ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ МЕШАЛКА ДЛЯ ФЛОТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2009 года по МПК B03D1/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к флотационным устройствам типа, используемого при сепарации минералов, и оно будет описано далее со ссылками на этот вариант применения. Однако будет понятно, что изобретение не ограничено этой конкретной областью применения.

Предпосылки изобретения

Нижеследующее описание предшествующего уровня техники дано для помещения изобретения в надлежащий технический контекст и для облегчения понимания преимуществ, которые оно дает. Однако ссылки на предшествующий уровень техники никоим образом не следует рассматривать как допущение того, что этот предшествующий уровень техники широко известен или формирует часть общеизвестных знаний в данной области.

Обычные флотационные устройства в типичном случае включают в себя резервуар для приема и содержания шлама из мельницы, циклонного сепаратора или подобного средства. Обычно внутри резервуара расположена мешалка, содержащая ротор, установленный внутри статора, для перемешивания шлама. Также применяют систему аэрации для направления воздуха под давлением в мешалку через центральный канал, сформированный внутри приводного вала. Также добавляют пригодные реагенты, которые покрывают поверхности минеральных частиц в шламе для того, чтобы сделать частицы гидрофобными и предпочтительно содействовать приставанию пузырьков к частицам. Когда пузырьки, рассеиваемые ротором, поднимаются к поверхности резервуара, они несут с собой флотируемые частицы ценного минерала, которые формируют насыщенную минералом поверхностную пену. Затем пена переливается через край в желоб, посредством чего частицы ценного минерала, взвешенные в пене, извлекаются из резервуара в виде минерального концентрата. Частицы пустой породы, остающиеся взвешенными в шламе наряду с частицами минерала, не извлеченными посредством флотации, выпускают из резервуара через нижнее выпускное отверстие. Нижнее выпускное отверстие часто включает сферический клапан или запорный клапан, который открывают для подачи оставшегося шлама под действием силы тяжести далее по ходу процесса обработки. Автоматическая система управления, в обычном случае включающая датчик уровня жидкости и контроллер пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования, управляет регулирующим клапаном для поддержания по существу постоянного уровня жидкости в резервуаре. Примером ротора, который используется в устройствах известного уровня техники в данной области, является описанный в патенте США № 4078026.

Когда размеры флотационных устройств увеличиваются, потребление энергии для перемешивания должно пропорционально увеличиваться. Кроме того, для поддержания эффективности большого флотационного устройства оно должно быть способно достигать кинетического отношения флотации, близкого к достигаемому группой меньших флотационных камер такого же суммарного объема.

За последние годы размеры флотационных устройств увеличились главным образом из экономических соображений. Однако конструкция таких устройств осталась относительно неизменной. Соответственно, по указанным выше причинам эти большие флотационные устройства часто не оптимизированы с точки зрения эффективности флотации.

Таким образом, целью настоящего изобретения является преодоление или существенное уменьшение одного или более недостатков предшествующего уровня техники или, по меньшей мере, получение полезной альтернативы.

Сущность изобретения

Соответственно, первый объект изобретения относится к вспомогательной мешалке для флотационного устройства типа, имеющего резервуар, основную мешалку, включающую основной ротор, приспособленный для создания радиального потока жидкости, приводное средство и приводной вал, расположенный между приводным средством и основным ротором, причем вспомогательная мешалка включает:

вспомогательную перемешивающую лопасть, расположенную над основным ротором и приспособленную, при использовании, для создания осевого потока жидкости, направленного вниз таким образом, чтобы дополнять поток, создаваемый в резервуаре основным ротором; и

соединительное средство для соединения вспомогательной перемешивающей лопасти с приводным валом для одновременного вращения с основным ротором.

Предпочтительно угол наклона лопасти постоянный по ее длине, как у осевой крыльчатки, и находится в пределах от 15 градусов до около 75 градусов относительно направления движения лопасти. В альтернативном варианте угол наклона изменяется по длине лопасти, как у пропеллера. В другом варианте шаг лопасти может регулироваться в зависимости от специфических параметров системы, таких как плотность шлама, вязкость шлама или характеристик потока внутри резервуара.

Предпочтительно лопасть имеет по существу прямую переднюю кромку. Однако в альтернативных вариантах передняя кромка может быть изогнутой.

Предпочтительно лопатку соединяют с валом с возможностью отсоединения для получения возможности регулирования ее позиционирования по длине вала. Однако предпочтительно лопасть соединяют с валом приблизительно на уровне половины высоты резервуара.

Предпочтительно соединительное средство включает хомут. Более предпочтительно хомут формируют из двух соединяемых друг с другом зажимных половин. Более предпочтительно две зажимные половины по существу одинаковы. Еще более предпочтительно внутренние стенки хомута совместно образуют в целом цилиндрическую зажимную поверхность. В альтернативном варианте соединительное средство выполняют в форме сварочных швов или болтов.

Предпочтительно мешалка включает упругий защитный слой, покрывающий ее внешние поверхности. Более предпочтительно слой имеет толщину более 3 мм. Еще более предпочтительно слой имеет толщину от около 5 мм до около 7 мм.

Предпочтительно мешалка включает пару вспомогательных лопастей, при использовании отступающих радиально-наружу от диаметрально противоположных сторон вала, при этом каждая лопасть имеет связанное с ней соединительное средство. В альтернативном варианте мешалка включает, по меньшей мере, три лопасти, при использовании равномерно разнесенные вокруг периметра вала, при этом каждая лопасть имеет связанное с ней соединительное средство.

Предпочтительно при использовании каждая лопасть пересекается с валом с углом атаки, составляющим около 45 градусов.

Согласно второму объекту, изобретение относится к смесительному средству для флотационного устройства указанного выше типа, причем указанное смесительное средство включает:

приводной вал;

основной ротор, соединенный с одним концом приводного вала для формирования основной мешалки; и

описанную выше вспомогательную мешалку.

Предпочтительно перемешивающая лопасть с возможностью отсоединения соединена с валом для получения возможности регулировать ее положение вдоль вала. Однако предпочтительно лопасть располагают по существу в середине приводного вала.

Предпочтительно смесительные средства пригодны для использования в трехфазной среде, включающей воду, твердые частицы и воздух.

Согласно третьему объекту, изобретение относится к флотационному устройству, включающему:

резервуар для содержания шлама, включающего минералы, которые необходимо извлечь;

питающее впускное отверстие для впуска шлама в резервуар;

описанное выше смесительное средство для перемешивания шлама в резервуаре; и

средство для аэрации шлама, посредством чего флотируемые минералы во взвешенном состоянии формируют поверхностную пену.

Предпочтительно статор окружает ротор.

Предпочтительно по внутренней окружности верхней части резервуара проходит периферийный сливной желоб для извлечения обогащенной минералом пены с поверхности.

Предпочтительно средство для аэрации включает нагнетательный вентилятор и канал для жидкости для направления воздуха от вентилятора к ротору. Более предпочтительно канал включает осевое отверстие, проходящее через приводной вал. В альтернативном варианте канал расположен так, чтобы направлять воздух к ротору снизу.

Предпочтительно флотационное устройство включает конус для отклонения пены, проходящий вокруг приводного вала вблизи верхней части резервуара, причем наименьший диаметр конуса расположен так, чтобы отклонять пену наружу, к сливному желобу, когда она перемещается к поверхности резервуара. Еще более предпочтительно отклоняющий конус расположен так, чтобы предотвращать завихрение на поверхности резервуара.

Предпочтительно вспомогательная мешалка предназначена для использования в флотационном устройстве, имеющем резервуар емкостью, по меньшей мере, 50 м³.

Краткое описание чертежей

Теперь будет описан предпочтительный вариант описания изобретения только в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - вид в перспективе мешалки, включающей смесительное средство, соответствующее изобретению;

фиг. 2 - вид сбоку мешалки, показанной на фиг. 1;

фиг. 3 - вид сверху вспомогательной мешалки, соответствующей изобретению; и

фиг. 4 - второй вид сбоку типичного флотационного устройства, включающего мешалку.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На чертежах показана мешалка 1 для флотационного резервуара 2, причем резервуар содержит шлам, содержащий минералы, которые необходимо извлечь. Показанный резервуар включает в целом плоское основание 3 и по существу цилиндрическую боковую стенку 4, проходящую вверх от основания. Однако будет понятно, что в альтернативных вариантах осуществления изобретения можно использовать резервуары других конфигураций и размеров. Периферийный сливной желоб 5 проходит по окружности внутренней верхней части боковой стенки для извлечения обогащенной минералом пены, когда она всплывает на поверхность.

Мешалка 1 расположена таким образом, чтобы перемешивать шлам внутри резервуара. Мешалка включает ротор 6, установленный на одном конце расположенного в центре приводного вала 7, проходящего в осевом направлении вниз в резервуар и приводимого электродвигателем 8 и соединенным с ним редуктором (не показан). Другой конец приводного вала включает монтажный фланец 9, приспособленный для соединения с электродвигателем. Вокруг ротора также расположен статор 10.

Конус 11 для отклонения пены расположен вокруг приводного вала и примыкает к верхней части резервуара. Отклоняющий конус ориентирован таким образом, что его наименьший диаметр находится на его нижнем конце в самом близком к ротору 6 положении.

Вспомогательная мешалка 12 соединена с приводным валом в положении, находящемся по существу посередине между нижней стороной отклоняющего конуса 11 и верхней стороной ротора 6, как показано на фиг. 1 и 2. Вспомогательная мешалка 12 включает перемешивающие лопасти 13, отступающие радиально-наружу от диаметрально-противоположных сторон вала 7. Каждая лопасть 13 пересекает вал под углом атаки, составляющим около 45 градусов относительно оси 14 вала.

Лопасти 13 соединены с валом 7 хомутом 15. Хомут сформирован из двух зажимных половин 16 и 17, прикрепленных друг к другу болтами 18, при этом каждая из них включает одну лопасть 13. Внутренние стенки хомута образуют цилиндрическую зажимную поверхность 19.

На внешних поверхностях вспомогательной мешалки находится резиновое покрытие 20 для защиты от химического и механического износа.

При использовании перемешивающие лопасти 13 образуют осевую крыльчатку для дополнения осевого потока, создаваемого в резервуаре основным ротором 6. Диаметр крыльчатки составляет от около 15% до 35% диаметра флотационного резервуара.

Также применена система аэрации, включающая нагнетательный вентилятор и канал для жидкости (не показаны), для направления воздуха от вентилятора в ротор 6. Канал частично образован осевым отверстием (не показано), проходящим через приводной вал 7 ротора.

При использовании ротор 6 создает основной поток в шламе, как показано стрелками F1. Основной поток создает непрерывную рециркуляцию шлама в нижней части резервуара для поддержания взвешенного состояния частиц. Система аэрации непрерывно рассеивает воздух, подаваемый к ротору, для формирования тонких пузырьков, которые сталкиваются с частицами ценного минерала в шламе и пристают к ним, в результате чего они всплывают к поверхности резервуара, образуя обогащенную минералом поверхностную пену. Когда пена всплывает к поверхности, отклоняющий конус 11 направляет ее радиально-наружу для извлечения через сливной желоб 5.

Основной ротор 6 также создает вторичный поток в шламе, показанный стрелками F2. Однако, поскольку размеры флотационного устройства увеличены, вторичный поток, создаваемый основным ротором, ослабевает. Соответственно, было обнаружено, что когда всплывающие частицы выпадают из зоны образования пены на поверхности резервуара, вторичного потока, создаваемого одним основным ротором, часто недостаточно для увлечения этих частиц назад в зону перемешивания основным ротором для повторного всплытия, в результате чего снижается эффективность работы флотационной камеры. Эта проблема особенно касается флотационных устройств с емкостью, превышающей от около 150 м³ до 200 м³ или больших.

Вспомогательная мешалка 12 усиливает вторичный поток F2 в больших флотационных устройствах до уровня, сравнимого с таковым в группе меньших флотационных камер с эквивалентным суммарным объемом. Это достигается созданием направленного вниз течения, которое усиливает интенсивность кругооборота вторичного потока. Он, в свою очередь, увлекает плавучие частицы, которые выпали из зоны пенообразования, вниз в резервуаре и в зону перемешивания основным ротором, что, таким образом, увеличивает вероятность того, что эти частицы вновь всплывут и, следовательно, будет повышена общая эффективность процесса извлечения. Кроме того, вспомогательный ротор также облегчает рассеивание реагентов, добавленных в шлам через трубу 21 для добавления реагента, проходящую вниз через отклоняющий конус 11. Этот эффект возникает главным образом благодаря увеличенному направленному вниз закачивающему действию, создаваемому вспомогательной мешалкой, которая нагнетает обогащенную реагентом суспензию вниз к основному ротору для последующего всплытия. Будет понятно, что изобретение, таким образом, дает как значительные практические, так и коммерческие преимущества перед предшествующим уровнем техники.

Будет понятно, что в других вариантах осуществления изобретения многие компоненты описанного выше флотационного устройства могут быть заменены пригодными альтернативами. Например, вспомогательная мешалка может быть соединена с приводным валом другими средствами, такими как сварные швы или болты. Кроме того, покрытие, нанесенное на внешние поверхности вспомогательной мешалки, может быть сформировано из альтернативного материала, такого как полиэтилен, и может также иметь другую толщину. В одном варианте вспомогательная мешалка включает изогнутую переднюю кромку, подобную передней кромке пропеллера. Вспомогательная мешалка может быть также конфигурирована так, чтобы она имела изменяющийся по ее длине угол атаки. Кроме того, хотя изобретение было описано со ссылкой на обычные флотационные камеры, будет понятно, что такие же принципы могут быть применены в отношении других флотационных камер, таких как испарительные флотационные камеры или камеры типа Skim Air.

Хотя изобретение было описано со ссылками на конкретные примеры, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение может быть осуществлено во многих других формах.

Изобретение относится к флотационным устройствам, используемым при сепарации минералов. Вспомогательная мешалка включает вспомогательную перемешивающую лопасть, расположенную над основным ротором, для создания осевого потока жидкости, соединительное средство для присоединения вспомогательной перемешивающей лопасти к приводному валу для одновременного вращения с основным ротором. Вспомогательная мешалка используется в смесительном средстве, которое включает основную мешалку, включающую в себя ротор, приводное средство и приводной вал. Смесительное средство используется во флотационном устройстве, которое включает резервуар, питающее впускное отверстие, средство для аэрации шлама. Технический результат - повышение эффективности флотации. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вспомогательная мешалка для флотационного устройства, имеющего резервуар, основную мешалку, включающую в себя основной ротор, предназначенный для создания радиального потока жидкости, приводное средство и приводной вал, проходящий между приводным средством и основным ротором, отличающаяся тем, что она содержит вспомогательную перемешивающую лопасть, расположенную над основным ротором и предназначенную для создания при использовании осевого потока жидкости, направленного вниз таким образом, чтобы дополнять поток, создаваемый в резервуаре основным ротором, и соединительное средство для присоединения вспомогательной перемешивающей лопасти к приводному валу для одновременного вращения с основным ротором.2. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательная перемешивающая лопасть имеет угол атаки, который остается, по существу, постоянным по длине лопасти, как у осевой крыльчатки.3. Мешалка по п.2, отличающаяся тем, что угол атаки составляет от 15 до около 75° относительно направления движения лопасти.4. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательная перемешивающая лопасть образует угол атаки, который изменяется по длине лопасти, как у пропеллера.5. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что шаг лопасти может регулироваться в зависимости от специфических системных параметров, таких как плотность шлама, вязкость шлама или характеристик потока внутри резервуара.6. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что лопасть имеет, по существу, прямую переднюю кромку.7. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что передняя кромка лопасти изогнута.8. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что лопасть присоединена к валу с возможностью отсоединения для обеспечения регулирования ее положения относительно основного ротора.9. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что при использовании лопасть присоединена к валу приблизительно на уровне половины высоты резервуара.10. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что соединительное средство включает в себя хомут.11. Мешалка по п.10, отличающаяся тем, что хомут образован из двух соединяемых друг с другом зажимных половин.12. Мешалка по п.11, отличающаяся тем, что две зажимные половины выполнены, по существу, одинаковыми.13. Мешалка по любому из пп.10-12, отличающаяся тем, что внутренние стенки хомута совместно образуют в целом цилиндрическую зажимную поверхность.14. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что соединительное средство имеет форму сварочных швов или болтов.15. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что содержит упругий защитный слой, покрывающий ее внешние поверхности.16. Мешалка по п.15, отличающаяся тем, что защитный слой имеет толщину, превышающую около 3 мм.17. Мешалка по п.15 или 16, отличающаяся тем, что защитный слой имеет толщину от около 5 мм до около 7 мм.18. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что содержит дополнительную вспомогательную лопасть, причем две вспомогательные лопасти при использовании выступают по радиусу наружу из диаметрально-противоположных сторон вала, при этом каждая лопасть имеет соответствующее соединительное средство.19. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, две дополнительные вспомогательные лопасти, при этом вспомогательные лопасти при использовании равномерно отстоят по периферии вала, причем каждая лопасть имеет соответствующее соединительное средство.20. Мешалка по п.18 или 19, отличающаяся тем, что при использовании каждая лопасть пересекается с валом с углом атаки, составляющим около 45°.21. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью использования во флотационном устройстве, имеющем резервуар емкостью, по меньшей мере, 50 м³.22. Мешалка по п.21, отличающаяся тем, что вспомогательная перемешивающая лопасть имеет диаметр, составляющий от около 15% до около 35% диаметра резервуара.23. Мешалка по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательная перемешивающая лопасть при использовании действует как осевая крыльчатка для дополнения осевого потока, создаваемого в резервуаре основным ротором.24. Смесительное средство для флотационного устройства, имеющего резервуар, основную мешалку, включающую в себя основной ротор, приводное средство и приводной вал, расположенный между приводным средством и основным ротором, причем указанное смесительное средство включает в себя приводной вал, и основной ротор, выполненный с возможностью создания радиального потока жидкости и соединенный с одним концом приводного вала для формирования основной мешалки, отличающееся тем, что оно содержит вспомогательную мешалку по любому из пп.1-23.25. Смесительное средство по п.24, отличающееся тем, что вспомогательная перемешивающая лопасть с возможностью отсоединения присоединена к валу для обеспечения регулирования ее положения относительно основного ротора.26. Смесительное средство по п.24 или 25, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью использования в трехфазной среде, включающей воду, твердые частицы и воздух.27. Флотационное устройство, включающее резервуар для содержания шлама, включающего в себя минералы, которые подлежат извлечению, питающее впускное отверстие для впуска шлама в резервуар, и средства для аэрации шлама, при этом флотируемые минералы во взвешенном состоянии образуют поверхностную пену, отличающееся тем, что содержит смесительное средство по любому из пп.24-26 для перемешивания шлама в резервуаре.28. Флотационное устройство по п.27, отличающееся тем, что оно содержит статор, окружающий ротор.29. Флотационное устройство по п.27 или 28, отличающееся тем, что оно содержит периферийный сливной желоб, проходящий внутри верхней части резервуара, для извлечения обогащенной минералом пены с поверхности.30. Флотационное устройство по п.27, отличающееся тем, что средства для аэрации включают в себя нагнетательный вентилятор и канал для жидкости для направления воздуха от вентилятора к ротору.31. Флотационное устройство по п.30, отличающееся тем, что канал включает в себя осевое отверстие, проходящее через приводной вал.32. Флотационное устройство по п.30 или 31, отличающееся тем, что канал расположен так, чтобы направлять воздух к ротору снизу.33. Флотационное устройство по п.27, отличающееся тем, что оно содержит конус для отклонения пены, проходящий вокруг приводного вала вблизи верхней части резервуара, причем наименьший диаметр конуса находится на его нижнем конце, расположенном ближе к ротору.34. Флотационное устройство по п.33, отличающееся тем, что отклоняющий конус расположен так, чтобы отклонять пену наружу, к сливному желобу, при ее перемещении к поверхности резервуара.35. Флотационное устройство по п.33 или 34, отличающееся тем, что отклоняющий конус расположен так, чтобы предотвращать завихрение на поверхности резервуара.36. Флотационное устройство по п.33, отличающееся тем, что вспомогательная мешалка расположена, по существу, посередине между верхней частью ротора и нижней частью отклоняющего конуса.37. Флотационное устройство по п.33, отличающееся тем, что оно содержит трубу для добавления реагента, проходящую вниз в резервуар через отклоняющий конус.

Приоритет по пунктам: