CN109894253B - 改进的空气辅助的分离系统 - Google Patents

Abstract

一种改进的空气辅助的分离系统，所述分离系统用于使包含大量颗粒的浆料分类，所述颗粒受流化流(包含搅动水和气泡)和流化床的影响。所述分离系统包括分离罐、浆料进料分配器、流化流歧管和气体引入系统。所有这些部件被设置成通过浆料进料分配器引入浆料并允许浆料与从流化流歧管进入分离罐的流化流相互作用从而在分离罐中产生流化床。气体引入系统被构造成优化流化流中的气泡尺寸分布。气体引入系统包括气体引入导管和旁通导管。气体引入系统可以通过调整经过气体引入导管的搅动水流而进行调节。

Description

改进的空气辅助的分离系统

本申请是申请号为201380080258.0、申请日为2013年11月6日、发明名称为“改进的空气辅助的分离系统”发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及流化床或搅动床分离系统，尤其涉及空气辅助的分离系统。

背景技术

流化床或搅动床分离系统在采矿工业中用于分级和密度分离。这些分离系统的冶金性能和高容量使其理想地用于浮选回路之前的备料。已经发现当这种分离系统利用加入空气泡实现流化流时，可以将性能提高至超过通过仅使用水的系统所实现的程度。这种分离器被称为空气辅助的分离系统。这些设备通常使用两个基础操作参数进行控制：流化流速和流化床水平。所呈现的是对合并各种新颖特征的空气辅助的分离系统的改进，所述改进进一步增强了分离工艺。

发明内容

所呈现的是一种分离系统，所述分离系统用于使浆料中包含的大量颗粒进行分类。颗粒受包含搅动水和气泡的流化流以及流化床的影响。分离系统包括分离罐、浆料进料分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管，它们全部被设置成通过所述浆料进料分配器引入浆料并允许浆料与来自所述流化流歧管的流化流相互作用从而在分离罐中产生流化床。分离罐具有槽，所述槽用于接收被运送至分离罐的顶部的颗粒。气体引入系统被构造成优化流化流中的气泡尺寸分布。气体引入系统包括气体引入导管和旁通导管，所述旁通导管使搅动水流绕过气体引入导管。气体引入系统可以被调节从而通过调整经过气体引入导管的搅动水流来优化气泡尺寸分布。气体引入导管和旁通导管汇合从而产生流化流。通过调整经过所述气体引入系统的流从而控制流化流的体积。

在分离系统的一些实施方案中，压力读取装置被设置和构造成测量流化床的密度。在一些实施方案中，压力读取装置包括两个压力感应器从而测量流化床的密度，或者差压变送器被构造成测量流化床的密度。在一些实施方案中，密度指示控制器用于控制气体引入系统和底流导管，从而根据来自压力读取装置的信号基于由密度指示控制器进行的计算来调节流化床的密度和水平。

分离系统的一些实施方案包括浆料充气系统用于对进料浆料进行充气。这些实施方案中的一些包括喷射装置用于对流化水进行充气。分离系统的其它实施方案进一步包括化学收集剂或表面活性剂，所述化学收集剂或表面活性剂被引入流化流以调节浆料中的颗粒或者促进流化流的充气。

本领域技术人员将认识到本发明允许不同于所示那些的实施方案，且设备和方法的细节可以以不同方式变化而不脱离本发明的范围。因此，附图和说明被视为包括这些等价实施方案而不脱离本发明的精神和范围。

附图说明

为了更全面地理解和了解本发明及其诸多优点，将参考结合附图的如下详细说明。

图1显示了分离系统的示意图；

图2为流化床分离室的立体图；

图3为分离罐的横截面，其显示了典型流化床的部件；

图4A为分离罐的横截面，其显示了密实度较低的流化床的部件；和

图4B为分离罐的横截面，其显示了密实度较高的流化床的部件。

具体实施方式

参考附图，贯穿显示和描述的数个实施方案和附图，一些附图标记用于表示相同或相应的零件。描述了附图中所示的相应零件的形状或功能的变化。将理解实施方案中的变化通常可以互换而不偏离本发明。

应用流化床(也被称为搅动床或搅动水床或流化搅动床)的分离系统通常用在采矿工业中以划分液体悬浮体或浆料中包含的大量颗粒状矿物种类。这些浆料由有价值的和价值更低的矿物种类的混合物组成。应用充气流化流(引入搅动的水和气体以形成气泡)和流化床的分离系统被称为空气辅助的分离系统。本文所述的空气辅助的分离系统的一个示例为由宾夕法尼亚州伊利的埃里埃兹制造公司制造的HYDROFLOAT^TM。如图1至图3中所示，空气辅助的分离系统10包括流化床分离室12与相联的气体引入系统38、浆料充气系统62以及压力读取装置70，每个部分在下文更详细地讨论。正如通过对比图1和图2最好理解的，通过浆料进料分配器16将浆料进料至分离罐14，所述浆料进料分配器16通常位于分离罐14的上方三分之一处。浆料中的颗粒状矿物质相对于搅动水的上升流而逆流地向下移动。通过流化流歧管18将搅动水进料至分离罐14，所述流化流歧管18通常位于分离罐14的中心周围且连接至流入导管17。

对比图2和图3，当通过浆料进料分配器16将浆料引入分离罐14的上方部段时，搅动水和气泡的上升流与向下流动的浆料碰撞，由于浆料中的一些颗粒选择性地附接至气泡从而使得浆料中的颗粒分离。微细/轻质的颗粒通过搅动水的流动而被向上水力运送，且附着于气泡的那些颗粒浮动至顶部，停留在溢流层20内从而最终被运送至分离罐14的顶部。在被运送至分离罐14的顶部之后，这些颗粒流入外部溢流槽22或内部溢流槽24并通过排空两个溢流槽22和24的溢流导管25而从系统中运走。

更为粗糙/密实的颗粒以及未附着于气泡的颗粒具有足够的质量抵抗搅动水的上升流而沉降，通过分离罐14而向下降落并形成悬浮颗粒的流化床26。流化床26充当分离罐14内的密实介质区域。在流化床26内，小的间隙产生高的隙间液体速度，所述高的隙间液体速度阻碍可以抵抗搅动水的上升流而沉降的颗粒的渗透，但是这些颗粒过于微细/轻质而不能渗透已经形成的流化床26。因此，这些颗粒最初向下降落直至其接触流化床26并被迫向上以积累在溢流层20中。这些颗粒最终被运送至分离罐14的顶部且最后进入溢流槽22或24中的一个。

过于粗糙/密实而不能留在流化床26上方的颗粒和未附着于气泡的颗粒最终经过流化床26下行并进入底流层28。一旦进入底流层28，这些颗粒最后经过底流导管30从底流层28中排出。底流阀32调节从分离罐14中排出的粗糙/密实颗粒和未附着颗粒的量。底流阀32的类型取决于实际应用且可以从橡胶夹管阀变化成偏心旋塞阀，但是应理解能够适当地调节粗糙/密实颗粒的排出的任何底流阀32都是可行的。

干扰床分离器基于颗粒的尺寸和比重将微细/轻质颗粒与粗糙/密实颗粒分离。通过干扰沉降原则控制分离效果，所述干扰沉降原则通过包括如下的多个等式进行描述：

其中U_t为颗粒的干扰沉降速度(m/sec)，g为重力加速度(9.8m/sec²)，d为颗粒尺寸(m)，ρ_s为固体颗粒的密度(kg/m³)，ρ_f为流化介质的密度(kg/m³)，η为流体的表观粘度(kg·m^-1·s^-1)，φ为固体的体积浓度，φ_max为对于给定材料所获得的固体的最大浓度，且β为雷诺数(Re)的函数。本领域技术人员通过观察该等式可以确定，颗粒的尺寸和密度极大地影响颗粒在干扰沉降模式内的沉降情况。

本领域技术人员还可以看出，通过在搅动水流中引入气体(例如空气)产生气泡从而对搅动水进行充气，这将影响附着于这些气泡的颗粒的沉降特征。在进入分离罐12之前，通过在搅动水流中引入气体从而对空气辅助的分离系统的流化流进行充气。因此，对于已知的浆料组成，可以调整流化流以便优化气泡与目标颗粒的相互作用，并将这些目标颗粒运送至分离罐12的顶部以便除去。

如图1中所示，使用气体引入系统34以便使至流化流的气泡引入优化。气体引入系统34包括两个平行布置的导管，气体引入导管36和旁通导管38。两个导管位于搅动水供应管线40的下游并位于流入导管17和流化流歧管18的上游，所述搅动水供应管线40将搅动水供应至气体引入系统34。当搅动水流进入气体引入系统34的时候，其分成第一搅动水流部分和第二搅动水流部分，所述第一搅动水流部分流动经过气体引入导管36，所述第二搅动水流部分流动经过旁通导管38。

第一搅动水流部分在气体引入导管36中充气。气体引入点44将气体引入搅动水流从而当搅动水流经过气体引入导管36的时候产生气泡。喷射装置42喷射或打破产生的气泡从而形成更小的气泡。可以使用能够有效地喷射气泡的任何类型的喷射装置，例如但是不限于串联静态混合器或高剪切喷射系统。通常地，喷射装置42的喷射效果随着经过喷射装置42的搅动水的流速而变化。气体引入导管36还包括流量计46以监控经过气体引入导管36的搅动水的流速。通常地，该流量计46设置在气体引入点44的上游以减少气泡对流量计46的操作造成的干扰。

气体引入系统34可以组合不同于所示系统的其它类型的系统从而引入气体和喷射气泡。在图1中，显示气体引入点44向系统提供加压气体。将理解可以代替性地使用无需凝聚气体即可操作的系统，例如使用文丘里效应将气体吸入搅动水流的吸气器。

旁通导管38允许第二搅动水流部分绕过气体引入导管36，而不会干扰喷射装置42的有效操作。旁通导管38包括自动阀47，所述自动阀47控制流动通过旁通导管38的流的体积。在第一搅动水流部分和第二搅动水流部分汇合的气体引入系统38的末端处，所述部分结合从而形成流化流，所述流化流进入流化床分离室12。

当分离系统10在使用中的时候，流量计46与计算机构49进行通讯，所述计算机构49与自动阀47进行通讯并调节自动阀47从而使经过旁通导管38的搅动水流节流。该方法维持了通过气体引入导管36的恒定的搅动水流。搅动水供应管线40还包含了控制系统48，所述控制系统48由流动测量设备78、流动控制阀80和密度指示控制器76组成，这些部件在下文讨论。控制系统48调整进入气体引入系统34之前的搅动水流的体积，然后优化进入流化床分离室12的流化流的体积。

在一些应用中，空气辅助的分离系统使用反应试剂(例如化学收集剂)来调节颗粒从而改善目标颗粒与气泡的附着。还使用表面活性剂帮助气泡的一般产生。为了引入这些反应试剂，现有技术的分离系统(未显示)通常包含多个搅拌罐调节器(未显示)。然而搅拌罐调节器消耗大量的能量且占据巨大的占地面积。因此，本领域中存在的动机是实现将化学试剂引入分离系统同时消耗比包含多个搅拌罐调节器所需的更少的能量和空间的目的。

再次参考图1，发现可以简单地通过使用收集剂泵58或表面活性剂泵60注入搅动水供应管线40从而将反应试剂引入分离系统10。当将反应试剂引入搅动水供应管线40的时候，反应试剂随着搅动水移动至气体引入系统34。将反应试剂注入气体引入系统34使得反应试剂在进入分离罐14之前直接地并完全地混入流化流。还发现相比于通过使用搅拌罐形成的混合物，以这种方式通过气体引入系统34混合反应试剂和流化流带来更均匀分布和紧密的混合物。

还发现浆料在浆料进料分配器68中浆料的预充气允许气泡和进入分离罐12的颗粒接触。为了完成预充气，将浆料充气系统62合并至进料引入系统16。浆料充气系统62将充气的水引入正在移动通过浆料进料管16的浆料或者将充气的水直接引入浆料进料分配器68。浆料充气系统62包括两个管线，水引入管线64和空气引入管线67。水和空气经过喷射装置42随后被排入浆料进料管16或浆料进料分配器68。将空气加入进料浆料通过缩短分离罐12中所需的接触时间而增强了浮选动力学。

还发现如果控制流化床26的密度，有可能影响流动通过流化床26的颗粒的类型。如图4A和图4B中所示，当流化床26变得更密实的时候，更为粗糙/密实的颗粒可能保留在流化床26中而不会向下落入底流层28。当流化床26更为稀释且密实度更低的时候，出现相反的效果。当流化床26变得密实度更低的时候，微细/轻质颗粒穿过流化床26向下降落并进入底流层28。考虑到分离系统可以基于浆料内的颗粒的尺寸和/或密度进行分离，有利的是调节流化床26的密度从而控制流化床分离室12的操作。

再次参考图1，为了调节流化床26，压力读取装置70安装在流化床分离室12内以测量流化床26内的压力并将信息转送至计算机构(未显示)，所述计算机构计算流化床26的密度。计算机构通常为可编程逻辑控制器，但是能够计算流化床26的密度的任何装置都是可行的。

至少两个压力传感器设置在分离罐14内，上方压力传感器72和下方压力传感器74。压力传感器72和74通常为具有内部应变仪的独立的压力感应器用于测量由分离罐14内的围绕压力感应器的流体和浆料的混合物所产生的压力。上方压力传感器72和下方压力传感器74两者被构造成读取直接围绕其在分离罐14内的位置的流化床26的密度。应注意即使通常使用具有内部应变仪的压力感应器，本领域技术人员知晓能够读取和传输流化床周围压力的压力的任何设备都是可行的，例如但是不限于被构造成测量流化床的离散密度的差压变送器或单个差压变送器。来自传感器72和74的读数通过压力读取装置70进行编辑并传送至计算机构以便进行计算。

通过计算机构使用如下等式计算流化床26的密度ρ_b：

其中ΔP为通过上方压力传感器72和下方压力传感器74计算的差压读数，A为分离器的横截面积，V_z为两个传感器72和74之间的区域的体积，且H为这些传感器72和74之间的高度差。

上方压力传感器72和下方压力传感器74各自安装在不同的高度处但是彼此紧靠。上方压力传感器72和下方压力传感器74之间的通常的高度差为12英寸(305mm)以便将由于流化床16的扰动造成的任何信号干扰最小化，但是本领域技术人员知晓传感器之间的任何距离都是可行的。

当引入分离罐14的流化流的体积增大的时候，其稀释流化床26并引起流化床膨胀，造成来自压力传感器72和74的更低的密度读数。相反，当引入分离罐14的流化流的体积减小的时候，流化床26收缩且密实度更高，造成来自压力传感器72和74的更高的密度读数。为了控制进入和离开分离罐14的流化流的体积，密度指示控制器76监控来自两个压力传感器72和74的读数，然后调节搅动水至气体引入系统34的流速。密度指示控制器76还可以通过监控来自两个压力传感器72和74中的仅一个(通常是下方压力传感器74)的读数，随后基于单个读数进行微细调节，从而控制流化床26的水平。

还使用第二个密度指示控制器75，通过监控来自两个压力传感器72和74中的仅一个(通常是下方压力传感器74)的读数随后通过底流控制阀32调节离开分离罐14的材料的排放速度，从而控制流化床26的水平。

当包含压力传感器72和74的时候，调节进入和离开分离罐14的流化流的体积应当通常被设定成以较小增量非常缓慢地进行，否则流化流的体积变化可能造成两个压力传感器72和74中的较大波动，所述较大波动将造成密度计算的不精确。有利的是实现两个压力传感器72和74与密度指示控制器76之间的延时。该延时允许流化床26密度的更为精确的读数，因为密度指示控制器76根据在不同调节之间有时间沉降的流化床26的密度读数而调节进入或离开分离罐14的搅动水的流速。在短时间段内提供的平均读数的计算也可以实现流化床26密度的更为精确的读数。

有利的是对密度指示控制器76进行编程从而控制进入和离开分离罐14的流化流的最小体积和最大体积。例如，流化流的最低体积参数应当被设定为比使用的特定类型的浆料的理想流化流的最小实际体积小约10-20％，该效果限制沙淤问题(sandingproblems)的可能。流化流的最高体积参数应当被设定为比分离罐14内使用的特定类型的浆料的理想流化流的最大实际体积大约10-20％，该效果限制更为粗糙/密实的颗粒意外进入槽22或24之一的错放。

本发明已经参考数个优选实施方案进行描述。在阅读和理解前述说明书时，其他人可以进行许多修改和变化。旨在构建本发明从而包括所有这些变化和修改，只要它们落入所附权利要求或这些权利要求的等价物的范围内。

Claims (3)

1.一种分离系统，所述分离系统用于使浆料中包含的大量颗粒进行分类，所述颗粒受流化床以及包含搅动水和气泡的流化流的影响，所述分离系统包括：

分离罐、浆料进料分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管，所述分离罐、浆料进料分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管全部被设置成通过所述浆料进料分配器引入浆料并且允许浆料与来自所述流化流歧管的流化流相互作用以在所述分离罐中产生流化床；

搅动水供应管线，其连接至所述气体引入系统的上游；以及

反应试剂，为一种化学收集剂，其被引入所述搅动水供应管线以调节颗粒并赋予颗粒疏水性。

2.根据权利要求1所述的分离系统，其中所述反应试剂为表面活性剂以促进流化流的充气。

3.根据权利要求1所述的分离系统，其中所述反应试剂包含多种化学试剂。

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