивается получение пенного продукта не выше 41% при извлечении 85%. При этом массовая доля пласса 71 микрон в пенном продукте заявляемой машины составляет 42,8%, в то время как в аналоге выше 57%.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработке минерального сырья, содержащего цветные, черные, редкие, благородные металлы, а также неметаллических ископаемых широкого диапазона крупности. Технический результат - упрощение конструкции, повышение эффективности флотационного процесса, повышение извлечения флотируемых минералов, расширение диапазона их крупности. Машина включает корпус, состоящий из верхней и нижней частей, причем верхняя расширенная, питающее и разгрузочное приспособления, аэраторы, пеносборник. Питающие приспособления расположены с внешней стороны расширенной части корпуса и соединены с ней патрубками. Внутри расширенной части корпуса находится камера контрольной флотации в виде пустотелого подвижного приспособления, диаметр которого определен из зависимости d = [D+(0,1-0,15], где d - диаметр камеры контрольной флотации, м, D - диаметр внутренней полости нижней части машины, м. Между верхней и нижней частями корпуса расположен стабилизатор потоков, который в вертикальном сечении представляет собой два усеченных конуса, соединенных под углом β = 360^o-α, где α = 60-90^o. Площадь узкой части стабилизатора потоков находится с его основанием в зависимости S₁≤1/3S₂, где S₁ - площадь узкой части стабилизатора потоков, м², S₂ - площадь нижнего основания стабилизатора потоков. м². 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Флотационная пневматическая колонная машина, включающая корпус, состоящий из верхней и нижней частей, причем верхняя расширенная, питающие и разгрузочные приспособления, аэраторы и пеносборник, отличающаяся тем, что питающие приспособления расположены с внешней стороны расширенной части корпуса и соединены с ней патрубками, а внутри расширенной части корпуса находится камера контрольной флотации в виде пустотелого подвижного приспособления, диаметр которого определен из зависимости
d=[D + (0,1-0,15)],
где d - диаметр камеры контрольной флотации, м;
D - диаметр внутренней полости нижней части корпуса, м. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что между верхней и нижней частями корпуса расположен стабилизатор потоков, в вертикальном сечении представляющий собой два усеченных конуса, соединенных под углом β = 360^o - α , где α = 60 - 90^o.
3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что площадь узкой части стабилизатора потоков находится с его нижним основанием в зависимости
S₁ ≤ 1/3 S₂,
где S₁ - площадь узкой части стабилизатора потоков, м²;
S₂ - плошадь нижнего основания стабилизатора потоков, м².