ФЛОТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФЛОТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА, А ТАКЖЕ ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2016 года по МПК B03D1/14 

Изобретение касается флотационного устройства для выделения частиц твердого вещества, в частности, из ценного минерала, из суспензии, включающего корпус, снабженный флотационной камерой, по меньшей мере один пеносборник для отвода образовавшегося в верхней области флотационной камеры пенного продукта и по меньшей мере одну систему подачи для подачи газа и/или суспензии во флотационную камеру. Изобретение касается также способа эксплуатации такого флотационного устройства, а также его применения.

Флотация представляет собой физический разделительный способ, служащий для разделения мелкозернистой смеси твердых веществ, такой как, например, руды и жильной породы, в водной взвеси или, соответственно, суспензии с помощью пузырьков воздуха за счет различной поверхностной смачиваемости содержащихся в суспензии частиц. Она применяется для обогащения полезных ископаемых и при переработке предпочтительно минеральных веществ с содержанием от низкого до среднего полезного компонента или, соответственно, ценного вещества, например, в виде цветных металлов, железа, металлов редких земель и/или благородных металлов, а также неметаллических полезных ископаемых. Но, в принципе, применение флотации уже достаточно известно и в других технических областях, таких как, например, обработка сточных вод.

В WO 2006/069995 A1 описывается флотационное устройство в виде пневматической флотационной ячейки с корпусом, который включает в себя флотационную камеру, снабженную по меньшей мере одной системой форсунок, здесь называемых эжекторами, а также по меньшей мере одним газационным устройством, которые при применении воздуха называются вентиляционными устройствами или аэраторами, а также сборную емкость для образующегося при флотации пенного продукта.

При пневматической флотации обычно смешанная с агентами суспензия из воды и мелкозернистого твердого вещества вводится по меньшей мере через одну систему форсунок во флотационную камеру. Агенты должны способствовать тому, чтобы в суспензии гидрофобно образовывались, в частности, ценные, предпочтительно подлежащие выделению, частицы или соответственно частицы ценного вещества. Чаще всего в качестве агентов применяются ксантаты, в частности для селективной гидрофобизации сульфидных частиц руды. Одновременно с суспензией по меньшей мере к одной системе форсунок подводится газ, в частности, воздух, который в суспензии приходит в соприкосновение с гидрофобными частицами. Гидрофобные частицы прилипают к образующимся пузырькам газа, так что образования из пузырьков газа, называемые также воздушными хлопьями, всплывают и на поверхности суспензии образуют пенный продукт. Пенный продукт выводится в сборную емкость и обычно также сгущается.

Качество пенного продукта или, соответственно, успешное разделение при способе пневматической флотации, в частности, зависит от вероятности столкновения между гидрофобной частицей и пузырьком газа. Чем выше вероятность столкновения, тем больше количество гидрофобных частиц, которые прилипают к пузырьку газа, поднимаются на поверхность и вместе с частицами образуют пенный продукт.

Предпочтительный диаметр пузырьков газа при этом меньше чем примерно 5 мм и лежит, в частности, в пределах от 1 до 5 мм. Такого рода мелкие пузырьки воздуха обладают высокой удельной поверхностью и поэтому способны связывать и забирать с собой значительно больше частиц ценного вещества, в частности частиц руды, на применяемое количество газа, чем это могут делать пузырьки газа большего размера.

Специфическими вариантами пневматической флотации являются, например, разгрузочная флотация или колонная флотация.

У выполненных в виде колонн флотационных ячеек, у которых диаметр флотационной камеры во много раз меньше, чем ее высота, путь, который должен проходить пузырек газа в суспензии или, соответственно, флотационной камере, чтобы попасть на поверхность суспензии, особенно велик. Вследствие особенно длинного пути в суспензии возникают особенно большие пузыри газа. Из-за этого снижается удельный вывод частиц ценного вещества из суспензии и вместе с тем также коэффициент полезного действия флотационного устройства.

У так называемых гибридных флотационных ячеек, которые представляют собой комбинацию пневматической флотационной ячейки с флотационной ячейкой, выполненной в виде колонны, в частности, более крупные частицы ценного вещества с диаметрами частиц в области 50 мкм и больше неполностью привязываются к имеющимся пузырькам газа и могут таким образом только частично отделяться от суспензии. Мелкие компоненты с диаметрами частиц в пределах 20 мкм и меньше, напротив, осаждаются особенно хорошо.

Флотация со смесителем, хотя и основывается тоже на вводе пузырей газа во флотационный процесс, однако, как правило, не считается пневматическим способом флотации. В последнем варианте осуществления флотации происходит создание желаемых пузырей газа, в частности желаемых распределений крупности пузырей газа, посредством смесителя. Поэтому надлежащие флотационные устройства для выполнения такого способа называются, в частности, также смесительными ячейками.

Упомянутые выше способы флотации, как правило, осуществляются посредством соответствующих флотационных устройств, в частности флотационных ячеек.

Например, при добыче руды, например медной руды или молибденовой руды, вынутая руда в водной суспензии измельчается и подвергается предварительной обработке, так чтобы подлежащие добыче частицы руды обладали иными поверхностными свойствами, чем вещества, не подлежащие добыче. Это может, например, достигаться путем селективной гидрофобизации частиц руды.

Благодаря поднимающимся пузырям газа гидрофобные частицы руды собираются и транспортируются на поверхность суспензии или пульпы. Обогащенная при этом частицами руды возникающая пена отводится из флотационнного устройства и желаемым образом подвергается дальнейшей обработке. Одно из таких флотационных устройств известно, например, из EP 0 560 561 A2.

Существенной для рентабельности флотационного устройства в горном деле является высокая пропускная способность при высоком выходе ценных веществ. В принципе, при флотации желательно выполнять ее при высокой пропускной способности и при этом по возможности увеличить до максимума выход подлежащего извлечению ценного вещества.

В способах флотации выход существенно зависит от условий течения во флотационной ячейке, а также от гомогенности трехфазной смеси, т.е. твердого вещества, жидкой фазы и газовой фазы.

Если при данных условиях течения или условиях смешивания происходят отклонения от желаемого состояния, чаще всего выход флотационного устройства снижается.

Такого рода отклонения могут быть обусловлены технологическими колебаниями качества суспензии и подведенного во флотационное устройство расхода. Эти колебания могут, например, приводить к разделению на фракции трехфазной смеси в суспензии, к седиментации твердого вещества и к образованию нежелательных течений. С этим, как правило, связаны вторичные проблемы, такие как, например, засоренные каналы подвода газа и нежелательное для выхода течение суспензии во флотационном устройстве. Это приводит к значительному уменьшению выхода.

Так, в US 2609097 и US 2815859 уже предлагалось встраивать во флотационную камеру поворотные заслонки, посредством которых можно влиять на режим течения суспензии внутри флотационной камеры. Впрочем, влияние здесь возможно очень неточное и только с большим замедлением во времени, так что по-прежнему имелись потери выработки.

В US 5251764 описана флотационная машина для осаждения минеральных частиц суспензии, которая имеет по меньшей мере один переставной направляющий элемент, с помощью которого свободная поверхность суспензии во флотационной камере целенаправленно сокращается. Вследствие установки такого направляющего элемента частично в суспензии и частично внутри пенного продукта осуществляется влияние на режим течения суспензии, а также поднимающийся из него пенный продукт. Непосредственный контакт между пенным продуктом и направляющим элементом (элементами) приводит здесь, впрочем, к тому, что в контактной области пузырьки пенного продукта преждевременно лопаются и связанные ими частицы снова перемещаются назад в суспензию, а не могут, как предусмотрено, выводиться с пенным продуктом. Вследствие этого также возникают потери выхода.

Поэтому до сих пор можно было только в недостаточной степени реагировать на нежелательные отклонения во флотационном процессе, которые приводят к снижению выхода.

Поэтому задачей изобретения является предоставить флотационное устройство такого рода и способ такого рода, которые снижают воздействия вышеупомянутых нежелательных отклонений во флотационном процессе или, соответственно, противодействуют им.

Эта задача для флотационного устройства для выделения частиц твердого вещества, в частности, из ценного минерала, из суспензии, включающего

- корпус, снабженный флотационной камерой,

- по меньшей мере один пеносборник для отвода образующегося в верхней области флотационной камеры пенного продукта,

- по меньшей мере одну систему подачи для подачи газа и/или суспензии во флотационную камеру,

решается, когда имеются также:

- по меньшей мере одна переставная диафрагма, посредством которой флотационная камера горизонтально разделена на верхнюю часть и нижнюю часть (свободный внутренний диаметр флотационной камеры может локально изменяться) и которая полностью расположена в области суспензии флотационной камеры,

- по меньшей мере одна измерительная система для регистрации по меньшей мере одного параметра состояния при эксплуатации флотационного устройства, и

- по меньшей мере одно соединенное с указанной по меньшей мере одной измерительной системой устройство управления и регулирования для автоматической перестановки диафрагмы в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра состояния.

Такого рода диафрагма позволяет влиять на течение суспензии автоматически и в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра состояния таким образом, чтобы оказывалось противодействие нежелательным условиям течения и достигалось улучшение перемешивания трехфазной смеси.

При этом указанная по меньшей мере одна диафрагма находится в области суспензии флотационной камеры и вместе с тем не находится в контакте с всплывающим на суспензии пенным продуктом. Эта область суспензии представляет собой область флотационной камеры, которая наполнена суспензией, так что указанная по меньшей мере одна диафрагма расположена, будучи полностью погружена в суспензию, или, соответственно, полностью расположена под поверхностью суспензии и также не находится в контакте с поверхностью суспензии. Это препятствует тому, чтобы пузырьки пенного продукта на граничной поверхности с указанной по меньшей мере одной диафрагмой разрушались и вывод пенного продукта сокращался.

Эта диафрагма представляет собой исполнительный элемент, с помощью которого во время эксплуатации флотационного устройства может осуществляться быстрое вмешательство и противодействие в отношении нежелательных процессов, таких как процессы течения и процессы седиментации.

Существенным для изобретения является, что изменяющая диафрагму регулировка происходит автоматически во время эксплуатации флотационного устройства.

Такое решение с диафрагмой обладает возможностью простого дооснащения существующих флотационных устройств и может способствовать тому, чтобы эксплуатировать уже инсталлированные флотационные устройства с высоким выходом при одинаковой или, при необходимости, даже более высокой пропускной способности.

Диафрагма предпочтительно может регулироваться по своему положению, т.е. вдоль вертикальной центральной оси флотационной камеры, и/или по наклону поверхности диафрагмы, и/или по размерам отверстия диафрагмы.

Регулирование положения диафрагмы в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра состояния может осуществляться посредством открытого или закрытого контура регулирования. Благодаря такому образу действий достигается высокая степень автоматизации флотационного устройства или, соответственно, флотационного процесса, благодаря чему выход может повышаться за счет ускорения времени реакции.

В качестве надлежащих параметров состояния рассматриваются все параметры или, соответственно, технологические параметры, которые определяющим образом влияют на процесс флотации во флотационном устройстве, т.е., в частности, могут способствовать значительному повышению выхода или снижению выхода.

Оказалось предпочтительным расположить по меньшей мере одну измерительную систему в верхней части и/или по меньшей мере одну измерительную систему в нижней части флотационной камеры, чтобы регистрировать параметры состояния в верхней части и/или в нижней части флотационной камеры. Особенно предпочтительным является при этом регистрация параметров состояния как в верхней части, так и одновременно в нижней части флотационной камеры и регулирование диафрагмы в зависимости от этих параметров.

Указанная по меньшей мере одна измерительная система предпочтительно предназначена для того, чтобы регистрировать по меньшей мере один из следующих параметров состояния: плотность суспензии, концентрацию подлежащих выделению частиц твердого вещества в суспензии, расход подведенного газа, расход подведенных в суспензию средств, способствующих флотации, расход образовавшегося пенного продукта и концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте.

Так как каждый из этих параметров может регистрироваться «онлайн» во время флотационного процесса, в соответствии с изобретением эти параметры оптимальным образом пригодны в качестве того параметра состояния, в зависимости от которого может быстро и просто определяться и устанавливаться соответствующее оптимальное положение диафрагмы.

Альтернативно или дополнительно в качестве параметра состояния может, например, также использоваться высота пены или распределение крупности пузырей пены. Благодаря этому также обеспечивается опосредствованная обратная связь для воздействия регулировки диафрагмы на выход.

Оказалось особенно предпочтительно, если диафрагма выполнена таким образом, что внутренний диаметр флотационной камеры, начиная от внутренних стенок флотационной камеры, может локально изменяться. При этом диафрагма расположена, гранича с внутренними стенками, так что между диафрагмой и внутренними стенками не возникает зазора, через который могла бы протекать суспензия. Благодаря этому предотвращаются нежелательное образование завихрений или, соответственно, неопределенные условия течения во флотационной камере.

В частности, здесь оказалось предпочтительным плавное локальное изменение внутреннего диаметра флотационной камеры посредством указанной по меньшей мере одной диафрагмы.

Но диафрагма может быть также расположена во флотационной камере таким образом, чтобы она не находилась в непосредственном контакте с внутренними стенками флотационной камеры.

В одном из предпочтительных альтернативных вариантов осуществления диафрагма выполнена кольцеобразно, в частности в виде круглого кольца, многоугольного кольца, усеченного полого конуса или усеченной полой пирамиды. Благодаря этому могут создаваться диафрагмы практически в любом исполнении для множества типов флотационных устройств. Исполнение в виде сужающегося полого усеченного тела является предпочтительным потому, что диафрагма дополнительно еще создает собирающий эффект и способствует изменению направления ценного вещества или, соответственно, суспензии, которая не проходит непосредственно через отверстие диафрагмы, а сначала наталкивается на тело диафрагмы.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления диафрагма образована из множества элементов диафрагмы, при этом отверстие диафрагмы может регулироваться при движении элементов диафрагмы. Например, элементы диафрагмы выполнены в виде сегментов кольца, которые могут вращаться вокруг точки вращения. Точки вращения отдельных сегментов кольца предпочтительно расположены таким образом, что вращение сегментов кольца вокруг их точки вращения приводит к изменению диаметра отверстия диафрагмы. Альтернативно может, например, применяться множество плоских пластин диафрагмы, которые, например, расположены с возможностью смещения и/или вращения, например, на ограничительной поверхности, так что отверстие диафрагмы может регулироваться путем смещения и/или вращения пластин диафрагмы.

Предпочтительно диафрагма выполнена в виде ирисовой диафрагмы. Удивительным образом эксплуатация такой ирисовой диафрагмы возможна даже в трудных условиях, которые имеют место при флотации рудной пульпы.

Также предпочтительно, чтобы элементы диафрагмы имели уклон в направлении нижней части флотационной камеры. С одной стороны, благодаря этому сокращается нарушение течения во флотационном устройстве. Также осуществляется противодействие отложению частиц на элементах диафрагмы. Кроме того, благодаря наклонным элементам диафрагмы может достигаться простое изменение направления подлежащих извлечению частиц твердого вещества. В частности, предпочтительно, если подлежащее извлечению твердое вещество всегда перенаправляется в направлении насыщенных пузырями газа областей суспензии.

В частности, флотационное устройство выполнено в виде колонной флотационной ячейки, пневматической флотационной ячейки или гибридной флотационной ячейки. В отношении определения этих терминов ссылаемся на вводный текст описания.

Предпочтительно, если в верхней части флотационной камеры концентрически внутренним стенкам флотационной камеры вставлен трубчатый элемент, который делит верхнюю часть флотационной камеры на среднюю часть и кольцеобразную наружную часть. При этом также предпочтительно имеется по меньшей мере одно первое устройство подачи для подачи газа и суспензии в наружную часть флотационной камеры и по меньшей мере одно второе устройство подачи для подачи газа в нижнюю часть флотационной камеры. Указанное по меньшей мере одно второе устройство подачи относительно диафрагмы предпочтительно расположено таким образом, что проходящая через отверстие диафрагмы суспензия сталкивается с образованным потоком пузырей газа. Это активно способствует перемешиванию посредством диафрагмы твердой фазы, жидкой фазы и газовой фазы, которое содействует высокому выходу. Такой вариант осуществления позволяет таким образом получить оптимальную газацию суспензии в верхней и нижней части флотационной камеры при оптимизации выхода.

В частности, здесь указанная по меньшей мере одна измерительная система предназначена для того, чтобы регистрировать в качестве параметра состояния по меньшей мере один из следующих: расход образовавшегося пенного продукта в средней части, расход образовавшегося пенного продукта в наружной части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в средней части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в наружной части, высоту пены пенного продукта в средней части, высоту пены пенного продукта в наружной части, распределение крупности пузырей пены пенного продукта в средней части, распределение крупности пузырей пены пенного продукта в наружной части.

В соответствии с изобретением диафрагма или ее отдельные элементы могут переставляться автоматически посредством электрических средств, таких как, например, по меньшей мере один серводвигатель.

Кроме того, для повышения выхода оказалось предпочтительным, если флотационная камера в верхней части имеет больший внутренний диаметр, чем в нижней части.

Между верхней частью и нижней частью имеется переходная область, при этом диафрагма предпочтительно расположена внутри этой переходной области. Так, она может активно влиять на условия течения в переходной области и тем самым способствовать повышению выхода. В частности, это препятствует образованию конвективных течений ячейки в нижней части флотационной камеры, которые отводят частицы твердого вещества от потока пузырей газа или, соответственно, противодействуют флотации твердого вещества.

Предлагаемое изобретением флотационное устройство применимо в самых разных областях техники, предпочтительно в горном деле, где в качестве ценного вещества из рудной пульпы должны добываться частицы руды. В частности, предпочтительным оказалось применение предлагаемого изобретением флотационного устройства для флотации частиц ценного вещества, в частности частиц рудных минералов, из суспензии с содержанием твердого вещества в пределах от 10 до 60% с образованием пенного продукта.

Кроме того, предпочтительно применение в бумажной промышленности, где из суспензии или, соответственно, бумажной пульпы должны выводиться остатки краски для повышения степени белизны пульпы. Другими предпочтительными областями применения являются область переработки нефтеносного песка, где при необходимости из суспензии с помощью способа флотации удаляются остатки битума или органических соединений, или область канализационной техники, как, например, в очистных установках.

Часть задачи, относящаяся к способу, решается с помощью способа эксплуатации предлагаемого изобретением флотационного устройства, включающего в себя следующие шаги:

- подача суспензии и газа во флотационную камеру;

- регистрация по меньшей мере одного параметра состояния флотационного устройства посредством указанной по меньшей мере одной измерительной системы;

и

- передача указанного по меньшей мере одного параметра состояния указанному по меньшей мере одному устройству управления и регулирования, посредством которого диафрагма переставляется в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра состояния.

Такой принцип действий позволяет быстро и эффективно противодействовать нежелательным отклонениям от желательного режима процесса. Благодаря этому предотвращается сокращение выхода из флотационного устройства вследствие такого рода отклонений, благодаря чему решается поставленная выше задача.

Рассуждения, сделанные касательно флотационного устройства, аналогично относятся к способу.

Для этого предпочтительно предусмотрено устройство управления и/или регулирования флотационного устройства, которое имеет машинно-считываемый программный код, включающий в себя команды управления, которые заставляют устройство управления и/или регулирования выполнять предлагаемый изобретением способ.

Другие преимущества изобретения содержатся в примере осуществления, который поясняется точнее с помощью схематичных чертежей. Показано:

фиг.1: вид сбоку в сечении флотационного устройства, снабженного диафрагмой;

фиг.2: вид сверху флотационного устройства, снабженного диафрагмой.

Один из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретением флотационного устройства поясняется ниже на применении в горном деле. Однако, как уже упомянуто выше, предлагаемые изобретением флотационные устройства могут также применяться в других технических областях, например бумажной промышленности, промышленности нефтеносных песков, канализационной промышленности и в других отраслях промышленности.

На фиг.1 показано флотационное устройство 100, которое выполнено в виде пневматической флотационной ячейки для добычи частиц твердого вещества из рудного минерала. Суспензия, здесь рудная пульпа, включает в себя наряду с частицами твердого или ценного вещества также подлежащие выбросу частицы из жильной породы.

Флотационное устройство 100 включает в себя корпус 1. Кроме того, корпус имеет флотационную камеру 3 для помещения суспензии. Флотационная камера 3 имеет на своей обращенной к суспензии или, соответственно, рудной пульпе стороне внутренние стенки B. Кроме того, изображена вертикальная центральная ось M флотационного устройства 100.

В настоящем примере во флотационную камеру 3 посредством множества первых устройств 4 подачи, которые выполнены в виде эжекторов, для выполнения разгрузочной флотации подается смешанная с газом суспензия.

Содержащиеся в суспензии частицы ценного вещества, например, из руды, в частности медной руды или молибденовой руды, были гидрофобизированы в шаге предварительной обработки, т.е. имеют гидрофобную поверхность и могут таким образом прилипать к пузырькам газа в суспензии и уноситься с ними вверх. Частицы из жильной породы, напротив, являются гидрофильными и опускаются вниз.

Смесь рудной пульпы и газа в этом примере осуществления посредством первых устройств 4 подачи по существу горизонтально впрыскивается во флотационную камеру 3. Предпочтительно применяются четыре первых устройства 4 подачи или, соответственно, эжектора, которые расположены каждое со смещением на 90°, будучи распределены по периметру корпуса 1.

Обогащенная газом рудная пульпа под высоким давлением впрыскивается во флотационную камеру 3. Вследствие высоких скоростей сдвига в форсунке подведенный газ разделяется на мелкие пузырьки газа. При падении давления во флотационной камере 3 образуются дополнительные пузыри газа, которые затем тоже используются для флотации. Этот механизм представляет собой так называемую разгрузочную флотацию.

Введенный с помощью рудной пульпы во флотационную камеру 3 газ образует пузыри газа, которые поднимаются на поверхность рудной пульпы или, соответственно, на граничную поверхность, образованную рудной пульпой и атмосферой. Сами пузыри газа являются гидрофобными, благодаря чему гидрофобные частицы твердого вещества откладываются на их поверхности. Эти частицы поднимаются вместе с пузырями газа из рудной пульпы и образуют в этом примере осуществления на поверхности пульпы содержащий ценные вещества пенный продукт. Этот пенный продукт посредством пеносборника 2 или, соответственно, сливных желобов для пены отводится из флотационного устройства 100 и подвергается дальнейшей обработке. Этот процесс представляет собой первую ступень флотации показанного на фиг.1 флотационного устройства 100.

Однако посредством этой первой ступени флотации не все частицы ценного вещества удаляются из рудной пульпы, в частности, не удаляются те частицы, которые опускаются в область ниже первых устройств 4 подачи или, соответственно, эжекторов. Эта область, как правило, полностью наполнена суспензией или, соответственно, рудной пульпой и здесь называется областью суспензии. Чтобы можно было добывать еще и такие частицы твердого вещества, в настоящем флотационном устройстве 100 для этого предусмотрена вторая ступень флотации. В этом примере осуществления вторая ступень флотации работает как так называемая колонная флотация.

Для этого в нижней части T2 флотационной камеры 3, где также предусмотрено донное выпускное отверстие 6 для опускающихся гидрофильных частиц твердого вещества из жильной породы, расположено второе устройство 5 подачи для подачи газа, которое, например, выполнено в виде аэратора. Это устройство выпускает пузыри газа, которые предназначены для того, чтобы привязывать к себе частицы ценного вещества в нижней части T2 флотационного устройства 100.

Выходящие из второго устройства 5 подачи пузыри газа поднимаются по существу в центральной области флотационного устройства 100, в частности, по существу, вертикально, и собирают в этой области частицы ценного вещества, не флотированные посредством первой ступени флотации. На фиг.1 имеется трубчатый элемент 12 с открытыми торцевыми поверхностями, который в верхней части T1 флотационной камеры 3 разделен на среднюю часть и кольцеобразную наружную часть. Через среднюю часть поднимаются пузыри газа второй ступени флотации на поверхность или, соответственно, граничную поверхность суспензии. Если нагруженные частицами ценного вещества пузыри газа попадают на поверхность или, соответственно, граничную поверхность суспензии, то возникающий при этом пенный продукт отводится посредством пеносборника 2.

Благодаря комбинации этих двух ступеней флотации достигается более высокий выход частиц ценного вещества из рудной пульпы, чем у многих других типов флотационных ячеек, которые работают только с одной ступенью флотации внутри одного флотационного устройства.

При флотации выход существенно зависит от условий течения во флотационной камере, а также от гомогенности трехфазной смеси, т.е. твердого вещества, жидкой фазы и газовой фазы.

Если при данных условиях течения или условиях смешивания происходят отклонения от желаемого состояния, выход флотационного устройства, т.е. количества и/или качество пенного продукта, сокращается.

Такого рода отклонения могут быть обусловлены технологическими колебаниями качества суспензии, подведенных расходов газа и подведенного во флотационное устройство расхода суспензии. Эти колебания могут, например, приводить к разделению на фракции трехфазной смеси в суспензии, к седиментации твердого вещества и к образованию нежелательных течений. С этим, как правило, связаны вторичные проблемы, такие как, например, засоренные каналы подвода газа и нежелательное для выхода течение суспензии во флотационном устройстве. Это приводит к значительному сокращению выхода частиц ценного вещества.

По этой причине флотационное устройство 100 имеет диафрагму 7 с автоматически переставляемым отверстием O диафрагмы. При этом диафрагма 7 находится полностью в области суспензии флотационной камеры 3, т.е. она расположена под поверхностью суспензии или, соответственно, полностью внутри суспензии. В частности, положение отверстия O диафрагмы, при необходимости всей диафрагмы 7, может переставляться в вертикальном направлении.

При этом создается регулирующий орган, с помощью которого при изменяющихся технологических условиях и/или непредпочтительных условиях течения можно оказывать корректирующее действие на течение во флотационном устройстве 100.

На фиг.1 диафрагма 7 расположена в переходной области Z между верхней частью T1 и нижней частью T2 флотационной камеры 3. Флотационная камера 3 имеет при этом в верхней части T1 больший внутренний диаметр, чем в нижней части T2. При этом разгрузочная флотация происходит преимущественно в первой части T1, а колонная флотация преимущественно во второй части T2 флотационной камеры 3.

Именно в переходной области Z, в частности, вследствие внешних воздействий у такого комбинированного флотационного устройства 100 могут иметь место явления неустойчивости течения, которые снижают выход.

Однако применение регулируемой диафрагмы 7 полностью независимо от настоящего варианта осуществления флотационного устройства 100, так как в каждом флотационном устройстве технологические условия и/или условия течения внутри флотационного устройства решающим образом влияют на выход подлежащего извлечению вещества.

Диафрагма 7 включает в себя множество элементов 8 диафрагмы. Эти элементы в этом примере осуществления выполнены трапецеидально и расположены с возможностью смещения в направлении уклона переходной области Z. Смещение элементов 8 диафрагмы происходит автоматически посредством не изображенных серводвигателей.

Предпочтительно элементы 8 диафрагмы обладают не только возможностью смещения, но и вращения вокруг заданной точки вращения. Так, при наложении смещения и вращательного движения элементов 8 диафрагмы могут реализовываться разные диаметры открытия диафрагмы плавно для неподвижного положения отверстия диафрагмы в направлении центральной оси M. Предпочтительно точка вращения или, соответственно, ось вращения элемента 8 диафрагмы расположена вблизи или на внутренних стенках B флотационной камеры 3.

Диафрагма 7 имеет таким образом отверстие O диафрагмы, которое может переставляться как по своему положению вдоль центральной оси M, так и по своему диаметру.

Регулировка диафрагмы 7 осуществляется предпочтительно на основании одного или нескольких зарегистрированных параметров состояния, которые имеют место и могут регистрироваться во время эксплуатации флотационного устройства 100. Для этого на фиг.1 предусмотрены два измерительных устройства 10 или, соответственно, 10'.

При этом здесь посредством измерительной системы 10' регистрируется параметр состояния, который характеризует вывод частиц ценного вещества из флотационного устройства 100, такой как качество пены пенного продукта, который образуется из всплывающих воздушных хлопьев на граничной поверхности между рудной пульпой и атмосферой. Измерительная система 10 здесь, например, предназначена для того, чтобы регистрировать или высоту пены, и/или распределение крупности пузырей пены пенного продукта, концентрацию частиц твердого вещества в целом в пенном продукте, концентрацию частиц ценного вещества в пенном продукте или концентрацию пустой породы или, соответственно, жильной породы в пенном продукте.

Особенно предпочтительна у изображенного на фиг.1 флотационного устройства 100, у которого трубчатый элемент 12 в верхней части T1 флотационной камеры 3 делит ее на среднюю часть и кольцеобразную наружную часть, регистрация расхода образовавшегося пенного продукта в средней части и/или расхода образовавшегося пенного продукта в наружной части. Альтернативно или в комбинации с этим отдельно регистрируется концентрация частиц твердого вещества в пенном продукте в средней части и/или концентрация частиц твердого вещества в пенном продукте в наружной части. Также предпочтительной оказалась раздельная регистрация высоты пены и/или распределения крупности пузырей пены в средней части и наружной части. При этом могут достигаться особенно хорошие результаты, так как можно отдельно характеризовать процессы в области разгрузочной флотации, а также колонной флотации.

Дополнительно, как изображено на фиг.1, или альтернативно измерительной системе 10' регистрируется другой/дополнительный параметр состояния, такой как плотность суспензии, концентрация подлежащих осаждению частиц ценного вещества в суспензии, подведенный общий расход суспензии или расход газа, подведенного в суспензию посредством устройств подачи.

По меньшей мере один из зарегистрированных параметров состояния, а в частности, несколько в комбинации, причем они могут регистрироваться в верхней части T1 и/или в нижней части T2 флотационной камеры 3, применяются для регулирования диафрагмы 7.

Примененная (примененные) измерительная система (системы) 10 или, соответственно, 10' соединена или, соответственно, соединены, взаимодействуя с устройством 11 управления и/или регулирования, которое определяет регулирующие параметры в зависимости от зарегистрированных параметров состояния и подает регулирующие сигналы не показанным вспомогательным средствам для регулирования элементов 8 диафрагмы. Затем диафрагма 7 автоматически регулируется соответственно этим регулирующим сигналам, при этом отверстие O диафрагмы изменяется или, соответственно, оптимизируется по имеющимся в данный момент технологическим параметрам.

Для определения регулирующих параметров могут при необходимости использоваться физические или эмпирические модели, которые описывают флотационный процесс. В частности, благодаря динамике процесса предпочтительно применимы нейронные сети.

Этот изложенный принцип действий позволяет осуществлять динамическое управление флотационным устройством 100 со всегда максимальным выходом, так что применяемые ресурсы используются оптимальным образом.

На фиг.2 показано изображенное на фиг.1 флотационное устройство 100 на виде сверху. Видимая на виде сверху диафрагма 7, образованная из трапецеидальных элементов 8 диафрагмы, имеет регулируемое отверстие O диафрагмы. Элементы 8 диафрагмы обладают возможностью вертикального смещения в направлении уклона. В этом поступательном движении содержится радиальная компонента, с помощью которой может регулироваться диаметр отверстия O диафрагмы.

Соседние элементы 8 диафрагмы расположены с перекрытием, так что между соседними элементами 8 диафрагмы, как и между внутренними стенками B флотационной камеры 3 и элементами 8 диафрагмы, по существу не может протекать рудная пульпа. Диафрагма 7 выполнена подобно ирисовой диафрагме, которая здесь была признана одним из особенно предпочтительных вариантов осуществления, так как она обеспечивает возможность плавной и особенно точной перестановки диаметра диафрагмы.

Перекрытие гарантирует, что даже при увеличении отверстия диафрагмы, например при радиальном смещении элементов 8 диафрагмы наружу, между соседними элементами 8 диафрагмы по существу не может протекать рудная пульпа. Благодаря этому предотвращается нарушение условий течения, такое как, например, образование завихрений.

В качестве элементов диафрагмы могут применяться вообще любые пригодные тела, например плоские или изогнутые управляемо передвигающиеся пластины или тела в форме сегмента кольца. В частности, применяются вышеназванные ирисовые диафрагмы адаптированных размеров.

Автоматически переставляемая диафрагма в соответствии с изобретением может применяться в любом месте внутри флотационной камеры произвольно выполненного флотационного устройства.

В частности, изобретение применимо для всех известных флотационных устройств как в области горного дела, так и в области бумажной промышленности или канализационной техники, например для очистных сооружений, и т.д.

Изобретение касается флотационного устройства для выделения ценного минерала из суспензии, которое может быть применимо в разных областях техники, предпочтительно в горном деле. Флотационное устройство для выделения частиц твердого вещества ценного минерала из суспензии содержит: корпус, снабженный флотационной камерой, по меньшей мере один пеносборник для отвода образовавшегося в верхней области флотационной камеры пенного продукта, по меньшей мере одну систему подачи для подачи газа и/или суспензии во флотационную камеру, по меньшей мере одну переставную диафрагму, посредством которой флотационная камера горизонтально разделена на верхнюю часть и нижнюю часть, а свободный внутренний диаметр флотационной камеры может локально уменьшаться и которая полностью расположена в области суспензии флотационной камеры. Дополнительно флотационное устройство содержит по меньшей мере одну измерительную систему для регистрации по меньшей мере одного параметра состояния при эксплуатации флотационного устройства и по меньшей мере одно соединенное с указанной по меньшей мере одной измерительной системой устройство управления и регулирования для автоматической перестановки диафрагмы в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра состояния. Данное устройство применяется для флотации частиц ценного вещества, в частности частиц рудных минералов, из суспензии с содержанием твердого вещества в пределах от 10 до 60% с образованием пенного продукта. Технический результат - повышение эффективности флотации. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Флотационное устройство (100) для выделения частиц твердого вещества, в частности, из ценного минерала, из суспензии, содержащее:
- корпус (1), снабженный флотационной камерой (3),
- по меньшей мере один пеносборник (2) для отвода образовавшегося в верхней области флотационной камеры (3) пенного продукта,
- по меньшей мере одну систему (4, 5) подачи для подачи газа и/или суспензии во флотационную камеру (3),
- по меньшей мере одну переставную диафрагму (7), посредством которой флотационная камера (3) горизонтально разделена на верхнюю часть (Т1) и нижнюю часть (Т2), а свободный внутренний диаметр флотационной камеры (3) может локально уменьшаться, и которая полностью расположена в области суспензии флотационной камеры (3),
- по меньшей мере одну измерительную систему (10, 10') для регистрации по меньшей мере одного параметра состояния при эксплуатации флотационного устройства (100), и
- по меньшей мере одно соединенное с указанной по меньшей мере одной измерительной системой (10, 10') устройство (11) управления и регулирования для автоматической перестановки диафрагмы (7) в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра состояния.

2. Флотационное устройство по п. 1, причем по меньшей мере одна измерительная система (10, 10') расположена в верхней части (Т1) и/или по меньшей мере одна измерительная система расположена в нижней части (Т2) флотационной камеры (3).

3. Флотационное устройство по п. 1 или 2, причем по меньшей мере одна измерительная система (10, 10') выполнена с возможностью регистрации по меньшей мере одного параметра состояния из группы параметров состояния, включающей плотность суспензии, концентрацию подлежащих выделению частиц твердого вещества в суспензии, расход подведенного газа, расход подведенных в суспензию средств, способствующих флотации, расход образовавшегося пенного продукта, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте, высоту пены пенного продукта и распределение крупности пузырей пены пенного продукта.

4. Флотационное устройство по п. 1 или 2, причем диафрагма выполнена таким образом, что внутренний диаметр флотационной камеры (3), начиная от внутренних стенок (В) флотационной камеры (3), может уменьшаться.

5. Флотационное устройство по п. 3, причем диафрагма выполнена таким образом, что внутренний диаметр флотационной камеры (3), начиная от внутренних стенок (В) флотационной камеры (3), может уменьшаться.

6. Флотационное устройство по п. 4, причем диафрагма (7) выполнена в виде ирисовой диафрагмы.

7. Флотационное устройство по п. 5, причем диафрагма (7) выполнена в виде ирисовой диафрагмы.

8. Флотационное устройство по п. 1 или 2, причем флотационное устройство (100) представляет собой колонную флотационную ячейку, пневматическую флотационную ячейку или гибридную флотационную ячейку.

9. Флотационное устройство по п. 3, причем флотационное устройство (100) представляет собой колонную флотационную ячейку, пневматическую флотационную ячейку или гибридную флотационную ячейку.

10. Флотационное устройство по п. 4, причем флотационное устройство (100) представляет собой колонную флотационную ячейку, пневматическую флотационную ячейку или гибридную флотационную ячейку.

11. Флотационное устройство по п. 5, причем флотационное устройство (100) представляет собой колонную флотационную ячейку, пневматическую флотационную ячейку или гибридную флотационную ячейку.

12. Флотационное устройство по п. 6, причем флотационное устройство (100) представляет собой колонную флотационную ячейку, пневматическую флотационную ячейку или гибридную флотационную ячейку.

13. Флотационное устройство по п. 7, причем флотационное устройство (100) представляет собой колонную флотационную ячейку, пневматическую флотационную ячейку или гибридную флотационную ячейку.

14. Флотационное устройство по п. 8, причем в верхней части (Т1) флотационной камеры (3) концентрично с внутренними стенками (В) флотационной камеры (3) установлен трубчатый элемент (12), который делит верхнюю часть (Т1) флотационной камеры (3) на среднюю часть и кольцеобразную наружную часть.

15. Флотационное устройство по п. 12, причем в верхней части (Т1) флотационной камеры (3) концентрично с внутренними стенками (В) флотационной камеры (3) установлен трубчатый элемент (12), который делит верхнюю часть (Т1) флотационной камеры (3) на среднюю часть и кольцеобразную наружную часть.

16. Флотационное устройство по п. 14, причем имеется по меньшей мере одно первое устройство (4) подачи для подачи газа и суспензии в наружную часть флотационной камеры (3) и по меньшей мере одно второе устройство (5) подачи для подачи газа в нижнюю часть (Т2) флотационной камеры (3).

17. Флотационное устройство по п. 15, причем имеется по меньшей мере одно первое устройство (4) подачи для подачи газа и суспензии в наружную часть флотационной камеры (3) и по меньшей мере одно второе устройство (5) подачи для подачи газа в нижнюю часть (Т2) флотационной камеры (3).

18. Флотационное устройство по п. 14, причем указанная по меньшей мере одна измерительная система (10, 10') регистрирует в качестве параметра состояния по меньшей мере один из группы параметров состояния, включающей расход образовавшегося пенного продукта в средней части, расход образовавшегося пенного продукта в наружной части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в средней части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в наружной части, высоту пены пенного продукта в средней части, высоту пены пенного продукта в наружной части, распределение крупности пузырей пены пенного продукта в средней части и распределение крупности пузырей пены пенного продукта в наружной части.

19. Флотационное устройство по п. 15, причем указанная по меньшей мере одна измерительная система (10, 10') регистрирует в качестве параметра состояния по меньшей мере один из группы параметров состояния, включающей расход образовавшегося пенного продукта в средней части, расход образовавшегося пенного продукта в наружной части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в средней части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в наружной части, высоту пены пенного продукта в средней части, высоту пены пенного продукта в наружной части, распределение крупности пузырей пены пенного продукта в средней части и распределение крупности пузырей пены пенного продукта в наружной части.

20. Флотационное устройство по п. 1 или 2, причем флотационная камера (3) в верхней части (Т1) имеет больший внутренний диаметр, чем в нижней части (Т2).

21. Флотационное устройство по п. 15, причем флотационная камера (3) в верхней части (Т1) имеет больший внутренний диаметр, чем в нижней части (Т2).

22. Флотационное устройство по п. 19, причем флотационная камера (3) в верхней части (Т1) имеет больший внутренний диаметр, чем в нижней части (Т2).

23. Способ эксплуатации флотационного устройства (100) по одному из пп. 1-22, включающий следующие этапы:
- подача суспензии и газа во флотационную камеру (3);
- регистрация по меньшей мере одного параметра состояния флотационного устройства (100) посредством указанной по меньшей мере одной измерительной системы (10, 10');
- передача по меньшей мере одного параметра состояния по меньшей мере одному устройству (11) управления и регулирования, посредством которого диафрагма (7) переставляется в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра состояния.

24. Способ по п. 23, при котором посредством по меньшей мере одной измерительной системы (10, 10') регистрируют по меньшей мере один параметр состояния из группы параметров состояния, включающей плотность суспензии, концентрацию подлежащих выделению частиц твердого вещества в суспензии, расход подведенного газа, расход подведенных в суспензию средств, способствующих флотации, расход образовавшегося пенного продукта, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте, высоту пены пенного продукта и распределение крупности пузырей пены пенного продукта.

25. Способ по п. 23 или 24, при котором флотационное устройство (100) выполнено в виде колонной флотационной ячейки, пневматической флотационной ячейки или гибридной флотационной ячейки, при этом в верхней части (Т1) флотационной камеры (3) концентрично с внутренними стенками (В) флотационной камеры (3) установлен трубчатый элемент (12), который делит верхнюю часть (Т1) флотационной камеры (3) на среднюю часть и кольцеобразную наружную часть.

26. Способ по п. 25, при котором посредством по меньшей мере одной измерительной системы (10, 10') регистрируют по меньшей мере один параметр состояния из группы параметров состояния, включающей расход образовавшегося пенного продукта в средней части, расход образовавшегося пенного продукта в наружной части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в средней части, концентрацию частиц твердого вещества в пенном продукте в наружной части, высоту пены пенного продукта в средней части, высоту пены пенного продукта в наружной части, распределение крупности пузырей пены пенного продукта в средней части и распределение крупности пузырей пены пенного продукта в наружной части.

27. Применение флотационного устройства (100) по одному из пп. 1-22 для флотации частиц ценного вещества, в частности частиц рудных минералов, из суспензии с содержанием твердого вещества в пределах от 10 до 60% с образованием пенного продукта.