Флотационное устройство и способ извлечения минералов из суспензий

 

Использование: пенная флотация. Сущность изобретения: флотационное устройство включает емкость для размещения суспензии, содержащей минералы, которые необходимо экстрагировать. Аэрация с помощью соответствующих средств в устройстве приводит к образованию зоны обогащенной минералами пены поверх суспензии. Лоток направляет обогащенную минералами пену наружу емкости. По крайней мере, одна пористая рассеивающая перегородка в непосредственном контакте с пеной распределяет омываемую жидкость непосредственно в зону пены. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к области горного дела, а более точно к флотационному устройству и способу извлечения минералов из суспензии.

Пенная флотация является способом, широко используемым в горнодобывающей, горнообогатительной и обрабатывающей промышленностях для концентрирования минералов из бедных руд. В этих процессах руда сначала измельчается до относительно мелкого порошка и затем смешивается с водой для получения суспензии или пульпы. Затем специальные химические добавки смешиваются с суспензией для создания различного поверхностного натяжения между различными видами минералов, содержащихся в ней. Затем суспензии аэрируют, при этом предпочтительные гидрофобные виды минералов прилипают к поднимающимся пузырькам и флотируют к поверхности в виде обогащенной минералами пены. Затем пену удаляют с помощью сливного лотка и извлекают желаемые минералы в более концентрированном виде.

Известны различные устройства для пенной флотации. Некоторые устройства включают механические взбалтыватели и снабжены вентиляторами для нагнетания воздуха под давлением в суспензию минералов вблизи взбалтывателя. Одно из устройств этого типа является вытяжным и не требует внешнего источника для нагнетания воздуха для осуществления аэрации. Другое, обычно известное как флотационная колонка, не требует механического взбалтывания, но использует только мощную инжекцию воздуха в суспензию для создания подобного эффекта. Эта технология является хорошо известной для специалистов и поэтому не требует детального описания.

Важной проблемой известных устройств для пенной флотации этого типа, является то, что наряду с тенденцией гидрофобных частиц к прилипанию непосредственно к поднимающимся пузырькам для образования желаемой обогащенной минералами пены, существует также тенденция захвата нежелательного материала пустой породы в промежуточные пустоты, образующиеся между пузырьками. Захваченный материал пустой породы образует, таким образом, часть пены и снижает чистоту концентрата, получаемого из пены.

В попытке преодолеть эту проблему разработаны различные распылительные приборы, такие как распылительные колосники или оросители, их располагают над зоной пены или в ней для того, чтобы направлять распыленную струю воды в пену с целью вымывания захваченного материала пустой породы перед тем, как пена пройдет в извлекающий лоток.

Из [1] известно флотационное устройство, включающая емкость для размещения суспензии, содержащей минералы, которые необходимо извлечь, средство аэрирования суспензии внутри емкости для создания обогащенной минералами зоны пены поверх суспензии, извлекающий лоток для сбора и направления наружу из емкости обогащенной минералами пены, по крайней мере, одно приспособление для диспергирования промывочной жидкости, расположенное непосредственно в зоне пены в непосредственном соприкосновении с ней. Это приспособление выполнено в виде распылительного колосника и сконструировано для впрыскивания воды в зону пены и вымывания захваченного материала пустой породы.

В вышеуказанном патенте раскрыт способ извлечения минералов из суспензии, содержащейся в емкости, являющейся частью флотационного устройства, включающий стадии аэрирования суспензии внутри емкости с созданием поверх суспензии зоны пены, обогащенной минералами, введение промывочной жидкости путем вливания непосредственно в зону пены при непосредственном соприкосновении с пеной с вымыванием постепенно захваченного материала пустой породы, сбор обогащенной минералами пены и направление ее наружу из емкости, извлекающий лоток.

Однако, вышеописанные флотационное устройство и способ извлечения минералов хотя и создают более избирательную пену, распыленная вода отрицательно влияет на стабильность пены и, следовательно, некоторые полезные минералы вымываются из обогащенной минералами пены вместе захваченной пустой породой. Это, в свою очередь, уменьшает эффективность процесса в целом.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности извлечения минералов из суспензии.

Этот технический результат достигается тем, что в флотационном устройстве, включающем емкость для размещения суспензии, содержащей минералы, которые необходимо извлечь, средство аэрирования суспензии внутри емкости для создания обогащенной минералами зоны пены поверх суспензии, извлекающий лоток для сбора и направления наружу из емкости обогащенной минералами пены, по крайней мере, одно приспособление для диспергирования промывочной жидкости, расположенное непосредственно в зоне пены в непосредственном соприкосновении с ней, согласно изобретению, приспособление для диспергирования промывочной жидкости выполнено в виде рассеивающей перегородки.

Предпочтительно, рассеивающую перегородку выполняют в виде пористой мембраны, которую укрепляют на опорной пластине. При этом мембрана не обязательно должна быть гибкой, а могут быть использованы любые пористые, полупроницаемые или перфорированные перегородки, вещества или мембраны. Гибкая мембрана предпочтительно является проницаемой только в растянутом состоянии под давлением. Вода для промывки, которую подают между опорной пластиной и мембраной, предпочтительно вызывает растягивание мембраны и в возникающем в результате проницаемом состоянии позволяет воде для промывки диффундировать внутри пены.

Предпочтительно также, чтобы устройство содержало наклонную направляющую перегородку, расположенную так, чтобы направлять движущуюся вверх по направлению к извлекающему лотку. В предпочтительном конкретном исполнении наклонная направляющая перегородка соединена, по крайней мере, частично с рассеивающей перегородкой. В этой конфигурации пена, движущаяся вверх, собирает промывочную воду с наклонной перегородки перед дальнейшим движением по направлению к лотку, что обеспечивает однородное распределение промывочной воды в зоне пены.

Предпочтительно, рассеивающая перегородка является, в основном, плоской, искривленной или ограничена поверхностью одного или нескольких трубопроводов, проходящих через зону пены.

Вышеуказанный технический результат достигается и способом извлечения минералов из суспензии, содержащейся в емкости, являющейся частью флотационного устройства, включающим стадии аэрирования суспензии внутри емкости с созданием поверх суспензии зоны пены, обогащенной минералами, введение промывочной жидкости путем вливания непосредственно в зону пены при непосредственном соприкосновении с пеной с вымыванием постепенно захваченного материала пустой породы, сбор обогащенной минералами пены и направление ее наружу из емкости через извлекающий лоток, в котором согласно изобретению, введение промывочной жидкости производят через рассеивающую перегородку.

Предпочтительно, способ включает подачу промывочной жидкости под давлением между рассеивающей перегородкой и прилегающей опорной пластиной для увеличения поступления промывочной жидкости под давлением в зону пены.

В предпочтительном конкретном варианте исполнения, в котором рассеивающая перегородка выполнена в виде гибкой мембраны, которая является достаточно проницаемой только в растянутом состоянии, способ включает, далее стадию введения промывочной жидкости через перегородку и регулировки потока промывочной жидкости путем создания постоянного давления между рассеивающей перегородкой и опорной пластиной для растягивания мембраны в проницаемое состояние, и уменьшения давления для создания возможности релаксации мембраны в достаточно непроницаемое состояние.

Далее приведено описание конкретных вариантов выполнения изобретения со ссылками на фигуры, на которых: Фиг. 1 изображает вид сбоку в разрезе флотационного устройства, согласно изобретению; фиг. 2 рассеивающую перегородку, трубопровод для направления промывочной жидкости и средство для введения добавок в пену флотационного устройства, согласно изобретению; фиг. 3 трубопровод флотационного устройства, ограничивающий поверхность рассеивающей перегородки.

Показанное на фигуре 1 флотационное устройство 1 содержит емкость 2, для размещения суспензии 3, включающей минералы, которые должны быть извлечены. В емкости 2 помещена мешалка 4, содержащая ротор с лопатками 5, расположенный внутри окружающей его статора 6. Ротор приводится в движение внутри статора 6 через центральный полый приводной вал 7, проходящий сверху вниз через емкость 1.

Устройство включает средство аэрирования, которое в предпочтительном исполнении выполнено в виде канала 8, расположенного аксиально внутри полого приводного вала 7 для нагнетания воздуха под давлением от вентилятора или компрессора в суспензию вблизи мешалки 4. Аэрирование создает множество пузырьков 9, которые поднимаются на поверхность, образуя зону 10 обогащенной минералами пены поверх суспензии, как более достаточно описано ниже. Однако, необходимо отметить, что в некоторых флотационных устройствах используют всасывающую вытяжную вентиляцию и в других случаях мешалки не используют. Данное изобретение является в равной степени применимо и к таким устройствам. Суспензия 3 и зона 10 пены определяют промежуточную поверхность 11 раздела суспензия-пена. Извлекающий лоток 12 предусмотрен для сбора и направления обогащенной минералами пены из емкости 2 наружу.

Устройство 1 содержит также приспособление для диспергирования промывочной жидкости, выполненное в виде рассеивающей перегородки 13 и расположенное непосредственно в зоне 10 пены в непосредственном соприкосновении с ней и наклонную направляющую перегородку 14 для направления движущейся вверх пены в направлении к извлекающему лотку 12. Перегородка 14 соединена с рассеивающей перегородкой и ограничивает внутреннюю периферию зоны 10 пены. Рассеивающая перегородка 13 может быть выполнена плоской или искривленной, пористой или перфорированной. Отверстия 15 (фиг. 2) рассеивающей перегородки 13 могут быть выполнены круглыми или продолговатыми и направлены под различными глами. Плотность отверстий 15 на единицу площади поверхности перегородки 13 может быть различной. Поверхность рассеивающей перегородки 13 ограничена трубопроводом 16 (фиг. 3).

Как показано на фигуре 1 рассеивающая перегородка 13 выполнена в виде гибкой пористой мембраны, закрепленной на опорной пластине 17. Предпочтительным материалом для мембраны является соответствующая перфорированная резина, которая является проницаемой только при ее растяжении под давлением и, как таковая, не создают обычно возможности закупорки пор или протечки, когда подается давление для подачи промывочной воды. Другим преимуществом материала гибкой такого типа является то, что если закупорки происходят, поры могут расширяться под действием промывочной воды, подаваемой под давлением до тех пор, пока закупорка не устранится. Мембрана может содержать армирующие элементы для сохранения ее в заданной форме или заданном профиле. Устройство 1 снабжено трубопроводом 18 для направления промывочной жидкости под давлением между мембраной и опорной пластиной 17 для растяжения мембраны и средством для введения добавок в пену через рассеивающую перегородку 13 для обеспечения извлечения выбранных минералов. Это средство выполнено в виде патрубка 19 (фиг. 2), подсоединенного к трубопроводу 18.

Способ извлечения минералов из суспензии в вышеописанном флотационном устройстве 1 осуществляется следующим образом.

Емкость 2 наполняют суспензией 3, содержащей извлекаемые минералы, до соответствующего уровня, включают мешалку 4 и средство аэрирования суспензии 3 начинает действовать. Аэрирование создает пузырьки 9, которые начинают подниматься на поверхность. Под действием соответствующих химических добавок поднимающиеся пузырьки 9 притягивают предпочтительные гидрофобные виды минералов, благодаря различиям поверхностного давления. Таким образом, минералы прилипают к поднимающимся пузырькам 9, которые флотируют к поверхности, образуя зону 10 обогащенной минералами пены. Когда пузырьки 9 поднимаются, они направляются постепенно наружу по направлению к лотку 12 с помощью направляющей перегородки 14 для создания относительно узкой зоны 10 пены. Как уже отмечалось, существует тенденция попадания нежелательного материала пустой породы в промежуточные пустоты между пузырьками 9, и этот захваченный материал пустой породы также образует часть пены.

Как только зона 10 пены начинает формироваться, подают промывочную воду через трубопровод 18 под давлением между гибкой диффузионной мембраной 13 и прилежащей опорной пластиной 17. Затем промывочная вода собирается за мембраной 13, которая от этого все более растягивается и в растянутом состоянии становится проницаемой, позволяя воде диффундировать через мембрану 13.

Таким образом, пузырьки 20, двигаясь вверх вдоль наклонной направляющей перегородки 14, вступают в прямой контакт с растянутой мембраной 13, и в пену, по этой причине, в возрастающей степени поступает промывочная вода, проникающая через мембрану 13 под действием поверхностного напряжения. Затем поднимающиеся пузырьки транспортируют промывочную воду наверх и наружу, в зону 10 пены. По мере миграции пузырьков пены наружу по направлению к лотку 12, захваченная промывочная вода начинает во все большей степени мигрировать вниз через пену, как показано стрелками 21, вымывая постепенно захваченный материал пустой породы. Операция промывания обеспечивает пропорционально более высокое содержание минерала в концентрате пены, который продолжает двигаться к лотку 12.

Для облегчения извлечения минералов целесообразно также на этой стадии осуществить добавление специальных химикатов в промывочную воду путем их подачи через патрубок в трубопровод 18. Эти реагенты могут подавить или активировать конкретные минералы или группу минералов, присутствующих в зоне пены. Добавление химикатов на этой стадии может существенно уменьшить количество используемых реагентов и существенно улучшить качество полученного концентрата.

Можно заметить, что путем создания промывочной воде возможность диффузировать непосредственно из пористой поверхности мембраны в окружающую пену, исключается необходимость формирования капель и, таким образом, пене не сообщается никакой значительной кинетической энергии. Следовательно, промывочная вода не вызывает разрушения пены и не вызывает, таким образом, потерь полезных минералов, как происходит в известных флотационных устройствах типа распылительных колосников или оросителей. Подобно этому, размеры и распределение пузырьков не подвергаются существенному воздействию, так что добавление промывочной воды практически не оказывает влияния на общий выход продукта. Следует отметить также, что примененный механизм транспортировки, при котором движущиеся пузырьки пены сами транспортируют промывочную воду в зону пены, дает в результате однородное распределение промывочной воды и дает заметное и существенное увеличение общей эффективности процесса. Таким образом, вышеописанные устройство и способ представляет собой коммерчески значительное усовершенствование по сравнению с известными устройствами и способами.

Формула изобретения

1. Флотационное устройство, включающее емкость для размещения суспензии, содержащей минералы, которые необходимо извлечь, средство аэрирования суспензии внутри емкости для создания обогащенной минералами зоны пены поверх суспензии, извлекающий лоток для сбора и направления наружу из емкости обогащенной минералами пены по крайней мере одно приспособление для диспергирования промывочной жидкости, расположенное непосредственно в зоне пены в непосредственном соприкосновении с ней, отличающееся тем, что приспособление для диспергирования промывочной жидкости выполнено в виде рассеивающей перегородки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рассеивающая перегородка выполнена пористой и перфорированной.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что рассеивающая перегородка выполнена в виде гибкой пористой мембраны, укрепленной на опорной пластине.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что проницаемое состояние мембраны обеспечено при ее растяжении.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено трубопроводами для направления промывочной жидкости под давлением между мембраной и опорной пластиной для растяжения мембраны.

6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что мембрана выполнена из перфорированной резины.

7. Устройство по пп.1 6, отличающееся тем, что отверстия рассеивающей перегородки выполнены круглыми или продолговатыми и направлены под различными углами.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что плотность отверстий на единицу площади поверхности перегородки различна.

9. Устройство по пп.1 8, отличающееся тем, что оно снабжено наклонной направляющей перегородкой для направления движущейся вверх пены в направлении к извлекающему лотку.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что наклонная направляющая перегородка соединена по крайней мере частично с рассеивающей перегородкой.

11. Устройство по п.3, отличающееся тем, что мембрана содержит армирующие элементы для сохранения ее в заданной форме или заданном профиле.

12. Устройство по пп.1 11, отличающееся тем, что оно снабжено средством для введения добавок в пену через рассеивающую перегородку для облегчения извлечения выбранных минералов.

13. Устройство по п.1,отличающееся тем, что оно снабжено мешалкой, выполненной в форме перемешивающих лопаток, приводимых во вращательное движение внутри окружающего ее статора с помощью приводного полого вала, расположенного внутри емкости.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что средство аэрирования выполнено в виде канала, расположенного аксиально внутри приводного полого вала для диспергирования воздуха под давлением вблизи мешалки.

15. Устройство по пп.1 14, отличающееся тем, что рассеивающая перегородка выполнена плоской.

16. Устройство по пп.1 15, отличающееся тем, что рассеивающая перегородка выполнена искривленной.

17. Устройство по пп.1 15, отличающееся тем, что поверхность рассеивающей перегородки ограничена одним или более трубопроводами, проходящими через зону пены.

18. Способ извлечения минералов из суспензии, содержащейся в емкости, являющейся частью флотационного устройства, включающий стадии аэрирования суспензии внутри емкости с созданием поверх суспензии зоны пены, обогащенной минералами, введение промывочной жидкости путем вливания непосредственно в зону пены при непосредственном соприкосновении с пеной с вымыванием постепенно захваченного материала пустой породы, сбор обогащенной минералами пены и направление ее наружу из емкости через извлекающий лоток, отличающийся тем, что введение промывочной жидкости производят через рассеивающую перегородку.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что промывочную жидкость вводят между рассеивающей перегородкой и прилегающей опорной пластиной под давлением для усиления движения промывочной жидкости под давлением в зону пены.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что промывочную жидкость вводят через рассеивающую перегородку, содержащую гибкую мембрану, которая является достаточно проницаемой только в растянутом состоянии, при этом производят регулирование потока промывочной жидкости путем создания постоянного давления между рассеивающей перегородкой и опорной пластиной для растягивания мембраны в проницаемое состояние, а для создания возможности релаксации мембраны в достаточно непроницаемое состояние производят уменьшение давления.

21. Способ по пп.18 20, отличающийся тем, что направление пены к извлекающему лотку во время ее подъема внутри емкости производят посредством наклонной направляющей перегородки.

22. Способ по пп.18 20, отличающийся тем, что в пену через рассеивающую перегородку вводят добавки для облегчения извлечения выбранных минералов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3