Устройство, оборудованная им флотационная машина и способ ее эксплуатации - RU2503502C1

Чертежи

Показать все 19 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к устройству для диспергирования суспензии, по меньшей мере, с одним газом, в частности для флотационной машины, включающему в себя диспергирующее сопло, содержащее последовательно в направлении течения суспензии сужающееся в направлении течения суспензионное сопло, смесительную камеру, в которую входит суспензионное сопло, примыкающую к смесительной камере, сужающуюся в направлении течения смесительную трубу и, по меньшей мере, одну газоподводящую линию для подачи, по меньшей мере, одного газа в смесительную камеру, причем суспензионное сопло имеет, по меньшей мере, число N≥3 соединенных, по меньшей мере, с одной газоподводящей линией газовых каналов, которые заканчиваются на обращенной к смесительной камере торцевой стороне суспензионного сопла. Изобретение относится также к способу эксплуатации такого устройства.

Кроме того, изобретение относится к оборудованной, по меньшей мере, одним таким устройством флотационной машине, способу эксплуатации флотационной машины и ее применению.

Флотация является физическим способом разделения мелкозернистых твердых веществ, например руд и жильных пород, в водной взвеси или суспензии с помощью воздушных пузырьков на основе разной поверхностной смачиваемости содержащихся в суспензии частиц. Она применяется для обогащения полезных ископаемых и при переработке преимущественно минеральных веществ с содержанием полезного или ценного компонента от низкого до среднего, например в виде цветных металлов, железа, редкоземельных металлов и/или благородных металлов, а также неметаллических полезных ископаемых.

Флотационные машины уже известны. В WO 2006/069995 А1 описана флотационная машина, содержащая корпус, охватывающий флотационную камеру, по меньшей мере, одно диспергирующее сопло, называемое инжектором, по меньшей мере, одно газационное устройство, называемое при применении воздуха аэрирующими устройствами или аэраторами, и сборник для образовавшегося при флотации пенного продукта.

При флотации или пневматической флотации смешанная с реагентами суспензия из воды и мелкозернистого твердого вещества подается, по меньшей мере, через одно диспергирующее сопло во флотационную камеру. Реагенты должны вызывать такое действие, чтобы, в частности, ценные, предпочтительно отделяемые частицы становились в суспензии гидрофобными. Одновременно с суспензией, по меньшей мере, к одному диспергирующему соплу подается газ, в частности воздух или азот, вступающий в контакт с гидрофобными частицами в суспензии. Посредством газационного устройства в подается дополнительный газ. Гидрофобные частицы пристают к образующимся газовым пузырькам, в результате чего газопузырьковые образования, называемые также аэрохлопьями, всплывают, образуя на поверхности суспензии пенный продукт. Тот выпускается в сборник и обычно еще сгущается.

Оказалось, что качество пенного продукта или результат разделения в способе флотации или пневматической флотации зависит, в том числе, от вероятности столкновения между гидрофобной частицей и газовым пузырьком. Чем выше вероятность столкновения, тем больше число гидрофобных частиц, которые пристают к одному газовому пузырьку, поднимаются к поверхности и вместе с частицами образуют пенный продукт. При этом на вероятность столкновения влияет, в том числе, диспергирование суспензии и газа в диспергирующем сопле.

На фиг.1 диспергирующие сопла 1 уже используются во флотационных машинах или гибридных флотационных ячейках заявителя. На фиг.2 изображен продольный разрез диспергирующего сопла 1, иллюстрирующий течение суспензии 2 и газа 7. Это известное диспергирующее сопло 1 содержит последовательно, в направлении течения (см. стрелку) суспензии 2, сужающееся в направлении течения суспензионное сопло 3, смесительную камеру 4, в которую входит суспензионное сопло 3, примыкающую к смесительной камере 4, сужающуюся в направлении течения смесительную трубу 5 и, по меньшей мере, одну газоподводящую линию 6 для подачи, по меньшей мере, одного газа в смесительную камеру 4. Суспензия 2 подается через соединитель 9 в суспензионное сопло 3 и выходит на его торцевой стороне 3а в виде свободной струи 8 в смесительную камеру 4. Подаваемый в смесительную камеру 4 газ 7 смешивается с выходящей из суспензионного сопла 3 суспензией 2 и попадает в смесительную трубу 5, где происходит дальнейшее диспергирование суспензии 2 и газа 7. На выходном отверстии 1а диспергирующего сопла 1 суспензия диспергирована с газом 7.

Такое диспергирующее сопло 1 уже используется во флотационной машине 100 известной конструкции (фиг.20), причем обычно его монтаж осуществляется таким образом, что его продольная ось ориентируется горизонтально. Флотационная машина 100 включает в себя корпус 101 с флотационной камерой 102, в которую входит, по меньшей мере, одно диспергирующее сопло 1 для подачи газа 7 и суспензии 2 во флотационную камеру 102. Корпус 101 имеет цилиндрический участок 101а, на нижнем конце которого расположено, по меньшей мере, одно газационное устройство 103.

Внутри флотационной камеры 102 находится пенный желоб 104 с патрубками 105 для выгрузки образовавшегося пенного продукта. Верхняя кромка наружной стенки корпуса 101 находится над верхней кромкой пенного желоба 104, что исключает перелив пенного продукта через верхнюю кромку корпуса 101. Корпус 101 имеет также разгрузочное отверстие 106 в дне. Частицы суспензии 2, которые, например, не имеют достаточно гидрофобированную поверхность или не столкнувшиеся с газовым пузырьком, и гидрофильные частицы опускаются в направлении отверстия 106. Посредством газационного устройства 103, присоединенного к газоподводу 103а, в цилиндрический участок 101а корпуса вдувается дополнительный газ 7, в результате чего другие гидрофобные частицы связываются с ним и всплывают. В идеальном случае продолжают опускаться, прежде всего, гидрофильные частицы, которые через отверстие 106 удаляются из процесса. Пенный продукт попадает из флотационной камеры 102 в пенный желоб 104, отводится через патрубки 105 и, при необходимости, сгущается.

При этом процесс всасывания газа 7 в суспензию 2 в диспергирующем сопле 1 подвержен определенной случайности в отношении непрерывности, что приводит к колебаниям результата диспергирования на выходном отверстии 1а диспергирующего сопла 1. Определенным количеством подаваемого по газоподводящей линии 6 газа 7 можно управлять только за счет предвключения газорегулирующих клапанов, что влияет на условия давления в смесительной камере 4 и вследствие этого изменяет результат диспергирования.

Наконец, решающую роль в отношении результата диспергирования играет также расположение, по меньшей мере, одной газоподводящей линии 6. В известном диспергирующем сопле 1 на фиг.1 и 2 газоподводящая линия 6 может быть расположена, в принципе, в любом месте на периферии смесительной камеры 4. Во избежание засорения газоподводящей линии 6 твердыми частицами суспензии 2, содержащихся в ней в количестве до 50 мас.%, газоподводящая линия 6 располагается предпочтительно в верхней части смесительной камеры 4 горизонтально ориентированного диспергирующего сопла 1. Однако это может привести к тому, что, в частности, при небольших подаваемых количествах газа 7 или при его низком давлении образуется, будучи обусловлен подъемной силой, отдельный большой газовый пузырь, который обособится в верхней части смесительной камеры 4 и с трудом сможет подмешаться к суспензии 2.

Из DE 2700049 известно диспергирующее сопло для флотационной машины, в котором содержащий отделяемые загрязнения водяной поток диспергируется с воздухом. При этом воздух за счет спиралеобразной воздушной камеры приводится во вращательное движение.

Диспергирующие сопла для флотационных процессов описанного выше рода, в которых суспензионное сопло имеет газовые каналы, впадающие на его торцевой стороне, известны, например, из DE 4206715 А1.

Задачей изобретения является создание усовершенствованного в отношении результата диспергирования суспензии и газа устройства с диспергирующим соплом и усовершенствованного способа его эксплуатации.

Кроме того, задачей изобретения является создание флотационной машины с более высоким выходом и способа ее эксплуатации.

Задача в части устройства для диспергирования суспензии, по меньшей мере, с одним газом решается за счет того, что устройство включает в себя диспергирующее сопло, содержащее последовательно друг за другом в направлении течения суспензии сужающееся в направлении течения суспензионное сопло, смесительную камеру, в которую входит суспензионное сопло, примыкающую к смесительной камере, сужающуюся в направлении течения смесительную трубу и, по меньшей мере, одну газоподводящую линию для подачи, по меньшей мере, одного газа в смесительную камеру, причем суспензионное сопло имеет, по меньшей мере, число N≥3 соединенных, по меньшей мере, с одной газоподводящей линией газовых каналов, которые заканчиваются на обращенной к смесительной камере торцевой стороне суспензионного сопла, устройство имеет число А газовых клапанов, причем N=А и причем каждому из, по меньшей мере, N газовых каналов придан один газорегулирующий клапан для дозирования количества газа, подаваемого к суспензии по соответствующему газовому каналу.

Подача диспергируемого в суспензии газа в верхней части торцевой стороны суспензионного сопла приводит к тому, что происходит особенно равномерное распределение газа в зоне поверхности образующейся свободной струи, в которую равномерно всасывается особенно много газа. Устройство позволяет в кратчайшее время идентифицировать и выбрать экспериментальным путем особенно эффективный газационный узор М для определенной суспензии, например за счет оценки образующегося пенного продукта при использовании устройства во флотационной машине. Под газационным узором М следует понимать изменяющуюся во временной последовательности и повторяющуюся в определенные интервалы времени в этой последовательности подачу газа по определенным отдельным газовым каналам или их группам.

Газорегулирующий клапан устройства может представлять собой также такой клапан, который обеспечивает переключение на разные газы, чтобы по одному и тому же газовому каналу или по одной и той же группе газовых каналов можно было подавать разные виды газов.

Особенно предпочтительным является использование газорегулирующих клапанов с пьезоэлектронным управлением, поскольку они имеют время открывания и закрывания в диапазоне нескольких миллисекунд и оптимально отвечают высоким требованиям, которые предъявляются к реализуемому минимальному времени открывания и закрывания в предложенном устройстве.

Газорегулирующие клапаны выполнены с возможностью преимущественно электронного управления посредством, по меньшей мере, одного центрального блока управления. Так, быстро и, прежде всего, автоматически могут быть настроены и осуществлены самые разные газационные узоры М.

Предложенное устройство подходит, в частности, для использования, в целом, в любом типе флотационной машины, предпочтительно в пневматических флотационных машинах. За счет достигнутой более высокой вероятности столкновения между газовым пузырьком и отделяемой частицей достигается улучшенный в отношении образовавшегося количества и качества пенный продукт. Однако устройство может использоваться и в других процессах, в которых должны диспергироваться суспензия и, по меньшей мере, один газ.

Чтобы еще больше увеличить число газовых пузырьков в суспензии, целесообразно, если дополнительно предусмотрен, по меньшей мере, один напорный водовод для подачи воды с определенным количеством растворенного в ней, по меньшей мере, частично улетучивающегося в смесительной камере в суспензионное сопло и/или в смесительную трубу. Газ может быть растворен в воде вплоть до границы его насыщения. Впуск воды с растворенным в ней газом внутрь диспергирующего сопла происходит предпочтительно в том месте, где вода попадает непосредственно в суспензию или в уже диспергированную с газом суспензию. За счет возникающего на переходе между напорным водоводом и суспензией падения давления воды растворенный в ней газ, по меньшей мере, частично улетучивается и образует газовые микропузырьки, которые диспергируются в суспензии. При этом внутри сопла обычно независимо от места суспензии действует давление в диапазоне 1-5 бар, которое необходимо преодолеть, причем давление внутри сопла или в направлении течения суспензии в сопле может изменяться.

Под газовым микропузырьком следует понимать газовый пузырек диаметром ≤100 мкм. Такой микропузырек способен связать с собой мельчайшие частицы суспензии и, тем самым, значительно повысить выход мельчайших частиц при флотации.

При этом, по меньшей мере, один напорный водовод может быть пропущен через стенку суспензионного сопла и/или смесительной трубы. В качестве альтернативы, по меньшей мере, один напорный водовод может быть введен также в смесительную камеру, заканчиваясь в том месте внутри смесительной трубы, которое граничит с поверхностью свободной струи, образующейся от торцевой стороны суспензионного сопла в направлении смесительной трубы и включающей в себя суспензию. В обоих случаях следует предпочтительно выбрать место подачи, в котором вода подается непосредственно в суспензию.

Предпочтительно суспензионное сопло снабжено, по меньшей мере, одним устройством, выполненным с возможностью приведения суспензии в спиралеобразное вращение вокруг продольной средней оси суспензионного сопла. В результате вращательного движения, накладывающегося на поступательное движение суспензии через диспергирующее сопло, возникает увеличенная поверхность суспензии, соприкасающаяся с диспергируемым в ней газом. За счет этого возрастают количество газа и число всасываемых в суспензию газовых пузырьков, и улучшается их диспергирование. В целом, количество всасываемого в суспензию газа и степень диспергирования значительно возрастают по сравнению с традиционными диспергирующими соплами.

Целесообразно, если, по меньшей мере, одно устройство, выполненное с возможностью приведения суспензии в спиралеобразное вращение вокруг продольной средней оси суспензионного сопла, имеет, по меньшей мере, одну, выполненную на обращенной к суспензии внутренней стороне суспензионного сопла канавку, которая проходит спиралеобразно от обращенной от смесительной камеры стороны суспензионного сопла к его обращенной к смесительной камере торцевой стороне. Такая канавка часто называется также завихряющей канавкой. При этом число и глубина таких завихряющих канавок в зависимости от расчета суспензионного сопла могут произвольно выбираться в широких пределах. Оптимальные число и выполнение канавок, также в отношении угла их подъема, лежащего предпочтительно в диапазоне 0-45°, можно определить простым экспериментальным путем.

В комбинации или в качестве альтернативы этому целесообразно, если, по меньшей мере, одно устройство имеет, по меньшей мере, одно, выполненное на обращенной к суспензии внутренней стороне суспензионного сопла ребро, которое проходит спиралеобразно от обращенной от смесительной камеры стороны суспензионного сопла к его обращенной к смесительной камере торцевой стороне.

По меньшей мере, одно устройство, выполненное с возможностью приведения суспензии в спиралеобразное вращение вокруг продольной средней оси суспензионного сопла, в качестве альтернативы выполнению в виде завихряющих канавок или ребер может быть также образовано, по меньшей мере, одной спиралеобразной сопловой вставкой и т.п. или комбинацией такой сопловой вставки с завихряющими канавками и/или ребрами.

Решающим для выполнения устройства является, прежде всего, то, что возникает максимально большая поверхность свободной струи в качестве поверхности контакта с газом и что кинетическая энергия вращающейся свободной струи приводит к усиленному всасыванию газа в суспензию.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения суспензионное сопло имеет, по меньшей мере, число N≥8 газовых каналов, которые заканчиваются на обращенной к смесительной камере торцевой стороне суспензионного сопла. В зависимости от расчета суспензионного сопла число газовых каналов может произвольно выбираться в широких пределах. Чтобы изменять вводимый в суспензию газовый объем и скорость ввода, простым экспериментальным путем определяются оптимальные число и выполнение газовых каналов, также в отношении их диаметра.

Для максимально равномерного газораспределения в смесительной камере зарекомендовало себя, в частности, симметричное расположение выходных отверстий газовых каналов на торцевой стороне суспензионного сопла. При этом N газовых каналов расположены, если смотреть в направлении торцевой стороны суспензионного сопла, предпочтительно на равном расстоянии друг от друга, по меньшей мере, по одной круговой траектории центрировано вокруг продольной средней оси суспензионного сопла.

В части способа эксплуатации предложенного устройства, включающего в себя диспергирующее сопло и газорегулирующие клапаны, задача изобретения решается за счет того, что приданные, по меньшей мере, N газовым каналам газорегулирующие клапаны эксплуатируются тактами таким образом, что в любой момент времени, по меньшей мере, один газорегулирующий клапан закрыт, а, по меньшей мере, один другой открыт, причем подача газа к суспензии в соответствии с газационным узором М временно прерывается на каждом газорегулирующем клапане.

Под газационным узором М, как уже сказано, следует понимать изменяющуюся во временной последовательности и повторяющуюся в определенные интервалы времени в этой последовательности подачу газа по определенным отдельным газовым каналам или их группам. При этом можно в кратчайшее время идентифицировать и выбрать экспериментальным путем особенно эффективный газационный узор М для определенной суспензии, например за счет оценки образующегося пенного продукта при применении способа во флотационной машине.

В частности, оказалось предпочтительным, если газорегулирующие клапаны регулируются для максимальной подачи газа к суспензии таким образом, что в любой момент времени закрыт только один газовый канал, причем подача газа к суспензии в соответствии с первым газационным узором М1 временно и последовательно прерывается на каждом из газовых каналов. Это требует равномерного всасывания газа в суспензию и его распределения в ней.

Далее для минимальной подачи газа к суспензии оказалось целесообразным, если газорегулирующие клапаны регулируются таким образом, что в любой момент времени открыт только один газовый канал, причем подача газа к суспензии в соответствии со вторым газационным узором М2 временно и последовательно происходит через каждый газовый канал. Это надежно препятствует засорению газовых каналов частицами суспензии даже при небольшой подаче газа.

Второй газационный узор М2 создается преимущественно таким образом, что, если смотреть в направлении торцевой стороны суспензионного сопла, по меньшей мере, один газ последовательно подается через расположенные по соседству рядом друг с другом газовые каналы. Особенно предпочтительной является подача газа через газовые каналы, которые следуют друг за другом по часовой стрелке или против часовой стрелки, поскольку это вызывает равномерность процесса диспергирования.

Предпочтительно газационный узор М создается альтернативным образом так, что, если смотреть в направлении торцевой стороны суспензионного сопла, по меньшей мере, один газ последовательно подается через соседние группы расположенных по соседству рядом друг с другом газовых каналов. Это может использоваться для дальнейшей равномерности процесса диспергирования. При этом подача газа одновременно через два или более газовых каналов может регулироваться посредством одного отдельного газорегулирующего клапана или на каждый газовый канал - посредством соответствующего газорегулирующего клапана.

Целесообразно снабжать часть N газовых каналов через первую газоподающую линию первым газом, а остальные газовые каналы - через вторую газоподающую линию вторым газом, отличающимся от первого газа. При этом могут применяться разные газы, например воздух и азот, однако и другие газы.

В части флотационной машины задача изобретения решается за счет того, что она включает в себя, по меньшей мере, одно предложенное устройство. За счет достигнутой более высокой вероятности столкновения между газовым пузырьком и отделяемой частицей достигается улучшенный в отношении образовавшегося количества и качества пенный продукт. Выход выгружаемых частиц эффективно возрастает.

Флотационная машина включает в себя предпочтительно корпус с флотационной камерой, в которую входит диспергирующее сопло, по меньшей мере, одного устройства, и, по меньшей мере, одно газационное устройство для дальнейшей подачи газа во флотационную камеру, расположенное в ней под диспергирующим соплом/соплами.

Флотационная машина может иметь также иную конструкцию.

Зарекомендовало себя применение предложенной флотационной машины для отделения содержащейся в суспензии руды жильной породы, поскольку достигается особенно высокий выход руды.

В части способа эксплуатации предложенной флотационной машины задача изобретения решается за счет того, что суспензия посредством диспергирующего сопла подается во флотационную камеру, а устройство эксплуатируется, согласно изобретению, причем газ подается к смесительной камере, по меньшей мере, по одной газоподводящей линии, приданные, по меньшей мере, N-му числу газовых каналов газорегулирующие клапаны эксплуатируются тактами, в любой момент времени, по меньшей мере, один газорегулирующий клапан закрыт, а, по меньшей мере, один другой открыт, причем подача газа к суспензии в соответствии с газационным узором М временно прерывается на каждом газорегулирующем клапане.

Таким образом, за счет целенаправленно выбранного режима эксплуатации устройства достигается дальнейшее увеличение выхода флотационной машины.

Изобретение поясняется на примере его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображают:

- фиг.1: известное диспергирующее сопло для флотационной машины;

- фиг.2: продольный разрез известного диспергирующего сопла из фиг.1;

- фиг.3: продольный разрез суспензионного сопла с газовыми каналами, заканчивающимися на его торцевой стороне;

- фиг.4: суспензионное сопло из фиг.3 при виде снизу;

- фиг.5: продольный разрез суспензионного сопла с устройствами, выполненными с возможностью приведения суспензии в спиралеобразное вращение вокруг его продольной средней оси;

- фиг.6: суспензионное сопло из фиг.5 при виде сверху;

- фиг.7: суспензионное сопло из фиг.5 при виде снизу;

- фиг.8: продольный разрез суспензионного сопла для предложенного устройства;

- фиг.9: продольный разрез другого суспензионного сопла для предложенного устройства;

- фиг.10-14: схематично способ эксплуатации предложенного устройства, включающего в себя суспензионное сопло с числом газовых каналов N=8 при максимальной подаче газа;

- фиг.15-19: схематично способ эксплуатации предложенного устройства, включающего в себя суспензионное сопло с N=8 газовых каналов при минимальной подаче газа;

- фиг.20: продольный разрез флотационной машины.

Изображенное на фиг.1 и 2 известное диспергирующее сопло для флотационной машины уже было описано выше.

В отличие от него предложенное диспергирующее сопло оснащено суспензионным соплом, имеющим, по меньшей мере, N=3 газовых каналов, которые соединены, по меньшей мере, с одной газоподводящей линией и заканчиваются на обращенной к смесительной камере торцевой стороне суспензионного сопла.

На фиг.3 изображен продольный разрез возможного суспензионного сопла 3'' для диспергирующего сопла предложенного устройства с газовыми каналами 31, заканчивающимися на торцевой стороне 3a'' суспензионного сопла 3''. По газовым каналам 31 подается газ 7, который высвобождается на торцевой стороне 3a'' суспензионного сопла 3'' и диспергируется с суспензией 2.

На фиг.4 суспензионное сопло 3'' из фиг.3 изображено при виде снизу, причем видна его торцевая сторона 3a'' с заканчивающимися на ней, в общей сложности, N=8 газовыми каналами 31, а именно 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h. Их центры лежат на круговой линии, причем окружность центрирована по центру суспензионного сопла 3''.

Суспензионное сопло 3'' на фиг.3 и 4 нельзя заменить непосредственно суспензионным соплом 3 традиционного диспергирующего сопла 1, чтобы получить диспергирующее сопло, подходящее для предложенного устройства. Здесь, напротив, требуется соответствующая связь отдельных газовых каналов 31 с одной/несколькими газоподводящими линиями 6a, 6b, которую специалист может легко реализовать.

Газовые каналы 31 обеспечивают целенаправленную подачу газа 7 в суспензию 2 в отношении его количества и/или места и/или распределения подачи. Газовые каналы 31 снабжаются газом 7 по отдельности и присоединены к соответствующему газорегулирующему клапану Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh (фиг.10-19). Так, посредством газовых каналов 31 можно настроить определенный газационный узор М. Под газационным узором М следует понимать изменяющуюся во временной последовательности и повторяющуюся в определенные интервалы времени в этой последовательности подачу газа 7 по определенным отдельным газовым каналам 31 или их группам. Это более подробно поясняется ниже со ссылкой на фиг.10-19.

На фиг.5 изображен продольный разрез предпочтительного выполнения суспензионного сопла 3' для диспергирующего сопла, снабженного устройствами 30, выполненными с возможностью приведения суспензии 2 в спиралеобразное вращение вокруг его продольной средней оси (фиг.8, 9). Для наглядности необходимые газовые каналы 31 не показаны. Устройства 30 выполнены в виде спиралеобразных канавок, называемых также завихряющими канавками, расположенными на внутренней стенке суспензионного сопла 3'. Однако в качестве альтернативы выполнению в виде завихряющих канавок устройства 30 могут быть также образованы ребрами, спиралеобразными вставками и т.п. или комбинацией таких устройств, при необходимости, также в комбинации с завихряющими канавками. Число, глубина и угол подъема канавок могут произвольно выбираться в широких пределах, и ограничены только габаритами и материалом используемого суспензионного сопла.

На фиг.6 суспензионное сопло 3' (без газовых каналов) из фиг.5 изображено при виде сверху, причем видны четыре завихряющие канавки на его внутренней стенке.

На фиг.6 суспензионное сопло 3' (без газовых каналов) из фиг.5 изображено при виде снизу, причем видна его торцевая сторона 3a' с завихряющими канавками, на которой приведенная во вращение суспензия 2 (фиг.8, 9) выходит из суспензионного сопла 3'.

Благодаря приведенной во вращение суспензии 2 в смесительной камере 4 происходит более однородное смешивание газа 7 и суспензии 2. Вследствие этого достигается более высокая степень диспергирования газа 7 и суспензии 2 на выходе диспергирующего сопла.

На фиг.8 изображен продольный разрез диспергирующего сопла 10, оснащенного суспензионным соплом 3''' с газовыми каналами 31 и устройствами 30 в виде завихряющих канавок, как на фиг.5-7.

Диспергирующее сопло 10 подходит, в частности, для предложенного устройства и, тем самым, для флотационных машин или гибридных флотационных ячеек (фиг.20). В продольном разрезе показано течение суспензии 2 и газа 7. Диспергирующее сопло 10 включает в себя последовательно в направлении течения (см. стрелку) суспензии 2 сужающееся в направлении течения суспензионное сопло 3''', смесительную камеру 4, в которую входит суспензионное сопло 3''', примыкающую к смесительной камере 4, сужающуюся в направлении течения смесительную трубу 5 и, по меньшей мере, одну газоподводящую линию 6а, 6b для подачи, по меньшей мере, одного газа 7 через газовые каналы 31 в смесительную камеру 4. Суспензия 2 подается через патрубок 9 в суспензионное сопло 3''' и выходит на торцевой стороне 3а''' суспензионного сопла 3''' в смесительную камеру 4 в виде вращающейся вокруг его продольной средней оси свободной струи (фиг.2). Подаваемый тактами в смесительную камеру 4 через газовые каналы 31 газ 7 смешивается с выходящей из суспензионного сопла 3''' суспензией 2. Газ 7 и суспензия 2 попадают в смесительную трубу 5, где происходит дальнейшее интенсивное диспергирование. Из выходного отверстия 10а диспергирующего сопла 10 выходит суспензия 2 с особенно тонко и однородно диспергированным газом 7.

На фиг.9 изображен продольный разрез другого диспергирующего сопла 10', также оснащенного суспензионным соплом 3''', как это принципиально уже было показано на фиг.8.

Диспергирующее сопло 10' также подходит, в частности, для флотационных машин или гибридных флотационных ячеек (фиг.20). В продольном разрезе показано течение суспензии 2 и газа 7а, 7b. Диспергирующее сопло 10' имеет, в принципе, такую же конструкцию, что и диспергирующее сопло 10 на фиг.8. Однако здесь в газовые каналы 31 по газоподводящим линиям 6a, 6b подаются разные газы 7а, 7b, например воздух и азот.

Кроме того, в отличие от диспергирующего сопла 10 на фиг.8 диспергирующее сопло 10' имеет, по меньшей мере, один напорный водовод 11, 11', 11'', который подает воду 12, 12', 12'' с растворенным в ней под давлением газом в суспензию 2. Если смотреть в направлении течения (стрелка) суспензии 2, то подача воды 12 происходит, в частности, уже в зоне суспензионного сопла 3''', т.е. до того, как суспензия 2 попадет в смесительную камеру 4. Для этого напорный водовод 11 пропускается через суспензионное сопло 3'''. В качестве альтернативы или в комбинации с этим подача воды 12', 12'' может происходить также в смесительной трубе 5'. При этом оказалось целесообразным, если подача в смесительную трубу 5' осуществляется непосредственно в зоне поверхности образующейся свободной струи (фиг.2), причем напорный водовод 11' пропускается через смесительную камеру 4 в смесительную трубу 5' и/или напорный водовод 11'' пропускается через стенку смесительной трубы 5'.

После попадания воды 12, 12', 12'' в суспензионное сопло 3''' или смесительную трубу 5', в которых господствует более низкое давление, чем в соответствующем напорном водоводе 11, 11', 11'', растворенный под давлением в воде 12, 12', 12'' газ улетучивается и образует микропузырьки, однородно диспергируемые с суспензией 2.

Из выходного отверстия 10а' диспергирующего сопла 10' выходит разбавленная водой суспензия 2 с особенно тонко и однородно диспергированным газом 7а, 7b.

На фиг.10-14 схематично изображен способ эксплуатации предложенного устройства при максимальной подаче газа 7, 7а, 7b, причем для наглядности вместо диспергирующего сопла 10, 10' схематично показано только суспензионное сопло 3'', 3''' с N=8 газовыми каналами 31 и соединенными с ними газорегулирующими клапанами Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh. Максимальная подача газа осуществляется одновременно через семь из восьми имеющихся газовых каналов 31, причем изменяется по времени, который восьми газовых каналов закрыт.

На фиг.10 изображена торцевая сторона суспензионного сопла 3'', 3''' диспергирующего сопла 10, 10' с N=8 газовых каналов 31, а именно 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h. Точное число газовых каналов 31 не играет здесь решающей роли. Разумеется, их может быть больше или меньше. При этом управление каждым газовым каналом 31 осуществляется посредством газорегулирующего клапана V.

Газовый канал 31а соединен с газорегулирующим клапаном Va, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него (фиг.8, 9). Газовый канал 31b соединен с газорегулирующим клапаном Vb, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него. Газовый канал 31с соединен с газорегулирующим клапаном Vc, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него. Газовый канал 31d соединен с газорегулирующим клапаном Vd, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него. Газовый канал 31е соединен с газорегулирующим клапаном Ve, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него. Газовый канал 31f соединен с газорегулирующим клапаном Vf, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него. Газовый канал 31g соединен с газорегулирующим клапаном Vg, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него. Газовый канал 31h соединен с газорегулирующим клапаном Vh, который регулирует подачу газа 7, 7а, 7b в него. Газорегулирующие клапаны V выполнены с возможностью электронного управления преимущественно посредством центрального блока управления.

На фиг.10 закрыты только газорегулирующий клапан Va и, тем самым, газовый канал 31а, так что газ 7, 7а, 7b не выходит. Остальные газорегулирующие клапаны Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh и, тем самым, также газовые каналы 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h открыты и обеспечивают поступление газа 7, 7а, 7b к смесительной камере (не показана). Чтобы достичь оптимального диспергирования протекающей через суспензионное сопло 3'', 3''' суспензии 2 с газом 7, 7а, 7b, настройка клапанов на фиг.10 сохраняется только в течение определенного, вычисляемого экспериментальным путем по своей оптимальной продолжительности интервала времени, а затем изменяется.

Здесь выбран первый газационный узор М1, при котором последовательно по часовой стрелке в равные интервалы времени происходит отключение по отдельности газовых каналов 31а-31h и соединенных с ними клапанов Va-Vh. Таким образом, на фиг.10 показана первая ступень первого газационного узора М1.

На фиг.11 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с вторая ступень первого газационного узора М1. На основе положения клапанов на фиг.10 газорегулирующий клапан Va был закрыт, а газорегулирующий клапан Vb, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31а газовому каналу 31b, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Vc-Vh без изменения открыты.

На фиг.12 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с третья ступень первого газационного узора М1. На основе положения клапанов на фиг.11 газорегулирующий клапан Vb был закрыт, а газорегулирующий клапан Vc, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31b газовому каналу 31c, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Vd-Va без изменения открыты.

На фиг.13 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с четвертая ступень первого газационного узора М1. На основе положения клапанов на фиг.12 газорегулирующий клапан Vc был закрыт, а газорегулирующий клапан Vd, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31c газовому каналу 31d, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Ve-Vb без изменения открыты.

На отдельно не показанных, аналогичным образом осуществляемых ступенях с пятой по седьмую закрытый газовый канал перемещается по часовой стрелке в интервал времени дальше, в результате чего последовательно в интервал времени закрыт каждый раз газовый канал Ve, Vf, Vg.

На фиг.14 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с восьмая ступень первого газационного узора М1. На основе положения клапанов в соответствии с седьмой ступенью газорегулирующий клапан Vg был закрыт, а газорегулирующий клапан Vh, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31g газовому каналу 31h, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Va-Vf без изменения открыты.

Первый газационный узор М1, показывающий, если смотреть на торцевую сторону 3a'', 3a''' суспензионного сопла 3'', 3''', перемещение закрытого газового канала по часовой стрелке, завершен и повторяется. Следующая ступень идентична первой ступени на фиг.10. В каждый интервал времени впоследствии постоянно повторяются ступени с первой по восьмую, пока не потребуется изменение газационного узора М.

На фиг.15-19 схематично изображен предпочтительный способ эксплуатации предложенного устройства с диспергирующим соплом 10, 10', включающим в себя суспензионное сопло 3'', 3''' с N=8 газовых каналов 31 при минимальной подаче газа.

Точное число газовых каналов 31 также здесь не играет решающей роли. Разумеется, их может быть также больше или меньше.

На фиг.15 открыты только газорегулирующий клапан Va и, тем самым, газовый канал 31a, так что здесь выходит газ 7, 7a, 7b. Остальные газорегулирующие клапаны Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh и, тем самым, газовые каналы 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h закрыты и препятствуют доступу газа 7, 7a, 7b к смесительной камере (не показана). Чтобы достичь максимального диспергирования протекающей через суспензионное сопло 3'', 3''' суспензии 2 с минимальным количеством газа 7, 7a, 7b, настройка клапанов на фиг.15 сохраняется только в течение определенного, вычисляемого экспериментальным путем по своей оптимальной продолжительности интервала времени, а затем изменяется.

Здесь выбран второй газационный узор М2, при котором последовательно по часовой стрелке в равные интервалы времени происходит отключение по отдельности газовых каналов 31а-31h и соединенных с ними клапанов Va-Vh. Таким образом, на фиг.10 показана первая ступень второго газационного узора М2.

На фиг.16 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с вторая ступень второго газационного узора М2. На основе положения клапанов на фиг.15 газорегулирующий клапан Va был закрыт, а газорегулирующий клапан Vb, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31а газовому каналу 31b, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Vc-Vh без изменения открыты.

На фиг.17 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с третья ступень второго газационного узора М2. На основе положения клапанов на фиг.16 газорегулирующий клапан Vb был закрыт, а газорегулирующий клапан Vc, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31b газовому каналу 31c, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Vd-Va без изменения открыты.

На фиг.18 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с четвертая ступень второго газационного узора М2. На основе положения клапанов на фиг.17 газорегулирующий клапан Vc был закрыт, а газорегулирующий клапан Vd, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31c газовому каналу 31d, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Ve-Vb без изменения открыты.

На отдельно не показанных, аналогичным образом осуществляемых ступенях с пятой по седьмую открытый газовый канал перемещается по часовой стрелке в интервал времени дальше, в результате чего последовательно в интервал времени открыт каждый раз газовый канал Ve, Vf, Vg.

На фиг.19 показана следующая по истечении интервала времени, здесь, например, 1с восьмая ступень второго газационного узора М2. На основе положения клапанов в соответствии с седьмой ступенью газорегулирующий клапан Vg был закрыт, а газорегулирующий клапан Vh, предвключенный соседнему по часовой стрелке с газовым каналом 31g газовому каналу 31h, одновременно открыт. Остальные газорегулирующие клапаны Va-Vf без изменения открыты.

Второй газационный узор М2, показывающий, если смотреть на торцевую сторону 3a'', 3a''' суспензионного сопла 3'', 3''', перемещение открытого газового канала 31 по часовой стрелке, завершен и повторяется. Следующая ступень идентична первой ступени на фиг.15. В каждый интервал времени впоследствии постоянно повторяются ступени с первой по восьмую, пока не потребуется изменение газационного узора М.

Очевидно, что здесь можно выбрать большое число разных газационных узоров М, отличающихся от подробно поясненных первого М1 и второго М2 узоров. Ниже приведены лишь несколько примеров других возможных примеров узоров М.

Третий узор М3: одновременно открыты всегда два газовых канала, причем:

- ступень 1: Va, Vb открыты; Vc-Vh закрыты;

- ступень 2: Vb, Vc открыты; Vd-Va закрыты;

- ступень 3: Vc, Vd открыты; Ve-Vb закрыты;

- ступень 4: Vd, Ve открыты; Vf-Vc закрыты;

- ступень 5: Ve, Vf открыты; Vg-Vd закрыты;

- ступень 6: Vf, Vg открыты; Vh-Ve закрыты;

- ступень 7: Vg Vh открыты; Va-Vf закрыты;

- ступень 8: Vh Va открыты; Vb-Vg закрыты.

Затем происходит повторение третьего узора М3.

Четвертый узор М4: одновременно открыты всегда два газовых канала, причем:

- ступень 1: Va, Ve открыты; Vb-Vd и Vf-Vh закрыты;

- ступень 2: Vb, Vf открыты; Vc-Ve Vg-Va закрыты;

- ступень 3: Vc, Vg открыты; Vd-Vf Vh-Vb закрыты;

- ступень 4: Vd, Vh открыты; Ve-Vg Va-Vc закрыты.

Затем происходит повторение четвертого узора М4.

Пятый узор М5: одновременно открыты всегда четыре газовых канала, причем:

- ступень 1: Va, Vc, Ve, Vg открыты; Vb, Vd, Vf, Vh закрыты;

- ступень 2: Vb, Vd, Vf, Vh открыты; Va, Vc, Ve, Vg закрыты.

Затем происходит повторение пятого узора М5.

При этом пятый узор М5 можно варьировать за счет подачи на ступенях 1 и 2 разных газов, например на ступени 1 воздуха, а на ступени 2 азота.

Шестой узор М6: всегда открыт только один газовый канал, причем:

- ступень 1: Va открыт; Vb-Vh закрыты;

- ступень 2: Vb открыт; Vc-Va закрыты;

- ступень 3: Vf открыт; Vg-Ve закрыты;

- ступень 4: Vg открыт; Vh-Vf закрыты;

- ступень 5: Vc открыт; Vd-Vb закрыты;

- ступень 6: Vd открыт; Ve-Vc закрыты;

- ступень 7: Vh открыт; Va-Vg закрыты;

- ступень 8: Va открыт; Vb-Vh закрыты;

- ступень 9: Ve открыт; Vf-Vd закрыты;

- ступень 10: Vf открыт; Vg-Ve закрыты;

- ступень 11: Vb открыт; Vc-Va закрыты;

- ступень 12: Vc открыт; Vd-Vb закрыты;

- ступень 13: Vg открыт; Vh-Vf закрыты;

- ступень 14: Vh открыт; Va-Vg закрыты;

- ступень 15: Vd открыт; Ve-Vb закрыты;

- ступень 16: Ve открыт; Vf-Vd закрыты.

Затем происходит повторение шестого узора М6.

Для специалиста очевидно, что в зависимости от выбранного числа газовых каналов и/или последовательности газовых каналов для подачи газа и/или одновременно используемых для подачи газа газовых каналов и/или выбора подаваемого через газовый канал газа возможно большое число других газационных узоров М, чтобы оказать влияние на количество и распределение, по меньшей мере, одного газа в суспензии 2 и, тем самым, на результат диспергирования.

На уже упомянутой выше фиг.20 изображен продольный разрез флотационной машины 100. Благодаря использованию, по меньшей мере, одного предложенного устройства, причем его диспергирующее сопло 10, 10' входит во флотационную камеру 102 флотационной машины 100, в таком же или аналогичном встроенном положении диспергирующего сопла 10, 10' улучшается диспергирование суспензии и газа, и, тем самым, повышается вероятность столкновения между газовым пузырьком и отделяемой от суспензии 2 частицей. Вследствие этого достигаются повышение степени отделения и оптимальный пенный продукт.

Однако использование предложенного устройства не ограничено флотационной машиной вообще или флотационной машиной с конструкцией на фиг.20. Устройство, включающее в себя диспергирующее сопло и газорегулирующие клапаны, может использоваться во флотационных установках любой конструкции или в установках, в которых газ должен распределяться в суспензии тонко и равномерно.

Реферат

Изобретение относится к устройству для диспергирования суспензии, а также к флотационной машине с таким устройством и к способу эксплуатации устройства и флотационной машины. Устройство для диспергирования суспензии (2), по меньшей мере, одним газом (7, 7a, 7b), в частности для флотационной машины (100), включает в себя диспергирующее сопло (10, 10'), содержащее последовательно в направлении течения суспензии (2): сужающееся в направлении течения суспензионное сопло (3', 3'', 3'''), смесительную камеру (4), в которую входит суспензионное сопло (3', 3'', 3'''), примыкающую к смесительной камере (4), сужающуюся в направлении течения смесительную трубу (5, 5') и, по меньшей мере, одну газоподводящую линию (6, 6a, 6b) для подачи, по меньшей мере, одного газа (7, 7a, 7b) в смесительную камеру (4). Суспензионное сопло (3'', 3''') имеет, по меньшей мере, число N газовых каналов (31) больше трех, соединенных с упомянутой по меньшей мере одной газоподводящей линией (6, 6a, 6b), которые заканчиваются на обращенной к смесительной камере (4) торцевой стороне (3a'', 3a''') суспензионного сопла (3'', 3'''). Устройство имеет число A газовых клапанов (V), причем N=A и причем каждому из, по меньшей мере, N газовых каналов (31) придан один газорегулирующий клапан (V) для дозирования количества газа (7a), подаваемого к суспензии (2) по соответствующему газовому каналу (31). Изобретение позволяет повысить диспергирование суспензии и газа. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 20 ил.

Формула