CN103221139B - 用于泡沫浮选控制的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制泡沫浮选槽运行的方法，所述方法包括：将气体引入到槽中的液体中，由此在所述液体的表面上产生泡沫，所述泡沫具有从所述液体的表面至溢出点的深度，在所述溢出点，所述泡沫溢出并离开所述槽；以及控制该泡沫深度以相对于所述泡沫深度最优化气体回收率。相对于所述泡沫深度的所述气体回收率的最优化导致高级别和高产物回收率的泡沫精矿的回收率。

Description

用于泡沫浮选控制的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种控制用于分离物质的一个或多个泡沫浮选槽的方法和装置。
背景技术
泡沫浮选是一种在各种不同工业中进行分离的方法。例如，泡沫浮选被用于在矿石中分离不同的矿物，或被用于脱墨纸或被用于洁净煤。
虽然主要参照在矿石中的矿物的分离来讨论本发明和本发明的背景技术，但是本发明并不限于泡沫浮选的该具体应用。本发明适用于所有的泡沫浮选工艺。
矿物泡沫浮选是已知的工业工艺，用于由例如采矿得到的矿石提取有价值的矿物成分。矿物泡沫浮选是表面化学工艺，用于通过在不同材料之间的亲水性的差异分离固体，通常为微细固体。
浮选槽或浮选容器容纳有浆状的混合有水的物质(例如将要提取矿物的矿石)。气体流过浆液且通过疏水颗粒对气泡的选择性粘附，同时任何亲水颗粒保留在在容器中的气泡之间流动的液体以实现分离。当气泡上升至容器的顶部时，形成泡沫。
泡沫从浆-泡沫界面延伸至破裂面，破裂面通常在溢流嘴上方。“泡沫深度”被定义为在浆-泡沫界面和溢流嘴之间的距离。“泡沫高度”被定义为从溢流嘴到破裂面之间的距离。
泡沫可被布置为从含有疏水颗粒和亲水颗粒的浮选容器中溢出。那些颗粒可被提纯为精矿。通常，在矿物泡沫浮选中，疏水颗粒为需要的产物，并且试图从泡沫中回收疏水颗粒。
在浮选容器中的保留浆液通常被称为指残油。在一些泡沫浮选工艺(例如纸的脱墨)中，在浮选容器中的剩余浆液为需要的产物。
在实际中，泡沫浮选装置将包括多个槽，通常布置在单一类型的组(bank)中，其中，材料逐个槽地进料穿过组，然后进料至下一组。在组之间的槽的类型可不同，例如，起始组包括用于需要的物质和不需要的物质的起始粗分离的粗选池(rougher)。下游组可包括第二粗选池(也已知为“选池(scavenger)”)，其在泡沫已经从粗选池溢出后，对保留在粗选池中的浆液进行额外的分离。下游组也可包括“清洁器(cleaner)”，该清洁器对已经从粗选池或选池中提取的泡沫进行分离。
相对于从浮选容器中提取的精矿的两个参数(“级别”和“回收率”)可测量浮选工艺的性能质量。当涉及矿物体系中，其中，从泡沫中回收需要的产物，级别表示与不需要的固体(脉石)相比精矿中的需要的固体的分数。回收率表示在精矿中的需要的固体的分数与投入到浮选槽中的起始矿石进料中的需要的固体的分数的比。为了实现级别和回收率之间的最佳平衡，用生产高级别精矿的高回收率的理想浮选工艺来控制工业浮选工艺。
已知的是，若干个可控制因素可影响浮选工艺的性能质量。这些可控制因素包括：浆液的pH、加入到浮选容器的各种化学试剂的浓度、固体的浓度以及到浮选容器的气体流速。然而，这么多可变因素的存在使得难以量化地控制泡沫浮选工艺。
根据控制和运行泡沫浮选装置的已知方法，控制者能够观察浮选槽，以及手动或用别的方法调节对槽的投入，例如根据他或她的观察，增加额外的化学制剂和/或改变到槽的气体流速。通常，这些调节是经验性的，尤其基于对泡沫表面和泡沫性质(behaviour)的观察。然而，这些调节的方法通常是不精确的。而且，改变浮选泡沫的某些视觉方面对于输出性能质量的改变并不是相应必要的。
另外，现代工业工艺使用越来越多的较大浮选槽。这种在尺寸中的增加易于促进在浮选槽中增加的功率和增加的气体体积的使用，因此增加了在现存控制和运行方法固有的无效性而与性能情况无关。因此，在已知实际浮选方法中仍然存在关于必须观察、测量并控制的可变因素以最优化浮选性能，以及如何精确地操纵这些相关可变因素的问题。
在Barbian等人，″The Froth Stability Column Measuring Froth Stability atan Industrial Scale″，Minerals Engineering，2006，Vol19，No.6-8，713-718中提供了研究泡沫浮选性能的讨论，其中，验证了在单一槽中的泡沫稳定性因子、气体速率和泡沫深度之间的关联。该讨论总结出：冶金学结果显示在空气流速的改变导致在浮选性能的变动，浮选性能变动可归因于泡沫稳定性的改变，并且该研究示出了较高的泡沫稳定性条件发生在适中的空气流速下，且适中的空气流速反过来导致改进的浮选性能。
在较早的论文“The froth stability column：linking froth stability and flotationperformance”，Minerals Engineering，2005，Vol18，317-324中存在的结果显示了高泡沫稳定性条件发生在较低空气流速下，并且导致改进的浮选性能。
另一论文，“Simple relationships for predicting the recovery of liquid fromflowing foams and froths”，Minerals Engineering，2003，Vol16，1123-1130主要针对于两相体系，且描述了收集的水的量与收集的脉石的量密切相关，其反过来有助于控制得到的产物的级别。该论文还教导了收集的水量实际上与起泡深度无关，而且水随着起泡高度回收率中无明显改变。
WO2009/044149公开了一种泡沫浮选控制的方法，在该方法中，气体输入槽的流速是变动的以最优化在溢出槽的泡沫(与形成随后破裂且因此从槽中逃逸的气泡的输入到槽中的气体相对)中回收的输入气体的分数。因此，WO2009/044149公开了一个变量(气体流速)如何能够用于泡沫浮选系统的最优化。然而，如上所述，仍然存在能够影响泡沫浮选系统的性能的许多其它可变因素。
与上述现有技术相反，本发明第一次验证了通过监测且控制泡沫深度本身(例如，与空气输入流速相对)，可出人意料地相对于泡沫深度最优化气体回收率以产生用于浮选容器的有利的运行条件。
发明内容
根据本发明，提供一种控制泡沫浮选槽运行的方法，所述方法包括：将气体引入到槽中的液体中，由此在所述液体的表面上产生泡沫，所述泡沫具有从所述液体的表面到溢出点的深度，在所述溢出点，所述泡沫溢出并离开所述槽；以及控制该泡沫深度以相对于所述泡沫深度最优化气体回收率。
本发明的方法通过使用容易监测的可变因素气体回收率来改进所述泡沫浮选槽的性能。所述气体回收率是溢出所述槽的泡沫中的气体的量与进入所述槽的气体的量相比的比例。通过控制泡沫深度以找到产生最大气体回收率的泡沫深度，能够得到的良好的精矿级别，同时也得到良好的矿物回收率。相反地，大多数的现有技术中的方法仅最优化级别或矿物回收率中的一种。也就是说，为了得到较高矿物回收率而牺牲级别，或与之相反。没有单一的参数被证实能够最优化高级别和高矿物回收率。在本发明中，泡沫深度的控制允许了对气体回收率的峰值的验证，以及最优化槽的运行以在该给出条件的峰值附近工作(即相对于泡沫深度优选气体回收率)。
在一个实施方式中，通过改变槽中的液体的体积来控制泡沫深度。当槽的大小和配置保持恒定时，通过改变在槽中维持的液体的量，液体/泡沫界面的水平改变，并且因此泡沫的深度(从液体/泡沫界面至泡沫从槽中溢出的点)改变。在其不需要改变槽本身的配置时，该实施方式对于现有的浮选槽是尤其优选。
通过改变液体移出槽的速率可改变液体的体积。如果该速率是增加的，增加泡沫深度，槽中的液体的量将降低。相反地，降低液体移出槽的速率将增加在槽中的液体的高度并且因此降低泡沫的深度。
通过改变液体供给到槽的速率可改变液体的体积。如果该速率是增加的，降低泡沫深度，槽中的液体的量将增加。相反地，降低液体供给到槽的速率将降低在槽中的液体的高度并且因此增加泡沫的深度。
在另一实施方式中，通过改变槽中的溢出点的位置来控制泡沫深度。例如，其可通过具有泡沫从槽中溢出的可移动的边缘或溢出堰的槽来实现，这可增加或减少在泡沫/液体界面上方的高度。或者，槽的基底相对于边缘或堰是可移动的。在任一种情况下，在液体的体积保持恒定时，通过改变槽的总体积将改变泡沫深度。
优选地，仅进行控制泡沫深度以提高气体回收率。也就是说，本发明控制泡沫深度用于提高气体回收率的目的。同时现有运行浮选槽的方法可涉及改变泡沫深度，这些改变并不是用于最优化或提高气体回收率的目的。事实上，气体回收率并未广泛地被认为是能够用于最优化浮选槽的性能的可变因素。
优选地，通过自动控制器进行控制的步骤。也就是说，优选地，自动地实施控制，允许有效地进行最优化。现有技术方法依靠于操作者观察和经验通过在运行条件下手动输入改变来最优化浮选槽性能，而本发明通过自动系统允许测量驱动控制。
在一个实施方式中，利用控制回路控制泡沫深度。这就允许从待用于控制泡沫深度的测量值的气体回收率的反馈，因此甚至无须之前的调准，允许系统找到最佳运行点。
优选地，同时在保持气体被引入到所述液体的流速基本恒定的同时，进行控制气体回收率的步骤。通过保持气体流速恒定，能够测定在设定气体流速下的最佳泡沫深度。这是优选的是因为气体流速的改变可引起气体回收率的改变。
优选地，控制包括使泡沫深度改变的至少一个步骤。也就是说，控制泡沫深度的步骤可包括使泡沫深度改变或变动的步骤，并且随后测量气体回收率直至气体回收率达到最佳运行点。该最佳运行点可不是得到峰值气体回收率的精确的点，但是可以是在峰值运行点的预定范围内的运行点以简化控制运行。此外，进行泡沫深度的改变，同时保持气体被引入至液体的流速基本恒定。这就进一步简化了控制运行。
优选地，该方法进一步包括：控制气体被引入到所述液体的流速以相对于气体流速最优化所述气体回收率。气体流速是影响槽的气体回收率以及因此得到的泡沫的质量和数量的另一个可变因素。根据本发明，基于易于可量化的值的气体回收率的测量值，可最优化气体流速和泡沫深度。
优选地，在保持所述泡沫的深度基本恒定的同时，进行控制气体被引入到所述液体的流速的步骤。这就确保了能够验证最佳流速的同时扣除泡沫深度的影响。认识到的是，由于在槽中含气泡液体的总体积的改变，改变气体流速可影响泡沫深度。然而，在液体/泡沫界面位置中的任何改变与改变液体流入和流出槽的流速的改变相比是相对较小的。因此，本申请利用“保持泡沫的深部保持基本恒定的同时”的说法来表示避免在泡沫深度中的不经意的改变，而不是那些通过改变气体流速本身引入的不需避免的改变。
优选地，在控制所述泡沫深度的步骤前，进行控制气体被引入到所述液体的流速的步骤。根据本文中存在的实验数据，控制步骤的次序是允许相对于泡沫深度和气体流速对最佳运行点的验证。在其他系统中，以相反的次序进行该步骤将是优选的。
优选地，所述方法进一步包括：测定指示所述气体回收率或未回收的气体的参数；以及响应于该测定的参数来控制所述泡沫深度。所述参数为所述气体回收率或未回收的气体的值，或所述值的变化率；或者关于这些参数中一个的直接或间接参数(例如气泡破裂速率)。进一步测定所述参数可包括：监测泡沫从所述槽的溢出，以及由所述槽溢出的泡沫测定离开所述槽的泡沫中的气体回收率。也就是，通过监测在泡沫中回收的气体或未回收的气体或涉及这些参数的直接或间接的参数，以及从所述槽逃逸的气体可将本发明应用到实际中。关于控制的目的，可优选的是并不监测所述气体回收率(或气体损失)的实际值，而是例如监测该值随着时间的变化。这些变化或速率在用于控制的反馈系统中的系统中是尤其有用的。
优选地，测定所述参数进一步包括监测气体被引入到所述液体的流速。为了测定所述气体回收率(或气体损失)的实际值，必须已知的是供给到所述槽的气体的量。由于在运行中该量可能是变动，优选的是监测气体供给以确保参数的精确计算。
一些实施方式涉及对所述槽的泡沫性质进行采样并且由采样获得参数。基于样品测量，允许待得到的参数用于整个槽。当监测整个槽是困难或昂贵时，这可能是便利的。优选地，利用泡沫稳定性柱进行采样。这允许了在槽的一部分上进行测量，从槽的一部分，能够推断槽的整个性质。
优选地，测定所述参数进一步包括：利用探测器来测量泡沫从所述槽溢出的速度。例如，摄像机可被用于测量溢出的泡沫的速度。可选地，然后该速度可在与关于所述溢出的泡沫的高度以及溢出的边缘的长度的信息联合以计算气体回收率。
优选地，所述液体含有待回收的需要的物质和待丢弃的不需要的物质，其中，运行所述槽以至少部分分离所述需要的物质和所述不需要的物质。通常，使所述需要的物质或所述不需要的物质中的一种疏水，同时使另一种亲水，并且通过所述液体中的亲水材料和所述泡沫中的疏水材料的优先回收来实现分离。
所述液体包括从泡沫浮选槽溢出的泡沫。也就是说，被控制的槽可为下游槽，所述下游槽接收从上游槽溢出的泡沫的输入液体。这种布置被用于从所述上游槽得到的泡沫的进一步精炼。
在优选的实施方式中，所述液体含有矿石的颗粒，并且所述矿石含有待从所述矿石的残渣中分离的矿物。这就使得携带有价值的金属的矿物从其它费矿物(脉石)中分离。
本发明还提供一种控制一组泡沫浮选槽运行的方法，包括：根据上述方法中任一种独立地控制槽。
此外，提供一种控制包括多个泡沫浮选槽容器的装置的方法，包括：根据前述方法独立地控制组。
本发明还提供一种运行泡沫浮选槽的方法，包括：根据控制泡沫浮选槽的运行的任一前述方法控制槽的运行。
此外，提供一种运行包括多个泡沫浮选槽的容器或装置的方法，包括：根据权利要求的前述方法独立地控制槽的运行。
本发明还提供一种从含有两种或更多种物质的液体中得到物质的方法，包括：将所述液体加入到泡沫浮选槽；根据前述两种方法中的任一种运行该槽；以及从在运行期间溢出所述槽的泡沫中得到所述物质。
根据本发明的另一方面，提供一种从泡沫浮选槽溢出的泡沫或保留在该槽中的液体中回收的物质，其中所述泡沫浮选槽由根据控制泡沫浮选槽的运行的任一前述方面控制。
根据本发明的另一方面，提供一种设计用于泡沫浮选槽的运行的控制程序的方法，包括：在运行中，测定该槽的气体回收率；在至少一个已知运行条件设定下测定提高气体回收率的泡沫深度；以及计算提高气体回收率的泡沫深度。根据本方法，可设计控制程序来最优化所述气体回收率，从而改进所述浮选槽的性能。
根据本发明的另一方面，提供一种存储用于执行根据设计的控制程序的方法的设计过程的指令组的计算机可读介质。
还提供一种计算机可读介质，所述计算机可读介质用于控制根据前述控制泡沫浮选槽运行的方法中的任一方法的泡沫浮选槽。
根据本发明的另一方面，提供一种泡沫浮选槽，包括气体入口，所述气体入口在使用中用于将气体引入到槽中的液体，并且，由此在所述液体的表面上产生泡沫，所述泡沫具有从所述液体的表面到溢出点的深度，在所述溢出点，所述泡沫溢出并离开所述槽；以及控制器，所述控制器配置为对在溢出所述槽的泡沫中的气体回收率进行控制，从而相对于所述泡沫深度最优化所述气体回收率。该方面提供有控制器以通过控制所述泡沫深度来自动调节所述浮选槽的性能。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于控制浮选槽的控制系统，该控制系统包括：用于测定在溢出点溢出该槽的泡沫中的气体回收率的构件；以及用于控制所述气体回收率以相对于泡沫深度最优化所述气体回收率的构件，所述泡沫深度为从所述槽中的液体的表面至所述泡沫溢出且离开所述槽的溢出点。
在另一实施方式中，提供了一种包括上述的多个泡沫浮选槽的泡沫浮选装置。
附图说明
现将参照附图，仅示例性地描述本发明的实施方式，其中
图1示出了浮选回路的实施方式的示意图；
图2示出了用于泡沫浮选槽的气体回收率对气流速率的图表；
图3示出了用于泡沫浮选槽在3个不同气流速率处的精矿级别对矿物回收的图表；
图4示出了来自泡沫浮选槽的实验数据气体回收率对深度的图表；
图5示出了用于泡沫浮选槽的在3个不同泡沫深度的精矿级别对矿物回收的图表；
图6示出了表示气体回收率，气体流速以及泡沫深度的实验性数据；
图7和图8为表示根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
本发明源自于在泡沫浮选槽中的泡沫深度对泡沫中的有价值的矿物回收率的影响的新理解。
过去，改变泡沫深度已经观察到不同的趋势。然而，未能辨明其它因素对实验的整体模式的影响。
本发明验证了泡沫中的气体回收率是相对简单量化的值，并且最优化泡沫中气体回收率导致具有较高级别和较高矿石回收率的泡沫。此外，最佳泡沫深度用于给出其它运行条件的设定。其它运行条件包括：输入气体速率，浮选槽的几何构形，被分离的物质以及使用的化学添加剂。最佳泡沫深度产生在泡沫中的气体回收率的最大值。因此，在槽中的泡沫的高度的变动可被用于最优化泡沫浮选工艺。
总体来说，提供一种用于控制一个或多个泡沫浮选槽的方法。在运行中，空气或其它合适的浮选气体(包括气体混合物)，例如氮气被引入到含有液体的泡沫浮选槽中以产生泡沫。液体含有固体颗粒，例如矿石(含有待回收的有价值的金属的矿物)。然后观察从槽中的泡沫的溢出，在该操作条件下可测量或通过适当的方法推断槽的气体回收率。通过改变在槽中的泡沫的深度来控制该槽的运行以最优化气体回收率。
参照图1，该装置通常被显示为具有多个组或子组的回路，每个组包括多个泡沫浮选槽100。将要知晓的是：浮选回路的具体布局，槽100的数目可包括每个组或子组，且各种流的流配置可以是非常广泛的。根据要实现的具体条件，槽的每个组或子组可包括任何数目或布置的槽100。槽100通过任何已知的方式可被连接至另一个槽100，从而一个槽100的至少一些内含物能够流通到另一个槽100。泡沫浮选的实施和这种运行的设计对于技术人员是已知的，且例如在Wills′Mineral Processing Technology，第7版(Wills，B.A.和NapierMunn，T.)中进行了详细的描述。
含有两种或多种物质的液体可被加入至用于分离的泡沫浮选槽或槽100中，无论从溢出槽的泡沫中提取需要的物质，或所述泡沫包括不需要的物质，使得在运行之后，能够从保留在槽中的浆料中提取出需要的物质。在矿物工业的背景下，物质为在含在含有矿物和脉石的矿石中的含金属矿物。
在图1示出的实施方式中，浮选回路包括一组粗选池槽104，将通常为含有矿石的颗粒的水的液体进料引入到粗选池槽104。从粗选池组104的下游提供第二粗选池或“选池”组108以及清洁器组110。可选地，回路可包括多于一个的粗选池104，选池108或清洁化器110组或子组。此外，也可包括清洁器110和再清洁器。根据示出的实施方式，清洁器110和选池108均包括将材料再引入到组选池104的用于额外的处理的反馈通道。
在运行中，利用任何合适的方式压碎矿石，该矿石为待从中分离且然后提取的需要的含金属矿物的矿石。然后压碎的物质被进料至磨粉机以进一步被打碎成微细颗粒尺寸，例如粉末。在任何给出的情况下的所需的颗粒尺寸将取决于包括矿物学的因素的范围等，并且易于被测定。在磨碎后，化学处理颗粒以引起利用浮选工艺分离且然后提取的需要的矿物的合适的润湿性特性。根据优选的实施方式，处理颗粒，从而需要的矿物的表面是疏水且亲气的。这就确保了矿物牢固地附着到气体界面(例如气泡)，并且确保了空气或其它浮选气体容易地在需要的矿物的表面代替水。
优选地，化学处理所有的不需要的物质，从而使得其为亲水的。用于颗粒的化学处理的方法是已知，因此本文不再进一步讨论。
为了实施泡沫浮选工艺以及分离和提取需要的矿物，经化学处理的颗粒被引入至带有水或其他液体的槽100中。然后在控制的速率下经由一个或多个气体入口(未示出)将空气或其它气体的气泡引入到液体(由于固体颗粒的存在，也被称为“浆料”)。通常，经由风箱或其它合适的装置将气体供给到气体入口或槽100的入口。在槽100的运行期间，浆料至少部分地分离，从而至少一些需要的矿物的疏水颗粒粘附到气泡，同时根据槽中的条件，不需要的材料的亲水颗粒和一些疏水颗粒将保留在液体中。
在气体气泡和液体之间密度的不同支配气泡升至槽100中的浆料的上表面以在浆料的上表面上产生泡沫。该泡沫含有在气泡和液体，液体在气泡之间形成的通道中流动。因此，泡沫含有需要的颗粒和不需要的颗粒。为了提取需要的颗粒，控制槽100中的条件以使得至少一些泡沫从槽100中溢出。将从槽100溢出或移出的泡沫引入到进一步浮选槽100和/或形成包括待从中回收的需要的矿物的精矿。从泡沫回收精矿的方法以及从这些精矿中提取有价值的材料的方法是已知的，从而不再提供这些方法的进一步讨论。
在图1中示出的实施方式中，一旦进料已经被引入到粗选池104，粗选池104进行上述的泡沫浮选过程。在过程期间，由粗选池104产生的泡沫被引导至清洁器110，同时来自粗选池104的尾料被引入到选池108。然后，选池108和清洁器110进行上述的泡沫浮选过程。由选池108产生的泡沫和清洁器产生的尾料被再引入到粗选池104以用于进一步处理。然后，丢弃来自选池108的尾料，同时收获来自清洁器100的泡沫输出以用于上述最终精矿的提取。
在试图实现提取的精矿的良好回收率和良好级别中，可监测并控制泡沫浮选槽100中的可变因素和可操作的界限条件的范围。
如上所述，改变气体流速来最优化泡沫中的气体回收率导致具有高精矿级别和高矿物回收率的泡沫。技术人员将知晓的是：通过疏水颗粒使浮选泡沫稳定。担载在气泡上的颗粒的量是泡沫稳定性中的重要因素，并且其将依赖于输入气体流速。因此气体回收率中的峰值是由于在气泡上的担载对使气泡稳定(通常随着气体速率的增加而降低)的平衡，以及至浮选槽的溢流嘴的流动速度(通常随着气体速率的增加而增加，直至气体回收率由于气泡破裂太快而太低)。
参照的图2中的编号点，气体回收率和气体流速之间的关系解释如下：
1.在低气体流速下，当疏水颗粒对气泡表面区域的比例是相对较低时，气泡是严重担载的。这就防止了聚结和破裂。由于气体流速较低，在泡沫中，气泡也运行较慢，因此由于在气泡到达槽的溢流嘴之前的较长时间而聚结和破裂，导致低气体回收率。低气体流速可导致那些使得气泡在自身重量下破碎的较重颗粒担载，这也降低了气体回收率。
2.当到槽的气体流速增加时，担载在气泡上的颗粒降低，然是保持足够高来使气泡稳定。现在泡沫流动较快，且气泡在其破裂前到达溢流嘴，导致溢出堰的气体的增加的分数(高气体回收率)。
3.如果气体流速进一步增加，颗粒气泡比变成非常低，担载在气泡上颗粒较低，降低了气泡的稳定性且气泡快速地破裂(低气体回收率)。
现在可理解了气体回收率和气体速率之间的关系。如上所述，浮选性能是精矿回收率和精矿级别之间的平衡。当浮选槽的性能在其峰值时，每个这些特性测量值是较高的。在浮选槽的运行中，大多数需要的固体颗粒进入附着到气泡的泡沫上。然而，在泡沫到达槽的溢流嘴之前，大部分被分离并夹带在液体中，该液体在气泡之间的通道中流动。不需要的固体通过在气泡之间的通道中流动的液体的夹带进入到泡沫。因此，通过高气体流速和高气体回收率的增加而更多的气泡溢出溢流嘴，夹带的固体和那些仍然附着到气泡的固体的回收率是增加的，高气体速率以及高气体回收率增加。
因此，因为气体回收率增加需要的固体的提取的增加与由于在相关运行范围中气体流速的非显著增加产生的夹带的不需要的固体的受限增加的平衡，所以能够达到浮选槽的性能的最佳。
参照图3中的编号点，其与图2中的气体流速和气体回收率点相对应，在最佳性能和气体回收率之间的关系可更详细地理解如下：
1.在低气体流速下，由于低气体回收率，产生较低的需要的矿物回收率。由于较低气体流速和较低气体回收率而产生的低不需要的固体的夹带的结果，得到较高级别。
2.随着到槽的气体流速朝向气体回收率峰值的增加，由于气泡在整个溢流嘴的流动随着相关较高气体回收率中增加的增加而增加，矿物回收率增加。精矿级别减小，略微由于较高气体速率和较高气体回收率引起的夹带的增加。由于气体流速仍然足够低以限制不需要的固体的夹带，所以该降低是相对较小。
3.如果气体流速进一步增加超过气体回收率的峰值，由于较低的气体回收率，需要的固体回收较慢。由于高气体速率导致不需要的固体的高度夹带，精矿级别也将显著地降低。申请人已经进行了实验性测试以验证该理论，并且表明在单独的槽和累积组中将利用控制泡沫浮选槽的运行的已知方法转化至利用本方法均增加了所精炼的精矿的级别和回收率。
从下列测量值中的任一个或多个能够计算气体回收率：溢出浮选槽的泡沫的高度，例如通过测量在垂直于溢流嘴的缩放的垂直表面的潮痕(tide mark)的高度；在运行中经由浮选槽的图像分析得到泡沫溢出槽的速度；使用者对装置中测量已知的泡沫溢出的槽的长度或周长；以及通过使用者控制的到槽的气体流速。
因此，在非工业模式下能够监测、测量并控制气体回收率，而无需关注浮选槽的泡沫或其他内含物。所使用的图像分析的方法和计算对于技术人员是已知的且可在上述例如参考的Barbian中找到。因此，未提供关于该点的进一步详细描述。作为上述直接测量气体回收率的替代，例如，气体回收率能够利用泡沫稳定塔来得出或推导出。
然而，本发明通过实验性测试验证了：对于具体的(即恒定)输入气体流速，气泡深度也影响气体回收率。意外地，本发明已经证实，在泡沫的深度变动时，气体回收率也存在峰值。也就是说，如果以相同气体流速提供到不同泡沫深度(但是具有其它相同的运行条件)的槽中，气体回收率是不同的，并且当泡沫高度由小至大变动时，泡沫中的气体回收率开始增加，然后到达峰值，然后降低。因此，相对于泡沫深度来最优化气体回收率以得到提供在矿物级别和矿物回收率之间的最佳折中的运行条件是可能的。这是反常的，因为通常预期的是，当泡沫深度增加时，气体回收率和矿物回收率将降低。最后，由于泡沫深度将变得太低而使得没有泡沫将从槽中溢出，导致气体回收率和矿物回收率的零值。
图4中示出了反常的结果。图4示出了用于泡沫浮选槽的实验数据，验证了在恒定空气流速下的泡沫深度的变动如何影响空气(气体)回收率。可见，在中间泡沫流速得到最大气体回收率。图5示出了泡沫深度的变动如何影响矿物回收率和级别(图5中的编号点与图4中的编号点相对应)。提供最大气体回收率的泡沫深度也给出了在矿物回收率和级别之间的最好交换。
这种最优化泡沫浮选槽的新方法对于下游泡沫浮选槽(例如用于后“清洁器”)是尤其需要的，其将尤其需要对级别和矿物回收率进行最优化。通过增加级别而不损失回收率，降低必须经下游处理的矿物的体积，允许在下游更大保留时间或更小/更少的装配。
图6示出了泡沫深度和输入空气流速(QA，in)如何影响泡沫中空气回收率(α)的实验结果。可见，该图表代表从三个不同空气流速(4.2、5.4和6.5m3min-1)和三个不同泡沫深度(0.5、0.8、1.0m)采集的数据。泡沫深度和输入空气流速的每个结合来测量泡沫中的空气回收率(α)。
如图6中可观察到，并且应该从图2的讨论中可预期的是，当流速对于任何恒定泡沫深度而增加时，气体(即空气)回收率(α)在再次降低之前先通过增加变动至峰值。在该情况下，对于每个泡沫深度，最大气体回收率发生在5.4m3min-1的输入流速下。然而，从图6中还可看到的是(并且从图4中预期的是)，对于任何给定的气体输入流速，当泡沫深度改变时，气体回收率(α)也变动。对于4.2和5.4m3min-1的空气流速，在0.8m的泡沫深度处能够观察到峰值空气回收率。
对于6.5m3min-1的流速，1.0m的泡沫深度产生最高的空气回收率(尽管对于其它流速有较小的变动)。也即是说，最佳泡沫深度对于不同的气体流速不是恒定的。
因此，对于任何给出的流速存在将提供出最高的空气回收率(α)的最佳泡沫深度。
在图6的情况下，对于任何给出的起始泡沫深度，相对于输入流速最优化气体回收率，并且然后相对于泡沫深度最优化气体回收率，将允许对整个最佳运行点(发生在5.4m3min-1的入口气体流速和0.8m的泡沫深度)的验证。
增加的泡沫深度提供了用于发生气泡的聚结的较长时段(当在泡沫中的气泡进行进一步移动时)。在一些系统中还可观察到在固体担载(即保持在气泡的表面上的颗粒的量)的增加伴随着泡沫深度增加而发生。这就表明由于聚结体保持附着到泡沫中的气泡(从而增加泡沫的整个担载)，在薄膜上的颗粒在泡沫内减弱。由于预期的是增加的固体负载使泡沫稳定，这将导致在较少的总聚结和破裂，并且因此增加总气体回收率。
因此，“峰”轮廓的一个可能解释为：在低泡沫深度下，主要因素是由于通过较高固体担载使泡沫稳定，泡沫深度的增加导致气体回收率的增加。然而，这种效果将与当泡沫深度增加时用于气泡聚结的增加的时间竞争。这样，在较高泡沫深度时，气泡聚结可能为主要的机制，从而由于更多的气泡破裂，进一步增加泡沫深度实际上导致回收率的损失。然而，需要进一步的实验以了解变动的泡沫深度的观察到的效果的潜在诱因。
但是，在气体回收率和泡沫深度中的观察到的变动提供了用于最优化工业化泡沫浮选过程的另一机会。具体地，通过变动泡沫深度，可相对于泡沫深度最优化气体回收率，并且已经示出了气体回收率是最优化泡沫中的总级别和矿物回收率的关键参数。
在这个意义上，“相对于泡沫深度最优化”表示利用泡沫深度导致在运行条件(例如气体流速)的给出设定下的可获得的峰值或最大气体回收率下或其附近运行。也就是说，由于运行系统规定参数表示可不需要对在最大气体回收率的精确运行的控制，“最佳”可导致在围绕最大气体回收率的预定范围内运行。需要理解的是，改变泡沫深度(例如通过改变槽中的液体的体积)可改变其他过程可变因素。然而，从之前的讨论中将理解的是，在本申请的背景中，术语“相对于泡沫深度最优化”并不需要所有其它可变因素保持精确的恒定。
因此，根据本发明的实施方式的方法，在组中的单独的槽能够独立地调整和/或控制以最优化气体回收率并因此从槽得到最佳性能。
也就是说，根据本发明，当在槽中的泡沫的深度变动时，可监测来自槽的气体回收率。基于反馈回路或之前的调准产生的查找台(lookup table)，能够变动泡沫的深度以提供最佳的气体回收率。
通过改变供给到槽和从槽移出的液体的流，可变动泡沫的深度。实际中，在设定流速下，在组中的第一槽可接收液体。在该情况下，通过调节输出，能够改变槽中的保留体积。改变槽中的液体的保留体积将改变用于泡沫的可获得的空间，并因此改变泡沫深度。
对于在组中的后续槽，液体的输入流速将由前槽的输出决定。因此，当控制上游槽以通过改变保留体积来改变泡沫深度时，可优选的是调节下游槽的输出速率以避免在那些槽中改变泡沫深度。这将是跨越多个槽的集成的控制方法的实例。
或者，可优选的是分别控制每个单独的槽。这将意味着，每个单独的槽将被控制以响应上游微扰。这将允许与上游运行无关的对每个单独的槽的连续监测和最优化。
改变泡沫深度的替代方法是设计具有可变的溢出位置的槽。例如，槽的上边缘和/或堰可被设计为可延伸的，从而增加用于泡沫的可获得的空间，而不改变槽本身中的液体的体积。
现将参照图7和图8描述运行泡沫浮选槽的方法。
图7示出了用于运行泡沫浮选槽和控制泡沫中的气体回收率的方法。
在步骤S701中，液体被供给到泡沫浮选槽。该液体含有待分离的物质，(例如)其可为之前已经承受连续处理的矿石的颗粒。该液体也可含有用于辅助分离的各种添加剂。
在步骤S702中，将气体供给到在泡沫浮选槽中的液体。优选地，该气体以小气泡的形式供给到槽，或槽可含有剪应力构件以将进入的气流打碎成气泡。气体可为气体的混合物，例如空气。当气体上升通过液体时，疏水颗粒附着至气泡界面，并且当气泡到达液体的表面时形成泡沫。形成在液体的表面上方的泡沫延伸至在槽中的溢出点，或用于收集泡沫的堰，经由溢出点或堰，泡沫离开槽。也就是说，泡沫深度被界定在溢出点和液体的表面之间。在实际中，泡沫也将含有一些夹带的液体，从而含有疏水颗粒和亲水颗粒。
在步骤S703中，相对于供给到槽的气体计算在溢出的泡沫中的指示气体回收率的参数。通过自动控制器可进行该步骤(以及后续步骤S704和S705)。参数可为气体回收率本身的值，当已经进行了之前的全调准时，该值为在这种情况下有用的控制值。或者，参数可为指示气体回收率的参数的变化，该变化在利用反馈回路的情况下是更加有用的值。
如上所述，可使用用于计算指示气体回收率的参数的各种过程。一个选择是当泡沫在溢出点溢出时，监测泡沫的速度和高度，并利用这些测量值(联合溢出点或溢出堰的尺寸)来计算在回收的泡沫中的气体。如果溢出的泡沫的高度是恒定的，只需要监测泡沫的溢出速度。这些选择中的任一个提供了作为整体的槽的测量值。或者，可参用采样测量值。用于进行这种采样的装置是前述泡沫稳定性塔。这种方法提供了局部测量值，该局部测量值然后可被估算以推断跨越整个槽的测量值。
在替代的实施方式中，指示未回收的气体(也就是，供应到槽且离开槽而并未并入溢出泡沫的气体)的参数可用于替代指示回收的气体的参数。再次，参数可为未回收的气体的值或在未回收的气体的指示性参数中的变化。例如，通过采集并测量从槽的表面逸出的气体可测定未回收的气体的量。
可使用的其它参数包括“泡沫破碎率”，该参数为当气体供给关闭时，通过限定量的用于泡沫柱的破碎的占用的时间的测量。或者，泡沫的图像(例如，利用光谱分析)可被用于测定动态变化，或声音传感器可被用于监测破裂和聚结时间并且用于推断气体回收率，并且这些将提供用于在控制中的合适的参数。
在步骤S704中，测定是否气体回收率相对于泡沫深度是最佳的。该测定将基于之前的调准来进行，并因此比较测量的结果和之前得到的调准结果。或者，该测定将基于反馈回路来进行，通过比较之前的泡沫深度变动如何改变气体回收率。
如果在步骤S704中测定气体回收率不是最佳的，然后该方法进行步骤S705，在步骤S705中调节泡沫深度。深度调节的值将依赖于问题中的测定是否气体回收率是最佳的方法以及具体泡沫浮选系统。例如，如果已经进行了调准，可能的是立刻调节泡沫深度至最佳深度。或者，如果使用反馈，可进行增量式调节。
对于现存的泡沫浮选槽，变动泡沫深度的最实际的方法可能是改变泡沫浮选槽中的保留液体的体积。降低保留液体的量将增加在槽中可获得的用于泡沫的空间，而增长保留液体的量将降低在溢出点下方的用于泡沫的可获得的空间。通过改变液体供给到或从槽中回收的速率可调节泡沫浮选槽中的保留液体的体积。
调节泡沫的深度的替代方法是使用设计有可变位置的溢出点的泡沫浮选槽。例如，可以调节泡沫的溢出槽的边缘或堰以增加或减少槽中的液体的表面上方泡沫的高度。也就是说，槽的壁和/或堰可以被构建成具有可调节的高度(例如，通过使用伸缩的可调整部)，或槽的基底的位置相对于上边缘/溢出点是可调节的。
在已经调节了泡沫深度之后，合适的延迟以允许对系统的调节，该方法返回到步骤S703，在步骤S703中，再次计算气体回收率，并且随后进行步骤S704，在步骤S704，测定是否气体回收率已经是最佳的。优选地，泡沫深度的改变将增加气体回收率，即使气体回收率不是最佳的。然而，技术人员将理解的是，在深度调节期间，反馈控制回路可导致相应于最大气体回收率的泡沫深度“上升”，可能导致气体回收率的降低。
如果在S704测定气体回收率已经是最佳的，然后该控制方法在步骤S706结束。
如上所述，理想的是相对于泡沫中的气体回收率最优化气体流速和泡沫深度。图8为示出这种可能的控制方法的流程图。
在步骤S801和S802(相应于步骤S701和S702)中，液体和气体被供给到泡沫浮选槽。利用与步骤S703中相同的方法，步骤S803计算溢出槽的泡沫中的气体回收率。
在步骤S804中，测定泡沫中的气体回收率是否已经相对于供给到槽的气体的流速是最佳的。在前述的步骤S704中，可基于之前调准或反馈回路进行测定。
如果测定出该气体流速不是最佳的，该方法移动至步骤S805，在步骤S805中，对气体流速进行调节。例如通过控制阀门以增加或减少进入槽的气体的量，可调节气体进入槽的流速。
在已经调节了气体流速之后，并且经允许系统响应合适的时段之后，该方法返回至步骤S803和S804，在步骤S803和S804中，计算泡沫中的气体回收率，并测定气体回收率相对于气体流速是否已经是最佳的。
当测定气体回收率已经相对于气体流速是最佳的时，该方法移动至步骤S806，在步骤S806中，测定气体回收率相对于泡沫深度是否已经是最佳的。如对步骤S704的讨论，该测定可基于之前的调准或反馈回路。
如果测定气体回收率相对于泡沫深度不是最佳的，该方法移动至步骤S807，在步骤S807中，如步骤S706所述，调节泡沫深度。在已经调节泡沫深度并且已经允许系统响应的合适的时段之后，该方法移动至步骤S808，在步骤S808中，计算气体回收率(如步骤S803所述)。该方法然后返回至步骤S806以测定气体回收率相对于泡沫深度是否是最佳的。如果测定气体回收率相对于泡沫深度已经是最佳的，该方法移动至步骤S809，在步骤S809中，控制方法到达结束。
在替代的实施方式中，代替在步骤S809进入结束的图6的方法返回至步骤S804以测定气体回收率相对于气体流速是否仍然是最佳的。也就是说，由于气体流速对于具体泡沫深度是原始最佳的，并且泡沫深度可能已经在步骤S806至S808步骤中改变，这就可能需要对于气体流速和气体深度的重复最优化过程。
在其他实施方式中，相对于泡沫深度的最优化的步骤以及相对于气体流速的最优化可平行发生而不是连续发生。当浮选槽对气体流速与对泡沫深度的改变的响应时间和对泡沫深度的改变的相应时间是显著不同时，这是有可能的。例如，槽对在泡沫深度中的改变的响应可能是缓慢的(如果其包括组出或填充槽，泡沫深度的改变可相对较慢)，而气体流速可能是改变相对较快的(通过打开或关闭阀门)。在这种情况下，可能的是找到用于每个泡沫深度中的增量式改变的最佳气体流速，从而即使泡沫深度被改变时，确保(即刻地，与长时间相反)最佳的级别和矿物回收率。
在进一步替代的实施方式中，可能需要在相对于气体流速最优化气体回收率之前，相对于泡沫深度最优化气体回收率。
将要知晓的是，在优选的实施方式中，利用气体回收率的最大化，将最优化在组、装置或其它槽的回路中的每个浮选槽，然而，可能的是，最大化回路中的任何数目的槽的气体回收率以改进从中提取的精矿的累积级别和回收率。
通过利用气体回收率作为控制参数，该方法使得能够从进料至浮选槽的颗粒或其他物质中提取增加量的需要的固体，而且同时限制从槽中提取的不需要的固体的量。通过利用最小化提取的不需要的材料的途径，与已知的工艺相比该方法实现了性对于需要的固体的级别和回收率的提高的性能，在已知的工艺中，实现需要的材料的高比例的精矿是仅最优化级别和回收率中的一个或另一个的结果。
由于利用能够从浮选槽的图像分析得到的测量值，根据本发明的实施方式的方法是容易实施的。不需要复杂的计算以调准浮选槽。因此，该方法能够用于解扰并且作为用于浮选性能改进的最优化工具。还存在在闭合回路控制中的潜在应用。此外，上述气体回收率测试可被用于涉及实验性程序的简单且容易的方法。
可设计控制程序以控制上述根据本发明的泡沫浮选槽的装置或组。具体地，可设计计算机执行程序用于控制泡沫浮选槽装置或组的运行，其中，到每个单独的槽的气体流速是变动的，以实现在任何给定运行条件下，在整个运行中的槽的最佳气体回收率。还可能的是，测定实现用于具体装置或具体组的用于一个或多个运行条件的预先设定的控制的方案，并且在计算机可读介质中记录用于在装置或组上进行的该方案。
上述方法已经主要定向于从矿石提取矿物，然而，将要知晓的是，在任何泡沫浮选工艺中可应用该控制和调准方法。实施例包括纸的脱墨，其中经由泡沫移除不需要的墨，并且需要的纸保留在浮选槽的浆液中。本发明的方法也可用于蛋白质分离、分子量分离和废品分离的泡沫浮选槽的调准和控制。

Claims (38)

1.一种控制泡沫浮选槽运行的方法，所述方法包括：
将气体引入到槽中的液体中，由此在所述液体的表面上产生泡沫，所述泡沫具有从所述液体的表面到溢出点的深度，在所述溢出点，所述泡沫溢出并离开所述槽；以及
控制该泡沫深度以相对于所述泡沫深度最优化气体回收率，
其中，所述气体回收率是溢出所述槽的泡沫中的气体量与进入所述槽的气体量相比的比例。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过改变所述槽中的液体的体积来控制所述泡沫深度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过改变所述液体移出所述槽的速率来改变所述液体的体积。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，通过改变所述液体供给到所述槽的速率来改变所述液体的体积。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过改变在所述槽中的所述溢出点的位置来控制所述泡沫深度。
6.根据权利要求1所述的方法，包括：仅控制所述泡沫深度以提高气体回收率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过自动控制器进行控制的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，利用控制回路控制所述泡沫深度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在保持气体被引入到所述液体的流速基本恒定的同时，进行控制所述气体回收率的步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，控制包括使所述泡沫深度改变的至少一个步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在保持气体被引入到所述液体的流速基本恒定的同时，使所述泡沫深度改变。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：控制气体被引入到所述液体的流速以相对于气体流速最优化所述气体回收率。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，在保持所述泡沫的深度基本恒定的同时，进行控制气体被引入到所述液体的流速的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，在控制所述泡沫深度的步骤前，进行控制气体被引入到所述液体的流速的步骤。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
测定指示所述气体回收率或未回收的气体的参数；以及
响应于该测定的参数来控制所述泡沫深度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述参数为所述气体回收率或未回收的气体的值，或所述值的变化率。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，测定所述参数包括：监测泡沫从所述槽的溢出，以及由所述槽溢出的泡沫测定离开所述槽的泡沫中的气体回收率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，测定所述参数进一步包括监测气体被引入到所述液体的流速。
19.根据权利要求15所述的方法，包括对所述槽中的泡沫性质进行采样并且由采样获得所述参数。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，利用泡沫稳定性柱进行采样。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，测定所述参数进一步包括：利用探测器来测量泡沫从所述槽溢出的速度。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体含有待回收的需要的物质和待丢弃的不需要的物质，其中，运行所述槽以至少部分分离所述需要的物质和所述不需要的物质。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体包括从泡沫浮选槽溢出的泡沫。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体含有矿石的颗粒，并且所述矿石含有待从所述矿石的残余物中分离的矿物。
25.一种控制一组泡沫浮选槽运行的方法，包括根据权利要求1所述的方法独立地控制槽。
26.一种控制包括多个泡沫浮选槽组的装置运行的方法，包括根据权利要求25所述的方法独立地控制组。
27.一种运行泡沫浮选槽的方法，包括根据权利要求1所述的方法控制所述槽的运行。
28.一种运行包括多个泡沫浮选槽的组或包括多个泡沫浮选槽的装置的方法，包括根据权利要求27所述的方法独立地控制槽的运行。
29.一种从含有两种或更多种物质的液体中得到物质的方法，包括：将所述液体加入到泡沫浮选槽；根据权利要求27所述的方法运行该槽；以及从在运行期间溢出所述槽的泡沫中得到所述物质。
30.一种从含有两种或更多种物质的液体中得到物质的方法，包括：将所述液体加入到泡沫浮选槽、泡沫浮选组或泡沫浮选装置；根据权利要求27所述的方法运行该槽、该组或该装置；以及在运行之后从保留在所述泡沫浮选槽、所述泡沫浮选组或所述泡沫浮选装置中的物料中得到所述物质。
31.一种得到精炼矿的方法，所述方法包括根据权利要求30的方法。
32.一种从泡沫浮选槽溢出的泡沫或保留在该槽中的液体中回收的物质，其中根据权利要求1所述的方法控制所述泡沫浮选槽。
33.一种设计用于泡沫浮选槽的运行的控制程序的方法，包括：在运行中，测定该槽的气体回收率；在至少一个已知运行条件设定下测定增加气体回收率的泡沫深度；以及计算提高气体回收率的泡沫深度，
其中，所述气体回收率是溢出所述槽的泡沫中的气体量与进入所述槽的气体量相比的比例。
34.一种存储用于执行根据权利要求33所述的方法的设计过程的指令组的计算机可读介质。
35.一种用于根据权利要求1所述的方法控制泡沫浮选槽的计算机可读介质。
36.一种泡沫浮选槽包括：
气体入口，所述气体入口在使用中用于将气体引入到槽中的液体，并且，由此在所述液体的表面上产生泡沫，所述泡沫具有从所述液体的表面到溢出点的深度，在所述溢出点，所述泡沫溢出并离开所述槽；以及
控制器，所述控制器配置为对在溢出所述槽的泡沫中的气体回收率进行控制，从而相对于所述泡沫深度最优化所述气体回收率；
其中，所述气体回收率是溢出所述槽的泡沫中的气体量与进入所述槽的气体量相比的比例。
37.一种包括多个在权利要求36中要求保护的泡沫浮选槽的泡沫浮选装置。
38.一种用于控制浮选槽的控制系统，所述控制系统包括：
用于测定在溢出点溢出该槽的泡沫中的气体回收率的构件；以及
用于控制所述气体回收率以相对于泡沫深度最优化所述气体回收率的构件，所述泡沫深度为从所述槽中的液体的表面至所述泡沫溢出且离开所述槽的溢出点；
其中，所述气体回收率是溢出所述槽的泡沫中的气体量与进入所述槽的气体量相比的比例。
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