УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕННОЙ ФЛОТАЦИИ Российский патент 2022 года по МПК B03D1/14 B03D1/24 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству, в котором используют методы пенной флотации для извлечения ценных минералов из руды.

[0002] В процессе пенной флотации тонкоизмельченную руду превращают в пульпу и кондиционируют химическими реагентами для содействия прикреплению частиц ценных минералов к пузырькам воздуха, которые диспергированы в пульпе. Контакт кондиционированной пульпы с воздухом может быть осуществлен различными способами, например, механически с использованием узлов ротор/статор или пневматически с использованием аэратора. Однако при использовании этих методов гидродинамические условия таковы, что пузырьки воздуха увлекают значительное количество нежелательной пустой породы в пену и концентрат. Для устранения нежелательного материала можно увеличить глубину пены или промыть пену. Однако каждый процесс приводит к снижению извлечения ценных минералов.

[0003] В отрасли добычи металлов платиновой группы (МПГ) в Южной Африке существует проблема, связанная с увлекаемым материалом, где риф UG2 (Верхняя группа 2) представляет собой хромовую руду с хромитом (FeO.Cr₂O₃) в качестве основного компонента пустой породы. Поскольку хромит представляет собой шпинель и стабилен при температурах до 2000°C, увлечение частиц хромита в пенный концентрат вызывает проблемы при последующих операциях плавления руды. Среди прочего, частицы хромита могут повреждать футеровку печи и накапливаться в поде печи, что приводит к снижению плавильной способности. Содержание хромита в концентрате должно быть ограничено, как правило, до менее 3% по массе для минимизации вышеупомянутых проблем.

[0004] Изобретение относится к пневмомеханическому процессу, в котором загрязнение пенного флотационного концентрата пустой породой снижено, и при этом поддерживается извлечение ценного минерала на уровне, при котором повышается общая экономическая целесообразность процесса.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Предлагается устройство для пенной флотации для обработки потока минерального сырья, содержащее резервуар, в котором образована внутренняя часть для содержания пульпы, по меньшей мере один контактный фильтр в резервуаре, по меньшей мере один аэратор для аэрации потока минерального сырья и систему подачи потока аэрированного минерального сырья в контактный фильтр.

[0006] Контактный фильтр может быть удлиненным и может проходить вниз во внутренней части резервуара, так что при использовании контактный фильтр по меньшей мере частично погружен в пульпу, содержащуюся в резервуаре.

[0007] Верхняя область контактного фильтра может содержать отверстие, через которое обеспечен ввод потока аэрированного минерального сырья в контактный фильтр.

[0008] Контактный фильтр может содержать по меньшей мере одну зону выхода, в которой обеспечена возможность выхода потока минерального сырья из контактного фильтра и попадания во внутреннюю часть резервуара. Предпочтительно зона выхода выполнена таким образом, что поток минерального сырья выходит из контактного фильтра в основном в радиальном направлении.

[0009] Контактный фильтр предпочтительно содержит мешалку, выполненную с возможностью сдвига потока аэрированного минерального сырья в контактном фильтре и возможностью обеспечения воздействия сдвиговых усилий на поток минерального сырья – это в месте, расположенном после зоны выхода по ходу потока.

[0010] Контактный фильтр предпочтительно содержит множество зон выхода, которые могут быть разнесены по вертикали друг от друга с интервалами вдоль длины контактного фильтра.

[0011] В каждой зоне выхода может быть обеспечен механизм управления для регулирования скорости выгрузки потока минерального сырья из контактного фильтра.

[0012] Может быть включен регулятор уровня для управления уровнем пульпы в резервуаре.

[0013] Регулятор уровня может быть выполнен в виде регулируемого выпускного отверстия из нижней части резервуара.

[0014] Может быть установлен желоб для сбора перелива из резервуара.

[0015] При необходимости нижний конец контактного фильтра может быть открытым и может быть расположен напротив перегородки внутри резервуара для минимизации вероятности направления минерального сырья, выходящего из контактного фильтра, к выпускному отверстию для хвостов резервуара.

[0016] Резервуар может иметь любую соответствующую форму, но предпочтительно цилиндрическую.

[0017] Аэратор может содержать статический смеситель, трубку Вентури и т.п. Характер аэратора не является ограничением. Может быть использовано множество аэраторов и множество контактных фильтров.

[0018] Поперечное сечение контактного фильтра может иметь любую соответствующую форму, но предпочтительно круглую.

[0019] Кроме того, в соответствии с изобретением предлагается способ обработки потока минерального сырья с использованием устройства вышеупомянутого типа, который включает следующие этапы:

a. использование аэратора для аэрации потока минерального сырья;

b. подачу потока аэрированного минерального сырья в контактный фильтр;

c. смешивание потока минерального сырья в контактном фильтре и обеспечение воздействия сдвиговых усилий на поток минерального сырья; и

d. регулирование скорости выгрузки потока минерального сырья и содержащихся в нем минерализованных пузырьков из контактного фильтра во внутреннюю часть резервуара.

[0020] Поток минерального сырья может представлять собой пульпу, которая содержит частицы, тонко измельченные до заданного размера.

[0021] Поток минерального сырья может быть предварительно кондиционирован одним или более подходящими реагентами для способствования последующему процессу пенной флотации. Посредством использования множества зон выхода поток аэрированного минерального сырья в контактном фильтре может быть выгружен из контактного фильтра поэтапно в соседний объем пульпы в резервуаре. Этот процесс позволяет обеспечить высокое содержание газа внутри резервуара возле соответствующей зоны выхода и приводит к созданию условий в пульпе, которые напоминают условия, преобладающие в псевдоожиженном слое.

[0022] Минерализованные пузырьки могут быть высвобождены в пульпе в областях, прилегающих к каждой зоне выхода, и медленно подниматься внутри пульпы, что содействует отделению ценного минерала от нежелательной пустой породы.

[0023] Поток минерального сырья, который аэрируют, может содержать комбинацию свежего потока минерального сырья и переменной рециркулируемой части, взятой из потока хвостов из резервуара.

[0024] Уровень поверхности пульпы внутри резервуара и, следовательно, глубину слоя пены на поверхности пульпы можно регулировать при помощи регулятора уровня.

[0025] Регулятор уровня может быть выполнен в виде регулируемого выпускного отверстия из нижней части резервуара.

[0026] Перелив пены из резервуара может быть собран в желоб, а затем концентрат может быть возвращен для дальнейшей обработки.

[0027] Нижний конец контактного фильтра может быть открытым и может быть расположен напротив перегородки внутри резервуара для минимизации вероятности направления минерального сырья, выходящего из контактного фильтра, к выпускному отверстию для хвостов резервуара.

[0028] Резервуар может иметь любую соответствующую форму, но предпочтительно круглую цилиндрическую.

[0029] Аэратор может содержать статический смеситель, трубку Вентури и т.п. Характер аэратора не является ограничением. Может быть использовано множество аэраторов и множество контактных фильтров.

[0030] Поперечное сечение контактного фильтра может иметь любую соответствующую форму, но предпочтительно круглую.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0031] Далее приведено описание изобретения в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает вид сбоку в разрезе устройства для пенной флотации в соответствии с изобретением, и

Фиг. 2 графически изображает зависимость между рудным содержанием пустой породы и извлечением МПГ для устройства, предложенного в соответствии с изобретением, по сравнению с известным уровнем техники.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0032] На Фиг. 1 сопроводительных чертежей изображен вид сбоку в разрезе устройства 10 для пенной флотации, представляющего собой пневмомеханическую флотационную машину, в соответствии с изобретением.

[0033] Устройство 10 содержит резервуар 12, который имеет любую подходящую форму, но в целях удобства круглую цилиндрическую. Внутри резервуара по центру расположена удлиненная трубчатая круглая цилиндрическая циркуляционная труба или контактный фильтр 14, проходящий вертикально вниз внутри резервуара. Контактный фильтр 14 в варианте осуществления прикреплен к стенке резервуара и поддерживается посредством множества разнесенных опор 16. Однако изобретение не ограничено в этом отношении.

[0034] Удлиненный вал 20 проходит от подвесного приводного электродвигателя 22 (или присоединенного шкива) через уплотнение 24 на верхнем конце контактного фильтра 14 вертикально вниз внутри контактного фильтра 14. Вал 20, опертый надлежащим образом, проходит через множество статоров 28, которые расположены на разнесенных интервалах вдоль длины вала. Каждый статор 28 содержит набор лопаток 30, которые предпочтительно расположены вертикально. Под каждым статором 28 расположен соответствующий ротор 34, который прикреплен к валу 20. Каждый ротор 34 содержит множество лопаток 36, которые отстоят на небольшое расстояние от соседних нижних краев лопаток 30 статора. Кроме того, аналогичным образом статоры 28 могут быть расположены под роторами 34.

[0035] Контактный фильтр 14 имеет множество зон 40 выхода, причем каждая зона выхода расположена непосредственно под соответствующим узлом 34, 28 ротор-статор. Каждая зона 40 выхода включает в себя множество выпускных отверстий 42 любой подходящей формы в стенке контактного фильтра 14. Выпускные отверстия 42 в каждой выходной зоне окружены соответствующей круглой гильзой 44. Каждая гильза 44 содержит множество выпускных отверстий 48. Если гильзу 44 поворачивают, выпускные отверстия 48 в гильзе могут быть совмещены с выпускными отверстиями 42 в стенке контактного фильтра 14 в соответствующем месте выхода. Однако можно повернуть гильзу так, чтобы сплошные участки гильзы 44 блокировали выпускные отверстия 42 в контактном фильтре 14 в большей степени. Таким образом, можно регулировать поток материала из контактного фильтра 14 через выпускные отверстия 42 в соответствующей зоне 40 выхода во внутреннюю часть резервуара 12.

[0036] Нижний конец 50 контактного фильтра 14 по меньшей мере частично открыт и предпочтительно обращен к перегородке 52. Функция перегородки заключается в предотвращении прохождения потока материала из нижнего конца 50 непосредственно к выпускному отверстию 56 на нижнем конце 58 резервуара. Таким образом предотвращено проскальзывание потока материала из контактного фильтра 14.

[0037] На верхнем конце 62 резервуара 12 расположен желоб 60, который выполнен с возможностью сбора перелива пенного концентрата из верхнего конца 62. Для управления глубиной слоя 68 пены на верхнем конце 62 используют регулятор 66 уровня. Регулятор уровня может содержать клапан 70 на нижнем конце 58, который выполнен с возможностью управления скоростью потока пульпы из нижнего конца резервуара.

[0038] Часть хвостов 72 из резервуара направляют через регулировочный клапан 74 в отстойник 76. Свежую загружаемую пульпу 78, содержащую мелко измельченную руду, подлежащую обработке, подают в смеситель 80. Свежее сырье 78 предварительно кондиционируют одним или более химическими реагентами для способствования последующему процессу пенной флотации.

[0039] Свежее сырье из смесителя 80 направляют через выпускное отверстие в отстойник 76. Для подачи смеси 84 свежей загружаемой пульпы 78 и хвостов 72 из отстойника 76 в аэратор 88, расположенный рядом с верхним концом 90 контактного фильтра 14, используют насос 82. Аэратор 88 может быть аэратором любого подходящего типа, например, он может содержать емкость 92, в которую при помощи подходящих средств 96 направляют и диспергируют воздух 94 в поступающей смеси 84 пульпы в виде диспергированных мелких пузырьков. Аэрированную пульпу 98 из аэратора 88 направляют через отверстие 100 в верхней стенке контактного фильтра 14 в область на верхнем конце 90 контактного фильтра 14.

[0040] При использовании устройства 10 вал 20 вращают посредством двигателя 22, и роторы 34 приводят в движение с высокой скоростью с перемещением мимо соответствующих статоров 28. Пульпу в контактном фильтре 14 подвергают тщательному перемешиванию в области взаимодействия каждого соответствующего узла ротора и статора, и мелкие пузырьки воздуха в пульпе далее диспергируют, что содействует прикреплению частиц ценных минералов к пузырькам.

[0041] В каждой зоне 40 выхода из контактного фильтра 14 выгружают объем аэрированной пульпы 98, содержащей пузырьки, нагруженные минеральными частицами, в область между контактным фильтром 14 и стенкой резервуара 12. Этот процесс осуществляют поэтапно после каждого узла ротор-статор в соответствующей зоне 40 выхода. Как уже отмечалось, скорость выхода аэрированной пульпы в каждой зоне 40 выхода можно регулировать посредством вращения соответствующей гильзы 44 относительно контактного фильтра 14. Кроме того, могут быть использованы другие подходящие автоматизированные способы регулирования выхода аэрированной пульпы.

[0042] Конфигурация устройства 10 такова, что аэрированную пульпу выгружают из контактного фильтра 12 радиально наружу в направлении стенки резервуара. Пульпа ударяется о стенку, что создает обратный поток. Это приводит к образованию зоны в пульпе, которая характеризуется высоким скоплением газа и сильным нисходящим потоком или отрицательным смещением пульпы, в которой минеральные частицы могут быть разделены в соответствии с их относительной плотностью. Более плотные и крупные минеральные частицы, которые не прикреплены к пузырькам воздуха, под действием силы тяжести перемещаются вниз к нижнему концу 58 резервуара 12, в то время как частицы, прикрепленные к пузырькам воздуха, также называемые минерализованными пузырьками, медленно поднимаются к поверхности 108 объема пульпы в резервуаре.

[0043] Уровень поверхности 108 пульпы и, следовательно, глубину слоя 68 пены на поверхности 108 можно регулировать с помощью клапана 70, который регулирует поток хвостов из резервуара 12. Пена перетекает в желоб 60, который имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие. Для вымывания концентрата из выпускного отверстия может быть использована вода.

[0044] Преаэрация предварительно кондиционированного потока минерального сырья, выпускающего пульпу, содержащую тонкоизмельченные минералы, который подают в контактный фильтр 14, приводит к созданию зоны условий микросдвигов внутри резервуара в каждой зоне выхода. Это способствует извлечению тонкодисперсных и ультрадисперсных частиц ценных минералов.

[0045] Регулируемое высвобождение минерализованных пузырьков в каждой зоне 40 выхода контактного фильтра 14 обеспечивает выгрузку материала с высокой плавучестью из контактного фильтра, но регулируемым образом. Боковой поток аэрированной пульпы из контактного фильтра в каждой зоне 40 выхода способствует удержанию большого количества газа, что увеличивает вторичное извлечение частиц ценных минералов и снижает увлечение материала пустой породы, такого как хромит.

[0046] На Фиг. 2 показаны результаты (#5, #6, #7), полученные с помощью устройства, предложенного в соответствии с настоящим изобретением, в сравнении с результатами, полученными с помощью механической флотационной камеры (обозначенной Mech), а также с результатами серии промышленных испытаний по оптимизации реагентов (Ind), где по вертикальной оси показано процентное содержание Cr₂O₃ (хромита), а по горизонтальной оси показано процентное извлечение МПГ.

[0047] Очевидно, что извлечение МПГ с использованием устройства 10 достигается при значительном снижении содержания Cr₂O₃.

[0048] Значительно улучшенная селективность устройства 10 обусловлена поэтапной выгрузкой аэрированной пульпы из содержащего перемешивающий механизм контактного фильтра 14, что приводит к созданию условий, в которых профили поверхностных скоростей воздуха и пульпы изменяются в осевом направлении в пределах зоны разделения, и способствует отделению фракций с высоким содержанием хромита в зоне разделения.

[0049] Интенсивное перемешивание и сдвиговое воздействие в контактном фильтре способствуют прикреплению частиц ценных минералов к диспергированным мелким пузырькам воздуха и приводят к быстрой кинетике флотации. Аэрированная пульпа может выходить из контактного фильтра после каждой установки ротор/статор управляемым образом. Радиальный выход пульпы в зону разделения приводит к высокому содержанию газа и четко видимому разделению фракций с высоким содержанием кремнезема и фракций с высоким содержанием хромита в пульпе.

Предложенная группа изобретений относится к устройству, в котором используют методы пенной флотации для извлечения ценных минералов из руды. Устройство для пенной флотации для обработки потока минерального сырья содержит резервуар, в котором образована внутренняя часть для содержания пульпы, по меньшей мере один контактный фильтр в резервуаре, по меньшей мере один аэратор для аэрации потока минерального сырья и систему подачи потока аэрированного минерального сырья в контактный фильтр, мешалку для сдвига потока аэрированного минерального сырья в контактном фильтре. Контактный фильтр содержит множество зон выхода, которые разнесены по вертикали друг от друга с интервалами вдоль длины зоны контактного фильтра, в которой обеспечена возможность выхода потока минерального сырья из контактного фильтра и попадания во внутреннюю часть резервуара. Каждая зона выхода содержит множество выпускных отверстий в стенке контактного фильтра и расположена непосредственно под соответствующим узлом ротор-статор, и механизм управления в виде соответствующей круглой гильзы, содержащей множество выпускных отверстий, которая окружает выпускные отверстия в каждой зоне выхода. Гильза выполнена с возможностью вращения относительно контактного фильтра для регулирования скорости выгрузки потока минерального сырья из каждой зоны выхода. Устройство для пенной флотации используют в способе обработки потока минерального сырья, включающем: использование аэратора для аэрации потока минерального сырья, подачу потока аэрированного минерального сырья во внутреннюю часть контактного фильтра, смешивание потока минерального сырья в контактном фильтре и обеспечение воздействия сдвиговых усилий на поток минерального сырья и регулирование в каждой зоне выхода скорости выгрузки потока минерального сырья и содержащихся в нем минерализованных пузырьков из контактного фильтра во внутреннюю часть резервуара. Технический результат - увеличение извлечения частиц ценных минералов. 2 н. и. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для пенной флотации для обработки потока минерального сырья, содержащее резервуар, в котором образована внутренняя часть для содержания пульпы, по меньшей мере один контактный фильтр в резервуаре, по меньшей мере один аэратор для аэрации потока минерального сырья и систему подачи потока аэрированного минерального сырья в контактный фильтр, мешалку для сдвига потока аэрированного минерального сырья в контактном фильтре, причем контактный фильтр содержит множество зон выхода, которые разнесены по вертикали друг от друга с интервалами вдоль длины зоны контактного фильтра, в которой обеспечена возможность выхода потока минерального сырья из контактного фильтра и попадания во внутреннюю часть резервуара, причем каждая зона выхода содержит множество выпускных отверстий в стенке контактного фильтра и расположена непосредственно под соответствующим узлом ротор-статор, и механизм управления в виде соответствующей круглой гильзы, содержащей множество выпускных отверстий, которая окружает выпускные отверстия в каждой зоне выхода, причем гильза выполнена с возможностью вращения относительно контактного фильтра для регулирования скорости выгрузки потока минерального сырья из каждой зоны выхода.

2. Устройство по п. 1, в котором контактный фильтр является удлиненным и проходит вниз во внутренней части резервуара и при использовании по меньшей мере частично погружен в пульпу, содержащуюся в резервуаре.

3. Устройство по п. 2, в котором контактный фильтр имеет верхний конец, содержащий отверстие, через которое обеспечен ввод потока аэрированного минерального сырья в контактный фильтр.

4. Устройство по п. 1, в котором указанные зоны выхода выполнены таким образом, что поток минерального сырья выходит из контактного фильтра в основном в радиальном направлении.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, включающее в себя регулятор уровня для управления уровнем пульпы в резервуаре.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором нижний конец контактного фильтра, расположенный внутри резервуара, является открытым и расположен напротив перегородки для минимизации вероятности направления потока минерального сырья, выходящего из контактного фильтра, через нижний конец к выпускному отверстию для хвостов резервуара.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором аэратор содержит статический смеситель или трубку Вентури.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором поперечное сечение контактного фильтра имеет круглую форму.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, которое содержит множество аэраторов и множество контактных фильтров.

10. Способ обработки потока минерального сырья с использованием устройства по п. 1, который включает следующие этапы:

1. использование аэратора для аэрации потока минерального сырья;

2. подачу потока аэрированного минерального сырья во внутреннюю часть контактного фильтра;

3. смешивание потока минерального сырья в контактном фильтре и обеспечение воздействия сдвиговых усилий на поток минерального сырья; и

4. регулирование в каждой зоне выхода скорости выгрузки потока минерального сырья и содержащихся в нем минерализованных пузырьков из контактного фильтра во внутреннюю часть резервуара.

11. Способ по п. 10, в котором поток минерального сырья представляет собой пульпу, содержащую частицы, тонко измельченные до заданного размера.

12. Способ по п. 10 или 11, в котором поток минерального сырья предварительно кондиционирован одним или более подходящими реагентами для способствования последующему процессу пенной флотации.

13. Способ по пп. 10, 11 или 12, в котором поток аэрированного минерального сырья выгружают из контактного фильтра поэтапно в соседний объем пульпы в резервуаре.

14. Способ по п. 13, в котором минерализованным пузырькам, образованным в пульпе в областях, прилегающих к соответствующим зонам выхода из контактного фильтра, позволяют подняться внутри пульпы для содействия отделению ценного минерала от нежелательной пустой породы.

15. Способ по любому из пп. 10-14, в котором поток аэрированного минерального сырья содержит комбинацию свежего потока минерального сырья и переменной рециркулируемой части, взятой из потока хвостов из резервуара.

16. Способ по любому из пп. 10-15, в котором уровень поверхности пульпы внутри резервуара и, следовательно, глубину слоя пены на поверхности пульпы регулируют посредством регулятора уровня.