CN1324270A - 浮选分离材料的混合系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于浮选罐(10)中的混合系统,包括一个径流式叶轮(24)和一个轴流式叶轮(26),二者安装在同一轴(32)上以便旋转,其中轴流式叶轮(26)位于径流式叶轮(24)下方。

Description

浮选分离材料的混合系统
                     叙述
本发明涉及特别适于浮选分离不同种类的材料如矿石中所含的矿物质的混合系统，特别是涉及一种能够减少在浮选分离过程中所用动力的混合系统。
本发明的一个主要特点是提供了一种混合装置，其能够保持材料的固态循环悬浮、将充气介质(空气或气体)散布到固态循环悬浮物中并且将该悬浮物与空气混合，同时将上述循环维持在一个接触区域中，以便使将被分离的材料在该区域中附着在充气介质的气泡上，该区域与一个静止或静态区域分隔，气泡可以通过该静止区域上升并形成浮动泡沫、到达液面而不会破裂并将被分离的颗粒释放出。混合装置安置在一个容纳着液体和颗粒材料(矿石和用来开采矿石的残渣)的罐中。所容纳的上述液体以含有添加剂的水为宜，该添加剂能促进将被浮选分离的材料颗粒被吸湿吸附。上述罐和其中的混合装置可以称作浮选室。
为了有效且高效地实现浮选分离，需要以气泡状散布气体、固态悬浮以及将固态悬浮物与气泡进行混合。此外，罐中的一个区域，即固态悬浮物循环而且充气介质泡与颗粒相接触以便使将被分离的物种粘附着在气泡上的区域被称作接触区域，该接触区域最好与罐中的一个位于接触区域上方的区域(静止或静态区域)分隔开，气泡可以通过静止区域上升而不会破裂并将携带的颗粒释放出来。本发明的一个特点是能够通过高效使用混合装置运行所需的工作功率，用于悬浮和散布气泡状的充气介质、将气泡掺合和混合并且分隔出接触和静止区域，由此减少了实施浮选分离过程所需的动力。
以前的浮选分离室中一直包括混合机构，后者带有专用叶轮的各种组合结构，以便实现气体的散布和混合，但还没有实现对动力的理想高效使用。例如1959年3月3日颁发给布斯(Booth)的美国专利U.S.2,875,897使用了一专用叶轮，用于通过吸力引入气体。一个轴流式叶轮向上抽吸并将流体直接排入吸气叶轮中。这种构造不利于高效使用动力和有效地分隔出接触和静止区域。有人曾经使用环绕着轴的导流板和导流管专用结构来分隔出上述两个区域，这种构造有时被称作挤紧器。例如参看布斯专利，于1989年1月24日颁发给克里什纳斯瓦尼(Krishnaswany)等的美国专利第4,800,017号、于1991年8月13日颁发给卡里奥伊南(Kallioinen)等的美国专利第5,039,400号以及美国犹他州盐湖城的艾姆克加工设备公司(Eimco Processing Equipment of SaltLake City,Utah,U.S.)在广告中宣传的威姆克浮选机(Wemcoflotation machines)。
本发明的主要目的是提供改进的混合装置，其能够高效率地有效实现对不同物种的浮选分离，例如将传统浮选机所需的功率从每Kgal(千加仑)20HP(马力)或更多降低到每Kgal 2到5HP。
本发明的另一个目的是提供改进的浮选分离装置，其中固态悬浮和循环是通过一个向下抽吸的轴流式叶轮而获得的，该叶轮扫起聚集在罐底部的固体并使固体循环通过由一径流式叶轮排出的气泡，以便在罐中保持分隔的接触和静止区域，从而加强浮选分离过程并且使该过程在动力消耗方面更具效率。
本发明的另一个目的是提供改进的混合装置，其通过如下方式提高了浮选分离过程的效率，即利用一个径流式气体散布叶轮，通过将该叶轮整体或大部分保持在散布的气体中，可以使之高效率地运行，从而降低了浮选分离过程中散布气体所需的动力。
本发明的另一个目的是提供改进的混合装置，其能够在浮选分离罐或室中环绕着一个路径产生循环，该循环向下经过从另一叶轮中散布出来的气体，再跨过罐底部，由此消除了罐底部或者循环路径穿过散布气体的短程循环，从而进一步提高浮选分离过程在所需功率方面的效率，以便使循环材料与气体的散布气泡实现接触。
简而言之，根据本发明，用于通过浮选而将不同种类的颗粒材料进行选择性分离的混合装置使用了一种装置，该装置通常引导一充气介质泡径向流进罐内的液态介质中。另外还设有其他器具，用于使悬浮物材料的循环沿着大致向下的路径到达罐底部，并且穿过充气介质的径向流体，从而在罐中产生一个位于静止区域下方的接触区域，在该接触区域中，所选定物种的颗粒向湿性地附着在充气介质泡上并且随着气泡流入静止区域中，以便在到达罐中的液体介质的液面时被收集。
通过阅读下面描述并结合附图，可以使本发明的上述以及其他目的、特点和优点以及本发明目前的优选实施例更加清楚地展现出来，下面简要叙述一下附图。
                   附图简述
图1是设在浮选分离罐中的本发明混合装置的示意图；
图2是沿着图1中的线2-2所作的剖切俯视图；
图3是沿着图1中的线3-3所作的另一剖切俯视图；
图4是图1所示混合装置的径流式和轴流式叶轮的放大图；
图5是沿着图4中的线5-5所作的俯视图；
图6是由图1-5所示叶轮获得的循环和流动模式的示意图；
图7是类似于图4的正视图，显示了根据本发明另一个实施例的混合装置，其包括一个与图1-5所示叶轮类型不同的径流式叶轮；
图8是沿着图7中的线8-8所作的剖切俯视图；
图9是类似于图4的正视图，显示了根据本发明另一个实施例的与图4和7所示叶轮类型不同的径流式叶轮；
图10是沿着图9中的线10-10所作的剖切俯视图；
图11是类似于图1的正视图，显示了根据本发明另一个实施例的两个轴流式叶轮与一个径流式叶轮装于同一轴上的结构；
图12示出在图1-5所示径流式叶轮的上边缘与空气输送管的固定凸缘之间的不同间隙的情况下，以功率指数Np为单位的动力消耗量与单位为SCFH(在标准温度和标准大气压下每小时流过的立方英尺数)的流率之间的变化关系曲线图，在圆盘沿叶轮下边缘旋转时，该间隙确定出一个引入空气并排出气泡状空气的空间。
参看图1-5，图中示出了一个由罐10提供的浮选室。该罐中容纳着液体介质例如水。可以在这种介质中添加化学制剂，以便促进将要分离的金属矿向湿性地吸附在气泡上，随后，气泡上升到罐10中的液体顶部12或液面处，在此它们将漂浮并形成浮渣，该浮渣通过例如流过一个环形溢水口14并进入一个环形收集罐16中从而被收集。可以使用一个用于将浮渣向溢水口14流动的撇渣器，但为了简化起见未显示出来。漂浮的气泡浮渣中含有从其他颗粒中分离出来的浓缩矿石，上述其他颗粒有时被称作残渣，它们可以经过出口管道(未示出)从罐底部18排出。罐壁上可以安装导流板20。可以有四个彼此相隔90°的导流板。导流板20的顶端22布置在液面12之下。
该混合装置使用了一个径流式叶轮24和一个轴流式叶轮26。这些叶轮具有毂28和30，该毂固定在一根用于带动两个叶轮24和26绕着相同旋转轴线旋转的轴32上。在叶片36的末端34之间测量的轴流式叶轮26的直径可以为在罐的直壁38内侧间所测量的罐直径的百分之30至40。
轴32被一个传动机构40驱动，该传动机构可以包含一个齿轮箱。该机构被一个横跨罐10顶部的横梁42支承着。该轴向着罐的底部18延伸，从而将轴流式叶轮布置成其中线44与罐底部18相距3/8D至1D(其中D为叶轮26的直径)。这个间距是一个间距示例，当轴流式叶轮向下抽吸而扫过罐底部时，该间距足以从该叶轮获得流动循环，如后文参照图6详细解释。径流式叶轮24被这样布置，即其中线46适合与轴流式叶轮26相距D/2。这个D/2间距是一个间距示例，其足以使向下流入轴流式叶轮26的循环卷绕住从径流式叶轮排出的流体。通过与径流式叶轮的排放物相交，从叶轮24径向排出的气泡或其他充气介质泡之间的接触面可以与将要被分离的矿石颗粒相接触，从而将这些颗粒向湿性地吸附到气泡上。之后，气泡漂浮过轴流式叶轮产生的循环或流动路径所限定出的接触区域48，并通过一个位于接触区域上方的静止区域50上升，从而在液面或表面12处形成浮渣。一个依靠在环54上的多孔圆板52布置在该静止区域中。栅板52中的孔允许携带着将被分离颗粒的气泡从中通过，同时又将接触区域48从静止区域50分隔出来。
一根中空管56环绕着轴32布置，该中空管的顶部58被封闭，而底部带有圆盘形凸缘60。该管56和凸缘60通过固定在梁42上或者否则是紧固在罐10的壁38上而被固定。径流式叶轮24具有多个平板形叶片62。这里是六个彼此相隔60°并且径向延伸的叶片62。这些叶片具有上下边缘64和66。下边缘固定在一个圆盘68上。该圆盘的直径等于叶轮24的直径。叶轮24的直径与凸缘60的直径基本相等。叶片上边缘64与凸缘60的下表面之间相隔一个缝隙70。在图1至5所示实施例中，该缝隙刚好足以提供叶轮24旋转而不会与圆盘60发生冲突所需的间隙。该间隙可以变化，例如从1/16至1/2英寸，这取决于叶轮26的直径D，形成理想气泡所需的剪切机构，以及叶轮旋转所需的理想功率。这种关系显示于图12中，图中以一组曲线显示出在缝隙从1/16(0.0625)英寸变化到1/2(0.5)英寸时的各种功率指数和流速的变化。对于图12所示数据，叶轮26的直径D为大约二十英寸。
圆盘68与叶轮24一起旋转，该圆盘和被固定的圆盘凸缘60限定出气体流经上述管56的中空内腔71所需的空间。气体可以是压缩气体(高于在液位12下方并位于凸缘60与圆盘68之间的空间中前端处的压力，该空间与一个侧管72连通)。气体可以被由径流式叶轮24所形成的吸力引入，而侧管72可以是敞开的管。气流可以通过管72中的一个适宜的阀(未示出)来节流。
当在凸缘60与圆盘68之间的端面因为缝隙70中最小间隙的缘故而大体上被密封住时，则在凸缘60与圆盘66主要放置着叶片62的空间中就基本上只含有空气。这样就提高了效率并且如图12所示，呈现出一低功率指数Np。之后，气泡在径向叶轮的末端76与罐中液体之间的交界处被机械式剪切。还希望能够引起流体或液力剪切机，在这种情况下缝隙70中的间隙被加大，以便使一些液体流入凸缘60与圆盘68之间的空间中。之后，液体带着气体被径向抽吸。由于液体与气体之间存在流速差，因此气体除了在末端76处被机械式剪切外，还会被液力剪切成气泡。使用液力剪切的负面因素是造成额外的功率损耗，如图12中清楚显示。
径流式叶轮24可以采用美国纽约州(邮编14611)罗切斯特城的135Mt.瑞得大道的莱特宁搅拌器公司(Lightnin Mixers of 135Mt.Read Blvd.,Rochester,New York 14611,USA)供应的R300型叶轮。本发明的一个重要特点是R300型叶轮被安置在相反位置，以形成空间，从而保证了气体处理中的功率损耗。
在附图中作为实施例显示的轴流式叶轮是同样来自莱特宁搅拌器公司的A310型叶轮。这种叶轮描述于1984年8月23日授予维特曼(Weetman)的美国专利第4,486,130号中。也可以使用其他轴流式叶轮。然而，优选采用A310型叶轮，因为它在动力消耗量方面的效率较高。在叶轮26的末端处测量的直径大于径流式叶轮24的直径。叶轮26的直径优选为径流式叶轮24直径的大约1.5倍。这种尺寸关系以及轴流式叶轮与径流式叶轮之间的间隔被选择成能其提供的循环路径能限定出接触区域48并且将区域48与静止区域50分隔开。
如图6所示，当气泡束80从径流式叶轮24径向排出时，该气泡束将扩展。向下抽吸的轴流式叶轮26将驱动液流向下流向罐10的底部18，在此液流将扫起底部18上收集或聚集的任何颗粒。之后，液流被导流板26引导着沿罐壁38继续前进，然后再调头向下进入叶轮入口侧。换言之，叶轮26的压力侧面向下方，而吸力侧面向上方。吸力侧带动液流向下通过叶轮并沿着路径80循环。可以理解，这个路径环绕着罐10呈环状延伸。随着所排出的气泡束80的扩展，流体路径会与该气泡束相交。随着液流与气泡束的相交和混合，液流中携带的矿石(选定物种)颗粒将被气泡拾取。气泡会在湿性吸附力的作用下粘附在矿石上。一些气泡将绕着流体路径循环，而另一些气泡将带着颗粒通过静止区域50向上到达液面表面12，在此它们被作为浮渣收集起来并且可以通过溢水口14排放到收集罐16中。
参看图7和8，径流式叶轮90同样是来自莱特宁搅拌器公司的R100型的。该叶轮具有一个中央圆盘92，其上安装着叶片94。圆盘与凸缘60的底表面之间构成了一个空间，气体则通过中空管56中的通道71引入该空间中。叶片94的上边缘98与凸缘60的底部表面之间相隔的距离刚好足以提供不与叶轮90的旋转发生冲突所需的间隙。叶轮94在罐中的液体中运转并且提供了液力剪切从而形成气泡。优选利用外部压缩机产生的压力将空气引入凸缘60与圆盘92之间的空间中。除此之外，该混合装置与图1至6所描述的装置类似。
参看图9和10，图中示出了一个径流式叶轮100，它可以是同样来自莱特宁搅拌器公司的R130型叶轮。该叶轮包括六个叶片，它们是弧形的并且构成了半圆柱形尖端102。该尖端102与从轴32的轴线延伸出来的径向直线相切。尖端102固定在一个中央圆盘104上，该圆盘与凸缘60的底表面之间提供出一个空间，空气可以通过中空管56引入该空间中。该空气优选为来自外部压缩机的压缩空气。尖端叶片102的上边缘与凸缘60被缝隙70间隔开，以便提供出仅够叶轮100自由旋转所需的间隙。气体被引入圆盘104与凸缘60之间的间隙中并且径向向外排出。尖端叶片102也在液体中运转并提供径向液体抽吸，以导致气体被液力剪切和机械式剪切，从而排出气泡。除此之外，图9和10中所示混合装置的操作与结合图1至6所描述的装置类似。
图11中示出了一个系统，其中径流式叶轮24在罐中可以安置得高于图1至10所示系统中的情况。由于径流式叶轮布置得较高，在径流式叶轮上的深度液压差低于前面显示的系统，这样由于需要克服凸缘60与圆盘68之间的空间中的一个较低的液压差，因而增强了对气流的抽吸。
为了产生能够扫过罐底部以便拾取颗粒并将颗粒悬浮在罐内液体中的循环，一对轴流式叶轮110和120安装在轴32上，这两个叶轮均可以是A310型叶轮。这两个叶轮向下抽吸并且增大了循环路径在罐10中沿竖直方向的长度。此时仍能获得一个静止区域，但该区域比发生循环的接触区域短。
从前面描述可以看出，这里提供了改进的混合装置和系统，它们特别适合用于浮选分离过程。当然对于本领域的普通技术人员而言，对这里描述的混合装置及其所用浮选机构的改变和修改是显而易见的。因此，前面描述应看作是解释性而非限制性的。

Claims (22)

1．一种通过浮选而选择性地分离不同种颗粒材料的混合装置，其包括：用于产生大致为径向的充气介质泡流体并使其流入一个罐内的液体中的器具，上述罐具有一个从其顶部延伸到底部的壁；用于使上述材料的悬浮物产生循环的器具，该悬浮物循环沿着大致向下的路径流动到罐底部并且与上述径向流体相交，上述循环包括上述向下的液流和一股沿着上述壁向上的液流，从而在上述罐中限定了一个位于静止区域下面的接触区域，在上述接触区域中，所选定的上述种材料的颗粒被向湿性地附着在上述气泡上并且随着上述气泡流入上述静止区域中，以便在到达上述罐中的上述液体的液面时被收集。
2．根据权利要求1所述的混合装置，其特征在于，上述径向流体产生器具包括一对板，这两个板所限定的一个空间与上述充气介质的入口相连通，其中一个上述板可旋转地连接在一个布置在上述空间中的径流式叶轮的叶片上。
3．根据权利要求2所述的混合装置，其特征在于，其中一个上述板是一个导管上的凸缘，上述充气介质通过该导管流入上述空间中，上述导管相对于上述叶轮而言是固定的。
4．根据权利要求3所述的混合装置，其特征在于，上述充气介质受到来自上述导管外侧的压力而流入上述空间中，或者因上述径流式叶轮的抽吸而流入上述空间中。
5．根据权利要求4所述的混合装置，其特征在于，上述固定凸缘的直径基本上等于上述叶轮的直径。
6．根据权利要求2所述的混合装置，其特征在于，上述径流式叶轮具有多个叶片，其叶片的上边缘沿着背离罐底部的方向与下边缘相隔，上述板中的另一个不可旋转并在上述可旋转板的上方隔开放置，上述不可旋转板距离上述可旋转板足够近，以便在上述叶轮旋转时阻止液体介质流入上述空间中，同时又在不可旋转板与上述径流式叶轮的上边缘之间提供出间隙，以使叶轮能够旋转。
7．根据权利要求6所述的混合装置，其特征在于，上述不可旋转板与上述上边缘之间的间隙可以在下面的范围内进行选择，即从基本上能够阻止上述液体介质进入上述空间的紧密间隙，到能使得上述液体介质进入上述空间并被径向驱动以便向上述充气介质施加液力剪切并由此来促使上述气泡膨胀的间隙。
8．根据权利要求7所述的混合装置，其特征在于，上述可旋转板是一个圆盘，其与上述径流式叶轮同轴而且具有几乎相等的直径，该圆盘沿着上述叶轮叶片的下边缘布置。
9．根据权利要求7所述的混合装置，其特征在于，上述可旋转板是一个圆盘，其与上述轴流式叶轮同轴并且布置在该叶轮的上下边缘中间，上述叶轮的上边缘与上述不可旋转板之间的间隙仅仅足够使叶轮能够旋转。
10．根据权利要求9所述的混合装置，其特征在于，上述圆盘的直径小于上述径流式叶轮的直径和不可旋转板的直径，而且上述叶片超出上述旋转圆盘径向延伸。
11．根据权利要求9所述的混合装置，其特征在于，上述叶片选自由多个平坦板条或多个弯曲板条构成的组，上述弯曲板条构成了尖端，由该尖端所限定的表面基本上与上述叶轮的一个旋转通道相切着延伸。
12．根据权利要求1所述的混合装置，其特征在于，上述循环产生器具是至少为一个的轴流式叶轮，运转该叶轮可以朝着罐底部进行抽吸，该叶轮与罐底部相隔大约3/8D至1D，其中D是轴流式叶轮的直径。
13．根据权利要求2所述的混合装置，其特征在于，上述循环产生器具是至少为一个的轴流式叶轮，运转该叶轮可以朝着罐底部进行抽吸来进行操作，该叶轮与罐底部相隔大约3/8D至1D，其中D是叶轮直径，而且上述轴流式叶轮可以与上述径流式叶轮在相同轴上绕着相同轴线旋转并且距上述径流式叶轮足够近，从而产生流入上述径流式叶轮的进入液流，该进入液流包含从上述径流式叶轮中的排出液流并且不会与该排出液流分离。
14．根据权利要求13所述的混合装置，其特征在于，上述轴流式叶轮的直径大于上述径流式叶轮的直径。
15．根据权利要求14所述的混合装置，其特征在于，上述轴流式叶轮的直径为上述径流式叶轮直径的1.5倍。
16．根据权利要求13所述的混合装置，其特征在于，上述轴流式叶轮沿着上述轴与上述径流式叶轮相隔大约1/2D，其中D是上述轴流式叶轮的直径。
17．根据权利要求16所述的混合装置，其特征在于，上述轴流式叶轮沿着上述轴与上述径流式叶轮相隔大约1/2D，其中D是上述轴流式叶轮的直径。
18．根据权利要求12所述的混合装置，其特征在于，多个上述轴流式叶轮可以在一根轴上旋转，其中较下方的一个叶轮放置高于罐底部所述间隔的位置处。
19．一种用于混合不同流体介质的混合装置，其包括：用于产生大致为径向的第一流体介质流并使其流入罐中一第二流体介质的器具，上述罐具有一个从其顶部延伸到底部的壁；用于使上述第一和第二流体介质都产生循环的器具，上述介质循环沿着大致的路径流动到罐底部并且与上述径向流体相交，上述循环包括上述向下的液流和一股沿着上述壁向上的液流，从而在上述罐中限定出一个上述流体介质相混合的区域。
20．根据权利要求19所述的混合装置，其特征在于，上述径向流体产生器具包括一对板，这两个板所确定的一个空间与上述第一流体介质的入口相连通，其中一个上述板中可旋转地连接在一个布置在上述空间中的一个径流式叶轮的叶片上。
21．根据权利要求19所述的混合装置，其特征在于，其中一个上述板中是一个导管上的凸缘，上述第一流体介质通过该导管流入上述空间中，上述导管相对于上述叶轮而言是固定的。
22．根据权利要求21所述的混合装置，其特征在于，上述第一流体介质受到来自上述导管外侧的压力而流入上述空间中，或者通过上述径流式叶轮的抽吸而流入上述空间中。
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