Способ отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси и устройство для отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси - RU2109578C1
Код документа: RU2109578C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к способу и устройству для отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси, применяемых при обогащении полезных ископаемых, обработке сточных вод и бумажной массы и т.п.
Подобный способ для отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз из жидкостной смеси известен из уровня техники в различных осуществлениях, например, из патента США N 4272743, кл. B 04 C 5/10, 1981. Этот способ отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси включает введение в смесительный канал устройства жидкостной смеси, вовлечение и диспергирование в ней газа и разделение полученной многофазной смеси после смесительного канала.
Подобное устройство для отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси известен также из уровня техники в различных исполнениях, например, из заявки Великобритании N 2107617, кл. B 03 D 1/14, 1983. Описанное в нем устройство для отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси содержит смесительный канал, который принимает жидкостную смесь с образованием в нем многофазной смеси и средство для разделения этой смеси.
По технической сущности указанные публикации являются наиболее близкими к заявленному изобретению, и поэтому могут быть приняты в качестве прототипа.
Все вышеназванные устройства имеют тот недостаток, что интенсивности ускорения, которые могут быть достигнуты, ограничены либо из-за того, что устройство не проектировалось с учетом этого параметра, либо из-за того, что поддержание больших интенсивностей ускорения приводит к чрезмерному энергопотреблению или значительному износу движущихся или неподвижных частей, на которые воздействуют высокоскоростные потоки абразивной пульпы. Например, в флотационных машинах с мешалками невозможно эффективно диспергировать газ, если мешалка не имеет большую скорость, а это приводит к большим затратам энергии и к значительному износу указанных частей. Следовательно, для улучшения процесса отделения, в особенности, мелких частиц, необходимо использовать технологию флотации в устройстве, которое может обеспечивать образование очень больших скоростей сдвига и ускоряющих полей без связанных с этим проблем износа и чрезмерного энергопотребления.
Задачей настоящего изобретения является создание простого, эффективного и экономичного устройства для улучшения процесса флотации посредством образования в флотационном устройстве зоны перемешивания как с очень большой скоростью сдвига, необходимой для тонкого диспергирования газа, так и с ускоряющими и замедляющими полями, которые улучшают вероятность контактирования частиц и пузырьков, но при этом без воздействия высокоскоростных потоков абразивной пульпы на движущиеся или неподвижные части. Дополнительной задачей изобретения является возможность введения в случае необходимости флотационных реагентов со струей жидкости, а также использования нового способа сгущения пены для получения более качественного концентрата без необходимости промывки пены.
С одной стороны, поставленная задача достигается тем, что в способе отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси, в котором осуществляют введение в смесительный канал жидкостной смеси, вовлечение и диспергирование в ней газа, и разделение полученной многофазной смеси после смесительного канала, проводят введение жидкостной смеси в виде первого слоя свежей жидкостной смеси и второго отдельного слоя жидкостной смеси, при этом вовлечение и диспергирование газа в двух слоях жидкостной смеси производят посредством высокоскоростных струй чистой жидкости, ударяющих между двумя слоями жидкостной смеси и сдвигающих их в смесительном канале, а разделение проводят на пенную фазу и остаточную фазу жидкостной смеси.
Вовлечение и диспергирование газа в жидкостной смеси, контактирование газовых пузырьков с дисперсной фазой жидкостной смеси, суспендированных фаз жидкостной смеси после смесительного канала и рециркулирование жидкостной смеси в ванне флотационной машины после смесительного канала осуществляют посредством передачи энергии и количества движения от высокоскоростных струй чистой жидкости.
Предпочтительно введение жидкостной смеси в смесительный канал осуществляют в виде одиночного или многочисленных рядов, причем второй отдельный слой жидкостной смеси является рециркулирующей частью остаточной жидкостной смеси.
Целесообразно вводить реагенты в слой жидкостной смеси посредством высокоскоростных струй чистой жидкости, при этом высокоскоростные струи чистой жидкости являются одиночными или многочисленными, плоскими или искривленными по конфигурации или в виде пучка, имеющими диаметр менее 1 мм.
Для регулирования скорости рециркуляции второго отдельного слоя жидкостной смеси и связанную с этим скорость вовлечения газа применяют рециркуляционную заслонку, а скорость вовлечения газа, скорость сдвига и последующее ускорение и интенсивность турбулентного перемешивания, вызываемые в смесительном канале, регулируют скоростью струй чистой жидкости.
Предпочтительно пенную фазу перемещать и накапливать посредством заданного продольного поверхностного потока в ванне флотационной машины к вертикальной или наклонной поперечной перегородке, ограничивающей движение пены для обеспечения сгущения, коалесценции и обезвоживания пены.
Другим аспектом изобретения является устройство для отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси, включающее смесительный канал для принятия жидкостной смеси с образованием в нем многофазной смеси и средство для разделения этой смеси, при этом смесительный канал содержит первичное подающее устройство, образующее первый слой свежей жидкостной смеси, вторичное подающее устройство, образующее второй отдельный слой жидкостной смеси, ряд сопел для создания высокоскоростных струй чистой жидкости, а после смесительного канала размещено средство для разделения многофазной смеси на пенную фазу и остаточную фазу жидкостной смеси, снабженное средством для раздельного выпуска полученных фаз, при этом первичное подающее устройство снабжено питательной камерой и питательным желобом, выполненным с горизонтальным переливом.
Сам питательный желоб снабжен по крайней мере одной плоской перегородкой, погруженной в жидкостную смесь и выступающей над уровнем жидкости для уменьшения влияния возмущений на поверхности жидкости на образование первого слоя жидкостной смеси горизонтальным переливом.
Предпочтительно дно питательной камеры выполнять с возможностью наклона не более 90o от горизонтальной плоскости, а смесительный канал выполнять с возможностью наклона его оси симметрии к плоскости не более 90o от горизонтальной плоскости, причем смесительный канал выполняют со стенками, расходящимися под углом менее 15o.
Целесообразно, чтобы вторичное подающее устройство было снабжено перегородкой, выполненной с возможностью вертикального перемещения, для регулирования потока с прямым или искривленным профилем в поперечном сечении.
Кроме того, заявленное устройство дополнительно содержит средство направления потока многофазной смеси после ее выхода из смесительного канала, причем средство направления потока и разделения многофазной смеси выполнено в виде ванны, снабженной по крайней мере одной продольной перегородкой, расположенной у дна ванны, и по крайней мере одним направляющим средством для отклонения пузырьков, а дно ванны искривлено вверх у ее края, отдаленного от смесительного канала, для обратного направления жидкостной смеси к направляющему устройству для потока.
Предпочтительно, чтобы направляющее средство для отклонения пузырьков было расположено вблизи поверхности жидкости в ванне, его плоскость выполнена с возможностью наклона не более 90o от горизонтали, при этом его нижняя поверхность обращена от смесительного канала.
В заявленном устройстве средство выпуска остаточной жидкостной смеси снабжено по крайней мере одним трубопроводом с прямоугольным или круглым поперечным сечением и снабжено регулируемым по высоте выпускным желобом приводимым в действие механически, пневматически электрически или вручную по команде автоматического контроля процесса регулирования жидкости.
Средство для выпуска из ванны пенной фазы снабжено переливом, размещенным у края ванны, отдаленного от смесительного канала, для выпуска пенной фазы либо самотеком, либо механическим способом.
Процесс флотации можно проводить в многочисленных стадиях, как это описано далее. Свежая суспензия из тонко измельченного или иначе диспергированного материала, составляющего жидкостную смесь, которая соответствующим образом обработана собирателем и пенообразователем, обычно принимает вид тонкого слоя, который подают в смесительный канал вместе с тонким слоем жидкостной смеси, которую по поверхности для регулирования потока направляют из ванны флотационной машины. Эти два потока могут быть тщательно и интенсивно перемешаны с газовой фазой в зоне действия тонких высокоскоростных струй чистой жидкости, которые посредством механизма уноса действуют как энерго- и газоносители. Эти тонкие струи представляют всю потребную энергию для перемещения потоков жидкостной смеси, диспергирования газа и контактирования частиц с пузырьками, а также для рециркулирования и для суспендирования твердых частиц в ванне флотационной машины. Эту трехфазную смесь можно выпускать из смесительного канала в ванну, где она увлекает основную жидкостную смесь, создавая зону с небольшой скоростью сдвига, где могут коалесцировать тонко диспергированные пузырьки. Газовые пузырьки с прилипшими к ним гидрофобными частицами покидают по существу горизонтально движущийся поток жидкостной смеси под действием их подъемных сил и отклоняются к выпускной стороне ванны, отдаленной от стороны со смесительным каналом, с помощью наклонных направляющих устройств для направления пузырьков, которые равномерно распределяют пену по поверхности ванны. Пену самотеком или с помощью механического устройства выгружают в желоб на выпускной стороне ванны, отдаленной от стороны со смесительным каналом. У выпускной стороны ванны горизонтально движущийся поток жидкостной смеси отклоняется вверх благодаря искривленной форме дна ванны. Часть потока затем может быть отклонена горизонтально направляющим элементом для потока и направлена к поверхности для регулирования потока на стороне ванны со смесительным каналом, при этом остальная часть потока по одно- или многоканальному проходу движется в выпускной желоб, где удаляется из аппарата.
Принцип действия устройства по этому изобретению отличается от известных флотационных устройств тем, что высокоскоростные тонкие струи чистой жидкости используют в качестве энерго- и газоносителей. Газ уносится обрезком свободной струи, которая ускоряет окружающую газовую оболочку, и посредством введения этой струи с сопутствующей воздушной оболочкой между двумя слоями жидкостной смеси подается в смесительный канал со значительно меньшей скоростью. Большая скорость сдвига из-за разности скоростей между этими тремя потоками приводит к дроблению газовой оболочки на очень мелкие пузырьки и обеспечивает очень интенсивное перемешивание, сопровождающееся большой турбулентностью. Имеют место также большие величины отрицательного ускорения в зоне перемешивания, так как тонкая струя со скоростью, обычно равной около 50 м/с, замедляется до 3 м/с на отрезке пути около 0,3 м. Кроме того, очень большая турбулентность в зоне перемешивания создает большие ускорения в небольших вихрях. Сильные ускоряющие поля способствуют инерционному соударению частиц и пузырьков, приводящему к улучшению эффективности их столкновения. Из практики флотации известно, что очень мелкие частицы имеют очень плохую эффективность столкновения и, следовательно, плохие скорости флотации при гравитационном ускорении. Это вызвано склонностью мелких частиц следовать линиям потока жидкости при этих ускорениях поэтому инерционные соударения в таком случае фактически отсутствуют. Сильные замедляющие ускоряющие поля, создаваемые при настоящем способе, приводят к улучшенному контактированию частиц и пузырьков и, следовательно, к улучшенной кинетике флотации, - что особенно важно в интервале мелких частиц.
Перед другими способами высокоинтенсивного перемешивания способ использования тонких высокоскоростных струй чистой жидкости имеет преимущество в том, что отсутствуют какие-либо движущиеся части, как например, мешалки механической флотационной машины, соприкасающиеся с абразивной пульпой. Кроме того отсутствуют какие-либо сложные неподвижные части, соприкасающиеся с движущейся с большой скоростью абразивной суспензией, как например, статор механической флотационной машины или различные впускные сопла, распылители или аэраторы, наподобие встречающихся например, в флотационной машине Бара [1] флотационной машине Давкра [2] , флотационной машине Джеймсона [3], гидроциклоне с барботированием воздуха [4] или флотационной машине Симониса [5] . Отсутствие нерастворенных твердых частиц в струях чистой жидкости позволяет без заметного износа сопла использовать намного более высокие скорости струй, чем в соплах для подачи пульпы. Эта особенность настоящего изобретения позволяет создавать более высокую скорость сдвига в зоне перемешивания, что приводит к лучшему диспергированию газа и контактированию частиц и пузырьков.
Отсутствие твердых частиц в струях чистой жидкости позволяет также использовать намного более тонкие струи, чем в соплах для подачи пульпы, не опасаясь закупорки небольших сопел. Более тонкие струи обладают намного большей способностью по уносу газа на единицу вводимого объема, чем более толстые струи, ввиду большого отношения площади открытой поверхности струи к единице объема струи. По сравнению с одиночной большой струей или пучком из нескольких струй более тонкие струи, действующие как зона из многих струй, обеспечивают намного более равномерное распределение унесенного воздуха и скорости сдвига и, следовательно, большую однородность рассеяния энергии в объеме зоны перемешивания. Это полезно поскольку по сравнению с одноструйными системами, где рассеяние энергии не является столь равномерным, оптимальным условиям рассеяния энергии в данном случае может подвергаться большая часть подаваемой жидкостной системы. Струя чистой жидкости может служить в качестве носителя для дозирования или пополнения флотационными реагентами, поэтому пульпу можно повторно обрабатывать при ее прохождении через многочисленные стадии флотации в установке. Ввод чистой жидкости в подаваемую флотационную пульпу приводит к разбавлению первоначальной пульпы и к получению более качественных концентратов, чем те, которые получают из неразбавленных пульп. Введенная жидкость легко извлекается в сгустителях перед удалением концов.
Способ позволяет также работать ванне в режиме сгущения пены, что в случае флотации минералов дает концентрат, превосходящий по качеству концентрат при обычных способах пенной флотации. Режим работы со сгущением пены достигается благодаря поддержанию продольного потока жидкостной смеси по поверхности ванны. Этот поток уносит быстро обезвоживающуюся пену с очень низкой концентрацией твердых частиц от стороны ванны, где расположен смесительный канал, к сливу для пены, находящемуся на выпускной стороне ванны, где происходит накопление и сгущение пены. Этот способ обеспечивает очень эффективное обезвоживание сравнительно тонкого слоя пены перед сгущением пены у слива для нее и удалением пены. Способ сгущения пены позволяет также ванне работать с очень нестойкой, легко обезвоживающейся пеной, которая не могла бы продолжать существовать в обычной ванне. Способ сгущения пены позволяет при операциях дополнительной очистки получать особо высококачественные концентраты без необходимости в промывке пены. В результате такого обращения с пеной при этом способе требуется меньше пенообразования с проистекающей возможной экономией в расходах на реагенты.
В качестве примера будет описан предпочтительный вариант настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 изображен вертикальный поперечный разрез пенного флотационного аппарата; на фиг. 2 - вид сверху флотационного аппарата на фиг. 1; на фиг.3 - смесительный канал.
Поток подаваемого материала 1а и распределительный лоток 1 расположены выше камеры 2 для образования потока в виде слоя жидкости, которая снабжена переливом 3. Камера для образования потока в виде слоя жидкости, находящаяся перед переливом 3, содержит прямоугольные перегородки 2а и соединяет часть за переливом 3 с входом в смесительный канал 6. посредством наклонной поверхности 5, которая обычно наклонена от горизонтали под углом в 30o. Смесительный канал 6 повернут в направлении потока вдоль плоскости симметрии, наклоненной обычно под углом 45o от горизонтали, и ограничен наклонной стенкой ванны 7 и противоположной поверхностью клинового разделительного элемента 6а. Над клиновым разделительным элементом 6а и между ванной 7 и входом в смесительный канал 6 расположена вертикально передвигаемая перегородка для регулирования потока или рециркуляционная заслонка 8. Над смесительным каналом 6 и в одной плоскости с его плоскостью симметрии 6в установлен ряд небольших сопел 10 на общем трубопроводе 11, который соединен с напорной линией подачи чистой жидкости 11а. После смесительного канала 6 путь потока для разделения газовой и жидкой фаз ограничен профилированными стенками 21, 21а ванны в сочетании со стабилизирующими перегородками 13 горизонтальными направляющими устройства 22 для направления потока и направляющими устройствами 14 для отклонения пузырьков. Гибкие выпускные трубы 18 для жидкой фазы соединены с самой крайней частью ванны 7 отдаленной от смесительного канала 6 и заканчиваются в выпускном желобе 19, который можно вертикально регулировать. На некоторой высоте над выпускными трубами 18, ванна 7 снабжена средством для удаления пены в виде слива для пены 15 и механического гребка 16. Ниже слива для пены 15 находится желоб 17 для сбора пены.
При работе аппарата обработанную исходную пульпу непрерывно вводят в лоток 1, из которого ее распределяют в камеру 2 для образования потока в виде слоя жидкости. Через перелив 3 этой камеры 2 равномерно распределенный слой пульпы 4 сливают на наклонную плоскость 5, по которой его подают в смесительный канал 6. Рециркулирующую пульпу из ванны 7 также подают в смесительный канал 6 через рециркуляционную заслонку 8, которая образует поток в виде слоя пульпы 9. Небольшие сопла 10, установленные на общем трубопроводе 11, образуют ряд струй чистой жидкости 12, движущихся вдоль плоскости симметрии 6а смесительного канала. При конфигурации, показанной на фиг.3, плоскость симметрии 6в смесительного канала наклонена на 45o от горизонтали, но она могла быть под любым углом между 0o и 90o. Ряд струй 12 ускоряют тонкие газовые оболочки, окружающие струи и входят между слоями пульпы 4 и 9, вызывая интенсивное перемешивание всех потоков в смесительном канале 6. Так как имеет место значительная разница в скоростях между струями чистой жидкости 12 и движущимися обычно со скоростью 50 м/с, и потоками пульпы 4 и 9, движущимися обычно со скоростью 0,4-0,6 м/с, то создается зона с большой скоростью сдвига, в которой газовая оболочка дробится на очень мелкие пузырьки. Большая скорость сдвига вызывает также турбулентность большой интенсивности, вихри которой создают сильные ускоряющие поля. Так как в канале длиной обычно 0,3 м струи жидкости 12 замедляются от скорости около 50 м/с до скорости около 3 м/с, то в зоне перемешивания создаются сильные замедляющие поля. Эти сильные ускоряющие/замедляющие поля увеличивают столкновение частиц и пузырьков и приводят к улучшенному собиранию мелких частиц.
Поток многофазной смеси из смесительного канала 6 выпускают в ванну 7, где он течет мимо одной или большего числа продольных стабилизирующих перегородок 13, расположенных у дна ванны 7, при этом скорость потока замедляется ввиду уноса основной жидкостной смеси. Газовые пузырьки с прилипшими в них гидрофобными частицами отделяют от потока, поднимают к поверхности жидкости и отклоняют направляющими устройствами 14 для пузырьков к стороне ванны, на которой удаляется пена. Эта конструкция способствует равномерному образованию пены по всей поверхности ванны 7. Поднимающиеся воздушные пузырьки вызывают восходящий поток пульпы, который отклоняется направляющими устройствами 14 для пузырьков к выпускной стороне ванны с образованием в результате вполне определенного поверхностного потока, способного уносить даже очень нестойкую пену к сливу 15 для нее. При движении тонкого слоя пены к сливу 15 для нее она освобождается от жидкости и унесенных частиц пустой породы и сгущается вследствие прижатия к сливу 15, где она затем удаляется самотеком или механическим гребком 16 в желоб 17 для пены. На стороне ванны, где выпускается пена, поток пульпы искривленным дном 21, отклоняется вверх, причем при повороте часть потока пульпы направляющими устройствами 22 для потока отклоняется горизонтально к рециркуляционной заслонке 8, в то время как другая часть потока по гибким выпускным трубам 18 проходит в выпускной желоб 19, положение которого можно вертикально регулировать. Оставшаяся пульпа из желоба 19 через слив 20 выпускается в следующую флотационную машину или стадию процесса.
Работу флотационной машины регулируют следующим образом. Интенсивность перемешивания, скорость сдвига и величину ускорения/замедления регулируют скоростью тонких струй 12, которую в свою очередь регулируют рабочим давлением в трубопроводе 11. Скорость уноса газа возрастает с увеличением скорости струй, но ее можно также регулировать изменением величины рециркулирующего потока, вертикально регулируя рециркуляционную заслонку 8. Скорость уноса газа можно также регулировать изменением ширины смесительного канала 6 или изменением свободной длины струй 12 путем передвижения трубопровода 11 к входу смесительного канала 6 или от него. Высоту пены и поток пены в ванне 7 регулируют уровнем жидкости в ванне и частотой вращения механического гребка 16. Уровень жидкости в ванне регулируют передвижением вверх или вниз подвижно соединенного выпускного желоба 19.
Источники информации
1. Патент ФРГ N 2420482.
2. Австралийский патент N 404360.
3. Австралийский патент N AU - 68492/90.
4. Патент США N 4279743.
Патент Великобритании N 2107612.
Реферат
В способе отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси и устройство для отделения диспергированных измельченных материалов и/или жидких фаз от жидкостной смеси предусматривают, что соответственно обработанная исходная пульпа подается в лоток, из которого она распределяется в камеру для образования потока в виде слоя пульпы. Камера снабжена переливом, через который равномерно распределенный слой пульпы сливается на наклонную плоскость, подающую его в смесительный канал. Рециркулирующая пульпа из ванны также подается в смесительный канал через циркуляционную заслонку, которая формирует ее в слой пульпы. Ряд струй чистой жидкости ускоряет тонкие газовые оболочки и ударяет между слоями пульпы, вызывая интенсивное перемешивание всех потоков в смесительном канале. Высокая скорость сдвига создает турбулентность большой интенсивности и дробит газ на очень небольшие пузырьки. Поток многофазной смеси выпускают из смесительного канала в ванну, где он течет мимо одной или большего числа продольных стабилизирующих перегородок. Газовые пузырьки с прилипшими к ним гидрофобными частицами отделяют от потока, поднимают к поверхности жидкости и отклоняют направляющими устройствами для отклонения пузырьков в стороне ванны, где выпускается пена. Слой пены перемещает к сливу, где пена удаляется. Оставшуюся пульпу через слив удаляют из выпускного желоба в следующую флотационную машину или стадию процесса. 2 с и 21 з.п.ф-лы, 3 ил.
