СПОСОБ ФЛОТАЦИИ РУД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФЛОТАЦИИ РУД Российский патент 2001 года по МПК B03D1/14 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых способами флотации и может быть использовано в горной, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ флотации руд во флотационной машине и флотационная машина для осуществления способа [1].

Флотационная машина включает корпус, разделенный на камеры, в которые помещены аэраторы. Флотационная машина включает также загрузочное приспособление. Флотация осуществляется следующим способом: пульпу подают в первую камеру флотационной машины, посредством загрузочного кармана (приспособления) аэрируют, удаляют пенный продукт. Несформировавшуюся часть пульпы подают во вторую камеру, где процесс флотации протекает аналогично, далее несформировавшаяся часть пульпы поступает в третью камеру и т.д. до последней камеры.

Известный способ флотации во флотационной машине позволяет добиться высоких показателей процесса флотации, большим числом камер, за счет сокращения потерь полезного компонента.

Недостатком известного способа флотации является необходимость наличия нескольких флотационных камер, что делает способ неэкономичным и длительным.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ флотации руд и устройство для его осуществления [2], который выбран нами за прототип.

Способ флотации руд включает подачу в машину пульпы, ее аэрацию в слое основного перемешивания и циркуляции, разделение и вывод продуктов разделения из пенного слоя.

Устройство для осуществления способа флотации содержит камеру, включающую зону основного перемешивания и циркуляции, внутри камеры размещены статор и импеллер, связанный с полым валом для подвода воздуха.

Известный способ флотации и устройство для его осуществления позволяют обеспечить эффективную флотацию как мелких, так и крупных классов полезного продукта за счет создания устойчивых восходящих потоков пульпы, направленных к месту разгрузки пенного продукта и интенсивного вовлечения частиц в зону диспергирования воздуха.

Следует отметить, что в известных флотационных машинах [1 и 2] имеется зона основного перемешивания и циркуляции, включающая объем пульпы, непосредственно прилегающий к аэратору и ограниченная высотой, обусловленной восходящими и нисходящими циркулирующими потоками, имеющими ограниченный характер.

Выше верхней границы зоны основного перемешивания расположены относительно спокойная зона минерализации, перечистки, подпенный слой и слой пенной перечистки.

Недостатками способа флотации и устройства для его осуществления, принятыми нами за прототип, является нижняя (придонная) подача пульпы, большая часть энергии затрачивается на поднятие придонных потоков пульпы. При этом часть твердых частиц вовлекается в процесс флотации. При вращении импеллера пульпа засасывается в зону разряжения, образующуюся в пространстве между статором и импеллером с находящейся под ним плитой. Пульпа совершает сложное винтообразное движение, поднимаясь вверх. При этом возможна забивка крупными частицами пространства между корпусом и нижней частью статора, что ухудшает диспергирование воздуха в нижней части флотационной машины и, как следствие, нарушает создание устойчивых потоков пульпы, что снижает эффективность флотации. Для обеспечения эффективной флотации увеличивается время пребывания пульпы в камере, что приводит к длительности процесса флотации или необходимости установления нескольких камер.

Предлагаемый способ флотации руд и устройство для его осуществления решает задачу повышения качества и эффективности флотации при сокращении длительности процесса флотации, повышение экономичности процесса флотации за счет возможности использования одной машины вместо многокамерной машины.

Это достигается тем, что в способе флотации руд, включающем подачу в машину пульпы, ее аэрацию в слое основного перемешивания, разделение и вывод продуктов разделения из пенного слоя, согласно изобретению подачу пульпы осуществляют не ниже границы зоны основного перемешивания под давлением выше гидростатического и равномерно по периметру границы зоны основного перемешивания, при этом высота от границы зоны основного перемешивания до подпенного слоя составляет не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания.

Это достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем камеру, включающую зону основного перемешивания, внутри камеры размещены статор и импеллер, связанный с полым валом для подвода воздуха, согласно изобретению камера дополнительно снабжена приспособлением для подачи пульпы, установленным на уровне верхней границы зоны основного перемешивания, при этом расстояние от приспособления до верхней кромки пенного порога составляет не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания.

Равномерность подачи пульпы по периметру границы зоны основного перемешивания обеспечивает равномерное распределение пульпы по объему камеры, интенсивную минерализацию пузырьков воздуха и интенсивное всасывание пульпы импеллером, что в свою очередь повышает качество и интенсивность флотации.

Подача пульпы под давлением выше гидростатического обусловлена условиями работоспособности устройства для осуществления способа, поскольку подача пульпы осуществляется под слой минерализации, расположенный над границей зоны основного перемешивания, при более низком давлении устройство будет неработоспособным.

Способ флотации заключается в следующем.

Пульпу подают в камеру устройства для осуществления способа (в данном, конкретном случае флотационной машины) под давлением выше гидростатического и равномерно по периметру границы зоны основного перемешивания, не ниже границы зоны основного перемешивания и циркуляции. Подача пульпы, предпочтительно, должна осуществляться не выше уровня подпенного слоя машины. Частицы, содержащиеся в пульпе встречаются с пузырьками воздуха, при этом происходит их минерализация, и сразу транспортируются восходящим потоком в пенный слой и выводятся в виде пенного продукта. Остальная часть пульпы поступает в зону основного перемешивания и циркуляции. Высота этой зоны обусловлена ограниченной высотой восходящих и нисходящих потоков пульпы и диспергированного воздуха, создаваемыми при вращении импеллера.

Выше зоны основного перемешивания расположена зона минерализации. В указанной зоне осуществляется слабое перемешивание пульпы, обусловленное только всплытием диспергированных пузырьков воздуха, создающими устойчивые, спокойные восходящие потоки. Эти потоки обеспечивают создание микротурбулентного режима перемешивания пульпы, сводящего к минимуму силы, отрывающие частицы от пузырьков воздуха и обеспечивающие достаточную частоту столкновения пузырьков с частицами минералов.

Создание спокойных восходящих потоков в зоне минерализации обеспечивает подъем частиц в пенный слой и сводит к минимуму инерционные силы отрыва частиц от пузырьков воздуха.

Увеличение высоты камеры за счет увеличения высоты от границы зоны основного перемешивания до подпенного слоя (зона минерализации) позволяет производить повторное доизвлечение частиц полезного продукта из пульпы, т.к. увеличивается вероятность их контакта с всплывающими пузырьками воздуха и минерализация последних.

В зоне минерализации также происходит интенсивное соединение воздушных пузырьков с частицами пульпы, непосредственно подаваемой во флотационную машину. Это увеличивает вероятность встречи оставшихся в пульпе и поступающих непосредственно в зону основного перемешивания частиц с диспергированными пузырьками воздуха, т. к. исключается конкуренция частиц, соединившихся с пузырьками воздуха непосредственно на входе пульпы в камеру флотационной машины и сразу транспортированных в пенный слой восходящими потоками.

При подъеме минерализированных пузырьков воздуха в расположенный над зоной минерализации подпенный слой их размеры увеличиваются, т.к. уменьшается давление вокруг пузырька. В подпенном слое (расположенном непосредственно над зоной минерализации) ослабевает натяжение поверхностного слоя пузырьков, при этом идет интенсивное обрушение пустой породы. Случайно отсоединившиеся минеральные частицы в высоком объеме зоны минерализации повторно встречаются со свободными пузырьками воздуха (поскольку не все пузырьки тащат минеральные частицы), закрепляются на них и транспортируются в подпенный, а затем в пенный слой.

Размеры пузырьков увеличиваются до взрыва, образуя пенный слой.

Таким образом при увеличении размеров относительно спокойной зоны минерализации увеличивается вероятность встречи пузырька с минеральной частицей, что увеличивает эффективность флотации, за счет обеспечения возможности проведения всех необходимых, для обеспечения высокого качества флотации, перечисток в одном высоком объеме.

При движении пульпы в зону разряжения происходит интенсивный процесс закрепления частиц на диспергированных пузырьках воздуха и вынос минерализированных пузырей в пенный слой. Оставшаяся пульпа засасывается из верхней части зоны основного перемешивания в зону разряжения, создаваемую импеллером, а затем поднимается в верхнюю часть камеры, создавая восходящие потоки. На поток придонной циркуляции набегает поток, сформированный в верхней части камеры, образуя высокую турбулентность и зону интенсивного диспергирования воздуха. Разделенные частицы переносятся потоком придонной циркуляции в зону интенсивного диспергирования воздуха, где захватываются пузырьками воздуха и транспортируются восходящим потоком в верхнюю часть камеры и выводятся в виде пенного продукта.

Высота от верхней границы зоны основного перемешивания до пенного слоя не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания, позволяет увеличить вероятность встречи диспергированных пузырьков воздуха с частицами, что обеспечивает их интенсивную минерализацию, при этом при подъеме пузырьков увеличивается их размер и подъемная сила, т.к. давление вокруг пузырьков уменьшается. Случайно прилипшая к пузырькам пустая порода обрушивается.

Высота от верхней границы перемешивания до пенного слоя выбрана 0,5 от высоты зоны основного перемешивания для эффективной флотации крупных частиц породы. Для более мелких частиц высота может быть увеличена до необходимой, для осуществления всех перечисток в одном объеме.

Предложенный способ флотации позволяет повысить качество и эффективность флотации, сократить длительность флотации и повысить экономичность способа.

На фиг. 1 и фиг.2 изображено устройство для осуществления способа флотации (в данном случае флотационная машина).

Флотационная машина включает камеру 1, в которой размещен лопастной статор 2. Внутри статора 2 помещен импеллер 3, выполненный в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз, с выступами 4 на боковой поверхности. В верхней части импеллера 3 расположен диск 5 с центральным отверстием и радиальными лопастями 6. Лопасти 6 являются продолжением выступов 4. Количество лопастей 6 может быть меньше количества выступов 4.

Импеллер 3 связан с полым валом 7 для подвода воздуха. На днище камеры 1 под импеллером 3, соосно с ним, установлена плита 8 в виде усеченного конуса, сужающаяся кверху. Боковая поверхность плиты 8 снабжена выступами 9. Камера 1 снабжена приспособлением 10 для подачи пульпы, установленным на уровне верхней границы 11 зоны основного перемешивания и циркуляции. Расстояние от приспособления 10 для подачи пульпы H₁ до верхней кромки 12 пенного порога 13 составляет не менее 0,5 высоты H₂ зоны основного перемешивания 14.

Флотационная машина работает следующим образом.

Полый вал 7, а вместе с ним импеллер 3 приводятся во вращение от привода (на чертеже не показано). Через полый вал 7 поступает воздух в нижнюю полость конического импеллера 3 и через отверстие в нижнем основании импеллера 3 вводится в пульпу, подаваемую через приспособление 10 для подачи пульпы. При вращении импеллера 3 в области, прилегающей к нижней части импеллера 3, создается разряжение, вследствие чего пульпа засасывается снизу через лопасти статора 2.

Пульпа поднимается вверх по поверхности плиты 8 и импеллера 3, совершая сложное винтообразное движение, после чего выбрасывается в объем камеры 1. При этом при движении пульпы по боковой поверхности плиты 8 происходит разделение крупных и мелких фракций на выступах 9 ("оттирка" частиц пульпы). Подаваемый воздух устремляется вверх по конической поверхности импеллера 3 и диспергируется на выступах 4 и на кромках лопастей 8 вследствие турбулизации вихрей, создаваемых при вращении импеллера 3. Выступы 4 импеллера 3 способствуют также усилению придонной циркуляции пульпы за счет активного вовлечения слоев пульпы во вращение.

В верхней части камеры формируется восходящий поток пульпы благодаря тому, что пульпа засасывается из верхней части камеры 1 через центральное отверстие в диске 5 и радиальные лопасти 8 в зону разряжения под диском 5, а затем поднимается в верхнюю часть камеры 1. На поток придонной циркуляции набегает поток, сформированный в верхней части камеры 1, и поток, подаваемый из приспособления 10, образуя высокую турбулентность в зазоре между статором 2 и кромками лопастей 6 импеллера 3, образуя зону интенсивного диспергирования воздуха. Разделенные на выступах 9 плиты крупные и мелкие частицы переносятся потоком придонной циркуляции в зону интенсивного диспергирования воздуха на кромках лопастей 6, где захватываются пузырьками воздуха. Образованная пульповоздушная смесь проходит через зазор между диском 5 и статором 2, транспортируется восходящим потоком в верхнюю часть камеры 1 и выводится в виде пенного продукта. При этом подаваемая под давлением, выше гидростатического через приспособление 10 пульпа попадает на границу зоны основного перемешивания и циркуляции. Эта зона включает объем пульпы, непосредственно прилегающий к импеллеру. Высота зоны ограничена восходящими и нисходящими потоками, образующимися при работе флотационной машины. Поскольку эти потоки имеют ограниченный характер, образуется зона основного перемешивания и циркуляции, высота которой напрямую связана со скоростью вращения импеллера, маркой машины и видом продукта, выше которой осуществляется слабое перемешивание пульпы за счет поднятия пузырьков воздуха. Частицы, содержащиеся в пульпе, встречаются с пузырьками воздуха и транспортируются восходящими потоками в пенный слой 15 и 16, откуда выводятся в виде пенного продукта. Оставшаяся пульпа поступает в зону основного перемешивания и циркуляции, где происходит интенсивный процесс закрепления частиц на диспергированных пузырьках воздуха и вынос минерализированных пузырьков в пенный слой, откуда они выводятся в виде пенного продукта. Оставшаяся часть пульпы засасывается в зону разряжения, создаваемую импеллером и далее процесс идет, как было описано в начале.

Выполнение расстояния от приспособления для подачи пульпы до верхней кромки пенного порога не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания и циркуляции обусловлено обеспечением максимальной вероятности встречи диспергированного пузырька воздуха с извлекаемыми частицами. Высота, равная 0,5 высоты зоны основного перемешивания, выбрана из условия качественной флотации крупных частиц.

При подаче воздуха под давлением выше гидростатического плотность камеры меньше и при расстоянии от приспособления до верхней кромки верхнего порога равным 0,5 высоты зоны основного перемешивания начинает осуществляться транспортировка пульпы под давлением.

Способ флотации руд и устройство для его осуществления проходили испытания в течение четырех лет.

Испытания подтвердили, что предлагаемый способ флотации руд и устройство для его осуществления позволяют повысить качество и эффективность флотации при сокращении времени процесса флотации и повышении экономичности за счет обеспечения возможности осуществлять все необходимое для получения качественного продукта перечистки в одном высоком объеме вместо использования многокамерных машин и увеличения времени перечистки во флотационных машинах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. SU Авторское свидетельство N1623766, кл. B 03 D 1/14, 1988 г.

2. RU Патент N 2095153, кл B 03 D 1/14, 1993 г. - прототип.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых способами флотации и может быть использовано в горной, металлургической и других отраслях промышленности. Задачей изобретения является повышение качества, эффективность и экономичность флотации. Способ включает подачу в машину пульпы, ее аэрацию в слое основного перемешивания, разделение и вывод продуктов разделения из пенного слоя. Подачу пульпы осуществляют не ниже границы зоны основного перемешивания под давлением выше гидростатического и равномерного по периметру границы зоны основного перемешивания. Высота от границы зоны основного перемешивания до подпенного слоя составляет не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания. Устройство для осуществления способа содержит камеру с пенным порогом, включающую зону основного перемешивания с размещенным внутри камеры статором и импеллером, связанным с полым валом для подвода воздуха. Камера дополнительно снабжена приспособлением для подачи пульпы, установленным на уровне верхней границы зоны основного перемешивания. Расстояние от приспособления для подачи пульпы до верхней кромки пенного порога составляет не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ флотации руд, включающий подачу в машину пульпы, ее аэрацию в слое основного перемешивания, разделение и вывод продуктов разделения из пенного слоя, отличающийся тем, что подачу пульпы осуществляют не ниже границы зоны основного перемешивания под давлением выше гидростатического и равномерно по периметру границы зоны основного перемешивания, при этом высота от границы зоны основного перемешивания до подпенного слоя составляет не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания. 2. Устройство для флотации руд, содержащее камеру, включающую зону основного перемешивания, внутри камеры размещены статор и импеллер, связанный с полым валом для подвода воздуха, отличающееся тем, что камера дополнительно снабжена приспособлением для подачи пульпы, установленным на уровне верхней границы зоны основного перемешивания, при этом расстояние от приспособления для подачи пульпы до верхней кромки пенного порога составляет не менее 0,5 высоты зоны основного перемешивания.