Способ и устройство для прямого извлечения ценных минералов в виде агрегатов, состоящих из пузырьков и твердых частиц
Изобретение относится к области извлечения минерального сырья за счет флотации, а именно к способу и устройству для извлечения гидрофобных частиц из пульпы, состоящей из воды, гидрофобных частиц и гидрофильной компоненты. Пульпу подвергают воздействию потока газа для обеспечения прилипания пузырьков к гидрофобным частицам. В общем случае пульпа протекает через емкость вертикально со скоростью, обеспечивающей задержку газа в пульпе по меньшей мере 30% для поддержания потока с пузырьками газа без границы раздела пульпы и пены, так что часть воды из пульпы вместе с увлеченными пузырьками газа, которые прикрепились к гидрофобным частицам, вытекает из емкости, а гидрофильная компонента остается в емкости. Воду из пульпы и пузырьки газа, прикрепившиеся к гидрофобным частицам, которые протекают через емкость, сливают и собирают для обогащения. Часть гидрофильной компоненты извлекают как хвосты для утилизации или последующего обогащения. Обеспечивается снижение к минимуму или исключение потерь минерала при извлечении. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к области извлечения минерального сырья за счет флотации и, в частности, к способу и устройству для извлечения ценных минералов без создания пенной фазы.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Пенную флотацию более ста лет использовали в горнодобывающей отрасли для отделения минеральных частиц от частиц породы в пульпе. В других ресурсодобывающих отраслях флотацию используют для отделения, например, нефти от песка или породы, а также краски и/или мусора от бумажной массы в целлюлозно-бумажной отрасли. Настоящее изобретение прежде всего применимо к флотации, поскольку оно относится к добыче и обогащению руд, флотации нефти и обесцвечиванию макулатурной массы.
Пенную флотацию используют в горнодобывающей отрасли после того, как горная порода добыта, раздроблена и измельчена до консистенции шлама, затем разбавлена водой, как правило, до весового содержания твердых частиц приблизительно от 25% до 40%. Полученную смесь называют пульпой. Когда руда находится в виде пульпы, ее можно подвергнуть пенной флотации для отделения требуемого минерала от породы или частиц песка.
Способ пенной флотации традиционно включает в себя несколько стадий, к ним относятся: (i) добавление к пульпе химических веществ, называемых поверхностно-активными веществами, для снижения поверхностного натяжения воды в пульпе и, в случае минералов, для селективного покрытия поверхностей минералов молекулярным слоем поверхностно-активного вещества, и таким образом минерал становится гидрофобным; (ii) обеспечение потока газа (обычно воздуха) в пульпу, находящуюся в емкости; (iii) обеспечение некоторой формы энергии (обычно этого достигают путем перемешивания), чтобы разбить поток газа на газовые пузырьки и направить селективно покрытые минеральные частицы на газовые пузырьки; (iv) обеспечение возможности для газовых пузырьков, несущих на себе минеральные частицы, подниматься в пульпе, подвергаться воздействию воздуха или вентиляции, что позволяет пузырькам увеличиваться, создавая пену, содержащую минерал, и четкую границу раздела пены и пульпы; и затем (iv) удаление пены, содержащей минерал, с поверхности емкости для последующего обогащения на дополнительных флотационных установках или при помощи других технологических операций.
В традиционном способе с целью обеспечения контактирования частиц и пузырьков и выхода пенного продукта используют смеситель в емкости со съемной крышкой для тщательного перемешивания пульпы, создания газовых пузырьков из подаваемого газа и направления частиц на пузырьки газа (газ, как правило, либо нагнетают, либо засасывают в вал смесителя). Затем пузырьки поднимаются в верхнюю часть емкости, где они объединяются и образуют пену, которая перетекает через верхний сливной порог емкости. Такие флотационные установки с механическим смешиванием называют механическими камерами, флотокамерами или обычными камерами.
Для пенной флотации используют и другие емкости. К ним относятся флотационные колонны, пневматические флотационные машины и многоступенчатые флотационные реакторы. Пенная флотация в этих типах емкостей зависит от (i) контактирования пузырьков и частиц; (ii) образования пены; и затем (iii) выхода пенного продукта в переливной желоб. В каждом случае пузырьки газа, содержащие минерал, всплывают наверх в емкости, где они образуют пенный продукт и границу раздела пены и пульпы, после чего содержащую минерал пену удаляют для перехода к другому этапу флотации или другой операции обогащения.
Во всех описанных выше примерах, а также других известных флотационных машинах, общепризнанный способ удаления пузырьков газа, содержащих минерал, из флотационной емкости заключается в объединении пузырьков газа, которых достаточно для образования фазы богатой пены. Затем фаза богатой пены переливается через сливной порог флотационной емкости в переливной желоб для сбора.
Богатая пена представляет собой трехфазную систему, содержащую газовую фазу, фазу пульпы (взвешенные частицы в жидкости) и отдельные частицы, прикрепившиеся к границе раздела газа и жидкости. К тому времени, как богатая пена выходит из емкости, задержка газа 
в богатой пене, как правило, превышает 90%. В этот момент газовая фаза богатой пены, как правило, уже будет существовать не в виде отдельных сферических пузырьков газа, а в виде объединенной фазы трехмерных многогранников с четкими границами между ними. Содержащийся в пенной фазе раствор представляет собой жидкую пульпу, удерживающуюся вдоль стенок многогранников газовой пены. Эта жидкая пульпа содержит растворитель (обычно воду), флотируемые частицы, которые отделились от пузырьков газа, и (твердые) частицы пустой породы, присутствующие в пенной фазе не за счет прикрепления, а за счет их увлечения.
Как было упомянуто, в богатой пене существует четкая граница раздела фазы пульпы и пенной фазы. Скорость подъема пузырьков газа, содержащих минерал, резко снижается при переходе пузырьков через границу между фазой пульпы и пенной фазой. Резкое замедление пузырьков на или вблизи от границы фаз вызывает объединение отдельных сферических пузырьков в богатую пену. Иногда объединение, приводящее к общему сокращению площади поверхности пузырька, может вызывать отсоединение минеральных частиц от поверхности пузырька и их падение обратно в фазу пульпы (это явление называют возвратом из пены). В современных флотационных машинах эти частицы падают обратно в пульпу и могут быть собраны в этой емкости или могут переходить на следующий этап улавливания, где будут извлечены.
Определение терминов
Приведенные ниже термины в контексте настоящего документа имеют следующие значения.
Поток продукта: Поток концентрированного (обычно полезного) продукта в верхней части оборудования прямой флотации.
Задержка газа 
: Отношение объема газовой фазы к общему объему системы пульпы, выраженное либо в долях, либо в процентах.
Qс: Объемная скорость потока продукта (твердых частиц и воды), выходящего из системы.
Qcw: Объемная скорость потока воды, содержащейся в потоке продукта.
Qg: Объемная скорость потока газа, подаваемого в систему.
Qww: Объемная скорость потока промывочной воды, подаваемой в систему.
Mcs: Массовый расход твердых веществ в потоке продукта.
Reg: Удельный расход газа - отношение Qg к (Qg+Qc).
Эффективность промывки: Отношение скорости потока подаваемой промывочной воды к скорости потока воды в потоке продукта, т.е., отношение Qww к Qcw.
Yb: Соотношение твердых веществ и газа - отношение Mcs к Qg (например, твердых веществ в кг/мин к скорости потока газа в л/мин, или кг/л).
Пенная фаза: четкая трехфазная система, состоящая из твердых частиц, многогранной газовой пены и жидкой пульпы. В пенной фазе 
обычно выше 90%.
Течение с пузырьками газа: трехфазная система агрегатов, состоящих из твердых частиц и пузырьков и жидкой пульпы без образования пены.
Агрегат, состоящий из пузырьков и твердых частиц: Агрегат, содержащий минерал, при этом агрегат включает в себя твердые частицы минерала, прилипшие к отдельным сферическим пузырькам газа.
Извлечение в пенный продукт (%): Процент частиц, попавших в пенную фазу и прикрепившихся к пузырькам газа, которые извлекают через сливной порог в верхней части флотационной емкости как часть объединенной пены.
Извлечение с пузырьками (%): Извлечение пузырьков, содержащих минерал, из флотационного оборудования в виде отдельного продукта без объединения сферических пузырьков газа.
Прямая флотация: Извлечение потока продукта из верхней части флотационной емкости в виде потока с пузырьками газа без значительного объединения пузырьков в пенную фазу.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Настоящее изобретение может быть осуществлено в нескольких различных формах. Далее в описании изобретения и на фигурах описаны и раскрыты некоторые характерные варианты настоящего изобретения.
Согласно одному аспекту настоящее изобретение предлагает способ извлечения гидрофобных частиц из пульпы, которая содержит воду, гидрофобные частицы и гидрофильную компоненту, причем этот способ предусматривает следующие стадии: (i) воздействие потока газа на пульпу с тем, чтобы пузырьки газа прилипли к гидрофобным частицам, входящим в состав пульпы, которая содержит воду, гидрофильную компоненту, гидрофобные частицы и гидрофобные частицы, прилипшие к пузырькам газа, (ii) обеспечение, как правило, вертикального течения пульпы через емкость со скоростью, которая обеспечивает задержку газа в пульпе по меньшей мере величиной от 30 до 70% для поддержания потока с пузырьками газа без образования границы раздела пульпы и пены таким образом, что часть воды из пульпы вместе с увлеченными пузырьками газа, прикрепленными к гидрофобным частицам, вытекает из емкости с частью воды из пульпы, а гидрофильная компонента остается в емкости, (iii) слив той части воды из пульпы и газовых пузырьков, прикрепленных к гидрофобным частицам, которая течет вертикально через емкость, и сбор стока для дальнейшего обогащения, и (iv) извлечение части гидрофильной компоненты из емкости в виде хвостов с целью утилизации или последующего обогащения.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение предлагает устройство для применения при извлечении гидрофобных частиц из пульпы, которая содержит воду, гидрофобные частицы и гидрофильную компоненту, причем устройство предусматривает следующее: (i) резервуар для взаимодействия с пузырьками, в который подают пульпу, причем упомянутый резервуар для взаимодействия с пузырьками включает в себя воздушный инжектор для нагнетания воздуха в пульпу, поступающую в резервуар для взаимодействия с пузырьками с тем, чтобы обеспечить слипание пузырьков газа с гидрофобными частицами в пульпе, (ii) емкость прямой флотации, находящаяся в гидравлической связи с резервуаром для взаимодействия с пузырьками, причем упомянутая емкость прямой флотации имеет первую сторону или сторону загрузки, находящуюся в гидравлической связи с упомянутым резервуаром для взаимодействия с пузырьками, по меньшей мере один участок уменьшенного диаметра, и сторону разгрузки; и (iii) регулирующий клапан, находящийся в гидравлической связи с упомянутой стороной разгрузки таким образом, что работа упомянутого регулирующего клапана управляет величиной потока через упомянутую емкость прямой флотации, когда через нее течет пульпа из резервуара для отделения пузырьков, по меньшей мере один из по меньшей мере одного участка уменьшенного диаметра емкости прямой флотации, вместе с регулирующим клапаном, поддерживающим скорость, с которой часть пульпы проходит через емкость прямой флотации для поддержания потока с пузырьками газа без образования границы раздела пульпы и пены или пенной компоненты, так что часть воды из пульпы вместе с увлеченными пузырьками газа, прикрепившимися к гидрофобным частицам, сливают через упомянутый регулирующий клапан с частью воды из пульпы, а гидрофильная компонента остается в резервуаре для взаимодействия с пузырьками.
Краткое описание фигур
Для лучшего понимания предлагаемого изобретения и для более понятной демонстрации того, как оно может быть осуществлено, далее в качестве примера будет дана ссылка на прилагаемые фигуры, которые демонстрируют примеры осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 представлена схема одного варианта осуществления предлагаемого изобретения, демонстрирующая отдельные составные части устройства прямой флотации.
На фиг. 2 представлена схема одного варианта осуществления предлагаемого изобретения, показанного во взаимосвязи с компонентами полной флотационной установки. На фиг. 2 показаны части флотационной установки, которые составляют предмет предлагаемого изобретения, а также части, которые не предусмотрены в составе изобретения, включая систему загрузки пульпы, систему добавления газа и средства обеспечения достаточного сдвига для создания пузырьков газа и прилипания частиц к пузырькам. На фиг. 2 проиллюстрировано улучшение по сравнению с существующими флотационными машинами, которое достигнуто за счет сочетания устройства прямой флотации согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения со средствами обеспечения достаточного сдвига для создания пузырьков газа и прилипания частиц к пузырькам.
На фиг. 3 представлена схема трех соединенных последовательно флотационных емкостей, показывающая типичные емкости для контактирования газа и пульпы в работе с одним вариантом осуществления оборудования для прямой флотации, предлагаемого в настоящем изобретении.
На фигурах с 4 по 6 представлены примеры альтернативных схем флотационных установок, в которых использовано оборудование для прямой флотации согласно вариантам осуществления предлагаемого изобретения, где емкость для контактирования газа и пульпы и емкость для разделения газа и пульпы объединены в одном резервуаре.
На фиг. 7 представлена схема, показывающая ряд отдельных установок флотационных резервуаров (проиллюстрированных на фиг. 4), соединенных последовательно.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
В общем случае предлагаемое изобретение можно назвать «прямой флотацией». Прямая флотация представляет собой извлечение потока продукта из верхней части флотационной емкости в виде потока с пузырьками газа без объединения пузырьков в пенную фазу. Оборудование, осуществляющее механизмы прямой флотации, называется устройством пузырькового захвата. Механизмы прямой флотации и устройство, которое осуществляет механизмы прямой флотации, являются аспектами осуществления предлагаемого изобретения.
Из представленного ниже описания предлагаемого изобретения очевидно, что настоящее изобретение в первую очередь относится к способу, который следует после прикрепления минеральных частиц к пузырькам газа. Способ прикрепления минеральных частиц к пузырькам газа не имеет большого значения для настоящего изобретения и может быть реализован многими способами, широко известными в данной области техники. Аналогичным образом, конкретная емкость, в которой минеральные частицы прикрепляются к пузырьку газа, также не имеет особого значения для настоящего изобретения.
Одна особенность предлагаемого изобретения заключается в устройстве для извлечения продукта флотации, где участки устройства для извлечения продукта последовательно уменьшаются в диаметре с тем, чтобы обеспечивать достаточно высокую скорость подъема пульпы и пузырьков для поддержания потока с пузырьками газа, а именно, потока продукта в виде агрегатов, состоящих из пузырьков и твердых частиц.
Настоящее изобретение предполагает значительную задержку газа величиной приблизительно от 30 до 70% в режиме потока с пузырьками газа без образования пенной фазы. Эта величина может выходить за указанный диапазон до тех пор, пока не образуется граница раздела, но эффективность при этом может снижаться. Настоящее изобретение также предполагает достаточно высокую скорость подъема потока агрегатов, состоящих из пузырьков и твердых частиц, для поддержания потока с пузырьками газа и предотвращения объединения отдельных сферических пузырьков газа в пену.
В качестве механизма вытеснения твердых частиц, увлеченных в потоке продукта, в зону ограниченного диаметра в устройство прямой флотации могут нагнетать промывочную водную фазу. Эффективность промывки водой (отношение Qww к Qcw) предпочтительно поддерживать в обычном диапазоне от 0,8 до 2,0, в зависимости от степени обогащения первичного минерала, требуемой на данном этапе в схеме флотации. Однако эта величина может выть выше или ниже указанного диапазона в зависимости от того, что требуется для достижения желаемого качества продукта. Предпочтительно, чтобы скорость подачи газа в систему (Qg) была установлена на минимальном уровне, необходимом для объединения частиц и пузырьков. Объемную скорость потока продукта (Qc) предпочтительно контролировать с целью поддержания заданного значения Rcg [удельного расхода газа]. Объемную скорость потока продукта (Qc) можно контролировать при помощи механических средств, управляемого регулирующего клапана, управляемой скорости закачки или другими средствами.
Промывочная водная фаза может быть потоком воды без взвешенных твердых частиц. Альтернативно, вода из промывочной водной фазы может быть водой, содержащейся в пульпе из воды и твердых частиц. Такая пульпа обычно представляет собой часть ранее собранной пульпы продукта или пульпой с другой машины прямой флотации, используемой на линии флотационных установок. Таким образом, можно снизить потребление воды, и может быть получен продукт с более высоким содержанием твердых частиц в пульпе. Промывочная водная фаза может также представлять собой комбинацию воды без взвешенных твердых частиц и воды со взвешенными твердыми частицами, которая поступает в разных точках зоны ограниченного диаметра.
Один вариант осуществления предлагаемого изобретения предусматривает зону ограниченного диаметра для эффективной промывки потока продукта водой. Туда может быть также включен участок для камеры с тем, чтобы отправлять сигнал в систему анализа изображений, которая будет использовать результаты анализа изображений касательно размера пузырьков, скорости пузырьков и задержки газа для управления дозировкой вспенивающего агента (используемого для контроля или уменьшения размера пузырьков), скоростью потока воздуха и скоростью потока продукта.
На фиг. 1 согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения показаны пять основных зон устройства или емкости 100 прямой флотации. Устройство 100 прямой флотации имеет вид закрытой емкости со сторонами загрузки и разгрузки, и в показанных вариантах осуществления предусматривает трубу, трубопровод или канал. Описание каждой из пяти зон приведено ниже.
Первую зону 1 можно назвать участком уменьшения диаметра. Восходящее течение потока продукта проходит либо от типичной пассивной емкости 200 для разделения газа и пульпы, либо непосредственно от резервуара или емкости для взаимодействия с пузырьками в первый участок 1 устройства прямой флотации. Поток продукта содержит (i) отдельные сферические пузырьки газа; (ii) твердые минеральные частицы, присутствующие в виде гидрофобных частиц, прикрепившихся к поверхностям газовых пузырьков; и (iii) увлеченную пульпу, которая переносится между сферическими пузырьками газа. Увлеченная пульпа содержит увлеченные твердые частицы и жидкую среду-носитель. Поскольку пузырьки газа удерживаются в пульпе, на них не воздействуют атмосферные или барические условия, которые допускают расширение пузырьков и образование либо границы раздела пульпы и пены, либо пены. Как показано, участок 1 может быть первым коническим участком 25, где диаметр постоянно уменьшается в направлении по потоку в соответствии с углом раскрытия конуса. По мере уменьшения диаметра соответственно повышается скорость восходящего движения потока продукта. Согласно альтернативным вариантам осуществления для эффективного увеличения скорости восходящего потока могут быть использованы другие геометрические средства или формы. Ниже будет более подробно описано, что первый участок 1 может иметь вид отдельной или особой емкости, коллектора или структуры в форме трубы, либо, альтернативно, может быть составной частью большего резервуара или емкости системы флотации или флотационной машины. Первый конический участок имеет первую нижнюю сторону 26, диаметр которой больше, чем вторая верхняя сторона 27. Первая сторона 26 включает в себя сторону загрузки устройства или емкости 100 прямой флотации и находится в гидравлической связи с резервуаром или емкостью, на которой смонтирована емкость 100 прямой флотации.
Зону 2 можно назвать первой трубой или участком 28 промывки водой. На прилагаемых фигурах первая труба или участок 28 промывки водой представляет собой цилиндрический участок, имеющий в общем случае постоянный диаметр, близкий к диаметру второй стороны 27 первого конического участка 25. Следует отметить, что участок 28 тоже может иметь другую геометрическую форму для получения желательной площади сечения, которая требуется для достижения необходимой скорости. В первом участке 28 трубы несколько насадок 50, находящихся приблизительно на одинаковом расстоянии друг от друга по вертикали, подают промывочную воду в поток продукта. Назначение промывочной воды состоит в вытеснении увлеченной пульпы (и, возможно, гидрофильных частиц), которая была принесена в зону восходящего потока. Промывочную воду может обеспечивать вода в пульпе, эту воду либо нагнетают в первый участок 28 трубы, либо она поступает под действием силы тяжести. Первый участок 28 трубы имеет нижнюю сторону 29 и верхнюю сторону 30. Нижняя сторона находится в гидравлической связи со второй стороной 27 первого конического участка 25.
Следует отметить, что устройство или емкость 100 прямой флотации может функционировать без труб с промывочной водой и без насадок 50 и что скорость воздуха и потока пульпы продукта можно контролировать для получения продукта с высоким процентным содержанием твердых частиц. Такой продукт может быть пригодным для подачи на фильтр и следовательно можно обойтись без яруса сгустителя концентрата.
Зону 3 можно назвать второй зоной уменьшения диаметра. После выхода из зоны 2 (первый участок 28 трубы) поток продукта поступает во вторую или вторичную зону уменьшения диаметра для дальнейшего повышения скорости. Чистая скорость восходящего течения комбинированного потока продукта (агрегаты, состоящие из пузырьков и твердых частиц, плюс среда-носитель) может быть задана величиной приблизительно от 0,5 до 1,5 м/с (в зависимости от характеристик продукта). Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что в некоторых случаях могут также использовать скорости за пределами этого диапазона. Как и в случае с первым коническим участком 25, вторая зона 3 уменьшения диаметра может иметь различные формы, в том числе коническую, где диаметр постоянно уменьшается в соответствии с углом раскрытия конуса. На представленных фигурах вторая зона 3 уменьшения диаметра имеет форму второго конического участка 31 с нижней стороной 32, диаметр которой больше, чем у верхней стороны 33. Диаметр нижней стороны 32 близок к диаметру первого участка 28 трубы. Нижняя сторона 32 находится в гидравлической связи с верхней стороной 30 первого участка 28 трубы.
Как уже упоминалось, зона 4 может быть выполнена в виде одной или нескольких подзон или участков. После того, как поток продукта выходит из второй зоны 3 уменьшения диаметра, он попадает в конечный верхний участок или участки устройства 100 прямой флотации, при этом сохраняется режим потока с пузырьками газа. И в этой зоне также не образуется и не присутствует никакой пены. Вместо этого поток продукта находится в виде пульпы, содержащей относительно немного пузырьков, многие из которых будут прилипшими к гидрофобным частицам. Точную конфигурацию участка 4 с потоком с пузырьками газа могут изменять в зависимости от конкретного приложения. Показанная на фиг. 1 зона или участок 4 в общем случае включает в себя три отдельные подзоны или части, соответственно, 4а, 4b и 4с. Функция этих подзон или частей состоит в подаче потока продукта, все так же находящегося в режиме потока с пузырьками газа, через верх устройства прямой флотации на разгрузку. Все или практически все пузырьки газа и все прикрепившиеся к ним твердые частицы переходят в концентрированный продукт. Как правило, поток продукта будет сохранять режим потока с пузырьками газа все время, пока будет проходить через эти участки. Специалистам в данной области техники будет понятно, что конфигурация зоны или участка 4, показанная на фиг. 1, носит иллюстративный характер. Например, зона 4 может включать в себя зону 4а, непосредственно за которой следует регулирующий клапан, в таком случае обычно будет включена верхняя тарелка и участок сбора пульпы продукта. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, зона 4 имеет вид второго участка 34 трубы с первой нижней стороной 35, находящейся в гидравлической связи с верхней стороной 33 второго конического участка 31. Второй участок 34 трубы имеет вторую или нижнюю сторону 36, которая включает в себя сторону разгрузки устройства или емкости 100 прямой флотации. Как правило, 
в зоне участка 4 будет составлять от 30 до 70%, однако 
может также выходить за пределы этого диапазона.
Зону 5 можно назвать участком 5 измерения и управления скоростью потока продукта. Особенность предлагаемого изобретения состоит в том, что скорость потока продукта контролируют до установленной величины, задаваемой для каждого конкретного приложения. Скорость потока продукта можно контролировать при помощи различных механических средств (например, управляемого клапана, насоса с переменным расходом и пр.) на основе измеренных или предполагаемых величин объемной или массовой скорости потока и/или измерений плотности. Управление производительностью (Qc) требует корректировки Qg и Qww для поддержания заданных величин Rcg, эффективности промывки водой и соотношения Yb. В показанном варианте осуществления зона 5 включает в себя регулирующий клапан 37, находящийся в гидравлической связи со второй или нижней стороной 36 второго участка 34 трубы.
Участки 2 и/или 3 могут дополнительно включать в себя окно 51 с камерой для наблюдения за потоком с пузырьками газа и анализа при помощи программы обработки изображений. Помимо прочего, анализ изображений может измерять скорость пузырьков и задержку газа, причем эти показатели могут использоваться для управления регулятором потока продукта.
Участки 2, 3 и 4 могут также включать в себя датчики давления (в общем случае 52), которые могут быть расположены на заданном расстоянии друг от друга по вертикали. Сочетание двух сигналов давления могут использовать для оценки плотности в системе и задержки газа в соответствующих зонах.
На фиг. 2 согласно одному варианту осуществления предлагаемого изобретения показано применение устройства 100 прямой флотации в составе полной флотационной системы. В этом варианте осуществления флотационная система, в общем случае, включает в себя три основные компоненты или области, а именно, устройство или емкость 100 прямой флотации, пассивная емкость или емкость 200 для разделения газа и пульпы, и емкость или область 300 для контактирования газа и пульпы (которую также могут называть резервуаром или емкостью для взаимодействия с пузырьками), в которую подают пульпу. В этом варианте осуществления пульпу загружают в емкость 300 через трубу или отверстие 301. Газ нагнетают в 302 со скоростью Qg. После сбора частиц в емкости 300 комбинация из газа и пульпы поступает по трубе 303 в пассивную емкость 200 для разделения газа и пульпы. В этой емкости большую часть пузырьков газа вместе с прикрепившимися к ним минеральными частицами и частью пульпы, которая увлечена в систему газа и минеральных частиц, направляют в устройство 100 прямой флотации. На этом этапе часть пульпы может также выходить из флотационной системы в виде хвостов через выпускное отверстие 304. Поток продукта, поступающий в устройство 100 прямой флотации, затем будет подвергнут прямой флотации, как описано в настоящем документе.
На фиг. 3 прямая флотация проиллюстрирована на примере нескольких флотационных установок, соединенных последовательно, с разгрузкой хвостов из первой флотационной установки или устройства, причем эти хвосты загружают в соседнюю флотационную установку, расположенную ниже по потоку. Несколько флотационных установок могут выполнять основную флотацию; контрольную флотацию; или любой этап перечистной флотации или дофлотации. Аспект прямой флотации не является характерным для одного или нескольких функциональных назначений флотации и может применяться для любого или для всех функциональных назначений флотации. На фиг. 3 показан типичный участок флотации, который может предусматривать выполнение флотации и включать в себя любое количество флотационных установок, соединенных последовательно или параллельно. Прямая флотация согласно настоящему изобретению позволяет (i) объединять несколько установок вместе на одном уровне; (ii) управлять несколькими установками при помощи всего одного хвостового клапана и напорного бака (или насоса); (iii) измерять и точно управлять массой выхода продукта из отдельных флотационных установок; и (iv) применять промывку водой в установке при флотации в полном цикле. Загрузка обычно, но необязательно, происходит под действием силы тяжести из питающего резервуара 400 по трубопроводу 401 в первую флотационную машину, при этом давление напора достаточно для преодоления перепада давления в системе. Давление загрузки может также быть обеспечено другими средствами, например, насосом. Газ нагнетают в 402. Концентрат находится в 403, а хвосты выводят через хвостовой регулирующий клапан 404.
Согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения емкость 300 для контактирования газа и пульпы и емкость 200 для разделения газа и пульпы могут быть объединены в один резервуар или емкость 500, как показано на фиг. 4. Эта схема до некоторой степени похожа на конструкцию обычной флотационной машины. Однако здесь будет присутствовать отверстие 501 для загрузки пульпы, два отверстия 502 для хвостовой пульпы (верхнее и нижнее) и отверстие или отверстия 503 для добавления воздуха, причем все они будут находиться в одном резервуаре. Важно, что в данном варианте осуществления верх отдельного резервуара закрыт и в верхней части установлены один или несколько комплектов устройств 100 прямой флотации. На фиг. 5 и 6 показаны две другие альтернативные схемы. Во всех случаях пульпу выгружают и из нижнего отверстия, и из бокового отверстия в верхней части емкости. Концентрат будет выходить из устройства 100 прямой флотации в 504. Кроме того, как и во всех вариантах осуществления устройства 100 прямой флотации, пена не будет образовываться, и границы раздела пульпы и пены не будет.
Каждая из фигур с 4 до 6 также демонстрирует типичный механический смеситель или сдвиговый элемент 505, который обычно приводят в действие электромотором 506, причем этот элемент способствует образованию пузырьков и стимулирует прикрепление пузырьков к гидрофобным частицам. Специалистам в данной области техники будет понятно, что в некоторых случаях может быть желательно при необходимости нагнетать газ вниз, в вал 507 смесителя, как это принято в отрасли. Специалистам в данной области техники будет также понятно, что конкретный вид перемешивания и нагнетания газа не имеет решающего значения для предлагаемого изобретения или эксплуатации устройства 100 прямой флотации. Аналогичным образом, не имеет решающего значения конкретный вид и характер пассивной емкости или емкости 200 для разделения газа и пульпы, и емкости или области 300 для контактирования газа и пульпы. В случае с емкостью 300 для контактирования газа и пульпы требуемую функцию может выполнять любое количество предшествующих емкостей, обычно используемых в данной области техники, включая описанные в патенте США 5,096,572.
Как отмечалось, в верхней части резервуара 100 может быть размещено одно или несколько устройств 100 прямой флотации. Например, на фиг. 4 и 5 показаны варианты осуществления, где используется отдельное устройство прямой флотации, тогда как на фиг. 6 два отдельных устройства прямой флотации установлены в верхней части емкости 500. Кроме того, на фиг. 5 и 6 показано, что устройство 100 прямой флотации не обязательно должно быть расположено по центру верхней части емкости 500. В варианте на фиг. 5 устройство 100 прямой флотации смещено к одной стороне верхней части емкости 500. Верхняя поверхность 508 емкости, на которой установлено устройство 100 прямой флотации, может быть наклонной для обеспечения потока к устройству 100 прямой флотации.
На фиг. 7 представлена схема, показывающая ряд отдельных установок флотационных резервуаров (проиллюстрированных на фиг. 4), соединенных последовательно. Специалистам в данной области техники будет понятно, что схема, показанная на фиг. 7, будет представлять те же или аналогичные свойства и преимущества, как и схема с последовательным соединением, показанная на фиг. 3. Специалистам в данной области техники будет также понятно, что возможность объединения нескольких установок с единым хвостовым клапаном имеет преимущество в виде уменьшения высоты и длины группы флотационных установок, которые могут составлять один флотационный участок (основной участок, контрольный участок или перечистной участок). В свою очередь, это может сократить площадь, занимаемую комплексом, стоимость монтажа и другие затраты на инфраструктуру (высота зданий, требования к кранам и насосному оборудованию и пр.). Прямую флотацию можно также использовать с машинами, расположенными на разных уровнях.
Специалистам в данной области техники будет также понятно, что возможность применения промывочной воды в потоке продукта установки, использующей прямую флотацию согласно предлагаемому изобретению, может иметь значительные преимущества. В предлагаемом изобретении промывочную воду применяют в зоне ограниченного диаметра, где поток продукта находится в режиме потока с пузырьками газа при большой задержке газа (обычно от 30 до 70%). Промывочная вода вытесняет увлеченную воду, которая поступает в эту зону из участка разделения газа и пульпы. Специалистам в данной области техники будет понятно, что промывку водой в условиях прямой флотации могут применять практически на любой стадии флотации в полном цикле.
Промывка водой в виде воды без твердых частиц или воды, содержавшейся в пульпе ранее полученного продукта, может быть введена на участке 2 промывки водой множеством различных способов с использованием целого ряда различных трубопроводов или других конструкций. На фиг. 1 показан один возможный вариант, в котором воду нагнетают посредством трубопроводного коллектора, который направляет воду через отдельные трубы/насадки, расположенные перпендикулярно к участку 2. Количество и размер труб, подающих воду, может, и в большинстве случаев будет разным в зависимости от конкретного применения. Как правило, предпочтительно применять спокойное нагнетание воды под низким давлением.
Из глубокого понимания описанного выше изобретения будет понятно, что предлагаемое изобретение может способствовать снижению или исключению потерь минерала в результате обратного выпадения частиц через границу раздела пульпы и пены. Предлагаемое изобретение может также свести к минимуму или исключить потери минерала в результате объединения пузырьков в пенной фазе. Предлагаемое изобретение может также свести к минимуму разбавление потока продукта пустой породой за счет нагнетания фазы промывочной воды в поток продукта с пузырьками газа. Использование воды в потоке продукта может быть снижено за счет сведения к минимуму скорости потока газа (Qg) и управления удельным расходом газа (Rcg).
Специалистам в данной области техники будет также понятно, что работа описанного устройства прямой флотации поможет исключить необходимость в измерении уровня, а также необходимость в соответствующем клапане регулировки уровня, которые требуются на современных флотационных машинах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки)
WO 2011/094842; Dobby, G.S. and Kosick, G.A., 2011.
Falutsu, M., Dobby, G.S., 1989. Direct measurement of froth dropback and collection zone recovery in a laboratory flotation column. Minerals Engineering 2 (3), 377-386.
Finch, J.A. and Dobby, G.S. "Column Flotation," Pergamon Press, London, ISBN 0-08-040186-4. (1990).
1. Способ для извлечения гидрофобных частиц из пульпы, которая содержит воду, гидрофобные частицы и гидрофильную компоненту, отличающийся тем, что включает в себя:
(i) воздействие потока газа на пульпу с тем, чтобы обеспечить прилипание пузырьков газа к гидрофобным частицам, составляющим пульпу, которая содержит воду, гидрофильную компоненту, гидрофобные частицы и гидрофобные частицы, прилипшие к пузырькам газа,
(ii) обеспечение течения пульпы, как правило, вертикально, через емкость со скоростью, обеспечивающей задержку газа в пульпе по меньшей мере 30% для поддержания потока с пузырьками газа таким образом, что часть воды из пульпы вместе с увлеченными пузырьками газа, прикрепившимися к гидрофобным частицам, вытекает из емкости с частью воды из пульпы, а гидрофильная компонента остается в емкости,
(iii) разгрузка этой части воды из пульпы и газовых пузырьков, прикрепившихся к гидрофобным частицам, которая течет вертикально через емкость, и сбор стока для дальнейшего обогащения, и
(iv) извлечение части гидрофильной компоненты из емкости в виде хвостов для утилизации или последующего обогащения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя нагнетание промывочной воды в поток пульпы.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что промывочная вода представляет собой воду, которая содержится в ранее собранной пульпе.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкость представляет собой трубу, находящуюся в гидравлической связи с резервуаром для взаимодействия с пузырьками, при этом пульпа течет вертикально из резервуара для взаимодействия с пузырьками через упомянутую трубу, при этом упомянутая труба имеет участок с уменьшенным диаметром для обеспечения достаточно высокой скорости пульпы и, тем самым, для поддержания потока с пузырьками газа без объединения пузырьков в пену.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прикрепления пузырьков к гидрофобным частицам достигают путем механического перемешивания.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирующий клапан применяют в месте разгрузки той части воды из пульпы и пузырьков газа, прикрепившихся к гидрофобным частицам, которая течет вертикально через емкость.
7. Способ по п. 6, дополнительно отличающийся применением одного или нескольких датчиков в потоке воды и пузырьков газа, прикрепившихся к гидрофобным частицам, который выходит из емкости, при этом упомянутые один или несколько датчиков, генерирующих сигнал, применяют для управления упомянутым регулирующим клапаном.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что задержка газа в пульпе составляет по меньшей мере 70%, по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85% или по меньшей мере 90%.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что задержка газа в пульпе составляет от 30% до 90%.
10. Устройство для применения при извлечении гидрофобных частиц из пульпы, которая состоит из воды, гидрофобных частиц и гидрофильной компоненты, причем это устройство включает в себя:
(i) резервуар для взаимодействия с пузырьками, в который загружают пульпу, при этом упомянутый резервуар для взаимодействия с пузырьками включает в себя воздушный инжектор для нагнетания воздуха в пульпу, поступающую в резервуар для взаимодействия с пузырьками, с тем, чтобы пузырьки газа слипались с гидрофобными частицами в пульпе,
(ii) емкость прямой флотации, находящуюся в гидравлической связи с резервуаром для взаимодействия с пузырьками, причем упомянутая емкость прямой флотации имеет первую сторону или сторону загрузки, находящуюся в гидравлической связи с резервуаром для взаимодействия с пузырьками, по меньшей мере один участок уменьшенного диаметра и сторону разгрузки, и
(iii) регулирующий клапан, находящийся в гидравлической связи с упомянутой стороной разгрузки, так что работа упомянутого регулирующего клапана управляет объемом потока через упомянутую емкость прямой флотации, когда через нее течет пульпа из резервуара для отделения пузырьков,
по меньшей мере один из по меньшей мере одного участка уменьшенного диаметра емкости прямой флотации вместе с регулирующим клапаном, обеспечивающим скорость той части пульпы, которая проходит через емкость прямой флотации, для поддержания потока с пузырьками газа без образования пены, так что часть воды из пульпы вместе с увлеченными пузырьками газа, прикрепившимися к гидрофобным частицам, разгружают через упомянутый регулирующий клапан с частью воды из пульпы, а гидрофильная компонента остается в резервуаре для взаимодействия с пузырьками.
11 Устройство по п. 10, отличающееся тем, что упомянутый резервуар для взаимодействия с пузырьками включает в себя выпускное отверстие для хвостов.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что резервуар для взаимодействия с пузырьками включает в себя механический смеситель или сдвиговый элемент для образования пузырьков и обеспечения прикрепления пузырьков к гидрофобным частицам пульпы.
13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что упомянутая сторона загрузки упомянутой емкости прямой флотации имеет форму конуса, который находится в гидравлической связи с верхней частью упомянутого резервуара для взаимодействия с пузырьками.
14. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что емкость прямой флотации включает в себя одно или несколько насадок для промывочной воды.
15. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что емкость прямой флотации включает в себя один или несколько датчиков, генерирующих сигнал, которые применяют для управления упомянутым регулирующим клапаном.
16. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что включает в себя некоторое количество емкостей прямой флотации, находящихся в гидравлической связи с упомянутым резервуаром для взаимодействия с пузырьками.
17. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что емкость прямой флотации находится в гидравлической связи с верхней частью резервуара для взаимодействия с пузырьками, причем по меньшей мере часть верхней части резервуара для взаимодействия с пузырьками наклонена, чтобы обеспечить течение пульпы в емкость прямой флотации.
18. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что емкость прямой флотации включает в себя следующее:
(i) первый конический участок, имеющий первую сторону с диаметром, большим, чем у второй стороны, при этом упомянутая первая сторона упомянутого первого конического участка включает в себя упомянутую сторону загрузки упомянутой емкости прямой флотации и находится в гидравлической связи с резервуаром для взаимодействия с пузырьками,
(ii) первый участок трубы в общем случае постоянного диаметра, близкого к диаметру упомянутой второй стороны упомянутого первого конического участка, при этом упомянутый первый участок трубы имеет нижнюю сторону, находящуюся в гидравлической связи с упомянутой второй стороной упомянутого первого конического участка,
(iii) второй конический участок, имеющий нижнюю сторону с диаметром, большим чем у верхней стороны, причем диаметр упомянутой нижней стороны упомянутого второго конического участка близок к диаметру упомянутого первого участка трубы, причем упомянутая нижняя сторона упомянутого второго конического участка находится в гидравлической связи с верхней стороной упомянутого первого участка трубы, и
(iv) второй участок трубы, имеющий первую сторону, которая находится в гидравлической связи с упомянутой верхней стороной упомянутого второго конического участка, и имеющий вторую сторону, которая включает в себя упомянутую сторону разгрузки,
причем упомянутый регулирующий клапан функционально соединен с упомянутой второй стороной упомянутого второго участка трубы.
19. Система флотации, содержащая два или несколько устройств по п. 10, находящихся в гидравлической связи и соединенных последовательно, так что хвосты, разгружаемые из первого устройства, поступают на вход расположенного рядом второго устройства.
