Ротор флотационной машины
Предложенная группа изобретений относится к устройствам, используемым для перемешивания шлама, находящегося во флотационных машинах. Могут быть использованы для извлечения частиц материала, такого как руда, минералы, металл или иной материал, содержащийся внутри твердого вещества, находящегося во взвешенном состоянии в жидкости шлама или пульпы. Флотационная машина имеет по меньшей мере одну флотационную камеру, каждая из которых включает резервуар, размеры которого позволяют вмещать шлам, содержащий жидкость в смеси с по меньшей мере одним твердым материалом; и ротор, размещенный в резервуаре с возможностью вращения для перемешивания шлама, способствуя образованию пузырьков. Ротор включают корпус, имеющий внутренний канал и нижнее отверстие; несколько внутренних лопастей, прикрепленных к корпусу и расположенных внутри него смежно с внутренним каналом. Внутренние лопасти по меньшей мере частично формируют несколько соединительных каналов внутри корпуса, связанных с внутренним каналом и каждый из которых сформирован внутри корпуса, простираясь от впускного отверстия, сопрягающегося с внутренним каналом внутри корпуса, к выпускному отверстию на наружной поверхности корпуса, так что обеспечивается прохождение шлама, втягиваемого в нижнее отверстие в результате вращения ротора, по внутреннему каналу и его выталкивание из наружной поверхности корпуса через соединительные каналы в местоположениях выше нижнего отверстия. Также ротор содержит несколько наружных лопастей, прикрепленных к корпусу так, что они вращаются при вращении корпуса, расположенных над нижнем отверстием и простирающихся в направлении наружу от наружной поверхности корпуса и от выпускных отверстий соединительных каналов. Корпус также включает проходные каналы, отделенные от соединительных каналов. Каждый из проходных каналов имеет впускное отверстие для приема по меньшей мере одного газа и выпускное отверстие для выпуска по меньшей мере одного газа, поступившего через впускное отверстие. Выпускное отверстие каждого проходного канала находится на расстоянии от выпускных отверстий других проходных каналов и располагается в корпусе между непосредственно соседними наружными лопастями. Технический результат – повышение извлечения минералов. 6 н. и 26 з.п. ф-лы, 9 ил.
Ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка притязает на приоритет заявки US 13/535566, зарегистрированной 28 июня 2012 г. и целиком включенной в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам и способам, используемым для перемешивания шлама, находящегося во флотационных машинах. Одним из примеров флотационных машин является машина, в которой одна или более флотационных камер, включающих резервуары, в которых находится шлам, или пульпа, используются для извлечения частиц материала, такого как руда, минералы, металл или иной материал, содержащийся внутри твердого вещества, находящегося во взвешенном состоянии в жидкости шлама, или пульпы.
Уровень техники
Флотационные машины часто содержат резервуар, в котором находится шлам, или пульпа. Примеры таких машин представлены в патентах US 4425232, 4800017 и 5205926, целиком включенных в настоящую заявку посредством ссылки. Шлам, находящийся в таких резервуарах, может включать твердый материал (например, руду или минералы), находящийся в смеси с жидкостью, например водой. Например, материал, присутствующий в шламе, может включать частицы медьсодержащих минералов, угля, железистых минералов, фосфатной породы, углекислого калия, кремнезема, сульфидов цветных металлов или благородного металла.
Шлам, находящийся в резервуаре, может быть подвергнут аэрации с целью образования флотационной пены и получения взвеси твердых частиц в этой пене. Флотационная пена представляет собой большое количество пузырьков, образующихся у поверхности шлама, находящегося в резервуаре. Например, пузырьки/пену можно получить путем обеспечения принудительного или, в альтернативном варианте, естественного притока воздуха. Резервуары имеют такую конструкцию, что флотационная пена, содержащая твердые частицы, может пройти в один или более желобов, примыкающих к резервуарам, для отделения ценных минералов от жидкости и остального материала. Следует иметь в виду, что после попадания материала в один или более желобов он может быть подвергнут дальнейшей обработке для извлечения требуемой составляющей этого материала.
В каждой флотационной камере флотационной машины может быть размещен ротор для перемешивания шлама с целью формирования воздушных пузырьков, которые захватывают частицы и поднимают их к поверхности шлама, где образуется флотационная пена. Воздух может принудительно подаваться через ротор на соседние лопасти, расположенные в нижней части ротора, который вращается таким образом, что воздух смешивается со шламом, в результате чего формируются пузырьки, а над шламом, находящимся в резервуаре, образуется флотационная пена. Полученную таким путем пену бывает, однако, трудно сохранить, если только ротор не вращается сравнительно быстро и не имеет сравнительно больших размеров. Эти ограничения, налагаемые на размеры и скорость, увеличивают затраты на изготовление и эксплуатацию таких флотационных машин.
Кроме того, такие роторы обычно включают лопасти, создающие резкий скачок скорости в выходящем потоке шлама, на что уходит сравнительно большое количество энергии, используемой для вращения ротора, но что не обеспечивает сколь-нибудь значимого улучшения параметров образования флотационной пены. Эта особенность данной конструкции тоже повышает затраты, связанные с эксплуатацией флотационных машин.
Существует потребность в новой конструкции роторов для флотационных камер флотационных машин. Желательно, чтобы эта новая конструкция роторов обеспечивала снижение затрат на изготовление роторов и эксплуатационных затрат, связанных с движением роторов в процессе работы флотационных камер. Кроме того, желательно, чтобы новая конструкция роторов обеспечивала улучшение их характеристик в отношении образования ими пузырьков по сравнению с роторами обычных конструкций.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагаются флотационная машина и ротор флотационной машины, обеспечивающие улучшение характеристик в отношении извлечения минералов и снижение эксплуатационных затрат по сравнению с обычными конструкциями.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения флотационная машина включает по меньшей мере одну флотационную камеру. Каждая флотационная камера включает резервуар, размеры которого позволяют вмещать шлам, содержащий жидкость в смеси с по меньшей мере одним твердым материалом, а также включает ротор, расположенный в этом резервуаре и вращающийся для перемешивания шлама с целью формирования пузырьков. Ротор включает корпус с простирающимися наружу от него наружными лопастями, внутренний канал, внутренние лопасти, расположенные рядом с внутренним каналом, и несколько соединительных каналов, связанных с внутренним каналом. Каждый из соединительных каналов простирается от внутреннего канала до наружной поверхности корпуса, так что шлам, втягиваемый в отверстие корпуса в результате вращения ротора, проходит по внутреннему каналу и выталкивается, или выпускается, из наружной поверхности через соединительные каналы.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения ротор флотационной машины включает ротор, расположенный в резервуаре и вращающийся для перемешивания шлама с целью формирования аэрированного потока, используемого для образования флотационной пены. Ротор прикреплен к валу и включает корпус с рядом простирающихся наружу от него наружных лопастей. Каждая из наружных лопастей имеет наружную кромку, которая простирается по направлению от корпуса от верхней части ротора до наиболее удаленного участка, расположенного под верхней частью ротора. От этого наиболее удаленного участка наружная кромка простирается по направлению к корпусу до нижней части ротора. Нижняя часть ротора расположена под наиболее удаленным участком простирания наружной кромки и находится ближе к корпусу относительно наиболее удаленного участка наружной кромки.
В настоящем изобретении также предлагаются различные варианты осуществления ротора для флотационных машин. В одном из таких вариантов осуществления ротор включает корпус с простирающимися наружу от него наружными лопастями, внутренний канал, внутренние лопасти, расположенные рядом с внутренним каналом, и несколько соединительных каналов, связанных с внутренним каналом. Каждый из соединительных каналов простирается от внутреннего канала до наружной поверхности корпуса, так что шлам, втягиваемый в отверстие корпуса в результате вращения ротора, последовательно проходит по внутреннему каналу и выталкивается, или выпускается, из наружной поверхности через соединительные каналы.
Корпус ротора может также включать проходные каналы для приема по меньшей мере одного газа, такого как воздух. Каждый из этих проходных каналов может включать впускное отверстие для приема по меньшей мере одного газа и выпускное отверстие для выпуска этого по меньшей мере одного газа, поступившего через впускное отверстие. Выпускное отверстие каждого проходного канала находится на некотором расстоянии от выпускных отверстий других проходных каналов. Выпускное отверстие каждого проходного канала может располагаться в корпусе между непосредственно соседними наружными лопастями. Наружные лопасти находятся на некотором расстоянии друг от друга вдоль наружной поверхности корпуса ротора, а внутренние лопасти находятся на некотором расстоянии друг от друга и по меньшей мере частично определяют проходные каналы.
Корпус ротора может быть выполнен таким образом, что внутренние и наружные лопасти составляют с корпусом единое целое или крепятся к последнему. В одном варианте осуществления внутренние лопасти могут быть сформированы при изготовлении корпуса ротора методом литья из металла или пластмассы, а наружные лопасти могут быть приварены к корпусу ротора или тоже сформированы при изготовлении корпуса ротора методом литья из металла или пластмассы. Наружные лопасти могут быть смещены относительно внутренних лопастей. В некоторых вариантах осуществления корпус может быть выполнен таким образом, что газ в его внутренний канал не поступает.
В других вариантах осуществления ротора для флотационных машин может быть предусмотрено несколько наружных лопастей, простирающихся наружу от корпуса. Каждая из наружных лопастей имеет наружную кромку, которая простирается по направлению от корпуса от верхней части ротора до наиболее удаленного участка, расположенного под верхней частью ротора. От этого наиболее удаленного участка наружная кромка простирается по направлению к корпусу до нижней части ротора. Нижняя часть ротора расположена под наиболее удаленным участком простирания наружной кромки и находится ближе к корпусу относительно этого наиболее удаленного участка.
Наружные кромки наружных лопастей могут быть криволинейными. В некоторых вариантах осуществления ротора наружные кромки определяют плавные наружные поверхности наружных лопастей и по меньшей мере частично определяют форму наружных лопастей, так что каждая из наружных лопастей в целом имеет форму половины сердца. Ротор может также содержать одно или более выпускных отверстий для выпуска воздуха. Каждое выпускное отверстие может располагаться между непосредственно соседними наружными лопастями.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения нижняя часть ротора представляет собой его днище, а наружные лопасти имеют такие размеры и форму, что ротор обеспечивает подавление резкого скачка скорости в выходящем потоке перемешиваемого шлама, обусловленного вращением ротора. В предпочтительном варианте осуществления ротор имеет такую форму, что вращение ротора в установившемся режиме характеризуется однородным профилем турбулентности внутри шлама.
Прочие детали, объекты и преимущества настоящего изобретения будут ясны из приведенного ниже описания некоторых представленных предпочтительных вариантов его осуществления и некоторых представленных предпочтительных способов его практического применения.
Краткое описание чертежей
На приложенных чертежах представлены предпочтительные варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением флотационных машин, в которых используются роторы, соответствующие настоящему изобретению и вращающиеся для образования флотационной пены в флотационных камерах таких машин. Кроме того, представлены различные варианты осуществления роторов и способы их изготовления и использования. Следует иметь в виду, что одинаковые ссылочные номера, использованные на этих чертежах, могут обозначать одинаковые компоненты. На чертежах показано:
фиг. 1 - схематическое изображение (вид сверху) флотационной машины, которая представлена в качестве примера и в которой могут быть использованы роторы, соответствующие одному или более вариантов осуществления настоящего изобретения,
фиг. 2 - схематическое изображение (вид сверху) другой флотационной машины, которая представлена в качестве примера и в которой могут быть использованы роторы, соответствующие одному или более вариантов осуществления настоящего изобретения,
фиг. 3 - перспективное изображение ротора, соответствующего первому примеру осуществления настоящего изобретения,
фиг. 4 - перспективное изображение ротора, соответствующего первому примеру осуществления настоящего изобретения и представленного в поперечном разрезе вдоль линии IV-IV, показанной на фиг. 3,
фиг. 5 - перспективное изображение ротора, соответствующего первому примеру осуществления настоящего изобретения и представленного в поперечном разрезе вдоль линии V-V, показанной на фиг.3 (буквами обозначены потоки шлама и газа, создаваемые ротором при его вращении),
фиг. 6 - перспективное изображение ротора, соответствующего второму примеру осуществления настоящего изобретения,
фиг. 7 - перспективное изображение (вид сбоку) ротора, соответствующего второму примеру осуществления настоящего изобретения,
фиг. 8 - схематическое изображение (вид сбоку) ротора, соответствующего второму примеру осуществления настоящего изобретения (буквами обозначены потоки шлама и газа, создаваемые ротором при его вращении),
фиг. 9 - график, иллюстрирующий криволинейный путь, определяемый наружными кромками наружных лопастей ротора, соответствующего второму примеру осуществления настоящего изобретения (значения x и y на графике нормализованы по радиусу ротора).
Подробное описание осуществления изобретения
На фиг. 1 и 2 показана флотационная машина 1, используемая для извлечения минералов из шлама и включающая ряд флотационных камер 2. Количество флотационных камер, используемых в флотационной машине 1, соответствующей различным вариантам осуществления настоящего изобретения, может варьироваться от одной камеры до большого числа таких камер. Количество камер, необходимое для какой-либо конкретной флотационной машины, может зависеть от технических требований по извлечению минералов или иных материалов, которым должна удовлетворять проектируемая флотационная машина. В некоторых вариантах осуществления флотационная машина может представлять собой флотационную колонну.
Например, флотационная машина может включать ряд камер, таких как камеры Dorr-Oliver®, предназначенные для извлечения мелких частиц, и камеры WEMCO® или MixedRow™, расположенные в технологической линии до или после камер Dorr-Oliver® и предназначенные для извлечения более крупных, например средних, частиц. Следует, конечно, иметь в виду, что в качестве замены упомянутым выше камерам Dorr-Oliver®, WEMCO® и MixedRow™ могут быть использованы камеры других типов.
Каждая флотационная камера 2 содержит резервуар 3, внутри которого находится шлам, называемый также пульпой. Форма резервуара 3 может быть разной: например, каждый резервуар может быть выполнен в виде большой прямоугольной или в целом цилиндрической емкости, как описано в патенте US 5205926 (целиком включенном в настоящую заявку посредством ссылки).
Загрузочный бункер 13 может примыкать к одной или более флотационных камер 2. В этом бункере происходит смешивание материала с жидкостью для образования шлама, или пульпы, после чего эта смесь подается в резервуары 3 камер 2. Жидкость может представлять из себя воду, рассол или какой-либо раствор. Материал, смешиваемый с жидкостью, может включать горную породу в виде скальных обломков или грунта, содержащую один или более минералов или металлов, которые требуется извлечь из этого материала.
Флотационная пена образуется в резервуаре над находящимся в нем шламом с помощью вращательного механизма 8, расположенного в резервуаре 3 флотационной камеры. Вращательный механизм 8 может включать вал (стойку), прикрепленный к ротору. Через вал и ротор может нагнетаться воздух или другой газ либо смесь газов. Выходящий из ротора воздух способствует перемешиванию шлама и формированию пузырьков. В зависимости от положения вала ротор может находиться вблизи дна резервуара, у дна резервуара или в другом положении внутри резервуара, требуемом для формирования пузырьков, достаточного для образования флотационной пены в процессе извлечения конкретного минерала, на который рассчитана флотационная камера данной флотационной машины. Вал может представлять собой часть приводного механизма или крепиться к приводному механизму, вращаясь и вращая ротор для перемешивания шлама в резервуаре с целью формирования пузырьков. Ротор вращательного механизма 8 может иметь любую из нескольких конструкций, более подробно описанных ниже со ссылками на фиг. 3-8. Формируемые в резервуаре пузырьки всплывают вверх и аккумулируются на поверхности шлама, образуя флотационную пену. При образовании флотационной пены на поверхности шлама содержащаяся в последнем вода или другая жидкость часто стекает в него обратно. Когда твердые частицы, содержащиеся в шламе, захватываются пузырьками, образующими пену, эту пену называют флотационной пеной.
Желоба 6 могут располагаться на верхних отогнутых кромках резервуаров или примыкать к этим кромкам по периметру (по меньшей мере с некоторых сторон) каждого резервуара 3 каждой флотационной камеры 2 для приема флотационной пены, переливающейся через края резервуара. В желобах 6 предусмотрены сливные отверстия 7 для слива флотационной пены, оказавшейся в желобах. Сливаемая пена может быть затем подвергнута обработке с целью сепарации мелких частиц материала, содержащегося в этой пене, для выделения, или извлечения требуемой составляющей этого материала, например металла, минерала и т.п.Поперечный желоб 5 может располагаться между соседними флотационными камерами 2, отделяя их друг от друга.
На фиг. 3-5 представлен один из вариантов осуществления ротора 21, который может быть использован в флотационной машине, включающей этот ротор 21 в различных вариантах ее осуществления. Ротор 21 содержит корпус 22, размеры и конфигурация верхней части которого обеспечивают крепление к валу вращательного механизма 8. Корпус 22 включает простирающиеся от него наружные лопасти 24. Наружные лопасти могут представлять собой такие конструктивные элементы как выступающие стенки, пластины или профилированные ребра, перемешивающие шлам в резервуаре при вращении ротора 21. Наружные лопасти 24 могут быть сформированы на корпусе, приклеены к корпусу, отлиты вместе с корпусом, неразъемно встроены в корпус либо иным образом соединены с корпусом посредством одного или более способов крепления, например сварки, клепки и т.д.
Корпус 22 ротора 21 может быть выполнен из металла и содержит отверстие 26, сформированное в его нижней части под наружными лопастями 24 или рядом с нижней частью последних. В корпусе 22 сформирован внутренний канал 27, связанный с отверстием 26, так что шлам может проходить сквозь отверстие 26 во внутренний канал 27. К корпусу 22 прикреплено несколько внутренних лопастей 25. Например, внутренние лопасти 25 могут крепиться таким образом, что они представляют с корпусом 22 единое целое или установлены в корпусе 22. Внутренние лопасти 25 располагаются рядом с внутренним каналом 27 или во внутреннем канале 27. Внутренние лопасти могут представлять собой такие конструктивные элементы как пластины, выступающие вовнутрь стенки или другие детали, расположенные рядом с внутренним каналом и создающие усилие нагнетания или перепад давления для втягивания шлама во внутренний канал 27 через отверстие 26 и выхода его из соединительных каналов 28 во время вращения ротора 21.
Соединительные каналы 28 выполнены в корпусе 22 и по меньшей мере частично определяются последним. Наряду с участками корпуса 22, соединительные каналы 28 также частично определяются непосредственно соседними внутренними лопастями 25. Например, непосредственно соседние внутренние лопасти 25а и 25b в сочетании с корпусом 22 определяют соединительный канал 28а как показано на фиг.4. Следует иметь в виду, что внутренние лопасти 25 считаются непосредственно соседними, если между двумя соседними внутренними лопастями отсутствует другая внутренняя лопасть, расположенная в непосредственной близости к периферии или вдоль внутренней окружности 27. Соединительные каналы 28 связаны с внутренним каналом 27, так что шлам, проходящий во внутренний канал 27 через отверстие 26, проходит из внутреннего канала 27 во впускные участки соединительных каналов 28 и выталкивается из выпускных участков каналов 28, расположенных на наружной поверхности корпуса 22 ротора 21. Впускные участки соединительных каналов могут сопрягаться с внутренним каналом 27, а выпускные участки могут быть сформированы в корпусе 22 ротора и выходить на его наружную поверхность. Каждый из выпускных участков соединительных каналов 28 в предпочтительном варианте осуществления располагается над наружными лопастями 24.
Корпус 22 ротора 21 также включает несколько проходных каналов 31, размеры которых позволяют принять воздух или другой газ, нагнетаемый через вал, прикрепленный к ротору 21, для вытеснения из корпуса 22 ротора посредством наружных лопастей 24. Проходные каналы 31 включают впускное отверстие для поступления воздуха и сформированы в корпусе 22 ротора 21 таким образом, что поступивший воздух проходит по этим каналам 31 и выходит из их выпускных отверстий 29. Выпускные отверстия 29 в предпочтительном варианте осуществления располагаются на некотором расстоянии друг от друга, причем каждое выпускное отверстие 29 в предпочтительном варианте осуществления располагается между двумя непосредственно соседними наружными лопастями 24. Например, как показано на фиг.3, лопасти 24а и 24b можно считать непосредственно соседними. Следует иметь в виду, что наружные лопасти 24 считаются непосредственно соседними, если между двумя соседними наружными лопастями отсутствует другая наружная лопасть, расположенная вдоль периферии корпуса 22 ротора.
Размеры и форму наружных лопастей 24, внутренних лопастей 25 и корпуса 22 ротора можно выбрать таким образом, чтобы вращение ротора приводило к образованию шламовых потоков А и В (фиг. 5). Воздух проходит через проходные каналы 31 таким образом, что образуется воздушный поток, движущийся вдоль пути С, показанного на фиг. 5. Воздух не может смешиваться со шламом, поток В которого проходит по внутреннему каналу 27 и соединительным каналам 28. Шлам, выходящий из соединительных каналов, вытесняется в пространство над смесью шлама и воздуха, образуемой воздушным потоком С, выходящим из выпускных отверстий 29, и шламовым потоком А, возникающим при вращении наружных лопастей 24. Поскольку воздушный поток С оказывается между шламовыми потоками А и В, большие газовые пузырьки не получают возможности выхода и разбиваются на более мелкие пузырьки, сталкивающиеся с частицами в шламовых потоках А и В. Такая слоистая среда, образуемая шламовыми потоками А и В и воздушным потоком С, создается ротором 21 и может называться "воздушным сэндвичем".
Таким образом, шламовый поток В является более плотным, поскольку он не смешивается непосредственно с воздухом как шламовый поток А, который создается наружными лопастями 24, тогда как воздух выходит из выпускных отверстий 29, расположенных между непосредственно соседними наружными лопастями 24. В вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых шламовый поток В выталкивается из соединительных каналов 28 над воздушным потоком С, выходящим из выпускных отверстий 29, и шламовым потоком А, создаваемым вследствие вращения наружных лопастей 24, ротор инициирует возникновение неустойчивости Рэлея-Тейлора, что обусловливает более интенсивное смешивание шлама и газа. Кроме того, небольшие пузырьки, которые могли бы рециркулировать обратно в ротор, с большей вероятностью будут втягиваться внутрь по соединительным каналам 28 и внутреннему каналу 27, что может повысить объем нагнетания, поскольку предполагается, что в эти каналы 28 и 27 будет втягиваться только шлам.
Форма и конструктивные особенности ротора 21 позволяют придать ему меньшие, чем у роторов обычных конструкций, размеры (диаметр). Наряду с этим (или в качестве альтернативы этому), этот ротор можно вращать со скоростью, которая меньше скорости роторов обычных конструкций, благодаря улучшенным гидродинамическим характеристикам и параметрам перемешивания, обеспечиваемым ротором 21 в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Кроме того, этот ротор может обеспечивать улучшенную, по сравнению с роторами обычных конструкций, кинетику флотации благодаря по меньшей мере частичному использованию нескольких шламовых потоков, образующихся при вращении внутренних 25 и наружных 24 лопастей ротора 21.
Было установлено, что ротор 21 в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению обеспечивает существенно большие возможности для извлечения минералов в процессе работы флотационной машины. Испытание, проведенное с использованием ротора 21 в одном из вариантов осуществления, продемонстрировало значительный рост количества минералов, извлекаемых из шламов конкретного типа, находящихся в резервуаре флотационной камеры, по сравнению с такой же камерой, в которой для извлечения минералов используется ротор обычной конструкции. Было установлено, что ротор 21 в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению является особенно эффективным при обработке минералсодержащих шламов в условиях, которые, как правило, затрудняют их извлечение с помощью флотационных машин, в которых используются роторы обычной конструкции. Например, было установлено, что этот ротор в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению является особенно эффективным для формирования небольших пузырьков, что увеличивает количество мелких частиц минералов, извлекаемых из шлама, находящегося в флотационной камере. Предполагается, что улучшение эксплуатационных характеристик флотационных камер, обеспечиваемое ротором 21 в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению, позволяет изготавливать роторы 21 с диаметрами, которые меньше диаметров роторов обычной конструкции, что может способствовать дальнейшему снижению затрат, связанных с производством и эксплуатацией роторов.
На фиг. 6-9 представлен другой вариант осуществления ротора 41, который может быть применен во вращательном механизме 8, используемым в флотационных машинах. Ротор 41 содержит выполненный из металла корпус 42, размеры и конфигурация верхней части 44 которого обеспечивают крепление к валу 61 вращательного механизма 8, и центральный воздуховод 45 для приема воздуха или газа, который может проходить сквозь вал, к которому прикреплен ротор. Воздуховод 45 можно также рассматривать как центральный, соединительный или проходной канал. Воздух проходит по воздуховоду 45 и выходит через одно или более выпускных отверстий 46, сформированных в корпусе 42 ротора. В предпочтительном варианте осуществления предусмотрено выпускное отверстие, расположенное между непосредственно соседними наружными лопастями 48, простирающимися от корпуса 42 ротора.
Наружные лопасти 48 могут быть сформированы на корпусе, приклеены к корпусу, отлиты вместе с корпусом, неразъемно встроены в корпус либо иным образом соединены с корпусом посредством одного или более способов крепления, например сварки, клепки и т.д. Наружные лопасти 48 могут представлять собой такие конструктивные элементы как стенки или профилированные ребра, перемешивающие шлам при вращении ротора 41.
Каждая из наружных лопастей 48 имеет наружную кромку 49. Как показано на фиг. 6-9, наружная кромка 49 проходит по направлению от корпуса от своего верхнего участка 50, примыкающего к верхней части корпуса 42 ротора, до наиболее удаленного участка 51. Это простирание наружу от верхнего участка 50, примыкающего к корпусу 42 ротора, до наиболее удаленного участка 51 должно определяться кривой, проходящей до участка, расположенного ниже верхнего участка 50. Расположение этого участка должно быть таким, чтобы общая высота части наружной лопасти 48, простирающейся от наиболее удаленного участка 51 до верхнего участка 50, составляла по меньшей мере 30% от общей высоты Н наружной лопасти 48. От наиболее удаленного участка 51 наружная кромка 49 проходит в целом по направлению к корпусу до нижнего участка 53 и наиболее приближенного участка 55, примыкающего к корпусу 42 ротора. Общая высота части наружной лопасти, простирающейся от наиболее удаленного участка 51 до нижнего участка 53, должна составлять по меньшей мере 50% от высоты Н наружной лопасти 48. Высота части наружной лопасти 48, простирающейся от нижнего участка 53 до наиболее приближенного участка 55 наружной кромки 49, должна составлять 20% или менее от общей высоты Н наружной лопасти 48. В предпочтительном варианте осуществления наружная кромка 49 является криволинейной и определяет фигуру, имеющую в целом форму половины сердца (фиг. 6, 7 и 8). Подразумевается, что форма "половина сердца" представляет собой в целом форму наружных лопастей 48 как это показано на фиг. 6-9.
Верхний участок 50 наружной кромки сходит на конус по направлению к корпусу 42 ротора, а нижний участок наружной кромки 49 располагается ниже наиболее удаленного участка 51 и тоже сходит на конус по направлению к корпусу 42 ротора. Поэтому средняя часть 48а каждой наружной лопасти 48, которая включает наиболее удаленный участок 51, имеет большую ширину, чем верхняя 48b и нижняя 48 с части наружной лопасти 48. Следует иметь в виду, что верхний участок 50 наружной кромки 49 может представлять собой одну из областей верхней части 48b, а нижний участок 53 и внутренний участок 55 наружной кромки 49 могут представлять собой области нижней части 48 с.
Форма наружной кромки 49 каждой наружной лопасти может определяться как криволинейный путь, вдоль которого простирается эта наружная кромка. Как показано на фиг.9, криволинейный путь простирания наружных кромок 49 может определяться рядом уравнений для различных значений параметров x и y, используемых в формуле. Значения параметров x и y нормализованы по радиусу ротора. Например, верхний участок 50 наружной кромки 49, который обозначен на фиг.9 как Участок 1, определяется формулой:
Значение x для верхнего участка 50 находится в диапазоне 0-0,7 и может определять высоту и ширину верхней части 48b наружной лопасти.
Наиболее удаленный участок 51 наружной кромки 49 простирается на некоторое расстояние, или высоту, и определяет часть известной высоты наружной кромки 49, находящуюся в наиболее удаленном положении. Наиболее удаленный участок 51 обозначен на фиг. 9 как Участок 2. Значение y равно 1 для значений x в диапазоне 0,7-0,96, которые определяют высоту средней части 48а наружной лопасти.
Нижний участок наружной кромки 49 каждой наружной области, обозначенный на фиг. 9 как Участок 3, определяется формулой:
Значения параметров хну нормализованы по радиусу ротора. Значение x для нижнего участка наружной кромки, простирающегося от наиболее удаленного участка 51 до внутреннего участка 55, находится в диапазоне 0,96-1,37 и может определять высоту и ширину нижней части 48 с наружной лопасти.
Следует иметь в виду, что значения x в приведенных выше формулах могут определять высоту, а значения y - ширину наружных лопастей, нормализованные по максимальному радиусу ротора, который представляет собой радиус, измеренный в наиболее удаленном участке 51 наружной лопасти. Высота наиболее удаленного участка 51 наружной кромки может составлять 18,9% от общей высоты наружной лопасти и определяет среднюю часть 48а последней. Высота верхнего участка 50, сходящего на конус от верхней части наружной лопасти до самой высокой точки наиболее удаленного участка 51 наружной кромки 49, может составлять 51,1% от общей высоты наружной лопасти и определяет верхнюю часть 48b последней. Нижний участок наружной кромки, сходящий на конус по направлению к корпусу от самой низкой точки наиболее удаленного участка 51 наружной кромки, может простираться из этой точки в целом по направлению к корпусу (фиг. 6-9) на 29,3% от высоты наружной лопасти и определяет нижнюю часть 48 с последней.
Как показано на фиг.8, вращение ротора 41 приводит к образованию шламового потока D, выталкиваемого наружу средними частями 48а наружных лопастей 48 и газом, выходящим из выпускных отверстий 46, так что шламовый поток Е отбрасывается от ротора и вала 61 дальше, чем потоки, создаваемые роторами обычных конструкций. Конусность и значительная ширина средних частей 48а наружных лопастей способствуют рассеиванию газово-шламовой струи, образующейся в результате выхода газа из выпускных отверстий 46 и вращения наружных лопастей 48, так что эта струя распространяется на гораздо большую область, чем в случае обычных конструкций, благодаря чему вращение ротора в установившемся режиме характеризуется однородным профилем турбулентности. Однородный профиль турбулентности повышает диспергирование газа, создает более благоприятные условия для столкновения пузырьков и частиц и снижает вероятность их отделения друг от друга. Кроме того, происходит подавление скачка скорости в выходящем потоке Е. Это представляет собой благоприятный фактор, поскольку скачок скорости, характерный для роторов обычной конструкции, имеет своим следствием затраты энергии, но мало способствует улучшению параметров флотации.
Было установлено, что ротор 41 в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению характеризуется существенно меньшим потреблением энергии, чем роторы обычных конструкций. Действительно, сравнительные результаты испытаний, проведенных с ротором 41 в одном из вариантов осуществления и роторами обычных конструкций, показали значительно меньшее потребление энергии в случае ротора 41 по сравнению с роторами обычных конструкций, что дает существенное снижение эксплуатационных затрат, связанных с работой ротора и флотационной камеры, в которой используется этот ротор. Кроме того, испытание показало, что ротор 41 в различных вариантах осуществления обеспечивает увеличение количества крупных частиц, извлекаемых из шлама в флотационной камере, сравнительно с роторами обычных конструкций.
Следует отметить, что в представленные выше варианты осуществления ротора и флотационной машины могут быть внесены многочисленные изменения в пределах объема настоящего изобретения, охватываемого приведенной ниже формулой изобретения. Например, резервуары флотационных камер могут иметь любые формы и размеры из целого ряда различных вариантов. В качестве другого примера можно упомянуть, что тип материала, извлекаемого в камерах флотационной машины, может быть любым из целого ряда различных минералов или металлов, таких как, например, медь, железо, уголь, металл с обычными свойствами, металл со специальными свойствами, другие минералы или типы металлов. В другом примере вал, используемый для вращения ротора, может представлять собой любой элемент из ряда вращаемых конструктивных элементов, таких как штанги или оси, являющиеся частью вращательного механизма, используемого для вращения ротора. В другом примере, как будет ясно специалистам, обладающим по меньшей мере средней компетентностью в данной области, можно использовать различные типы реагентов, флотационных подавителей/активаторов, различные уровни pH, различные коллекторы, вспенивающие реагенты или модифицирующие добавки в шламе по мере необходимости с целью выполнения различных технических требований, связанных с извлечением материала, или других конструктивных требований. Еще в одном примере количество наружных лопастей ротора в каком-либо варианте осуществления может быть равно двум, пяти, семи, восьми или любому другому числу больше двух в соответствии с необходимостью выполнения одного или более конструктивных требований. Аналогичным образом, количество внутренних лопастей используемого ротора в каком-либо варианте осуществления может быть любым в соответствии с необходимостью выполнения одного или более конструктивных требований. В другом примере корпус ротора и наружные и внутренние лопасти могут быть выполнены из металла, такого как сталь или какой-либо сплав, либо из другого материала, признанного подходящим для выполнения конкретных конструктивных требований.
Хотя в приведенном выше описании представлены и проиллюстрированы некоторые существующие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, относящиеся к флотационным машинам, роторам и способам их изготовления и использования, необходимо ясно понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления, а может быть иными и разнообразными способами осуществлено и реализовано на практике в пределах его объема, охватываемого приложенной формулой изобретения.
1. Флотационная машина, имеющая по меньшей мере одну флотационную камеру, каждая из которых включает резервуар, размеры которого позволяют вмещать шлам, содержащий жидкость в смеси с по меньшей мере одним твердым материалом; и ротор, размещенный в резервуаре с возможностью вращения для перемешивания шлама, способствуя образованию пузырьков, и включающий:
корпус, имеющий внутренний канал и нижнее отверстие;
несколько внутренних лопастей, прикрепленных к корпусу и расположенных внутри него смежно с внутренним каналом, причем внутренние лопасти по меньшей мере частично формируют несколько соединительных каналов внутри корпуса, связанных с внутренним каналом и каждый из которых сформирован внутри корпуса, простираясь от впускного отверстия, сопрягающегося с внутренним каналом внутри корпуса, к выпускному отверстию на наружной поверхности корпуса, так что обеспечивается прохождение шлама, втягиваемого в нижнее отверстие в результате вращения ротора, по внутреннему каналу и его выталкивание из наружной поверхности корпуса через соединительные каналы в местоположениях выше нижнего отверстия; и
несколько наружных лопастей, прикрепленных к корпусу так, что они вращаются при вращении корпуса, расположенных над нижним отверстием и простирающихся в направлении наружу от наружной поверхности корпуса и от выпускных отверстий соединительных каналов,
при этом корпус также включает проходные каналы, отделенные от соединительных каналов, и каждый из проходных каналов имеет впускное отверстие для приема по меньшей мере одного газа и выпускное отверстие для выпуска по меньшей мере одного газа, поступившего через впускное отверстие, причем выпускное отверстие каждого проходного канала находится на расстоянии от выпускных отверстий других проходных каналов и располагается в корпусе между непосредственно соседними наружными лопастями.
2. Флотационная машина по п. 1, в которой наружные лопасти расположены на расстоянии друг от друга вдоль наружной поверхности корпуса ротора, а внутренние лопасти расположены на расстоянии друг от друга и определяют соединительные каналы.
3. Флотационная машина по п. 1, в которой наружные лопасти расположены так, что они смещены относительно внутренних лопастей.
4. Флотационная машина по п. 1, содержащая вал, расположенный по меньшей мере частично в резервуаре, причем ротор крепится к валу.
5. Флотационная машина по п. 1, где упомянутый по меньшей мере один газ является воздухом.
6. Флотационная машина по п. 1, в которой корпус ротора сформирован так, что внутренние и наружные лопасти составляют с корпусом единое целое или внутренние лопасти неразъемно крепятся к корпусу, а каждая из наружных лопастей крепится к корпусу посредством по меньшей мере одного крепежного механизма, и при этом наружные лопасти простираются в направлении наружу горизонтально от выпускных отверстий соединительных каналов,
7. Флотационная машина по п. 1, в которой корпус выполнен так, что во внутренний канал не нагнетается какой-либо воздух или газ из проходных каналов в соединительные каналы и не нагнетается какой-либо воздух или газ из проходных каналов во внутренний канал.
8. Ротор для флотационной машины, включающий:
корпус, имеющий нижнее отверстие и внутренний канал внутри корпуса;
несколько внутренних лопастей, прикрепленных к корпусу и расположенных внутри него смежно с внутренним каналом, причем внутренние лопасти по меньшей мере частично формируют несколько соединительных каналов внутри корпуса, связанных с внутренним каналом для приема из него шлама, причем каждый из соединительных каналов простирается от впускного отверстия, сопрягающегося с внутренним каналом, к выпускному отверстию на наружной поверхности корпуса, так что обеспечивается прохождение шлама, втягиваемого в нижнее отверстие корпуса, во внутренний канал в результате вращения ротора, а затем его выход из внутреннего канала и выталкивание из наружной поверхности корпуса выше нижнего отверстия через соединительные каналы; и
несколько наружных лопастей, прикрепленных к корпусу и простирающихся в направлении наружу от наружной поверхности корпуса и от выпускных отверстий соединительных каналов,
при этом корпус также включает проходные каналы, каждый из которых имеет впускное отверстие для приема воздуха или по меньшей мере одного газа и выпускное отверстие для выпуска воздуха или по меньшей мере одного газа, поступившего через впускное отверстие, причем выпускное отверстие каждого проходного канала находится на расстоянии от выпускных отверстий других проходных каналов и располагается в корпусе между непосредственно соседними наружными лопастями.
9. Ротор по п. 8, в котором наружные лопасти расположены на расстоянии друг от друга вдоль наружной поверхности корпуса ротора, а внутренние лопасти находятся на расстоянии друг от друга и определяют проходные каналы внутри корпуса.
10. Ротор по п. 8, в котором наружные лопасти расположены так, что они смещены относительно внутренних лопастей.
11. Ротор по п. 8, в котором корпус ротора сформирован так, что внутренние и наружные лопасти составляют с корпусом единое целое или внутренние лопасти неразъемно крепятся к корпусу, а каждая из наружных лопастей крепится к корпусу посредством по меньшей мере одного крепежного механизма, и при этом наружные лопасти простираются в направлении наружу горизонтально от выпускных отверстий соединительных каналов.
12. Ротор по п. 8, в котором корпус выполнен так, что во внутренний канал не нагнетается какой-либо воздух или газ из проходных каналов в соединительные каналы и не нагнетается какой-либо воздух или газ из проходных каналов во внутренний канал, при вращении ротора.
13. Флотационная машина, имеющая по меньшей мере одну флотационную камеру, каждая из которых включает:
резервуар, размеры которого позволяют вмещать шлам, содержащий жидкость в смеси с по меньшей мере одним твердым материалом; и
ротор, размещенный в этом резервуаре с возможностью вращения для перемешивания шлама, способствуя формированию аэрированного потока, используемого для образования флотационной пены, прикрепленный к валу и имеющий корпус и несколько наружных лопастей, каждая из которых простирается вдоль высоты лопатки в направлении наружу от наружной поверхности корпуса к наружной кромке, которая простирается от смежной верхней части наружной поверхности корпуса ротора к наиболее удаленному участку, расположенному под верхней частью наружной поверхности корпуса ротора вдоль криволинейного пути, и наружная кромка простирается в направлении внутрь от наиболее удаленного участка своего простирания, проходя вдоль криволинейного пути к смежной нижней части наружной поверхности корпуса ротора, расположенной под наиболее удаленным участком, к которому простирается наружная кромка, и находящейся внутри относительно этого наиболее удаленного участка наружной кромки,
и при этом наружная кромка простирается вдоль криволинейного пути, определяемого формулами:
у=10,974*х6+10,512*х5-43,377*х4+28,863*х3-4,6993*х2+0,3068*х+0,5459, когда х находится в диапазоне 0-0,7;
у=1, когда x находится в диапазоне 0,7-0,96;
у=134,46*х5-712,12*х4+1500*х3-1572,6*х2+821,19*х-169,93, когда х находится в диапазоне 0,96-1,37;
причем значения х и у нормализованы по максимальному радиусу ротора, и где х - высота наружной лопатки, а у - ширина наружной лопатки.
14. Флотационная машина по п. 13, в которой каждая наружная кромка формирует плавную наружную поверхность лопасти и по меньшей мере частично определяет форму наружной лопасти, так что наружная лопасть в целом имеет форму половины сердца.
15. Флотационная машина по п. 13, в которой наружные лопасти имеют такие размеры и форму, что ротор обеспечивает подавление скачка скорости в выходящем потоке перемешиваемого шлама, формируемом в результате вращения ротора.
16. Флотационная машина по п. 15, в которой вращение ротора в установившемся режиме определяет однородный профиль турбулентности внутри шлама.
17. Флотационная машина по п. 13, в которой ротор имеет несколько выпускных отверстий для выпуска воздуха, каждое из которых располагается между непосредственно соседними наружными лопастями.
18. Ротор для флотационной машины, имеющий корпус, несколько наружных лопастей, прикрепленных к корпусу и простирающихся в направлении наружу вдоль высоты лопатки в направлении наружу от наружной поверхности корпуса к наружной кромке, которая простирается от смежной верхней части наружной поверхности корпуса ротора вдоль криволинейного пути к наиболее удаленному участку, расположенному под верхней частью наружной поверхности корпуса ротора, и наружная кромка простирается в направлении внутрь вдоль криволинейного пути от наиболее удаленного участка своего простирания, проходя к смежной нижней части наружной поверхности корпуса ротора, расположенной под наиболее удаленным участком простирания наружной кромки,
причем наружная кромка простирается вдоль криволинейного пути, определяемого формулами:
у=10,974*х6+10,512*х5-43,377*х4+28,863*х3-4,6993*х2+0,3068*х+0,5459, когда х находится в диапазоне 0-0,7;
у=1, когда х находится в диапазоне 0,7-0,96;
у=134,46*х5-712,12*х4+1500*х3-1572,6*х2+821,19*х-169,93, когда х находится в диапазоне 0,96-1,37;
причем значения х и у нормализованы по максимальному радиусу ротора, и где х - высота наружной лопатки, а у - ширина наружной лопатки.
19. Ротор по п. 18, в котором каждая наружная кромка образует плавную наружную поверхность лопасти и по меньшей мере частично определяет форму наружной лопасти, так что наружная лопасть в целом имеет форму половины сердца.
20. Ротор по п. 18, в котором наружные лопасти имеют такие размеры и форму, что ротор обеспечивает подавление скачка скорости в выходящем потоке перемешиваемого шлама, формируемом в результате вращения ротора.
21. Ротор по п. 18, имеющий такую форму, что его вращение в установившемся режиме определяет однородный профиль турбулентности внутри шлама.
22. Ротор по п. 18, имеющий несколько выпускных отверстий для выпуска воздуха, каждое из которых располагается между непосредственно соседними наружными лопастями, а нижняя часть ротора представляет собой его днище.
23. Флотационная машина, имеющая по меньшей мере одну флотационную камеру, каждая из которых включает:
резервуар, размеры которого позволяют вмещать шлам, содержащий жидкость в смеси с по меньшей мере одним твердым материалом; и
ротор, размещенный в этом резервуаре с возможностью вращения для перемешивания шлама, способствуя формированию аэрированного потока, используемого для образования флотационной пены, прикрепленный к валу и имеющий корпус, включающий несколько наружных лопастей, простирающихся в направлении наружу от него, причем каждая из наружных лопастей имеет наружную кромку, которая простирается в направлении наружу от верхней части ротора к наиболее удаленному участку, расположенному под верхней частью ротора, и наружная кромка простирается в направлении внутрь от наиболее удаленного участка своего простирания, проходя к нижней части ротора, расположенной под наиболее удаленным участком, к которому простирается наружная кромка, и находящейся внутри относительно этого наиболее удаленного участка наружной кромки,
причем наружная кромка простирается вдоль криволинейного пути, определяемого формулами:
у=10,974*х6+10,512*х5-43,377*х4+28,863*х3-4,6993*х2+0,3068*х+0,5459, когда х находится в диапазоне 0-0,7;
у=1, когда х находится в диапазоне 0,7-0,96;
у=134,46*х5-712,12*х4+1500*х3-1572,6*х2+821,19*х-169,93, когда х находится в диапазоне 0,96-1,37;
причем значения х и у нормализованы по максимальному радиусу ротора.
24. Флотационная машина по п. 23, в которой каждая наружная кромка формирует плавную наружную поверхность лопасти и по меньшей мере частично определяет форму наружной лопасти, так что наружная лопасть в целом имеет форму половины сердца.
25. Флотационная машина по п. 23, в которой наружные лопасти имеют такие размеры и форму, что ротор обеспечивает подавление скачка скорости в выходящем потоке перемешиваемого шлама, формируемом в результате вращения ротора.
26. Флотационная машина по п. 25, в которой вращение ротора в установившемся режиме определяет однородный профиль турбулентности внутри шлама.
27. Флотационная машина по п. 23, в которой ротор имеет несколько выпускных отверстий для выпуска воздуха, каждое из которых располагается между непосредственно соседними наружными лопастями.
28. Ротор для флотационной машины, имеющий корпус, включающий несколько наружных лопастей, простирающихся в направлении наружу от корпуса, причем каждая из наружных лопастей имеет наружную кромку, которая простирается в направлении наружу от верхней части ротора к наиболее удаленному участку, расположенному под верхней частью ротора, и наружная кромка простирается в направлении внутрь от наиболее удаленного участка своего простирания, проходя к нижней части ротора, причем наружная кромка простирается вдоль криволинейного пути, определяемого формулами:
у=10,974*х6+10,512*х5-43,377*х4+28,863*х3-4,6993*х2+0,3068*х+0,5459, когда х находится в диапазоне 0-0,7;
у=1, когда х находится в диапазоне 0,7-0,96;
у=134,46*х5-712,12*х4+1500*х3-1572,6*х2+821,19*х-169,93, когда х находится в диапазоне 0,96-1,37;
причем значения х и у нормализованы по максимальному радиусу ротора, а нижняя часть ротора расположена под наиболее удаленным участком простирания наружной кромки.
29. Ротор по п. 28, в котором каждая наружная кромка образует плавную наружную поверхность лопасти и по меньшей мере частично определяет форму наружной лопасти, так что наружная лопасть в целом имеет форму половины сердца.
30. Ротор по п. 28, в котором наружные лопасти имеют такие размеры и форму, что ротор обеспечивает подавление скачка скорости в выходящем потоке перемешиваемого шлама, формируемом в результате вращения ротора.
31. Ротор по п. 28, имеющий такую форму, что его вращение в установившемся режиме определяет однородный профиль турбулентности внутри шлама.
32. Ротор по п. 28, имеющий несколько выпускных отверстий для выпуска воздуха, каждое из которых располагается между непосредственно соседними наружными лопастями, а нижняя часть ротора представляет собой его днище.
