Пневматическая флотационная машина

 

Пневматическая флотационная машина относится к обогащению полезных ископаемых способом флотации и может быть использована при крупнозернистой флотации рудного и нерудного сырья. Содержит флотационную камеру, щелевидную просеивающую поверхность, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками и щелевидным выходом из внутренней полости в нижней его части. Размещенное по оси камеры и выполненное в виде вертикально расположенного цилиндра приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы снабжено расположенной над приспособлением кольцеобразной приемной камерой с входными патрубками и с кольцевым выходом во внутреннюю полость цилиндра. По оси флотационной камеры установлен трубообразный смеситель, выполненный в виде эжектора. Верхней частью присоединен к нижнему торцу цилиндра патрубок для выгрузки камерного продукта. Машина имеет пеносборный желоб, блок пневмогидравлических аэраторов, параболический отражатель, соосно закрепленный под трубообразным смесителем с кольцевым зазором по отношению к нижнему его торцу. Внутренняя полость приспособления плотно отделена конусообразной стенкой от внутренней полости кольцеобразной приемной камеры. Внутри пустотелого кольца ниже уровня входных патрубков установлен с зазором по отношению к внешней стенке кольца распределительный диск. Трубообразный смеситель с внутренней своей стороны снабжен кольцеобразным блоком пневмогидравлических аэраторов, ступенчато расположенных по периметру боковых его стенок в нижней половине. Внутренний диаметр кольцеобразного блока аэраторов превышает внутренний диаметр вышерасположенной части трубообразного смесителя. Технический результат - улучшение аэрогидродинамического режима работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых способом флотации, в частности к устройствам для разделения минералов, и может быть использовано при крупнозернистой флотации рудного и нерудного сырья, а также может найти применение при флотационной очистке промышленных и сточных вод.

Известна пневматическая флотационная машина, содержащая флотационную камеру, выполненную в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части, расположенную на уровне верхнего края флотационной камеры щелевидную просеивающую поверхность с сечением щелей, увеличивающимся от оси флотационной камеры, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками, сообщенными с внутренней его полостью, и со щелевидным выходом из внутренней полости в нижней его части непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы, трубообразный смеситель, установленный по оси флотационной камеры, патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, расположенный у верхнего края флотационной камеры, пневмогидравлический аэратор, параболический отражатель, открытой своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическому аэратору направлении [1].

Недостатком этой машины является отсутствие в ней конструктивных элементов, обеспечивающих оптимизацию аэрогидродинамического режима ее работы и оптимизацию аэрации пульпы в камере машины, что снижает качество реализуемого в ней флотационного процесса. В частности, в этой машине подача аэрированной жидкости в объем камеры для аэрирования флотационной пульпы осуществляется пневмогидравлическими аэраторами при введении из сопел этих аэраторов высокоскоростных струй аэрированной жидкости непосредственно во флотационную зону. В результате этого в местах введения этих струй создается высокотурбулентный режим, препятствующий эффективной флотации частиц полезного компонента, особенно крупных.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пневматическая флотационная машина, содержащая флотационную камеру, выполненную в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части, расположенную на уровне верхнего края флотационной камеры щелевидную просеивающую поверхность с сечением щелей, увеличивающимся от оси флотационной камеры, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками и со щелевидным выходом в нижней его части непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, при этом внешняя стенка пустотелого кольца в нижней своей части выполнена конусообразной, размещенное по оси камеры и выполненное в виде вертикально расположенного цилиндра приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы, снабженное расположенной над приспособлением для подачи крупнозернистого питания кольцеобразной приемной камерой с входными патрубками и с выходом во внутреннюю полость цилиндра, установленный по оси флотационной камеры трубообразный смеситель, выполненный в виде эжектора, верхней частью присоединенного к нижнему торцу цилиндра, патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, расположенный у верхнего края флотационной камеры, блок пневмогидравлических аэраторов, соосно размещенный непосредственно над приспособлением для загрузки мелкозернистой пульпы, параболический отражатель, открытoй своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическим аэраторам направлении, соосно закрепленный под трубообразным смесителем с кольцевым зазором по отношению к нижнему его торцу, причем диаметр торцевой части параболического отражателя превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя [2].

В известной машине [2] во многом устранены недостатки, отмеченные в машине [1] , приводящие к снижению качества процесса флотации. Однако и здесь имеет место некоторое снижение качества процесса флотации, так как в ней отсутствуют конструктивные элементы, обеспечивающие оптимизацию аэрогидродинамического режима ее работы. В частности, в машине [2] при увеличении ее объема и глубины камеры требуется увеличивать давление воды и воздуха, поступающих в блок пневмогидравлических аэраторов. В противном случае мощность струй аэрированной жидкости, выходящих из сопел этих аэраторов, оказывается недостаточной, чтобы пробить толщу пульпы над параболическим отражателем, а увеличение давления воды и воздуха повышает в свою очередь турбулентность пульпы в камере машины, что ухудшает аэрогидродинамический режим ее работы. Кроме того, внутренние полости приспособления для подачи крупнозернистого питания и кольцеобразной приемной камеры приспособления для загрузки мелкозернистой пульпы сопряжены между собой посредством кольцевых проходов. В результате этого происходит избыточное обводнение крупнозернистого питания, поступающего на пенный слой. Как следствие этого, ухудшается аэрогидродинамический режим работы машины, особенно при пенной сепарации крупнозернистой части питания, что приводит к снижению качества процесса флотации. Последнее также происходит и при снижении общего расхода воды в машину с целью исключения обводненности крупнозернистого питания. При этом из-за отсутствия необходимых конструктивных элементов в машине, в частности в ее питающем приспособлении, ухудшается распределение частиц крупнозернистого питания по площади пенного слоя и рассредоточение минеральных зерен между собой, что также приводит к снижению качества процесса флотации и особенно процесса пенной сепарации.

Целью изобретения является повышение качества процесса флотации за счет улучшения аэрогидродинамического режима работы.

Согласно изобретению эта цель достигается тем, что в пневматической флотационной машине, содержащей флотационную камеру, выполненную в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части, расположенную на уровне верхнего края флотационной камеры щелевидную просеивающую поверхность с сечением щелей, увеличивающимся от оси флотационной камеры, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками и со щелевидным выходом в нижней его части непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, при этом внешняя стенка пустотелого кольца в нижней своей части выполнена конусообразной, размещенное по оси камеры и выполненное в виде вертикально расположенного цилиндра приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы, снабженное расположенной над приспособлением для подачи крупнозернистого питания кольцеобразной приемной камерой с входными патрубками и с выходом во внутреннюю полость цилиндра, установленный по оси флотационной камеры трубообразный смеситель, выполненный в виде эжектора, верхней частью присоединенного к нижнему торцу цилиндра, патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, расположенный у верхнего края флотационной камеры, блок пневмогидравлических аэраторов, соосно размещенный непосредственно над приспособлением для загрузки мелкозернистой пульпы, параболический отражатель, открытой своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическим аэраторам направлении, соосно закрепленный под трубообразным смесителем с кольцевым зазором по отношению к нижнему его торцу, причем диаметр торцевой части параболического отражателя превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя, трубообразный смеситель с внутренней своей стороны снабжен, по меньшей мере, одним кольцеобразным блоком пневмогидравлических аэраторов, ступенчато расположенным по периметру его боковых стенок в нижней половине, при этом внутренний диаметр кольцеобразного блока превышает внутренний диаметр вышерасположенной части трубообразного смесителя, а выходные сопла пневмогидравлических аэраторов кольцеобразного блока направлены в сторону параболического отражателя, внутренняя полость приспособления для подачи крупнозернистого питания плотно отделена конусообразной стенкой от внутренней полости кольцеобразной приемной камеры, а внутри пустотелого кольца ниже уровня его входных патрубков установлен с зазором по отношению к внешней стенке кольца распределительный диск.

При создании изобретения авторы исходили из следующего.

Для оптимизации любого разделительного процесса необходимо обеспечить условия максимально возможного снижения турбулентности потоков пульпы внутри разделительного аппарата. Что касается пневматических флотационных машин, то их аэрогидродинамический режим работы можно значительно улучшить, если отделить друг от друга зоны перемешивания пульпы при ее интенсивном насыщении воздушными пузырьками посредством пневмогидравлических аэраторов и зоны непосредственного флотационного разделения компонентов этой пульпы. При флотационном обогащении материала широкого диапазона крупности необходимо при этом обеспечить дифференцированный подход к фракциям питания различной крупности. Для машин большой единичной производительности, где поток вводимого питания весьма велик, существенным для снижения турбулентности пульпы внутри аппарата, а именно в разделительных его зонах, является рассредоточение вводимого питания, а также способ его введения в аппарат в зависимости от крупности обогащаемого материала.

Что касается наиболее крупной и тяжелой части питания, то она должна подаваться во флотационный аппарат по принципу пенной сепарации на поверхность пенного слоя при максимальном рассредоточении минеральных зерен между собой и с минимальным количеством жидкой фазы пульпы. При этом вектор скорости подаваемого питания должен быть направлен вдоль поверхности пенного слоя в сторону пеносборного желоба. Это соответствует требованиям механизма процесса пенной сепарации.

Грубозернистый материал меньшей крупности должен подаваться во флотационную камеру снизу вверх ламинарным потоком в виде тщательно перемешанной аэрированной пульпы, с тем чтобы вектор скорости этого аэрированного потока пульпы совпадал с вектором архимедовых сил. Это соответствует условиям флотации более крупных минеральных зерен полезного компонента из объема аэрированной пульпы.

Этим требованиям наиболее полно удовлетворяет конструкция предлагаемой пневматической флотационной машины. Детали принятых технических решений изложены ниже при ее описании.

На фиг. 1 показана пневматическая флотационная машина в разрезе; на фиг. 2 - вид машины сверху.

Пневматическая флотационная машина состоит из флотационной камеры 1 с патрубком 2 для вывода хвостов, выполненной в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части. По периферии верхней части флотационной камеры 1 закреплен пеносборный желоб 3 с патрубком 4 для вывода пенного продукта. На уровне верхнего края флотационная камера 1 имеет дискообразную соосно расположенную щелевидную просеивающую поверхность 5 с сечением щелей 6, увеличивающимся от оси флотационной камеры, над которой соосно расположено приспособление 7 для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца 8 с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками 9. Пустотелое кольцо 8 в нижней части внешней стенки 10 имеет щелевидный выход 11 из внутренней своей полости непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность 5. Внешняя стенка 10 в нижней части непосредственно над щелевидным выходом 11 выполнена конусообразной.

По оси камеры 1 размещено приспособление 12 для загрузки мелкозернистой пульпы, выполненное в виде вертикально расположенного цилиндра 13, к нижнему торцу которого присоединен выполненный в виде эжектора трубообразный смеситель 14, опирающийся на стенки камеры 1 посредством радиальных ребер 15 и 16. Над приспособлением 12 для загрузки мелкозернистой пульпы соосно закреплен блок пневмогидравлических аэраторов 17. Под трубообразным смесителем 14 соосно размещен с кольцевым зазором 18 параболический отражатель 19, открытой своей частью обращенный во встречном к пневогидравлическим аэраторам 17 направлении и опирающийся через радиальные ребра 20 на стенки камеры 1. Параболический отражатель 19 для сохранения своей конфигурации при эксплуатации машины выполнен из износостойкого материала, например из силицированного графита, металлокерамики или полиуретена. Диаметр торцевой части параболического отражателя 19 превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя 14.

Приспособление 12 для загрузки мелкозернистой пульпы снабжено расположенной над приспособлением 7 кольцеобразной приемной камерой 20 с входными патрубками 21 и с кольцевым выходом 22 во внутреннюю полость цилиндра 13. Для предотвращения обводненности крупнозернистого питания, подаваемого на пенный слой, внутренняя полость приспособления 7 плотно отделена конусообразной стенкой 23 от внутренней полости кольцеобразной приемной камеры 20. Внутри пустотелого кольца 8 ниже уровня его входных патрубков 9 установлен с зазором 24 по отношению к внешней стенке кольца 8 распределительный диск 25, предназначенный для рассредоточения крупнозернистого питания, подаваемого на пенный слой. Блок пневмогидравлических аэраторов 17 снабжен водоподводящим патрубком 26 и воздухоподводящим штуцером 27.

Трубообразный смеситель 14 с внутренней своей стороны снабжен кольцеобразным блоком пневмогидравлических аэраторов 28, конструктивно аналогичных аэраторам 17, ступенчато расположенным по периметру боковых стенок трубообразного смесителя в нижней его половине. Внутренний диаметр кольцеобразного блока аэраторов 28 превышает внутренний диаметр вышерасположенной части трубообразного смесителя 14. Выходные сопла пневмогидравлических аэраторов 28 кольцеобразного блока направлены в сторону параболического отражателя 19. В большеобъемных флотационных камерах количество ступенчато расположенных в трубообразном смесителе 14 кольцеообразных блоков пневмогидравлических аэраторов 28 может быть, при необходимости, больше чем один. Кольцеобразный блок пневмогидравлических аэраторов 28 имеет кольцеообразные коллектор 29 для напорной воды и рессивер 30 для сжатого воздуха с водоподводящим патрубком 31 и воздухоподводящим штуцером 32 соответственно. Последние расположены вдоль радиальных ребер 16, крепящих трубообразный смеситель 14.

Пневматическая флотационная машина работает следующим образом.

Флотационную камеру 1 заполняют водой с пенообразователем. Одновременно в блоки пневмогидравлических аэраторов 17 и 28 под давлением через водоподводящие патрубки 26 и 31 и воздухоподводящие штуцера 27 и 32 подают воду и воздух. В питающие патрубки 9 и входные патрубки 21 подают флотационную пульпу, предварительно обработанную флотационными реагентами. Из патрубков 9 крупнозернистая пульпа тангенциально вводится в пустотелое кольцо 8 приспособления 7 для подачи крупнозернистого питания на пенный слой. Под действием пары сил двух потоков, так как патрубки 9 расположены тангенциально по диаметру кольца 8, пульпа приобретает вращательное движение внутри кольца. После раскручивания пульпы крупнозернистая ее фракция, двигаясь под действием центробежных сил по конусообразной поверхности внешней стенки 10 кольца 8, выгружается в сгущенном виде из кольца через щелевидный выход 11, расположенный в нижней его части, непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность 5 с сечением щелей 6, увеличивающимся от оси флотационной камеры 1, где происходят рассредоточение частиц по площади и между собой. Этому способствует то, что выходящий из патрубков 9 крупнозернистый материал частично попадает на распределительный диск 25, где производится его предварительное рассредоточение, а затем поступает через зазор 24 на коническую поверхность внешней стенки 10 кольца 8.

Мелкозернистая пульпа, вводимая в машину через входные патрубки 21, сначала поступает в кольцеобразную приемную камеру 20, затем через кольцевой выход 22 поступает в приспособление 12, где смешивается с аэрированной жидкостью, выходящей из сопел блока пневмогидравлических аэраторов 17, и далее через выполненный в виде эжектора трубообразный смеситель 14 поступает в объем камеры 1. При этом в трубообразном смесителе 14 она дополнительно насыщается мелкодисперсными воздушными пузырьками, выходящими с аэрированной жидкостью из сопел кольцеобразного блока пневмогидравлических аэраторов 28. Во флотационной камере 1 образуется аэрогидросмесь с тонкодиспергированным воздухом, а на ее поверхности образуется пенный слой, который переливается в пеносборный желоб 3.

В цилиндре 13 приспособления 12 происходит смешение потоков пульпы и аэрированной жидкости и выравнивание их скоростей, после чего объединенный поток направляется в диффузор трубообразного смесителя 14, где происходит преобразование его кинетической энергии в потенциальную энергию сжатого потока. В этот же поток дополнительно поступает в виде высокоскоростных струй аэрированная жидкость из сопел пневмогидравлических аэраторов 28 кольцеообразного блока, после чего поток аэрированной пульпы ударяет в параболический отражатель 19. Последний изменяет траекторию входящего потока аэрированной пульпы на обратную с формированием более ламинарной и рассредоточенной кольцевой его конфигурации при входе через кольцевой зазор 18 во флотационную камеру 1. При этом вектор скорости этого аэрированного потока пульпы совпадает с вектором архимедовых сил, что соответствует условиям флотации более крупных минеральных зерен полезного компонента из объема аэрированной пульпы. В трубообразном смесителе 14 наряду с интенсивной аэрацией вводимой пульпы происходит также весьма интенсивное ее перемешивание с тонкодиспергированными воздушными пузырьками. После ввода аэрированной пульпы во флотационную камеру 1 в ней формируется оптимальная внутренняя аэрогидродинамика потоков жидкости, а также направленное движение пенного слоя от места загрузки на него через щели 6 щелевидной просеивающей поверхности 5 крупнозернистой фракции питания до пеносборного желоба 3. Крупные частицы питания в рассредоточенном виде поступают на поверхность пены сверху. Гидрофобные и гидрофобизированные частицы полезного компонента удерживаются при этом пенным слоем и выносятся вместе с ним и с сфлотированными из объема пульпы частицами в пеносборный желоб 3, откуда выгружаются через патрубок 4 для вывода пенного продукта. Гидрофильные частицы пустой породы проходят сквозь пену в объем флотационной камеры 1, опускаются на наклонные стенки камеры 1, скользят по ним вниз и попадают в зону восходящего потока аэрированной пульпы, выходящей из кольцевого зазора 18. Этот поток захватывает пульпу из камеры, формируя внутрикамерную ее циркуляцию, которая обеспечивает возможность повторного извлечения частиц полезного компонента, случайно выпавших из пенного слоя, не достигнув пеносборного желоба 3. Большую роль при этом играет конфигурация самой флотационной камеры 1, выполненной в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней своей части. Частицы полезного компонента флотируются в ламинарном потоке аэрированной пульпы и поступают в движущийся к пеносборному желобу 3 пенный слой. Частицы пустой породы оседают по стенке флотационной камеры 1 и выгружаются из машины через патрубок 2.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет улучшения аэрогидродинамического режима работы повысить качество процесса флотации.

Источники информации 1. Патент РФ N 2011413 от 29.04.91, кл. B 03 D 1/24, опубл. 30.04.94, Бюл. N 8, 1994.

2. Патент РФ N 2113910 от 15.12.96, кл. B 03 D 1/24, опубл. 27.06.98, Бюл. N 18, 1998 (прототип).

Формула изобретения

1. Пневматическая флотационная машина, содержащая флотационную камеру, выполненную в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части, расположенную на уровне верхнего края флотационной камеры щелевидную просеивающую поверхность с сечением щелей, увеличивающимся от оси флотационной камеры, приспособление для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками и со щелевидным выходом в нижней его части непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, при этом внешняя стенка пустотелого кольца в нижней своей части выполнена конусообразной, размещенное по оси камеры и выполненное в виде вертикально расположенного цилиндра приспособление для загрузки мелкозернистой пульпы, снабженное расположенной над приспособлением для подачи крупнозернистого питания кольцеобразной приемной камерой с входными патрубками и с выходом во внутреннюю полость цилиндра, установленный по оси флотационной камеры трубообразный смеситель, выполненный в виде эжектора, верхней частью присоединенного к нижнему торцу цилиндра, патрубок для выгрузки камерного продукта, пеносборный желоб, расположенный у верхнего края флотационной камеры, блок пневмогидравлических аэраторов, соосно размещенный непосредственно над приспособлением для загрузки мелкозернистой пульпы, параболический отражатель, открытой своей частью обращенный во встречном к пневмогидравлическим аэраторам направлении, соосно закрепленный под трубообразным смесителем с кольцевым зазором по отношению к нижнему его торцу, причем диаметр торцевой части параболического отражателя превышает торцевой диаметр трубообразного смесителя, отличающаяся тем, что трубообразный смеситель с внутренней своей стороны снабжен, по меньшей мере, одним кольцеобразным блоком пневмогидравлических аэраторов, ступенчато расположенным по периметру его боковых стенок в нижней половине, при этом внутренний диаметр кольцеобразного блока превышает внутренний диаметр вышерасположенной части трубообразного смесителя, а выходные сопла пневмогидравлических аэраторов кольцеобразного блока направлены в сторону параболического отражателя.

2. Пневматическая флотационная машина по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость приспособления для подачи крупнозернистого питания плотно отделена конусообразной стенкой от внутренней полости кольцеобразной приемной камеры, а внутри пустотелого кольца ниже уровня его входных патрубков установлен с зазором по отношению к внешней стенке кольца распределительный диск.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2