Способ флотации в пневмопульсационном аппарате и его конструкция Российский патент 2003 года по МПК B03D1/02 B03D1/22 

Иобретение относится к обогащению полезных ископаемых, в частности к способу и конструкции для разделения минеральных частиц методом флотации, и может быть использовано в горной, металлургической, химической промышленностях, а также для аэрации жидкостей и очистки сточных вод.

Известен способ флотации в пневмопульсационном аппарате, в котором процесс флотации проводится с использованием средних скоростей диспергированной пульпы в рабочей полости камеры флотационной и скоростей выноса частиц с пеной по общему закону действия масс, применительно к флотации, устанавливающему пропорциональность между скоростью выноса частиц в пену и концентрацией воздушных пузырьков и минеральных частиц (Ю.Б. Рубинштейн, Ю.А. Филиппов. Кинетика флотации. М., "Недра", 1980, стр.6, 7, рис.1.1).

Известен способ флотации в пневмопульсационном аппарате, включающий подачу свежей пульпы в камеру флотационную, смешивание ее с диспергированной с помощью сжатого воздуха пульпой, разгрузку минерализованной пены (патент РФ № 2070939, кл. В 03 D 1/22, опубл. 27.12.1996).

Известна также конструкция пневмопульсационного аппарата флотации, включающая камеру флотационную с патрубком ввода свежей пульпы и патрубком вывода камерного продукта, аэратор, выполненный в виде двух цилиндров с диспергаторами во внутренней полости между ними, пульсатор, соединенный с аэратором газовым патрубком, установленных на ферме опорной, отбойник диспергированной пульпы, расположенный под аэратором, пенный желоб с выводом пенной пульпы и успокоительной решеткой, расположенные в верхней части камеры флотационной (патент РФ № 2070939, кл. В 03 D 1/22, опубл. 27.12.1996).

Известные способ и конструкция пневмопульсационного аппарата являются наиболее близкими к изобретению и поэтому приняты за прототип.

К недостаткам известных способа и конструкции пневмопульсационного аппарата следует отнести:

- несогласованное в рабочий период распределение средних скоростей подачи и смещения свежей и диспергированной пульп в рабочей полости камеры флотационной, скорости выноса частиц с пеной и выводы камерного продукта, что нарушает режим работы флотации из-за несоблюдения пропорционального взаимодействия между скоростью выноса частиц с пеной, концентрацией воздушных пузырьков и минеральных частиц;

- большую площадь и значительную металлоемкость на единицу продукции, что ухудшает техническую характеристику аппарата;

- отсутствие достаточной возможности простого влияния на регулирование формирования пузырьков и полости камеры флотационной в рабочий период, что снижает выход основного продукта;

- неравномерное распределение свежей пульпы в объеме диспергированной пульпы в рабочей зоне полости камеры флотационной, что нарушает распределение компонентов в общем потоке процесса флотации;

- неиспользование одновременного процесса пеногашения, равномерной выгрузки минерализованной пены в желоб и пневмопульсации, что задерживает отвод минерализованной пены (концентрата) из камеры флотационной в желоб.

Задачей изобретения является создание таких условий для проведения пневмопульсационного процесса флотации, которые позволяют повысить производительность, снизить энергозатраты и металлоемкость путем согласованного введения объемов свежей пульпы с введением диспергированной пульпы в рабочую полость камеры флотационной в комплексе с регулированием процесса формирования пузырьков, с ускоренным процессом пеногашения и с равномерным выводом камерного продукта.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении качества продуктов и их выхода.

Технический результат достигается тем, что в способе флотации в пневмопульсационном аппарате, включающем подачу свежей пульпы в камеру флотационную, смешивание ее с диспергируемой с помощью сжатого воздуха пульпой, разгрузку минерализованной пены, согласно изобретению отношение скорости введения объема свежей пульпы к скорости введения объема поступления диспергированной пульпы в рабочую полость камеры флотационной берут в пределах от 1/1 до 1/4, при этом процесс регулирования величины пузырьков, формирующихся в пневмопульсационном режиме, осуществляют введением в сжатый воздух пара или нагретого газа, подаваемого на флотацию в зависимости от температуры свежей пульпы, определяющей температурный режим в рабочей полости камеры флотационной.

Подачу свежей пульпы в полость камеры флотационной можно осуществлять раздельными потоками по высоте в средней части рабочей полости камеры флотационной.

Технический результат достигается также тем, что пневмопульсационный аппарат, включающий камеру флотационную с патрубком ввода свежей пульпы и патрубком вывода камерного продукта, совмещенного с корпусом, аэратор, выполненный в виде двух цилиндров с диспергаторами во внутренней полости между ними, пульсатор, соединенный с аэратором газовым патрубком, установленный на ферме опорной, отбойник диспергированной пульпы, расположенный под аэратором, пенный желоб для вывода минерализованной пены, успокоительную решетку, расположенную в верхней части камеры флотационной, согласно изобретению снабжен цилиндром с диспергаторами внутри, расположенным в центральной части аппарата, связанным в верхней части с газовым патрубком от пульсатора, в нижней части с отбойником диспергированной пульпы, приспособлением для регулирования процесса формирования пузырьков при помощи пара или нагретого газа, подаваемого в газовый патрубок, приспособлением для введения свежей пульпы в камеру флотационную с диспергированной пульпой, расположенным в средней части камеры флотационной, в виде круговой полости с патрубками, при этом камера флотационная имеет разновеликие щели по всей окружности.

Приспособление для введения свежей пульпы в камеру флотационную с диспергированной пульпой может быть выполнено в виде двух и более круговых полостей с патрубками.

Аппарат может быть снабжен приспособлением для ускоренного вывода минерализованной пены при пеногашении, соединенным с газовым патрубком и расположенным над успокоительной решеткой, в виде радиально расположенных перфорированных крыльев.

Аппарат может быть снабжен приспособлением для гашения вибрации от несущей пульсатор фермы опорной, установленным на корпус, в виде пружинной прокладки.

Техническая сущность новых решений и ожидаемое улучшение показателей способа и конструкции пневмопульсационного аппарата заключаются:

- в установлении оптимального и устойчивого режима флотации по ходу прохождения диспергированной пульпы в рабочей полости камеры флотационной и ее питании свежей пульпой, сохраняя пределы их скоростей такими, чтобы в пневмопульсационном режиме скорость выноса частиц с пеной соответствовали прилипанию товарных частиц со сформированными пузырьками при поддержании их необходимых концентраций в общем потоке с отводом камерного продукта;

- в формировании величины пузырьков в рабочей полости пневмопульсационного потока подогревом паром воздуха, подаваемого в аэратор, и в зависимости от температурного режима процесса флотации;

- в равномерной подаче свежей пульпы в рабочую полость для поддержания оптимальных параметров в потоке флотации;

- в подаче свежей пульпы раздельными потоками так, чтобы процесс флотации развивался устойчиво без колебаний;

- в использовании пневмопульсационных колебаний для ускоренного вывода минерализованной пены;

- в использовании энергии объема воздуха, освобожденного при пеногашении, для выноса концентрата минерализованной пены от центра камеры флотационной к периферии до перелива в желоб;

- в целом направлении усилий пневмопульсационных колебаний только на процесс флотации, исключая механическое воздействие на корпус аппарата.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен аппарат флотационный (в разрезе);

на фиг.2 - аппарат (в разрезе А-А);

на фиг.3 - аппарат (в разрезе Б-Б);

на фиг.4 - аппарат с двумя круговыми полостями для введения свежей пульпы в камеру флотационную.

Аппарат состоит из камеры 1 флотационной, аэратора 2, пульсатора 3, газового патрубка 4, опорной фермы 5, отбойника 6 диспергированной пульпы, пенного желоба 7 и успокоительной решетки 8 (см. фиг.1).

Камера 1 флотационная представляет собой емкость цилиндрической формы, в которую в нижней части погружен аэратор 2 (см. фиг.1). В средней части камеры 1 флотационной выполнены впускные отверстия 9 разновеликих щелей по всей окружности для введения свежей пульпы из полости 10 с патрубком 11 (см. фиг.1) или двух полостей 10 с патрубками 11 (см. фиг.4). В верхней части камеры 1 флотационной расположены пенный желоб 7 и успокоительная решетка 8.

Аэратор 2 (см. фиг.3) выполнен в виде двух цилиндров 12 с диспергаторами 13 во внутренней полости между ними и цилиндра 14 с диспергаторами 13 внутри него, расположенного в центральной части аэратора 2. Аэратор 2 в верхней части (цилиндры 12 и цилиндр 14) связан через газовый патрубок 4 с пульсатором 3.

Опорная ферма 5, поддерживающая пульсатор 3, выставляется на корпус 15 и держит систему: пульсатор 3, газовый патрубок 4, аэратор 2.

Корпус 15 и камера 1 флотационная соединены между собой как единое целое.

Отбойник 6 диспергированной пульпы, в виде пластины, крепится к нижней части аэратора 2.

Пенный желоб 7 с наклонным днищем 16, ограниченный корпусом 15, оборудован патрубком 17 для выхода продукта.

Успокоительная решетка 8 состоит из пластин 18, выставляемых на кронштейнах 19.

Приспособление 20 для регулирования процесса формирования пузырьков состоит из трубопровода 21 с регулирующим клапаном 22 со стороны подачи пара, подогретого воздуха и распределителя 23, устанавливаемого непосредственно в газовой трубе 4, либо перед аэратором 2.

Приспособление 24 для введения свежей пульпы, расположенное в средней части, представляет собой круговую полость 25 с патрубком 11 для ввода свежей пульпы и с выпускными в камеру 1 отверстиями 9 разновеликих щелей по всей окружности. Приспособление 24 может быть выполнено в виде двух и более круговых полостей 10 (см. фиг.4).

Приспособление 26 для ускорения выноса минерализованной пены при пеногашении, соединенное с газовым патрубком 4 и расположенное над успокоительной решеткой 8, может быть сделано в виде радиальных перфорированных крыльев 27, приваренных к газовой трубе 4 (см. фиг.2).

Приспособление 28 для гашения вибрации от фермы 5 опорной, несущей пульсатор 3, устанавливаемое на корпус 15 аппарата, может быть изготовлено в виде пружинной прокладки 29, поглощающей колебания от пульсатора 3. Пружинная прокладка 29 приспособления 28 делит конструкцию условно на две части: на систему с опорной фермой 5, поддерживающей пульсатор 3, газовую трубу 4, аэратор 2 и на систему корпуса 15, совмещенного с камерой 1 флотационной.

Приспособление 30 выполнено в виде покрытия 31 сверху радиально расположенных перфорированных крыльев 27 и образует с ними каналы 32 переменного сечения (см. фиг.4).

Пневмопульсационный аппарат работает следующим образом.

Свежая пульпа поступает через патрубок 11 в полость 10 и через отверстия 9 попадает в камеру 1 флотационную, где смешивается с диспергированной пульпой и в виде минерализованной пены разгружается в пенный желоб 7.

Диспергированная пульпа готовится в аэраторе 2. Для этого в аэратор 2 попеременно из пульсатора 3 по газовой трубе 4 поступает сжатый воздух, который вытесняет пульпу из аэратора 2, а при прекращении подачи воздуха в аэратор 2 под действием гидростатического напора аэратор 2 заполняется пульпой. Таким возвратно-поступательным движением в аэраторе 2 между перфорированными диспергаторами 13 в турбулентном режиме происходит разбивка воздушной массы в пульпе с насыщением пульпы пузырьками, с получением диспергированной пульпы.

В камере 1 флотационной процесс флотации проводится согласно скорости введения объема свежей пульпы и скорости поступления объема диспергированной пульпы в пределе от 1/1 до 1/4. Данный предел является оптимальным для проведения процесса флотации и устанавливает среднюю скорость введения объема свежей пульпы, которая обеспечивает рабочее соотношение между введением концентрации минеральных частиц и воздушных пузырьков в рабочем потоке в камере 1 флотационной со скоростью выноса минеральных частиц в пену при одновременном выводе камерного продукта в пневмопульсационном режиме.

Ниже предела 1/1 процесс флотации становится неэкономичным из-за малых скоростей, концентрация пузырьков может быть недостаточной в рабочей зоне камеры 1 флотационной даже для малых концентраций минеральных частиц.

Выше предела 1/4 процесс флотации также становится неэкономичным из-за перегрузки аэратора 2. Регулирование скорости продвижения пульпы в рабочей зоне камеры 1 флотационной за счет возвратно-поступательного движения подаваемого в газовый патрубок 4 воздуха от пульсатора 3 и формирование пузырьков в диспергированной пульпе не позволяет проводить процесс флотации в оптимальном режиме.

Использование пара и нагретого газа осуществляется при помощи приспособления 20. Вводя пар или горячий газ в газовый патрубок 4 при процессе флотации, открывается еще одна возможность проводить регулирование величины пузырьков в рабочий период в камере 1, удерживая процесс в стабильном состоянии. Например, при снижении температурного режима в рабочем объеме камеры 1 флотационной, подогревом паром или нагретым газом, подаваемым в газовый патрубок 4, величины газовых пузырьков сохраняют постоянными за счет температурного сохранения внутренних объемов (при всех постоянных параметрах процесса).

Введение свежей пульпы через приспособление 24 из отверстий 9 разновеликих щелей по всей окружности позволяет достигнуть равномерности подготовки рабочей смеси свежей пульпы с диспергированной пульпой непосредственно перед рабочей зоной камеры 1 флотационной и одновременно позволяет обеспечить нормальную загрузку аэратора 2 свежей пульпой, ее диспергирование и осаждение камерного продукта.

Работа двух и более приспособлений 24 обеспечивает подачу свежей пульпы раздельными потоками, что способствует подготовке смеси свежей пульпы с диспергированной пульпой по концентрациям минеральных частиц и пузырьков в объеме по высоте и глубине рабочей зоны камеры 1 флотационной, а также дает возможность регулировать непосредственно подачу свежей пульпы к аэратору 2, что в целом улучшает процесс флотации и диспергирования свежей пульпы.

Радиально расположенные перфорированные крылья 27 приспособления 26 при вибрации от газовой трубы 4 ускоряют вынос минерализованной пены при пеногашении в пенный желоб 7, а освободившиеся газы гонят пену к периферии для ее перелива. Приспособление 30 в виде покрытия 31 еще более усиливает вынос минерализованной пены (концентрата) за счет энергии освобождающихся газов вдоль каналов 32.

Прокладка 29 приспособления 28 в рабочий период ограждает корпус 15, совмещенный с камерой 1 флотационной, от вибрации, направляя энергию колебаний в комплексе на процесс пневмопульсационной флотации и на выгрузку минерализованной пены в пенный желоб 7.

Пример

Испытания на обогатительной фабрике 3-го рудоуправления “Уралкалий” показали, что наилучший результат флотации хлористого калия достигается в том случае, если скорость введения объема свежей пульпы составляет 400 м³ /час, а “размах” пульсации в объем камеры флотационной около 15 см, что соответствует скорости введения объема поступления диспергированной пульпы в рабочую полость камеры 1 флотационной 1200 м³ /час (взят предел 1/3).

Выход хлоритсого калия в концентрат составил 95,0-95,5% при извлечении его из свежей пульпы более 90%.

Температурный режим в полости камеры 1 флотационной поддерживался в среднем на уровне 18^оС путем подачи пара в сжатый воздух в газовую трубу 4 в случае колебания температуры в поступающей свежей пульпе.

Использование изобретения увеличило производительность на 10-20% по сравнению с работой флотационных машин инерционно-гравитационного действия без вмешательства колебательного движения.

Использование: обогащение полезных ископаемых может найти широкое распространение в горной, металлургической, химической и других отраслях промышленности, могут быть также использованы в аэрации и очистке сточных вод. Технический результат - повышение качества продуктов и их выхода. Свежую пульпу подают в камеру флотационную, смешивают с диспергированной с помощью сжатого воздуха пульпой. Отношение скорости введения объема свежей пульпы к скорости введения объема поступления диспергированной пульпы берут в пределах от 1/1 до 1/4. Процесс регулирования величины пузырьков осуществляют введением в сжатый воздух пара или нагретого газа. Аппарат включает камеру флотационную (КФ) с патрубком ввода свежей пульпы и патрубком вывода камерного продукта, совмещенного с корпусом. Аппарат имеет аэратор в виде двух цилиндров с диспергаторами во внутренней полости между ними, пульсатор, соединенный с аэратором и установленный на ферме опорной. Аппарат имеет отбойник пульпы, расположенный под аэратором, пенный желоб и успокоительную решетку, расположенную в верхней части КФ. Аппарат снабжен цилиндром с диспергаторами внутри, расположенным в центре аппарата, приспособлением для регулирования процесса формирования пузырьков, приспособлением для введения свежей пульпы в КФ, расположенным в средней части КФ и выполненным в виде круговой полости с патрубками. КФ имеет разновеликие щели по всей окружности. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ флотации в пневмопульсационном аппарате, включающий подачу свежей пульпы в камеру флотационную, смешивание ее с диспергированной с помощью сжатого воздуха пульпой, разгрузку минерализованной пены, отличающийся тем, что соотношение скорости введения объема свежей пульпы и скорости введения объема поступления диспергированной пульпы в рабочую полость камеры флотационной берут в пределах от 1/1 до 1/4, при этом процесс регулирования величины пузырьков, формирующихся в пневмопульсационном режиме, осуществляют введением в сжатый воздух пара или нагретого газа, подаваемого на флотацию в зависимости от температуры свежей пульпы, определяющей температурный режим в рабочей полости камеры флотационной.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу свежей пульпы в полость камеры флотационной осуществляют раздельными потоками по высоте в средней части рабочей полости камеры флотационной.3. Пневмопульсационный аппарат, включающий камеру флотационную с патрубком ввода свежей пульпы и патрубком вывода камерного продукта, совмещенного с корпусом, аэратор, выполненный в виде двух цилиндров с диспергаторами во внутренней полости между ними, пульсатор, соединенный с аэратором газовым патрубком, установленный на ферме опорной, отбойник диспергированной пульпы, расположенный под аэратором, пенный желоб для вывода минерализованной пены, успокоительную решетку, расположенную в верхней части камеры флотационной, отличающийся тем, что он снабжен цилиндром с диспергаторами внутри, расположенным в центральной части аппарата, связанным в верхней части с газовым патрубком от пульсатора, в нижней части - с отбойником диспергированной пульпы, приспособлением для регулирования процесса формирования пузырьков при помощи пара или нагретого газа, подаваемого в газовый патрубок, приспособлением для введения свежей пульпы в камеру флотационную с диспергированной пульпой, расположенным в средней части камеры флотационной в виде круговой полости с патрубками, при этом камера флотационная имеет разновеликие щели по всей окружности.4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что приспособление для введения свежей пульпы в камеру флотационную с диспергированной пульпой выполнено в виде двух и более круговых полостей с патрубками.5. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что он снабжен приспособлением для ускоренного вывода минерализованной пены при пеногашении, соединенным с газовым патрубком и расположенным над успокоительной решеткой в виде радиально расположенных перфорированных крыльев.6. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что он снабжен приспособлением для гашения вибрации от несущей пульсатор фермы опорной, установленным на корпус в виде пружинной прокладки.