АЭРОЛИФТНАЯ ГЛУБОКАЯ ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФЛОТАЦИОННАЯ МАШИНА Российский патент 2008 года по МПК B03D1/00 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к машинам для флотации полезных ископаемых, и может быть использовано в угольной, черной и цветной металлургии на обогатительных фабриках, а также при обогащении неметаллического сырья.

Известна глубокая аэролифтная машина института «Механобр» (АФМ-2,5).

Она состоит из ванны глубиной 2,5 м, имеющей по бокам желоба для пены, загрузочное устройство и разгрузочный карман для хвостов. Внутри ванны по оси расположен аэролифт, над которым находится отражатель, над ним сверху располагаются отбойные перегородки с воздушным патрубком. Над ними находится ресивер, от которого по обе стороны от аэролифта опущены вниз воздухопадающие патрубки, оканчивающиеся щелевыми затворами (Мещеряков Н.Ф. Флотационные машины. М.: «Недра», 1972, стр.136).

От других типов аэролифтных машин она отличается конструкцией аэролифта и наличием щелевых затворов на воздухопадающих патрубках, исключающих попадание пульпы в воздухопроводную систему.

Эти особенности машины сделали ее удобной для эксплуатации. Производительность по потоку пульпы достигает 10 м³/мин, расход воздуха 5-7 м³/мин на 1 м длины машины при средней крупности флотируемого материала, давление воздуха 2,5·10⁴-3·10⁴ Па.

Машина имеет ряд преимуществ по сравнению с мелкими аэролифтными машинами: более высокий кпд аэролифта, увеличивающий интенсивность циркуляции и перемешивания пульпы и позволяющий флотировать крупнозернистый материал; более высокую производительность на единицу объема машины; занимает значительно меньшую площадь. Расход энергии для АФМ-2,5 приблизительно на 40% меньше, чем для мелких аэролифтных или механических флотационных машин (Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. М.: «Недра», 1984, стр.326).

Машина АФМ-2,5 имеет тот недостаток, что ее воздухоподающие патрубки своей большей частью погружены в пульпу и подвергаются износу от абразивного действия твердых частиц.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является аэролифтная флотационная машина со сверхзвуковой скоростью истечения воздуха (см. Ворбанов Р., Гайдаржиев С. Аэролифтная флотационная машина со сверхзвуковой скоростью истечения воздуха. VIII Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых, 1968, т.I. Изд. Механобр, 1969). Автором ее является Ворбанов Р., София, НРБ.

Машина состоит из прямоугольной ванны с квадратным сечением 2×2 м. По продольной оси ванны расположена аэролифтная камера с вертикальными перегородками, с расстоянием между ним 200 мм. В центре ее расположены вертикальные воздухоподающие трубки, соединенные с ресивером, и оканчивающиеся соплами Лаваля, не доходящими до днища ванны на 150 мм. Сверху аэролифта с зазором располагается отражатель пульпы с вертикальными отбойными перегородками, погруженными в пульпу. Эти перегородки находятся на расстоянии 375 мм от центра аэролифтной камеры и направляет пульпу из аэролифта в флотационные отделения ванны. Ванна имеет продольные желоба для пены по обеим ее сторонам. Машина имеет загрузочное устройство и разгрузочный карман и желоб для хвостов.

Машина обладает двумя особенностями.

Первая состоит в том, что трубки аэролифтной камеры заканчиваются соплами Лаваля. Они обеспечивают подачу воздуха в аэролифтную камеру при скоростях, превышающих скорость звука, тогда как в обычных аэролифтных машинах она составляет 10-15 м/с.

Основным назначением сопел Лаваля является превращение статического давления подаваемого сжатого воздуха в воздушную струю, имеющую скорость, большую скорости звука, с последующим переходом ее в дозвуковую в самой пульпе.

Сверхзвуковая подача воздуха в пульпу приводит к его диспергированию непосредственно в зоне выхода из сужения. Сверхзвуковая струя воздуха является носителем сложных волновых процессов, связанных с самим характером потока. При таких скоростях струя очень лабильна и непрерывно пульсирует с изменением градиента давления, в связи с чем диспергирование воздуха интенсифицируется в результате высокой турбулентности на границе струи и пульпы.

Истечение струи со сверхзвуковыми скоростями сопровождается и сложными акустическими эффектами, оказывающими положительное влияние не только на диспергирование воздуха, но и массообменные процессы в машине и на прилипание минеральных частиц к воздушным пузырькам.

Исследовались сопла Лаваля с различными диаметрами критического сечения, измерялась скорость воздушной струи при разных давлениях сжатого воздуха от 1 до 6 атм и дебит ее. При этих условиях скорость струи изменялась от 335 до 400 м/с. Самыми эффективными являются сопла Лаваля с диаметром критического сечения, равным 3 мм, так как они оказались лучшими с точки зрения диспергирования воздуха и наименьшего расхода энергии. Оптимальное избыточное давление воздуха при этом составило 1 атм при расходе мощности 2-3 кВт на 1 м³ объема ванны.

Промышленные испытания машины проводились на медной сульфидной руде. Машина успешно работала при повышенной плотности пульпы 43% твердого (при содержании в пульпе до 55% класса - 0,074 мм).

Отмечено незначительное улучшение флотации мелких классов; расход реагентов снижается на 20% и воды на столько же; расход электроэнергии ниже, чем в механических машинах на 30%; на 40-50% снижается площадь флотационного отделения; легкая регулировка машины.

Отмечено, что аэраторы работали безаварийно при внезапных остановках машины, прекращения подачи воды, воздуха и т.п. Забивки сопел при этом не наблюдалось.

Другая особенность - это ширина аэролифтной камеры. Хорошие результаты получены при ширине ее, равной 200 мм. Но авторы считают, что ширину ее можно уменьшить до 150 мм. При этом дополнительно снижается расход воздуха и улучшается флотация крупных классов за счет повышения восходящих скоростей пульпы в камере.

Целью изобретения является улучшение флотации частиц обычной крупности.

Технический результат - оптимизация гидро- и аэродинамических условий флотационного процесса и повышение надежности работы. Технический результат достигается тем, что аэролифтная глубокая пневматическая флотационная машина, включающая ванну прямоугольной формы шириной 2 м и глубиной 2,5 м, с пирамидальным сужением внизу, имеющая в передней боковой стенке прямоугольные отверстия для ввода пульпы, желоба для пены, аэролифт, расположенный по продольной оси ванны, имеющий вертикальные перегородки с изогнутыми концами с расстоянием между вертикальными перегородками 150-200 мм, разделяющий ванну на два флотационных отделения, включающий аэратор, состоящий из вертикальных воздухоподающим трубок, оканчивающихся соплами Лаваля, и соединенными через распределительную трубу и воздухопровод с ресивером, расположенный над аэролифтом с зазором отражатель пульпы, над отражателем пульпы расположены отбойные перегородки с воздухоотводящим патрубком, имеющая загрузочное устройство и разгрузочный карман, соединенный с желобом для хвостов, согласно изобретению машина снабжена аэратором аэролифта, расположенным под днищем ванны и состоящим из вертикальных воздухоподаюпщх трубок, соединенных с бобышками на резьбе, расположенными по продольной оси ванны с расстоянием между собой 1000-200 мм, своими бобышками входят через отверстия в днище внутрь ванны, в бобышки ввинчиваются сопла Лаваля, воздухоподающие трубки соединяются с горизонтальной распределительной трубой, которая через воздухопровод с обратным клапаном соединяется с ресивером, тем самым аэролифт освобождается от воздухоподающих трубок, оканчивающихся соплами Лаваля, расположенных в аэролифте прототипа, для выработки дополнительных пузырьков воздуха в аэролифте он снабжен отбойником-распределителем воздушных пузырьков, выполненным по дуге окружности, имеющим мелкие перфорации, он располагается на высоте 150 мм над соплами Лаваля аэратора аэролифта, с целью защиты сопел Лаваля аэратора аэролифта от износа они имеют по бокам вертикальные металлические пластины, одна из которых устанавливается на шарнире для обслуживания сопел Лаваля, одна из вертикальных перегородок аэролифта, находящаяся против пластины с шарниром, выполняется составной, ее нижняя часть соединяется с верхней частью перегородки на шарнире.

На чертеже изображена аэролифтная глубокая пневматическая флотационная машина в поперечном разрезе.

Аэролифтная глубокая пневматическая флотационная машина включает ванну 1 прямоугольной формы шириной 2 м и глубиной 2,5 м с пирамидальным сужением внизу, имеющую в передней боковой стенке прямоугольные отверстия 2 для ввода пульпы в машину, имеющую по сторонам прямоугольные желоба 3 для пены, загрузочное устройство 4, содержащее течки, делящее питание машины на два равномерных потока. По продольной оси ванны 1 размещен аэролифт 5 с вертикальными перегородками 6, делящий ванну 1 на два флотационных отделения, расстояние между вертикальными перегородками 6 150-200 мм, причем нижний конец каждой перегородки, не доходящий до дна ванны и имеющий с ним зазор, имеет изгиб под тупым углом, соединяющий его с вертикальной частью перегородки 6. Между этими нижними концами перегородок по центральной оси располагается отражатель-распределитель 7 воздушных пузырьков, выполненный по дуге окружности с мелкими перфорациями, например, выполненный из шпальтового сита с щелью 0,25 мм. Он располагается на расстоянии 150 мм от сопел Лаваля аэратора аэролифта.

Над аэролифтом 5 с зазором расположен отражатель 8 пульпы, который делит поток аэрированной пульпы из аэролифта на два потока, направляя их во флотационные отделения ванны. Над отражателем 8 располагаются отбойные перегородки 9 с воздухоотводным патрубком, направляющие потоки пульпы из аэролифта под пену во флотационные отделения, расстояние между ними равно 760 мм.

Аэратор аэролифта 5 состоит из вертикальных воздухоподающих трубок 10, расположенных под днищем ванны 1 по ее продольной оси и входящих через отверстия в днище ванны своими бобышками 11 в ванну на небольшую высоту. Зазоры между бобышками 11 и днищем ванны заделываются. Бобышки 11 выполнены с внутренней резьбой и навинчены на концы трубок 10. В бобышки 11 ввинчены сопла Лаваля 12, выполненные с точно такой же резьбой, но наружной. Причем диаметр входного сужения сопла Лаваля должен быть таким же, как и внутренний диаметр трубок 10 и сопло Лаваля должно входить в бобышку 11 без зазора с трубкой 10. Этим исключается создание лишних сопротивлений сжатому воздуху, поступающему в сопла Лаваля.

Воздухоподающие трубки 10 соединяются сваркой с распределительной трубой 13 достаточного диаметра для подачи сжатого воздуха во все трубки. Воздухоподающие трубки 10 располагаются друг от друга на расстоянии 100-200 мм.

Сопла Лаваля и бобышки выполняются из износостойкого материала, например из марганцовистой стали. Распределительная труба 13 через воздухопровод, показанный линией со стрелкой и имеющий перед распределительной трубой 13 обратный клапан, не показанный на чертеже, соединяется с ресивером 14.

Для защиты сопел Лаваля от износа по их бокам устанавливаются вертикально металлические пластины 15, причем одна из пластин может устанавливаться на шарнире для облегчения доступа при обслуживании сопел. Нижняя часть вертикальной перегородки 6, находящейся против пластины с шарниром, также соединяется с верхней ее частью на шарнире. Эта перегородка делается составной. Пирамидальная форма окончания ванны 1 облегчает поступление твердых частиц пульпы в аэролифт 5 через зазор между днищем ванны и вертикальными перегородками.

Ванна 1 имеет разгрузочный карман, который на чертеже не показан. Он представляет отсек, соединенный с задней стенкой ванны, по ширине ей равный или меньше. В задней стенке ванны делается вырез, перекрываемый шибером с электроприводом. Разгрузочный карман соединяется с желобом для хвостов. Машина устанавливается на низкой раме 16, изготовленной из швеллеров.

Стенки ванны футеруются. Сопла Лаваля 12 можно оборудовать щелевыми затворами.

Для машины требуется компрессор с давлением 1,5-3 ати. Воздуховод оборудуется понижающими редукторами давления, вентилями, манометрами.

Аэролифтнал глубокая пневматическая флотационная машина работает следующим образом.

Питание машины - пульпа, обработанная реагентами, в контактном чане или в агрегате для подготовки пульпы, расположенном выше машины, самотеком поступает в загрузочное устройство 4, делится им на два потока и по течкам через прямоугольные отверстия 2 поступает во флотационные отделения ванны 1. В аэратор аэролифта 5 подается сжатый воздух от компрессора. Через ресивер 14 по воздуховоду с обратным клапаном он поступает в распределительную трубу 13, откуда через воздухоподающие трубки 10 он попадает в сопла Лаваля 12. Истекая со сверхзвуковой скоростью в пульпу, воздух почти мгновенно превращается в мелкие воздушные пузырьки, которые, всплывая, встречаются с гидрофобными частицами в пульпе, которые прилипают к ним. Минерализованные пузырьки всплывают вверх, образуют слой пены во флотационных отделениях ванны 1. Из-за разности плотностей пульпы во флотационных отделениях и аэролифте менее плотная аэрированная поднимается в аэролифте выше уровня пульпы, чем уровень ее во флототделениях, отражателем делится на два потока и благодаря отбойным перегородкам поступает во флотоотделения под уровень пены в них. За счет вновь поступающей пульпы в ванну 1 и многократной циркуляции через аэролифт пульпа передвигается вдоль ванны. Минерализованные воздушные пузырьки образуют слой минерализованной пены, который самотеком удаляется в желоба для пены, а породные частицы вместе с пульпой через разгрузочный карман удаляются в желоб для хвостов. Машина может быть оборудована также пеногонами.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой машины состоит в том, что для ее работы не требуются импеллеры. Использование аэраторов с соплами Лаваля, более производительных, чем шлицевые, и долговечнее трубчатых аэраторов, обеспечивает снижение расходов при эксплуатации.

Машина предназначена для флотации угольной и антрацитовой мелочи, но может быть использована для флотации руд цветных и редких металлов, а также для обогащения неметаллического сырья.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к флотации полезных ископаемых, и может быть использована в угольной промышленности, черной и цветной металлургии на обогатительных фабриках, а также при обогащении неметаллического сырья. Аэролифтная глубокая пневматическая флотационная машина включает загрузочное устройство, ванну прямоугольной формы шириной 2 м и глубиной 2,5 м с пирамидальным сужением внизу. Имеет желоба для пены, аэролифт, расположенный по продольной оси ванны, разделяющий последнюю на два флотационных отделения. Содержит вертикальные перегородки с изогнутыми концами, расположенные на расстоянии друг от друга 150-200 мм. Включает аэратор, состоящий из вертикальных воздухоподающих трубок, оканчивающихся соплами Лаваля, соединенных через распределительную трубу и воздухопровод с ресивером, отбойные перегородки с воздухоотводящим патрубком, расположенные над аэролифтом. Разгрузочный карман соединен с желобом для хвостов. Снабжена отражателем, расположенным под отбойными перегородками над аэролифтом с зазором, отражателем-распределителем воздушных пузырьков для выработки дополнительных пузырьков воздуха в аэролифте, выполненным по дуге окружности с мелкими перфорациями и расположенным по центральной оси между нижними концами вертикальных перегородок на расстоянии 150 мм от сопел Лаваля аэратора аэролифта. Вертикальные воздухоподающие трубки расположены под дном ванны по ее продольной оси с расстоянием между собой 100-200 мм, и на их концах навинчены бобышки с внутренней резьбой для ввинчивания сопла Лаваля, входящие в ванну через отверстия в днище последней. Для защиты от износа сопла Лаваля имеют по бокам вертикальные металлические пластины, одна из которых устанавливается на шарнире, для обслуживания сопел Лаваля, а одна из вертикальных перегородок, находящихся против пластины с шарниром, выполняется составной и ее нижняя часть соединена с верхней частью перегородки на шарнире. Технический результат - повышение эффективности флотации. 1 ил.

Аэролифтная глубокая пневматическая флотационная машина, включающая загрузочное устройство, ванну прямоугольной формы шириной 2 м с пирамидальным сужением внизу, имеющая желоба для пены, аэролифт, расположенный по продольной оси ванны, разделяющий последнюю на два флотационных отделения, имеющий вертикальные перегородки, расположенные на расстоянии друг от друга, и включающий аэратор, состоящий из вертикальных воздухоподающих трубок, оканчивающихся соплами Лаваля, соединенных через распределительную трубу и воздухопровод с ресивером, отбойные перегородки с воздухоотводящим патрубком, расположенные над аэролифтом, разгрузочный карман, соединенный с желобом для хвостов, отличающаяся тем, что снабжена отражателем, расположенным под отбойными перегородками над аэролифтом с зазором, отражателем-распределителем воздушных пузырьков для выработки дополнительных пузырьков воздуха в аэролифте, выполненным по дуге окружности с мелкими перфорациями и расположенным по центральной оси между нижними концами вертикальных перегородок на расстоянии 150 мм от сопел Лаваля аэратора аэролифта, при этом глубина ванны составляет 2,5 м, а расстояние между вертикальными перегородками 150-200 мм, причем вертикальные перегородки выполнены с изогнутыми концами, а вертикальные воздухоподающие трубки расположены под дном ванны по ее продольной оси с расстоянием между собой 100-200 мм, и на их концах навинчены бобышки с внутренней резьбой для ввинчивания сопла Лаваля, входящие в ванну через отверстия в днище последней, при этом для защиты от износа сопла Лаваля имеют по бокам вертикальные металлические пластины, одна из которых устанавливается на шарнире, для обслуживания сопел Лаваля, а одна из вертикальных перегородок, находящихся против пластины с шарниром, выполняется составной и ее нижняя часть соединена с верхней частью перегородки на шарнире.