МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ФЛОТАЦИОННЫЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬ С РАЗДЕЛЕНИЕМ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ Российский патент 2019 года по МПК B03D1/24 

Эта заявка испрашивает приоритет согласно предварительной патентной заявке США № 62/093,142, поданной 17 декабря 2014 г., и международной патентной заявке № PCT/US2015/066447, поданной 17 декабря 2015, содержание которых полностью включено в данную заявку посредством ссылки.

Уровень техники

Флотационные разделители используются для концентрирования смесей частиц гидрофобных и гидрофильных материалов. За счет присоединения пузырьков воздуха гидрофобные частицы можно извлечь из твердо-жидкой смеси. Настоящее изобретение касается флотационной разделительной системы, обеспечивающей улучшенное извлечение в многоступенчатом процессе, который позволяет осуществить независимую работу на каждой технологической стадии, параметры которой можно регулировать в зависимости от условий работы.

Раскрытие изобретения

Предлагается система для концентрирования смесей частиц гидрофобных и гидрофильных материалов в текучей среде. Система содержит разделительную камеру, содержащую два или более последовательно соединенных отсека обработки. Каждый отсек обработки содержит распределительный трубопровод для подачи восходящего потока воды, содержащего смесь воды и пузырьков воздуха, суспендированные твердые частицы, образующие псевдоожиженный слой (известный также как взвешенный слой или тормозящий слой), который образуется в результате перемещения вверх восходящего потока воды через суспендированные твердые частицы; при этом, каждый отсек обработки способен работать независимо. Над разделительной камерой расположен сливной желоб, а под разделительной камерой расположено отделение удаления воды.

В некоторых вариантах осуществления система содержит внутренние перегородки, отделяющие отсеки обработки друг от друга. В некоторых вариантах осуществления камера удаления воды проходит под каждым отсеком обработки разделительной камеры. В других вариантах осуществления камера удаления воды проходит только под последним в последовательности отсеком обработки разделительной камеры. В один или несколько отсеков обработки может производиться введение химических добавок. Для регулирования плотности псевдоожиженного слоя в разделительной камере могут использоваться первый и второй измерительные преобразователи давления. Отсеки обработки могут быть расположены последовательно по прямой или в нелинейной последовательности.

Предлагается также способ концентрирования смесей гидрофобных и гидрофильных частиц в текучей среде. Согласно данному способу, твердые частицы и текучую среду вводят в разделительную систему, содержащую два или более отсека обработки. В каждом отсеке обработки содержатся суспендированные твердые частицы, образующие псевдоожиженный слой, создаваемый за счет перемещения вверх восходящего потока воды, содержащего смесь воды и пузырьков воздуха, которая перемещается вверх через суспендированные твердые частицы. Частицы находятся под действием целевых условий разделения, что достигается путем регулирования условий суспендирования в каждом отсеке обработки. Частицы взаимодействуют с псевдоожиженным слоем и воздухом в восходящем потоке воды, таким образом, что гидрофобные частицы присоединяются к пузырькам воздуха и поступают в верхнюю часть разделительной системы над псевдоожиженным слоем, а гидрофильные частицы проходят через псевдоожиженный слой и поступают в нижнюю часть разделительной системы. Увеличение времени пребывания частиц в разделительной системе достигается за счет того, что частицы могут перемещаться как горизонтально, так и вертикально в каждом отсеке обработки разделительной системы. Гидрофобные частицы удаляются из верхней части разделительной системы, а гидрофильные частицы удаляются из нижней части разделительной системы. В один или несколько отсеков обработки может осуществляться введение химических добавок.

Краткое описание чертежей

Для обеспечения более полного понимания идей и преимуществ настоящего изобретения ниже приводится его подробное описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 – график зависимости извлечения частиц от произведения kτ для различных конфигураций системы;

Фиг. 2 – вид в перспективе многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое;

Фиг. 3 – вид сбоку многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, показанного на Фиг. 2;

Фиг. 4 – вид сверху многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, показанного на Фиг. 2;

Фиг. 5 – вид снизу многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, показанного на Фиг. 2;

Фиг. 6 – вид в перспективе другого варианта осуществления многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое;

Фиг. 7 – вид сбоку многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, показанного на Фиг. 6;

Фиг. 8 – вид снизу многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, показанного на Фиг. 6;

Фиг. 9 – вид в перспективе еще одного варианта осуществления многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, содержащего пять отсеков обработки;

Фиг. 10 – вид сбоку многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, показанного на Фиг. 9; и

Фиг. 11 – вид в перспективе еще одного варианта осуществления многоступенчатого флотационного разделителя с разделением в псевдоожиженном слое, не содержащего внутренних перегородок.

На прилагаемых чертежах и в описании одинаковые или аналогичные элементы одного и того же или различных вариантов реализации устройства обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Аналогичные элементы в различных вариантах осуществления обозначены посредством добавления букв нижнего регистра. Различия показанных на чертежах соответствующих элементов по форме или выполняемой функции отражены в описании. Следует отметить, что варианты осуществления, в целом, являются взаимозаменяемыми без отклонения от сущности изобретения.

Осуществление изобретения

Флотационные разделители используются для концентрирования смесей частиц гидрофобных и гидрофильных материалов. За счет присоединения пузырьков воздуха гидрофобные частицы могут быть извлечены из смеси частиц гидрофобных и гидрофильных материалов в суспензии текучей среды, как правило, на водной основе. Извлечение (R) частиц определяется в основном тремя параметрами: скоростью реакции, временем пребывания и условиями перемешивания. Эта зависимость выражается следующим уравнением [1]:

[1]

где k – константа скорости реакции, и τ – время пребывания. Число Пекле (Pe) характеризует степень аксиального перемешивания в разделительной камере. Более высокие значения Pe указывают на условия течения, более близкие к поршневому режиму, и, следовательно, на лучшее извлечение. В условиях поршневого режима перемещение твердых частиц происходит в основном в вертикальном направлении, и моделируется таким же образом для повышения предсказуемости таких систем. Как следует из уравнения [1], увеличение любого из параметров приводит к соответствующему повышению извлечения.

Кроме того, было показано, что скорость реакции может быть выражена следующим образом:

[2]

где V_g – поверхностная скорость газа, D_b – размер пузырьков, и P – вероятность присоединения. Следует отметить, что вероятность присоединения зависит от еще нескольких возможностей, как видно из приведенных ниже уравнений [3] и [4]:

[3]

и

[4]

где P_c – вероятность столкновения, P_a – вероятность адгезии и P_d – вероятность отделения; C_i – концентрация частиц, и D_p – диаметр частиц. P_a, как правило, зависит от химических характеристик, а P_d зависит от турбулентности. Исследование вышеуказанных уравнений показывает, что скорость реакции в процессе разделения является более высокой для системы с высокими скоростями газа, малыми диаметрами пузырьков, высокой концентрацией подаваемого материала, более крупными твердыми частицами, высоким числом Пекле (малым аксиальным перемешиванием) и низкой турбулентностью.

Время пребывания рассчитывается путем определения времени, в течение которого происходит процесс флотации твердых частиц. Этот параметр обычно вычисляется путем деления объема ячейки (V), скорректированного по задержке воздуха (ε), на общую величину расхода (Q) через сепаратор, как видно из уравнения [5] ниже:

[5]

и из уравнения [6] ниже:

[6]

Число Пекле зависит от скоростей газа и жидкости (V_g,l), отношение высоты ячейки к диаметру (L:D) и задержки воздуха. Было показано, что число Пекле для флотационного разделителя можно выразить следующим образом:

[7]

Работа как колонных флотационных сепараторов, так и обычных флотационных сепараторов (известных также под названием "механических флотационных ячеек") основана на принципах, демонстрируемых уравнениями [1] - [7]. Приведенные выше уравнения обеспечивают понимание фундаментальных принципов, на которых основана работа одной ячейки. На практике, однако, в обычных флотационных сепараторах емкости устанавливаются только последовательно, в то время как в колонных сепараторах емкости размещены по параллельной схеме. Основные преимущества последовательного размещения емкостей ("последовательных реакторов") хорошо известны. Принцип абсолютно прост: при эквивалентном времени пребывания несколько последовательно расположенных емкостей с идеальным перемешиванием будет обеспечивать более высокое извлечение частиц, чем один флотационный разделитель. Этот момент иллюстрируется уравнением [8] и графиками, представленными на Фиг. 1, которые демонстрируют зависимости извлечения от произведения параметров kτ для различных конфигураций системы. Эти графики показывают зависимости извлечения от количества идеальных смесителей (N) для системы с постоянной скоростью реакции (k) и временем (τ) пребывания:

[8]

Как видно из Фиг. 1, увеличение количества последовательно установленных смесителей при постоянном значении параметра kτ приводит к повышению извлечения. Например, при kτ = 4, замена одной емкости идеального перемешивания на четыре последовательно установленные емкости идеального перемешивания приводит к увеличению флотационного извлечения на величину приблизительно 15%. Принцип становиться более понятным при рассмотрении базового режима работы обычного флотационного разделителя. Каждый флотационный разделитель содержит механизм (т.е. ротор и статор), служащий для диспергирования воздуха и удержания твердых частиц в суспендированном состоянии. В результате, каждый обычный флотационный разделитель работает, в принципе, так же, как одиночный реактор с идеальным перемешиванием. По определению, в реакторе (т.е. в сепараторе) с идеальным перемешиванием концентрация материала в любой точке системы является одинаковой. Таким образом, часть гидрофобного материала, находящегося в потоке подачи, может немедленно попадать в поток без флотации. В системе с одиночным большим обычным флотационным разделителем это приведет к падению извлечения. Однако передача во второй обычный флотационный разделитель дает дополнительную возможность сбора перепускаемого флотируемого материала. Аналогичным образом, это справедливо также и при наличии любого количества (третьего, четвертого) обычных флотационных разделителей. В определенный момент вступает в силу закон убывающего прироста извлечения. В обычных флотационных сепараторах этот закон, как правило, вступает в действие после четвертого или пятого последовательно установленного флотационного разделителя. Кроме того, повышение извлечения с помощью дополнительных обычных флотационных разделителей требует дополнительных затрат энергии.

Колонные флотационные сепараторы также представляют собой разделительные камеры с перемешиванием вследствие характеристик потока воздуха с подаваемой суспензии. Было проведено несколько исследований характеристик перемешивания в лабораторных и промышленных колонных флотационных сепараторах в области добычи полезных ископаемых (Dobby и Finch, 1990, Yianatos и др., 2008). Результаты данных исследований показывают, что режимы работы колонных флотационных сепараторов находится где-то между поршневым режимом потока и режимом работы устройств идеального перемешивания, в зависимости от конкретного приложения.

С учетом изложенных выше основных закономерностей флотации и был создан предлагаемый многоступенчатый флотационный разделитель с разделением в псевдоожиженном слое. В первом варианте осуществления множество флотационных камер с флотацией в псевдоожиженном слое установлены последовательно, таким образом, что подаваемый материал, осаждающийся в аэрированный псевдоожиженный слой суспендированных твердых частиц, должен проходить через несколько отсеков (или зон) обработки, образующих последовательную компоновку, имитирующую реактор с пробковым поршневым потоком. Следует отметить, что многоступенчатый флотационный разделитель с разделением в псевдоожиженном слое также может называться "многоступенчатым разделителем с разделением в тормозящем слое" и/или "многоступенчатым разделителем с разделением во взвешенном слое".

На Фиг. 2 и 3 изображена многоступенчатая флотационная разделительная система 10 с разделением в псевдоожиженном слое (далее везде "разделительная система"), служащая для концентрирования подаваемых смесей частиц гидрофобного и гидрофильного материалов. Средство 12 введения подаваемого материала служит для подачи смеси частиц в сепаратор 10 для обработки. В сливной желоб 14 поступают флотированные твердые частицы (более подробно описано ниже) и восходящий поток воды (более подробно описано ниже), и их объединенный поток затем поступает на выпуск 16 концентрата, откуда указанные флотированные твердые частицы и восходящий поток воды поступают к расположенному ниже по ходу потока оборудованию для дальнейшей обработки. Выпуск 16 концентрата содержит выпускной патрубок 18.

Разделительная камера 26 служит в качестве основного блока обработки для всей разделительной системы 10. В поперечном сечении разделительная система 10 обычно имеет прямоугольную форму, но ей не ограничивается и может иметь любую другую форму, например, круглую или квадратную. Разделительная камера 26 содержит множество отсеков 28 обработки. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2 и 3, имеется три отсека 28 обработки, разделенных внутренними перегородками 30. Перегородки 30 могут быть выполнены таким образом, чтобы внутренний псевдоожиженный поток проходил вокруг, под или сквозь проходы специальной формы, выполненные в каждой внутренней перегородке. Эти проходы выполнены таким образом, чтобы улучшать условия перемешивания в разделительной камере с целью обеспечения пробкового поршневого режима потока. Количество отсеков 28 обработки может варьировать от двух до такого числа, которое является необходимым для системы.

В рассматриваемом варианте осуществления каждый отсек 28 обработки выполнен с возможностью выполнять любую из указанных ниже функций, а именно: (1) сортировку по размерам; (2) кондиционирование; (3) грубое разделение; и (4) очистное разделение. В одном примере, без воздуха и реагентов, отсек 28 обработки, расположенный ближе всего к средству 12 введения подаваемого материала, может выполнять функцию отделения для сортировки по размерам или предварительного кондиционирования в разделительной камере 26. В данной конфигурации он может работать как устройство замедленного осаждения для сортировки по размерам. Это в конечном итоге подготавливает материал в предпочтительном состоянии к процессу грубой обработки. В некоторых применениях возможна химическая обработка подаваемого материала в отсеке 28 предварительного кондиционирования путем ввода химических реагентов непосредственно в подаваемый восходящий поток воды. Конструкция сепаратора 10 с несколькими отсеками обработки позволяет каждому из отсеков обработки работать независимо при различных условиях суспендирования и аэрации, т.е. обеспечивает возможность выполнения отсеками обработки указанных выше функций очистной обработки, грубой обработки или обработки предварительного кондиционирования, что, в конечном итоге, обеспечивает максимальное повышение металлургических характеристик. В некоторых вариантах применения отсек 28 предварительного кондиционирования может также выполнять функцию отсека грубой обработки, что обеспечивает возможность дополнительных стадий очистной обработки в разделительной камере (является полезным в случаях, когда разделительная камера 26 содержит более трех отсеков). По меньшей мере в одном из отсеков 28 обработки, как правило, в отсеке предварительного кондиционирования, являющемся первым из последовательно расположенных отсеков 28 обработки, может использоваться флюидизирующий восходящий поток воды, не содержащий воздуха, а в последующих отсеках 28 обработки может использоваться аэрированный флюидизирующий поток. Следует понимать, что введение воздуха не является обязательным ни в одном из отсеков обработки.

В рассматриваемом варианте сливной желоб 14 проходит вокруг всего периметра разделительной системы 10, однако, возможны и другие конфигурации, такие как с отдельными сливными желобами для каждого из отсеков 28 обработки. Сливные потоки из каждого отсека могут либо соединяться, как показано в рассматриваемом примере, либо направляться по отдельности из каждого отсека 28 обработки. Например, продукт из первого отсека 28 обработки может поступать непосредственно в другой последовательно установленный флотационный разделитель, а сливные потоки из остальных отсеков могут направляться в какое-то другое место и/или проходить сквозь сепаратор, как правило, между каждым из отсеков 28 обработки.

Разделительная система 10 включает подаваемый материал, помещенный в первый отсек 28 обработки, хотя возможны и другие варианты, например, подача материала по всей длине или ширине разделительной системы 10, на уровне выше или ниже установившегося взвешенного слоя. Эти системы подачи могут также включать в себя системы предварительной аэрации. Система подачи может быть установлена со смещением, сбоку от края первого отсека обработки, чтобы свести к минимуму влияние введения подаваемого материала в первом отсеке обработки.

В рассматриваемом варианте осуществления отсеки 28 обработки оделены друг от друга внутренними перегородками 30. Конфигурация и геометрические размеры этих внутренних перегородок 30 выбираются и выполняются так, чтобы подходить для различных нужд различных применений. Среднему специалисту в данной области будет ясно, что возможно множество конфигураций отсеков 28 обработки (в частности, расстояния между двумя соседними перегородками 30, расстояния между краем перегородки 30 и стенкой разделительной камеры 26, зазора под или над каждой перегородкой 30) для различных применений, с целью обеспечения максимальной эффективности разделения. Как уже вкратце указывалось выше, следует иметь в виду, что количество отсеков обработки может быть различным, в зависимости от назначения конкретного сепаратора 10 и функции, выполняемой каждым конкретным отсеком.

Основной принцип работы разделительной системы 10 известен в данной области техники. Слой суспендированных твердых частиц псевдоожижается во взвешенный слой за счет перемещения вверх восходящего потока воды через суспендированные твердые частицы. Каждый отсек 28 обработки имеет свой собственный независимый источник 32 восходящего потока воды. Восходящий поток воды содержит смесь воды и пузырьков воздуха. Первый измерительный преобразователь 20 давления и второй измерительный преобразователь 22 давления, работающие в сопряжении, служат для регулирования плотности взвешенного слоя путем регулирования расхода восходящего потока воды, подаваемого в разделительную систему 10. Для регулирования расхода восходящего потока воды сигналы измерений от первого измерительного преобразователя 20 давления и второго измерительного преобразователя 22 давления подаются на указывающий регулятор плотности (не показан), который определяет расчетную плотность. Расход восходящего потока воды увеличивают или уменьшают, таким образом, чтобы поддерживать постоянную плотность взвешенного слоя или степень его расширения. Кроме того, второй измерительный преобразователь 22 давления подает сигнал по уровню взвешенного слоя на указывающий регулятор уровня с целью регулирования расхода нижнего разгрузочного клапана с целью обеспечения непрерывного и устойчивого режима работы. Квалифицированному специалисту будет ясно, что возможны и другие конфигурации систем регулирования плотности и уровня взвешенного слоя, например, с использованием устройств поплавкового или сифонного типа. Регулирование плотности взвешенного слоя возможно и с использованием лишь одного измерительного преобразователя давления.

Гидрофобные частицы в смеси твердых частиц взаимодействуют с пузырьками воздуха в восходящем потоке воды и либо остаются выше флюидизированного взвешенного слоя, либо выносятся с некоторым количеством восходящего потока воды в сливной желоб 14 и собираются где-то вне системы. Гидрофильные частицы в смеси твердых частиц не могут присоединяться к пузырькам воздуха и проходят через флюидизированный взвешенный слой. Под действием силы тяжести эти частицы постепенно оседают и поступают в отделение 24 удаления воды под областью замедленного осаждения. Обработанный подаваемый материал затем выводится через клапан 25 нижнего слива, расположенный на дне отделения 24 удаления воды.

Как показано на Фиг. 4, источник 32 восходящего потока воды для каждого отсека 28 обработки содержит распределительный трубопровод 34, расположенный внутри разделительной камеры 26 над отделением 24 удаления воды. Каждый распределительный трубопровод служит для распределения восходящего потока воды и воздуха по соответствующему отсеку 28 обработки разделительной камеры 26. Каждый источник 32 восходящего потока воды содержит отдельный регулятор расхода воды и воздуха для каждого отсека 28 обработки. Возможна независимая работа каждого источника 32 восходящего потока воды, таким образом, что при необходимости возможен ввод химических добавок в любой из отсеков 28 обработки. Кроме того, возможно отдельное регулирование расходов восходящего потока воды и воздуха. Как видно из Фиг. 3, 4 и 5, в рассматриваемом варианте осуществления отделение 24 удаления воды расположено под последним из последовательно установленных отсеков 28 обработки в корпусе разделительной камеры 26. Каждый дополнительный отсек 28 обработки, расположенный за первым отсеком, обеспечивает увеличение времени пребывания частиц в разделительной системе 10, позволяя твердым частицам перемещаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях в каждом из отсеков 28 обработки.

Описанная выше и представленная на прилагаемых чертежах разделительная система 10 устраняет необходимость поддерживания полностью независимого функционирования флотационных разделителей с разделением в псевдоожиженном слое. Вместо того, чтобы использовать две последовательно установленные флотационные разделительные установки с разделением в псевдоожиженном слое (или любое другое количество последовательно установленных флотационных разделительных установок с разделением в псевдоожиженном слое) с гравитационным течением или механической подачей, можно использовать вышеописанную разделительную систему 10, содержащую отсеки 28 обработки, имитирующую контур последовательных флотационных разделителей в едином низкопрофильном флотационном разделителе с разделением в псевдоожиженном слое.

Разделительная система 10 резко уменьшает требуемую площадь и высоту помещения по сравнению с площадью и высотой помещения, необходимого для установки эквивалентного количества последовательных флотационных сепараторов с разделением в псевдоожиженном слое. На основании приведенных выше уравнений видно, что единая разделительная камера 26 обеспечивает такое же извлечение частиц, что и отдельные последовательные флотационные разделительные установки.

Описанная выше компоновка может также быть расширена, чтобы охватывать типичные сепараторы с разделением во взвешенном или псевдоожиженном слое, работающие без подачи воздуха, которые могут быть использованы для повышения плотности или сортировки по размерам (т.е. сепараторы с разделением во взвешенном слое). Данная разделительная система 10 может быть использована как для разделения по плотности, так и для флотационного разделения, поскольку присоединение пузырьков воздуха и последующее разделение основано как на разнице по плотности, так и на основных принципах флотации.

Разделительная система 10, показанная на Фиг. 2 - 5, имеет плоское дно для всех отсеков 28 обработки, кроме последнего отсека, содержащего отделение 24 удаления воды. Однако возможны и другие варианты осуществления. На Фиг. 6 - 8 показан еще один вариант осуществления разделительной системы 10a, в котором отделение 24a удаления воды имеет форму перевернутой пирамиды, на вершине которой, смещенной относительно центра, расположен задний сливной клапан 25a. В этом варианте осуществления отделение 24a удаления воды проходит по всей длине разделительной камеры 26a под всеми отсеками 28а обработки. В этом варианте осуществления устройство содержит три отсека 28а обработки. В еще одном варианте осуществления, не показанном здесь, дно системы может быть выполнено полностью плоским, со сливом удаляемой воды, выходящим из корпуса устройства с одной стороны.

Следует отметить, что количество отсеков обработки в разных вариантах осуществления может быть различным. На Фиг. 9 изображен вариант осуществления разделительной системы 10b с пятью отсеками 28b обработки и четырьмя внутренними перегородками 30b. Количество отсеков обработки теоретически не ограничено.

На Фиг. 10 представлен вариант осуществления разделительной системы 10c, в котором отсеки 28c обработки не ограничены перегородками, и разделительная система 10c работает как открытый желоб. Данный вариант осуществления иллюстрирует идею, заключающуюся в том, что условия работы в каждом из отсеков 28c обработки регулируются источниками 32c восходящего потока воды, и что в других вариантах осуществления не обязательно нужны внутренние перегородки, ограничивающие каждый отсек 28c обработки.

Хотя в рассмотренных вариантах осуществления все внутренние перегородки содержат пропускные отверстия, следует отметить, что количество и конфигурация перегородок могут быть различными. Перегородки не обязательно должны проходить по всей длине отсеков обработки, и размер пропускных отверстий не является фиксированным. Фактически, перегородки являются полностью факультативными и они могут быть удалены или не предусмотрены вовсе.

В рассмотренных вариантах осуществления отсеки обработки расположены последовательно друг за другом по прямой. Однако следует понимать, что по мере увеличения количества отсеков обработки расположение последовательных отсеков обработки может отличаться от прямолинейного. Отсеки обработки могут быть расположены по кривой или по кругу, и получаемый при этом результат будет таким же. Кроме того, поток твердых частиц может быть разделен на параллельные потоки обработки, и извлечение частиц может производиться в параллельных отсеках.

Описание настоящего изобретения было выполнено на примере нескольких конкретных вариантов осуществления. Специалистам в данной области после ознакомления с вышеприведенным описанием будет очевидно множество других модификаций и изменений системы. Предполагается, что настоящее изобретение охватывает все такие изменения и модификации, при условии, что они не выходят за рамки объема притязаний согласно пунктам прилагаемой формулы изобретения или эквивалентов данных пунктов.

Предложенная группа изобретений относится к системе и способу для концентрирования смесей частиц гидрофобных и гидрофильных материалов в текучей среде. Система для концентрирования смесей частиц гидрофобных и гидрофильных материалов в текучей среде содержит разделительную камеру, содержащую два или более последовательно соединенных отсека обработки, каждый из которых содержит распределительный трубопровод для ввода восходящего потока воды; суспендированные твердые частицы, образующие псевдоожиженный слой, образованный за счет перемещения вверх указанного восходящего потока воды через указанные суспендированные твердые частицы, сливной желоб, расположенный над указанной разделительной камерой; и отделение удаления воды, расположенное под указанной разделительной камерой. Каждый отсек обработки способен работать независимо. С помощью вышеуказанной системы осуществляют способ концентрирования смесей гидрофобных и гидрофильных частиц в текучей среде. Способ заключается в том, что вводят частицы и текучую среду в разделительную систему, содержащую два или более отсека обработки, в каждом из которых находятся суспендированные твердые частицы, образующие псевдоожиженный слой, образованный за счет перемещения вверх восходящего потока воды через указанные суспендированные твердые частицы; обеспечивают воздействие на частицы целевых условий разделения путем регулирования условий суспендирования в каждом отсеке обработки; позволяют частицам взаимодействовать с псевдоожиженным слоем и воздухом в восходящем потоке воды таким образом, что гидрофобные частицы присоединяются к пузырькам воздуха и поступают в верхнюю часть разделительной системы над псевдоожиженным слоем, а гидрофильные частицы проходят через псевдоожиженный слой и поступают в нижнюю часть разделительной системы; обеспечивают увеличенное время пребывания частиц в разделительной системе, позволяя частицам перемещаться как горизонтально, так и вертикально в каждом отсеке обработки разделительной системы; удаляют гидрофобные частицы из верхней части разделительной системы и удаляют гидрофильные частицы из нижней части разделительной системы. Технический результат – повышение эффективности разделения частиц в многоступенчатом процессе. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система для концентрирования смесей частиц гидрофобных и гидрофильных материалов в текучей среде, содержащая:

разделительную камеру, содержащую два или более последовательно соединенных отсека обработки, каждый из которых содержит:

распределительный трубопровод для ввода восходящего потока воды;

суспендированные твердые частицы, образующие псевдоожиженный слой, образованный за счет перемещения вверх указанного восходящего потока воды через указанные суспендированные твердые частицы;

причем каждый отсек обработки способен работать независимо;

сливной желоб, расположенный над указанной разделительной камерой; и

отделение удаления воды, расположенное под указанной разделительной камерой.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая внутренние перегородки, отделяющие друг от друга все указанные отсеки обработки.

3. Система по п. 1, в которой указанная камера удаления воды расположена под каждым из указанных отсеков обработки в указанной разделительной камере.

4. Система по п. 1, в которой указанная камера удаления воды расположена только под последним из указанных последовательно расположенных отсеков обработки.

5. Система по п. 1, дополнительно содержащая средства для введения химических добавок в один или несколько из указанных отсеков обработки.

6. Система по п. 1, дополнительно содержащая первый измерительный преобразователь давления и второй измерительный преобразователь давления для регулирования плотности псевдоожиженного слоя в указанной разделительной камере.

7. Система по п. 1, в которой указанные отсеки обработки расположены в нелинейной последовательности.

8. Система по п. 1, в которой указанные отсеки обработки расположены по прямой.

9. Система по п. 1, в которой указанный восходящий поток воды содержит смесь воды и пузырьков воздуха.

10. Система по п. 1, в которой указанный восходящий поток воды содержит воду.

11. Система по п. 1, каждый из отсеков обработки которой способен работать независимо, осуществляя выполнение одной из следующих функций: сортировку по размерам, кондиционирование, грубое разделение и очистное разделение.

12. Способ концентрирования смесей гидрофобных и гидрофильных частиц в текучей среде, в котором:

вводят частицы и текучую среду в разделительную систему, содержащую два или более отсека обработки, в каждом из которых находятся суспендированные твердые частицы, образующие псевдоожиженный слой, образованный за счет перемещения вверх восходящего потока воды через указанные суспендированные твердые частицы;

обеспечивают воздействие на частицы целевых условий разделения путем регулирования условий суспендирования в каждом отсеке обработки;

позволяют частицам взаимодействовать с псевдоожиженным слоем и воздухом в восходящем потоке воды таким образом, что гидрофобные частицы присоединяются к пузырькам воздуха и поступают в верхнюю часть разделительной системы над псевдоожиженным слоем, а гидрофильные частицы проходят через псевдоожиженный слой и поступают в нижнюю часть разделительной системы;

обеспечивают увеличенное время пребывания частиц в разделительной системе, позволяя частицам перемещаться как горизонтально, так и вертикально в каждом отсеке обработки разделительной системы;

удаляют гидрофобные частицы из верхней части разделительной системы и удаляют гидрофильные частицы из нижней части разделительной системы.

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий введение химических добавок в один или несколько отсеков обработки.

14. Способ по п. 12, в котором указанный восходящий поток воды содержит смесь воды и пузырьков воздуха.

15. Способ по п. 12, в котором указанный восходящий поток воды содержит воду.

16. Способ по п. 12, в котором целевые условия разделения в каждом из указанных отсеков обработки соответствуют любой из указанных ниже функций, а именно сортировке по размерам, кондиционированию, грубому разделению и очистному разделению.