СПОСОБ ПЕННОЙ СЕПАРАЦИИ И ФЛОТАЦИИ Российский патент 2001 года по МПК B03D1/02 B03B7/00 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к флотационным методам обогащения, и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья.

Известен способ пенной сепарации, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами, предварительную подготовку пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде пузырьков равного размера, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и удаление продуктов разделения /1/.

Недостатком известного способа является отсутствие в нем ряда последовательных операций, обеспечивающих повышение технологических показателей процесса. В частности, в этом способе отсутствуют условия для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью, что связано с отсутствием тонкодисперсных газовых пузырьков. Кроме того, данный способ не обеспечивает дифференцированного подхода при обогащении фракций материала различной крупности, в нем нет операций для флотационного извлечения частиц полезного компонента из объема аэрированной пульпы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ пенной сепарации и флотации /2/, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии поверхностно-активных и маслообразных веществ, приготовление пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде тонкодиспергированных пузырьков, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы, разделение в пенном слое и в объеме пульпы, получение и удаление пенного и камерного продуктов при одновременном их обезвоживании с получением твердой и жидкой фаз.

Данный способ во многом устраняет недостатки способа /1/. Однако и он не лишен недостатков, связанных с отсутствием ряда последовательных операций, обеспечивающих оптимальные условия для извлечения частиц полезного компонента различной крупности из объема аэрированной пульпы, а также для создания в аэрированной пульпе и в пенном слое оптимальных условий для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью, что также ведет к снижению технологических показателей процесса. В нем нет раздельных операций для оптимального перемешивания пульпы с тонкодисперсными газовыми и воздушными пузырьками в комплексе с поверхностно-активными и маслообразными веществами и для последующего флотационного разделения частиц различной крупности в ламинарных режимах.

Целью изобретения является повышение технологических показателей процесса за счет улучшения условий для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пенной сепарации и флотации, включающем кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии поверхностно-активных и маслообразных веществ, приготовление пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде тонкодиспергированных пузырьков, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы, разделение в пенном слое и в объеме пульпы, получение и удаление пенного и камерного продуктов при одновременном их обезвоживании с получением твердой и жидкой фаз, кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии маслообразных реагентов, осуществляют пофракционно после предварительной его гидравлической классификации и обезвоживания, причем операцию кондиционирования полученных при этом крупнозернистой песковой и мелкозернистой шламистой фракций осуществляют с использованием оборотных флотационных вод при одновременном гидравлическом удалении избытка маслообразных реагентов и мелкозернистых шламистых фракций из крупнозернистого материала, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы осуществляют, направляя полученные мелкозернистые шламистые фракции с избытком флотационных реагентов в объем пульпы, а крупнозернистый материал на пенный слой, кондиционирование исходного сырья с реагентами и приготовление пенного слоя осуществляют с использованием пневмогидравлической аэрации, в которой в напорную воду предварительно вводят сжатый воздух, в качестве напорной воды используют жидкую фазу от обезвоживания пенного продукта, с получением после пневмогидравлической аэрации тонкодиспергированной газоводовоздушной смеси со сверхтонкими газовоздушными пузырьками и поверхностно-активными и маслообразными веществами, полученную от обезвоживания пенного продукта твердую фазу направляют на обработку с использованием пленочной флотации.

При создании изобретения автор исходил из следующего.

В промышленно освоенных пневматических флотационных машинах использование пневмогидравлических аэраторов наряду с насыщением пульпы тонкодисперсными воздушными пузырьками позволяет одновременно интенсивно насыщать ее и сверхтонкими газовоздушными пузырьками, выделяющимися из газонасыщенной водовоздушной среды высокого давления, переходящей в виде высокоскоростной струи аэраторов непосредственно в объем пульпы, находящейся в камере машины при атмосферном давлении. Пузырьки такого размера аналогично тому, как это происходит при ионной флотации, легко адсорбируют на своей поверхности гидрофобные соединения, находящиеся в пульпе в виде молекул поверхностно-активных и маслообразных веществ, которые обеспечивают флотацию находящихся в этой же пульпе гидрофобных и гидрофобизированных минералов. В результате такой адсорбции сверхтонкие воздушные пузырьки легко закрепляются на поверхности флотируемых минералов, способствуя, с одной стороны, быстрому и надежному закреплению на этой же поверхности более крупных воздушных пузырьков, а с другой стороны, увеличению скорости коалесценции уже закрепившихся воздушных пузырьков. В итоге наличие сверхтонких воздушных пузырьков во флотационной пульпе обеспечивает, с одной стороны, условия эффективной флотации мелкозернистых и шламистых частиц обогащаемого материала, с другой стороны, за счет быстрого и надежного закрепления более крупных воздушных пузырьков и их последующей коалесценции на поверхности крупных гидрофобных и гидрофобизированных частиц, обеспечивает повышение крупности извлекаемых в пену частиц полезного компонента из объема аэрированной пульпы. Учитывая при этом, что в машинах данного типа успешно реализован также процесс пенной сепарации, обеспечивающий эффективное флотационное выделение наиболее крупных и тяжелых частиц полезного компонента, то станет очевидным, что такие машины могут успешно применяться для флотационного обогащения материала весьма широкого диапазона крупности при однократном его прохождении через камеру машины. Существенно при этом не допускать избытка маслообразных реагентов в материале, поступающем на пенный слой, так как он приводит к локальному разрушению пенного сдоя в месте контакта частиц с пеной и снижению ее несущей способности. Этот избыток маслообразных реагентов рационально направлять во флотационный процесс вместе с мелкозернистым и шламистым материалом, имеющим высокоразвитую поверхность, где эти реагенты будут способствовать флотации более крупных минеральных зерен полезного компонента и повышению технологических показателей процесса.

Насыщение пульпы сверхтонкими газовоздушными пузырьками, выделяющимися из газонасыщенной водовоздушной среды высокого давления, можно значительно интенсифицировать при условии, если насыщение пульпы воздушными пузырьками посредством пневмогидравлической аэрации осуществлять после предварительного введения в напорную воду такой аэрации сжатого воздуха, который лучше растворяется в воде при более высоком ее давлении. Во флотационном процессе в этом случае интенсифицируется коалесцентный механизм действия реагентов, который обеспечивает надежное извлечение крупных минеральных зерен как непосредственно пенным слоем, так и при флотации из объема аэрированной пульпы. Интенсифицируется при этом флотация мелкозернистых и шламистых частиц полезного компонента. В конечном итоге за счет улучшения условий для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью повышаются технологические показатели процесса.

Таким условиям удовлетворяет предлагаемый процесс пенной сепарации и флотации, реализуемый в пневматических флотационных машинах колонного типа, с предварительной подготовкой обогащаемого материала в аппаратах для фракционирования и одновременного его кондиционирования с флотационными реагентами.

Предлагаемый способ пенной сепарации и флотации предусматривает раздельное получение оборотных вод от обезвоживания пенного и камерного продуктов. Но в отличие от прототипа жидкую фазу от обезвоживания пенного продукта подают в данном способе в качестве напорной воды для пневмогидравлического приготовления тонкодиспергироварной газоводовоздушной смеси со сверхтонкими газовоздушными пузырьками и поверхностно-активными и маслообразными веществами, предварительно введя в напорную воду сжатый воздух, и только после этого подученную смесь вводят в операции кондиционирования исходных продуктов с реагентами и для аэрации пульпы и приготовления пенного слоя. В этом случае получается аэрогидросмесь с тонко- и сверхтонкодиспергированными газовоздушной фазой и поверхностно-активными и маслообразными веществами, высокоактивная во флотационном отношении. Такая смесь при контакте с частицами полезного компонента обеспечивает быструю коалесценцию закрепившихся на этих частицах газовых и воздушных пузырьков, обеспечивая тем самым повышенную несущую способность образованных флотокомплексов. Этому способствует то, что распульповка обогащаемых продуктов производится жидкой фазой пульпы, полученной от обезвоживания камерного продукта, где концентрация таких веществ значительно ниже, чем в жидкой фазе, полученной от обезвоживания пенного продукта.

Пример конкретного выполнения изобретения.

Способ пенной сепарации и флотации реализуется в пневматических флотационных машинах колонного типа, оснащенных пневмогидравлическими аэраторами и имеющими приспособления для раздельной подачи крупнозернистого и мелкозернистого питания. Подготовку питания осуществляют в гидравлических классификаторах и устройствах для подготовки пульпы к флотации и пенной сепарации, позволяющих фракционировать исходный материал и одновременно обрабатывать флотационными реагентами, например, по патентам Российской Федерации N 2108163 и N 2113907.

Колонная пневматическая флотационная машина (фиг. 1, 2} 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 виде пустотелого кольца 8 с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками 9. Пустотелое кольцо 8 в нижней части внешней стенки 10 имеет щелевидный выход 11 из внутренней своей полости непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность 5. Внешняя стенка 10 в нижней части непосредственно над щелевидным выходом 11 выполнена конусообразной.

По оси камеры 1 размещено приспособление 12 для загрузки мелкозернистой пульпы, выполненное в виде вертикально расположенного цилиндра 13, к нижнему торцу которого присоединен выполненный в виде эжектора трубообразный смеситель 14, опирающийся на стенки камеры 1 посредством радиальных ребер 15 и 16. Над приспособлением 12 для загрузки мелкозернистой пульпы соосно закреплен блок пневмогидравлических аэраторов 17. Под трубообразным смесителем 14 соосно размещен с кольцевым забором 18 параболический отражатель 19, открытой своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическим аэраторам 17 направлении и опирающийся через радиальные ребра 20 на стенки камеры 1. Параболический отражатель 19 для сохранения своей конфигурации при эксплуатации машины выполнен из износостойкого материала, например из силицированного графита, металлокерамики или полиуретена. Диаметр торцевой части параболического отражателя 19 превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя 14.

Приспособление 12 для загрузки мелкозернистой пульпы снабжено расположенной над приспособлением 7 кольцеобразной приемной камерой 20 с входными патрубками 21 и с кольцевым выходом 22 во внутреннюю полость цилиндра 13. Для предотвращения обводненности крупнозернистого питания, подаваемого на пенный сдой, внутренняя полость приспособления 7 плотно отделена конусообразной стенкой 23 от внутренней полости кольцеобразной приемной камеры 20. Внутри пустотелого кольца 8 ниже уровня его входных патрубков 9 установлен с зазором 24 по отношению к внешней стенке кольца 8 распределительный диск 25, предназначенный для рассредоточения крупнозернистого питания, подаваемого на пенный слой. Блок пневмогидравлических аэраторов 17 снабжен водоподводящим патрубком 26 и воздухоподводящим штуцером 27.

Трубообразный смеситель 14 с внутренней своей стороны снабжен кольцеобразным блоком пневмогидравлических аэраторов 28, конструктивно аналогичных аэраторам 17, ступенчато расположенным по периметру боковых стенок трубообразного смесителя в низшей его половине. Внутренний диаметр кольцеобразного блока аэраторов 28 превышает внутренний диаметр вышерасположенной части трубообразного смесителя 14. Выходные сопла пневмогидравлических аэраторов 28 кольцеобразного блока направлены в сторону параболического отражателя 19. В большеобъемных флотационных камерах количество ступенчато расположенных в трубообразном смесителе 14 кольцеобразных блоков пневмогидравдических аэраторов 28 может быть, при необходимости, больше, чем один. Кольцеобразный блок пневмогидравдических аэраторов 28 имеет кольцеобразные коллектор 29 для напорной воды и рессивер 30 для сжатого воздуха с водоподводящим патрубком 31 и воздухоподводящим штуцером 32, соответственно. Последние расположены вдоль радиальных ребер 16, крепящих трубообразный смеситель 14.

При работе машины флотационную камеру 1 заполняют водой с пенообразователем. Одновременно в блоки пневмогидравлических аэраторов 17 и 28 под давлением через водоподводящие патрубки 26 и 31 и воздухоподводящие штуцера 27 и 32 подают воду и воздух. В питающие патрубки 9 и входные патрубки 21 подают флотационную пульпу, предварительно обработанную флотационными реагентами. Из патрубков 9 крупнозернистая пульпа 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 тангенциально 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 8, выгружается в сгущенном виде из кольца через щелевидный выход 11, расположенный в низшей 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. Этому способствует то, что выходящий из патрубков 9 крупнозернистый материал частично попадает на распределительный диск 25, где производится его предварительное рассредоточение, а затем поступает через зазор 24 на коническую поверхность внешней стенки 10 кольца 8.

Мелкозернистая пульпа, вводимая в машину через входные патрубки 21, сначала поступает в кольцеобразную приемную камеру 20, затем через кольцевой выход 22 поступает в приспособление 12, где смешивается с аэрированной жидкостью, выходящей из сопел блока пневмогидравлических аэраторов 17, и далее через выполненный в виде эжектора трубообразный смеситель 14 поступает в объем камеры 1. При этом в трубообразном смесителе 14 она дополнительно насыщается мелкодисперсными воздушными пузырьками, выходящими с аэрированной жидкостью из сопел кольцеобразного блока пневмогидравлических аэраторов 28. Во флотационной камере 1 образуется аэрогидросмесь с тонкодиспергированным воздухом, а на ее поверхности образуется пенный слой, который переливается в пеносборный желоб 3.

В цилиндре 13 приспособления 12 происходит смешение потоков пульпы и аэрированной жидкости и выравнивание их скоростей, после чего объединенный поток направляется в диффузор трубообразного смесителя 14, где происходит преобразование его кинетической энергии в потенциальную энергию сжатого потока. В этот же поток дополнительно поступает в виде высокоскоростных струй аэрированная жидкость из сопел пневмогидравлических аэраторов 28 кольцеобразного блока, после чего поток аэрированной пульпы ударяет в параболический отражатель 19. Последний изменяет траекторию входящего потока аэрированной пульпы на обратную с формированием более ламинарной и рассредоточенной кольцевой его конфигурации при входе через кольцевой зазор 18 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 14 наряду с интенсивной аэрацией вводимой пульпы происходит также весьма интенсивное ее перемешивание с тонкодиспергированными воздушными пузырьками. После ввода аэрированной пульпы во флотационную камеру 1 в ней формируется оптимальная внутренняя аэрогидродинамика потоков 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 18. 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 ламинарном потоке аэрированной пульпы и поступают в движущийся к пеносборному желобу 3 пенный слой. Частицы пустой породы оседают по стенке флотационной камеры 1 и выгружаются из машины через патрубок 2. Полученную от обезвоживания пенного продукта твердую фазу, с целью большего ее сокращения, направляют на обработку с использованием пленочной флотации.

Подача в пневмогидравлические аэраторы оборотных вод, полученных от обезвоживания пенного продукта совместно с маслообразными реагентами и ПАВ, и насыщение их при высоком давлении сжатым воздухом способствует наиболее тонкому диспергированию и стабилизации газовых и воздушных пузырьков в момент их выделения из аэрированной жидкости и при диспергировании воздуха. На выходе из пневмогидравлических аэраторов часть реагентов переходит с поверхности пузырьков на гидрофобную поверхность частиц полезного компонента и в жидкую фазу пульпы, которая имеет более низкую концентрацию этих веществ за счет того, что во флотационный процесс при распульповке обогащаемых продуктов поступает вода от обезвоживания камерного продукта, обедненного поверхностно-активными веществами, не имеющая маслообразных реагентов. Это в свою очередь (за счет интенсификации коалесцентных явлений на поверхности извлекаемых частиц) обеспечивает формирование флотокомплексов с повышенной несущей способностью и в конечном итоге повышает технологические показатели флотационного процесса. Использование водной фазы в качестве напорной воды с растворенным в ней воздухом при пневмогидравлической аэрации обеспечивает интенсивное насыщение пульпы мельчайшими газовыми пузырьками, необходимыми для быстрого и надежного их закрепления на гидрофобной поверхности извлекаемых частиц, а также интенсифицирует адсорбционные процессы во флотационной пульпе, что в условиях повышенной коалесценции пузырьков, уже закрепившихся на поверхности этих частиц, и формирования в результате этого флотокомплексов с повышенной несущей способностью повышает технологические показатели флотационного процесса.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет улучшения условий для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью повысить технологические показатели процесса.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1426638, кл. B 03 D 1/02, 1986, Бюл. 1993, N 36.

2. Патент Российской Федерации N 2002512, кл. B 03 D 1/02, B 03 B 7/00, 1991. Бюл. 1993, N 41-42.

Способ пенной сепарации и флотации относится к области обогащения полезных ископаемых, в котором кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии маслообразных реагентов осуществляют пофракционно после предварительной его гидравлической классификации и обезвоживания. Операцию кондиционирования полученных при этом крупнозернистой песковой и мелкозернистой шламистой фракций осуществляют с использованием оборотных флотационных вод при одновременном гидравлическом удалении избытка маслообразных реагентов и мелкозернистых шламистых фракций из крупнозернистого материала. Подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы осуществляют, направляя полученные мелкозернистые шламистые фракции с избытком флотационных реагентов в объем пульпы, а крупнозернистый материал на пенный слой. Кондиционирование исходного сырья с реагентами и приготовление пенного слоя осуществляют с использованием пневмогидравлической аэрации, в которой в напорную воду предварительно вводят сжатый воздух. В качестве напорной воды используют жидкую фазу от обезвоживания пенного продукта, с получением после пневмогидравлической аэрации тонкодиспергированной газоводовоздушной смеси со сверхтонкими газовоздушными пузырьками и поверхностно-активными и маслообразными веществами. Полученную от обезвоживания пенного продукта твердую фазу направляют на обработку с использованием пленочной флотации. Технический результат - улучшение условий для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ пенной сепарации и флотации, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии маслообразных реагентов, приготовление пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде тонкодиспергированных пузырьков, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы, разделение в пенном слое и в объеме пульпы, получение и удаление пенного и камерного продуктов при одновременном их обезвоживании с получением твердой и жидкой фаз, отличающийся тем, что кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии маслообразных реагентов осуществляют пофракционно после предварительной его гидравлической классификации и обезвоживания, причем операцию кондиционирования полученных при этом крупнозернистой песковой и мелкозернистой шламистой фракции осуществляют с использованием оборотных флотационных вод при одновременном гидравлическом удалении избытка маслообразных реагентов и мелкозернистых шламистых фракций из крупнозернистого материала, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы осуществляют, направляя полученные мелкозернистые шламистые фракции с избытком флотационных реагентов в объем пульпы, а крупнозернистый материал на пенный слой. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кондиционирование исходного сырья с реагентами и приготовление пенного слоя осуществляют с использованием пневмогидравлической аэрации, в которой в напорную воду предварительно вводят сжатый воздух, в качестве напорной воды используют жидкую фазу от обезвоживания пенного продукта, с получением после пневмогидравлической аэрации тонкодиспергированной газоводовоздушной смеси со сверхтонкими газовоздушными пузырьками и поверхностно-активными и маслообразными веществами, полученную от обезвоживания пенного продукта твердую фазу направляют на обработку с использованием пленочной флотации.