МЕХАНИЧЕСКАЯ ФЛОТАЦИОННАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК B03D1/14 

Изобретение относится к флотационной технике, используемой для флотационного выделения гидрофобных частиц, молекул и ионов из пульп, сточных и оборотных вод и растворов. Флотационная машина может быть использована для смешивания твердой и жидкой фаз, а также смешивания этих фаз с газами.

Известна механическая флотационная машина Wemco /1/, включающая камеры, привода с импеллерами звездчатой формы с отношением высоты к диаметру около 0,9, ложное днище с рециркуляционной трубой в ее центре, статор, расположенный вокруг импеллера, и успокоительную решетку над системой импеллер - статор. При работе импеллера в камере этой машины пульпа перекачивается снизу вверх через ложное днище и рециркуляционную трубу, воздух засасывается верхней частью импеллера из атмосферы. Потоки пульпы и воздуха сталкиваются в средней части импеллера, смешиваются между собой и из этой зоны аэрирования пульпа выбрасывается в зону статора и через отверстия в его стенках выводится в объем камеры, где минерализованные воздушные пузырьки всплывают на поверхность пульпы, образуя пенный слой, удаляемый из камер через пенные пороги самотеком. Деаэрированная пульпа импеллером через ложное днище и рециркуляционную трубу повторно засасывается в зону аэрирования. При таком контуре циркуляции пульпы снизу вверх, обеспечиваемой работой импеллера, донная часть камеры в процессе флотации не участвует из-за отсутствия в этой зоне воздушных пузырьков. Она используется как транспортная зона для потоков пульпы, возвращающихся в зону импеллера, что снижает коэффициент полезного использования объемного пространства камер до 50-60%, снижая вследствие этого соответственно их производительность. При флотации грубоизмельченных материалов при движении пульпы вдоль машины происходит расслоение частиц. Крупные частицы оказываются в донной части, в которой отсутствуют воздушные пузырьки, что исключает возможность их флотации и они теряются с хвостами. Из-за возможности накапливания крупных частиц в боковых частях камер нижние углы в них срезаны и в сечении камеры представляют трапециевидную форму. Лопатки импеллеров в этих машинах выполнены вертикальными, которые при вращении в пульпе требуют значительных затрат энергии на преодоление сопротивления.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является флотационная машина /2/, включающая по меньшей мере одну камеру, пустотелый вал, осевой импеллер с лопастями, успокоительные пластины на боковых сторонах камеры, трубу с отверстиями для циркуляции пульпы и приспособления для подачи исходного питания и отвода камерного и пенного продуктов, в которой используются импеллеры осевого типа с лопастями, торцевые кромки которых повернуты относительно своих радиальных осей на 20 до 45^o, имеющие на верхних концах выступы с углом их наклона навстречу набегающему потоку под углом 5-25^o, при этом лопасти выполнены или наклонными к дну, или чередующимися горизонтальными и наклонными, или выполнены из двух участков, прилегающего к валу горизонтального и наклоненного к периферии.

Недостатками данной конструкции флотомашины является то, что концевые верхние выступы лопастей импеллера в месте стыка их с основной частью лопастей образуют ребра, создающие за ними завихрения, тормозящие движение пульпы по их рабочим плоскостям. Подобные явления возникают при использовании лопастей из двух участков, в месте стыка которых также образуются ребра. В этих случаях повышаются энергозатраты на преодоление возникающих при вращении лопастей сопротивлений. Такие импеллеры при повышении глубины камеры более 1,2 м не обеспечивают необходимую аэрированность пульпы, что не позволяет применять их в глубоких камерах без принудительной подачи воздуха, на подачу которого необходимо тратить дополнительную мощность.

Целью изобретения является повышение аэрирующей и взвешивающей способности импеллеров в камерах обычной и повышенной глубины (до 2,0-2,5 м) без принудительной подачи воздуха при одновременном снижении их энергоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в флотационной машине, включающей по меньшей мере одну камеру, в центре которой имеется вал с осевым импеллером на его нижнем конце, над которым установлен цилиндр с отверстиями в его верхней крышке и сбоку по его боковой поверхности, со статорными лопатками в его нижней части, осевой импеллер выполнен с лопастями, выпуклые рабочие поверхности которых в сечении представляют часть ветви кривой 2-го порядка (парабола, эллипс, окружность, гипербола) с наклоном касательной к рабочей поверхности лопасти в месте ее пересечения с верхней кромкой лопасти и под углом α = 55-70^o и касательной к рабочей поверхности лопасти в месте ее пересечения с нижней кромкой лопасти под углом β = 15-25^o относительно горизонтали, причем лопасти выполнены расширяющимися от периферии к оси вала в 1,2-1,5 раза, лопасти наклонены к дну камеры под углом θ = 20-30^o, концы лопастей - нижние кромки лопастей располагаются на расстоянии 0,5-1,0 диаметра от дна камеры, а зазор между обрезом цилиндра и верхними кромками лопастей и между концами лопастей и статорными лопатками составляет 10-25 им, статорные лопатки наклонены к дну камеры под углом к вертикали γ от 25 до 45 и углом ε к радиусу цилиндра от 40 до 55^o в сторону вращения импеллера, цилиндр с отверстиями имеет высоту 1/2-1/3 глубины камеры с живым сечением отверстий в нем 0,08-0,15% площади камеры, он может быть выполнен подвесным или опорным, в подвесную трубу или непосредственно в верхнюю часть цилиндра вставлен патрубок для подвода атмосферного воздуха.

На фиг. 1 изображена флотационная машина, разрез; на фиг. 2 - осевой импеллер с параболической формой лопастей, вид спереди; на фиг. 3 - осевой импеллер, вид сверху; на фиг. 4 - лопасть импеллера, разрез; на фиг. 5 - статор, вид спереди; на фиг. 6 - статор, вид сверху.

Флотационная машина включает камеру 1 прямоугольного или квадратного сечения с пенным порогом 2, в центре которой установлен вал 3 с осевым импеллером 5 (фиг. 2,3) с двумя или большим количеством лопастей 6 на ступице 4, профиль которых представляет часть ветви кривой 2-го порядка (парабола, эллипс, окружность, гипербола) с наклоном касательной к рабочей поверхности в месте ее пересечения с верхней кромкой лопасти под углом α = (55-70^o) и касательной к рабочей поверхности в месте ее пересечения с нижней кромкой под углом (15-25^o)β относительно горизонтали (фиг. 4), причем лопасти 5 выполнены расширяющимися от периферии к ступице (фиг. 2,3) в 1,2-1,5 раза, лопасти наклонены к дну камеры под углом θ = (20-30^o) (фиг. 1,2), близким углу наклона линии, соединяющей начала осей лопастей на ступице, установленной на конце вала 3, с линией стыка днища и боковых стенок камеры; концы лопастей осевого импеллера 5 располагаются на расстоянии 0,5-1,0 от дна камеры. Над осевым импеллером 5 (фиг. 1) установлен циркуляционный цилиндр 7 с отверстиями 8 в его верхней крышке и сбоку, живое сечение отверстий 0,08-0,15% площади камеры 1, а высота цилиндра 7 составляет 1/2-1/3 глубины камеры. Он может быть выполнен подвесным (фиг. 1) или опорным с трубой 9 для подвода атмосферного воздуха. На нижнем конце цилиндра 7 установлен статор 10, выполненный из кольца 11 со статорными лопатками 12 (фиг. 5,6), наклоненными к дну камеры 1 под углом γ к вертикали 25-45^o и под углом ε 40-55^o к радиусу цилиндра 7.

Флотационная машина работает следующим образом. При вращении импеллера 5 внутри цилиндра 7 создается разрежение за счет откачивания жидкости, поступающей в заданном объеме через отверстия 8 под действием гидростатического давления столба жидкости в камере 1, одновременно с жидкостью через трубу 9 засасывается атмосферный воздух.

Импеллер 5, имеющий лопасти с параболической формой рабочих поверхностей, расширяющиеся от периферии к ступице и наклоненные к дну камеры, создают при вращении осесимметричную воронку внутри цилиндра 7, в который жидкость поступает через отверстия 8 и воздух через трубу 9. Жидкость из воронки откачивается внешними концами лопастей, а атмосферный воздух из центра воронки захватывается внутренними расширяющимися их частями. В зоне импеллера 5 и на выходе из него пульпа перемешивается с воздухом и в виде радиально-осевых потоков выбрасывается в зону статора 10, где процесс перемешивания и диспергирования воздуха завершается. Аэрированные потоки направляются к днищу и боковым стенкам камеры 1, равномерно распределяясь по сечению камеры. Потоки в донной части камеры 1 преобразуются в восходящие. Вращательное движение пульпы внутри камеры 1 устраняется статорными лопатками 12.

При движении аэрированных потоков вверх минерализованные пузырьки из них всплывают на поверхность пульпы в камере 1, формируя пенный слой, удаляемый самотеком или принудительно через пенный порог 2. Деаэрированные потоки через отверстия 8 возвращаются через цилиндр 7 в зону импеллера 5. По мере поступления новых порций исходной пульпы происходит ее вытеснение из предшествующей камеры в последующую камеру, в которой процесс флотации повторяется. Разгрузка камерного продукта (хвостов) производится из последней камеры.

Сравнительными стендовыми и промышленными испытаниями эталонных флотационных машин по прототипу и по данному изобретению установлено преимущество флотационных машин по изобретению (см. таблицу).

Флотационная машина по изобретению с объемом камер 6,3 в сравнении с эталонной машиной ФКМ 6,3 в случае использования прямоприводного импеллера потребляет на 11,5 кВт меньше при равной аэрации пульпы. Флотационная машина по изобретению с объемом камер 6,3 в сравнении с флотационной машиной по прототипу при близкой потребляемой мощности повышает аэрированность пульпы в два раза.

Сравнение фирменного пневмомеханического блока финской фирмы Оутомек в камере флотационной машины ОК-16 с глубиной камеры 2400 мм с блоком по представленному изобретению показывает, что последний при меньшей потребляемой мощности (на 23%) обеспечивает аэрированность пульпы без принудительной подачи воздуха в два раза превышающую аэрированность пульпы, достигаемую в камерах ОК-16 финской фирмы Оутомек с принудительной подачей воздуха.

Источники информации
1. Мещеряков Н.Ф. Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины. М.: Недра, 1990, с. 140.

2. Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х., Османов Р.Х., Отраднов А.М. Флотационная машина. Патент РФ 2053028 C1, кл. В 03 D 1/14, 31.01.92.

Использование: флотационная техника, используемая для флотационного выделения гидрофобных частиц, молекул и ионов из пульп, сточных и оборотных вод и растворов, а также для смешивания твердой и жидкой фаз и смешивания этих фаз с газами. Технический результат - повышение аэрируемости пульпы без принудительной подачи воздуха. Сущность изобретения: машина включает в себя по меньшей мере одну камеру, вал, осевой импеллер с лопастями, цилиндр с отверстиями в его верхней крышке и сбоку со статорными лопатками в его нижней части. Импеллер выполнен с лопастями, выпуклые рабочие поверхности которых представляют в сечении части ветви кривой 2-го порядка. Лопасти выполнены расширяющимися в 1,2-1,5 раза от периферии к оси вала и наклонены к дну камеры. Концы лопастей импеллера размещаются на расстоянии 0,5-1,0 его диаметра от дна камеры. Цилиндр с отверстиями для циркуляции пульпы имеет высоту 1/2-1/3 глубины камеры с живым суммарным сечением отверстий в нем 0,08-0,15% от площади камеры. Статорные лопатки наклонены к дну камеры под углом γ = 25-45° к вертикали и под углом ε = 40-55° к радиусу цилиндра в сторону вращения импеллера. Цилиндр снабжен патрубком для подвода воздуха. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Флотационная машина, включающая, по меньшей мере, одну камеру, в центре которой имеется вал с осевым импеллером, над которым установлен цилиндр с отверстиями в его верхней крышке и сбоку со статорными лопатками в его нижней части, отличающаяся тем, что осевой импеллер выполнен с лопастями, выпуклые рабочие поверхности которых представляют в сечении части ветви кривой 2-го порядка, причем лопасти выполнены расширяющимися в 1,2 - 1,5 раза от периферии к оси вала и наклонены к дну камеры, а их концы размещены на расстоянии 0,5 - 1,0 диаметра импеллера от дна камеры. 2. Флотационная машина по п.1, отличающаяся тем, что цилиндр с отверстиями имеет высоту 1/2 - 1/3 глубины камеры с живым сечением отверстий в нем 0,08 - 0,15% площади камеры, при этом статорные лопатки наклонены к дну камеры под углом к вертикали γ = 25 - 45^o и под углом ε = 40 - 55^o к радиусу цилиндра в сторону вращения импеллера, а цилиндр снабжен патрубком для подвода воздуха.