CZ162994A3

CZ162994A3 - Process for separating particles in a liquid heterogeneous mixture and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ162994A3
Application number: CZ941629A
Authority: CZ
Inventors: Tomasz Duczmal; Jakob H Schneider
Original assignee: Hydro Processing & Mining Ltd
Priority date: 1992-01-06
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1995-02-15
Also published as: US5192423A; BR9207026A; SK80694A3; KR940703717A; WO1993013863A1; EP0620763A1; JPH07502683A; CA2126311A1; AU3022892A; AU3153693A; FI943210A0; KR100239935B1; FI943210A; HU9401982D0

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro oddělování částic v kapalné heterogenní směsi, kde částice mají odlišné fyzikální, magnetické a/nebo chemické vlastnosti. Konkrétněji se způsob a zařízení vztahuje zejména na oddělování kapalných uhlovodíků z vody, která může obsahovat pevné látky, jako nafty oddělované z dehtových písků nebo oddělování tiskařské barvy ze suspenze z novinového papíru, a oddělování jedné nebo více pevných látek od kapalin, nebo oddělování rud, které mohou mít feri-,fero- a/nebo paramagnetické vlastnosti.

Dosavadní stav techniky

Flotační systémy jsou důležité jednotky ve zpracovávacích technologiích, ktré byly vyvinuty pro oddělování částicových složek od kapalných heterogenních směsí. Flotace je postup, kterým je vzduch nechává probublávat suspenzí jemně rozptýlených částic, přičemž jsou hydrofobní částice oddělovány od zbývající části heterogenní směsi připojením vzduchových bublin. Spojení bubliny a částice, tvořené přilnutím bubliny k hydrofobní částici, má obecně menší hustotu, než kapalná heterogenní směs, což má za následek, že spojení stoupá na povrch flotační nádoby. Oddělování hydrofóbních částic se proto dosahuje oddělováním horní vrstvy heterogenní směsi, která je ve formě vrchní kalové pěny nebo obecně pěny, od zbývající kapaliny.

Základní krok ve flotaci pěny zahrnuje to, že bublina a částice jsou v dotyku po dostatečně dlouhou dobu pro přerušení filmu vzduch-kapalina a tím k vytvoření spojení. Celková doba potřebná pro tento způsob je součet doby dotyku a vyvolání dotyku, kde doba dotyku závisí na pohybu bubliny a částice a hydrodynamice systému, zftcímco doba vyvolání dotyku se řídí povrchovými chemickými vlastnostmi bubliny a částice.

-2Oddělování flotací má určitá omezení, která ho činí neúčinným v mnoha případech použití, Zejména se v minulosti předpokládalo, že flotace není příliš účinná pro získávání jemných částic (méně než 10 mikronů v průměru). To může být vážným omezením, zejména v oddělování jemných minerálů. \

Vsvětlení pro tuto nízkou míru výtěžku je, že setrvačnost částic je tak malá, že vnikání částic do filmu vzduch-kapalina je bráněno, což má za následek nízké rychlosti a míry připojování bublin. S flotací se dále nikdy nepočítalo jako postupem pro oddělování uhlovodíků z kapalné heterogenní směsi.

Dalším omezením běžných flotačních systémů je, že jsou požadovány jmenovité doby přidržování řádově několik minut pro dosažení úspěšného oddělení. Ukázalo se však, že spojovení bubliny a částice je často řádově v milisekundách, což ukazuje, že rychlost a míra oddělování je většinou omezována srážkami mezi bublinami a částicemi a/nebo dopravou spíše než jinými faktory. Tyto dlouhé doby přidržování značně omezují kapacitu zařízení a vyžadují konstrukci relativně velkého a drahého zařízení.

Byly vyvinuty hydrocyklóny s rozdělováním vzduchu (dále ASH) pro překonání výše uvedených dvou omezení běžných flotačních systémů. První systémy, jaké jsou popsány v ruském patentu 692 634 a německém patentu 1 175 621, spočívaly na oddělování odstředivého pole zaváděním vzduchových bublin v odstředivém proudu. Zlepšení této koncepce byla navržena například v patentovém spisu USA. 4 279 743, 4 397 741, 4

399 027 a 4 744 890, která popisují určitá zdokonalení v jednotkách ASH. Jednotky ASH kombinují zásady oddělování flotací s odstředivými silami pro dosažení úspěšného oddělování jemných částic s dobami přidržování řádově několika sekund. Řízené silové pole velké síly je v ASH vytvářeno tím, že se kapalná heterogenní směs nechává proudit vířivé, čímž se zvyšuje setrvačnost jemných částic. Vzduchové bubliny ma

3lého průměru s vysokou hustotou jsou tak nuceny se pohybovat kapalnou směsí, čímž se zvyšuje méra srážek s částicemi. Výsledkem jsou rychlosti flotace s dobami přidržování blížícími se vnitřním dobám připojení bublin. To odpovídá kapacitě, která je nejméně 100 až 300 násobná vzhledem ke kapacitě běžné mechanické nebo kolonové flotační jednotky.

Při flotaci ASH se využívá tlaková energie tekutiny pro vyvolání rotačního pohybu tekutiny (vířivý pohyb). To vyplývá z vedení kapalné směsi tangenciálně hlavovým cyklónem do válcové nádoby, Vířivý proud určité tlouštky je vyvíjen v obvodovém směru podél stěny nádoby, a vypouští se prstencovým otvorem vytvořeným mezi stěnou nádoby a podstavcem uloženým axiálně na dně nádoby.

Vzduch se zavádí de jednotky ASH stěnami opláštěné pórovité nádoby, a je smykem děnen do řady malých bublinek vysokorychlostním vířivým proudem kapalné směsi. Hydrofóbní částice v suspenzi kolidují se vzduchovými bublinami, připojují se k bublinám, a jsou dopravovány radiálně bublinami co se tvoří ve válcové ose. Pěnová fáze je patou na dně nádoby a je tak nucena se pohybovat vzhůru směrem k přebíračí víru cyklónu a je pak vypouštěna jako přepadový produkt. Hydrofilní částice naproti tomu zůstávají ve fázi kapalné heterogenní směsi a pokračují tak v pohybu ve· směru víření podél póroviré nádoby, až jsou vypouštěny s kapalnou směsovou fází prstencovitým otvorem mezi stěnou nádoby a patou.

pěnové fáze, která nesena a vymezována

Je důležité poznamenat, že vířivý pohyb kíipalné heterogenní suspenze podél stěny nádoby tvoří vírovou vrstvu, která je odlišitelná od pěnové fáze ve středu válcové nádo by. Důležitým znakem vírové vrstvy je, že má výslednou axiální rychlost, směrem k vypouštěcímu spodnímu od z tovému prstenci mezí stěnou nádobv a patou. TI vir· ' vr · o·. , zpravidla S% až 12¾ pcki-ěru nádoby, a rosoe se vzrůstajícím pcki-ěru nádoby, a

-4vzduchovým průtokem a s axiální vzdáleností od cyklónové hlavy, přičemž je největší na spodním odtokovém prstenci.

Velikostní a pohybové znaky pěny vytvořené podél osy válcové nádoby jsou závislé na pracovních podmínkách a vlastnostech přiváděného materiálu. Mezi vírovou vrs.tvou a pěnovým jádrem je přechodová oblast pro kapalnou směs, kde je výsledná rychlost v axiálním směru buď nula, nebo působí ve stejném směru, jako prochází kapalná směs. Poslední podmínka' platí tam, kde pěnové jádro je relativně malé a nechává tak velkou mezeru mezi vírovou vrstvou a jádrovou trasou, která se plní kapalnou směsí. Nej lepší podmínka je, když je přechodová oblast minimální, t.j. když je pěnové jádro dostatečně velké, aby nechávalo malý prostor mezi ním a vírovou vrstvou.

V pěnovém jádře je vytvořen tlakový spád mezi patou a přebíracím výstupem víru umístěným axiálně na vrchu nádoby. Tento tlakový spád je síla, která žene pěnu axiálně vzhůru. Existují tři činitele, které ovlivňují tlakový spád v pěnovém jádře:

- omezení průtoku kapalné heterogenní směsi ke spodnímu vypouštěcímu prstenci,

- omezení dopravy pěny do otvoru přebírače víru, a

- plynulý přívod čerstvé pěny do pěnového jádra z vírové vrstvy.

První a druhý činitel jsou pak závislé na konkrétním použití a mohou být seřízeny během chodu, Třetí činitel je závislý na průtoku vzduchu a na hydrofóbních vlastnostech částic, a jejich hmotnostní podíl v kapalné heterogenní směsi .

Bezprostřední výhodou jednotky ASH je usměrněný prohýb a těsný dotyk mezi částicemi ve vírové vrstvě na pórovité stěně nádoby a čerstvě vytvořenými vzduchovými bublinami. Silné odstředivé silové pole vytvořené vířící suspenzí udě-5luje větší setrvačnost jemným částicím tak, že mohou narážet na povrch bublin a přitahovat bubliny. V důsledku toho je podporováno oddělování jemných částic.

Jednotky AHS jsou však špatnými oddělovači hrubších hydrofobních částic, a to vzhledem k tomu, že vířící kapalná heterogenní směs uděluje těmto částicím příliš velkou setrvačnost a brání jim se připojovat ke vzduchovým bublinám. Pro dosažení oddělení těchto hrubších částic je zapotřebí, aby měly relativně velkou hydrofóbnost, takže spojení bubliny a částice jsou při převládajících podmínkách hydrocyklónu stabilní. V případech, kde není hydrofóbnost dostatečně silná, bude systém vykazovat určité vlastnosti třídicího cyklónu, kde hrubé hydrofobní částice budou dopravovány kapalnou heterogenní směsí ; do spodního výtokového prstence, zatímco jemnější částice budou mít sklon být dopravovány do pěnového jádra a ven přepadovým přebíračem víru.

Studie ukázaly, že odlučovací účinnost pro řadu minerálních částic klesá, když průměry částic stoupají nad 100 mikronů. Jiné studie však ukazují, že horní mezní velikost částic je silně ovlivňována hydrofóbností částice, jak byla popsána výše, a může tak být rozšířena nad 100 mikronů. Pro částice uhlí ukazují zkoušky, že oddělování částic nad 100 až 400 mikronů výrazně klesá se zvyšujícím se tlakem kapalné heterogenní směsi.

Došlo by proto k výraznému přínosu ke stavu techniky, kdyby bal vyvinut způsob a zařízení, které mohou účinně oddělovat částice velikostí nad současným částicovým rozmezím. Významného zdokonalení by také se také dosáhlo, kdyby mohl být použit zvýšený tlak kapalné heterogenní směsi (a proto zvýšená průtočná množství) při současném udržování účinného oddělování. Důležitý krok ve vývoji -způsobu a zařízení je popsán ve zveřejněné patento/é přihlášce utr-n ' ••nálezu V0 91/15302 s překvapujícími Kár?.n) o ; mor . p„*x pou<·>.·

-6žití jedinečného použití odlučovacích postupů v jednotce ASH. Jako- vodítko pro další pochopení principu oddělování v nové jednotce ASH přihlašovatele je možné se odvolat na uvedenou zveřejněnou PCT přihlášku. Přesto jsou však dále rozebrány základní zásady za účelem lepšího pochopení zjištění a objevu autorů, popsaných v této přihlášce...

Nejprve bude hovořeno o pěnové flotaci. Jak bylo vysvětleno výše, provádí se odlučování hydrofóbních částic oddělováním horní vrstvy suspenze, která je ve formě pěny, od zbývající kapaliny. Pěnová flotace přinesla použitelnost způsobu s ohledem na velikost částic a je účinná od 8 do 10 mesh níže. Více než u jakýchkoli jiných odlučovacích procesů nemá flotace prakticky žádná omezení při oddělování minerá-. lů.

Flotační stroje poskytují hydrodynamické a mechanické podmínky, které vyvolávají vlastní odlučování. Kromě zřejmých požadavků na přívod kapalné směsi a výstup odpadů z článků a lavic nebo mechanického odebírání směsi musí flotační komora také zajišťovat:

- vyvolávání suspenze a disperze malých částic pro zabránění sedimentace a pro umožnění kontaktování s malými bublinami,

- přívod vzduchu, tvorbu bublin a rozptyl bublin,

- podmínky podporující dotyk mezi částicí a bublinou a jejich spojení,

- neturbulentní povrchovou oblast pro stabilní tvorbu pěny a její odebírání a

- v některých případech dostatečné míšení pro další vzájemné působení minerálních reagentů.

Následující přehled uvádí některé z nejdůležitějších mechanismů, k nimž dochází ve flotačních strojích.

Rmut:

Tvorba bublin; pohyb částic a bublin k sobě; ztenčení a pro-Ίtržení filmů kapaliny; vysoce provzdušněná poháněči oblast a méně provzdušněný zbytek s intenzivním recyklačním tokem mezi oběma oblastmi; strmé rychlostní spády ve rmutuzejména za přítomnosti pěnotvorného činidla; rozdělování doby pobytu pevných částic.

Pěna:

Spády koncentrace vznikající selektivním a ulpívajícím působením pěny v pěnovém sloupci; vzájemné spojování bublin; spády koncentrace mohou být reprezentovány krokovým vrstvením změn koncentrace a dvousměrným přenášením hmoty mezi vrstvami.

Přechod suspenze-pěna

Mezi fázemi dochází k dvousměrnému přenosu pevné a kapalné hmoty.

Vzduch:

Prokazuje hnací sílu pro přenos jak pevných částic, tak i vody ze rmutu do pěny.

Voda:

Při dopravování vzduchu a všech pevných složek neselektivně při zvyšující se rychlostí s klesající velikostí částic do pěnového sloupce napomáhá vracení pevných částic z pěny a rmutu odvodňováním.

Rychlost flotace částice bublinou může být vyjádřena jako součin pravděpodobnosti P_c srážky mezi částicí a bublinou, pravděpodobnosti P_a vzájemného připojení mezi bublinou a částicí, pravděpodobnosti P_f, že spojení bubliny s částicí vstoupí do pěny a pravděpodobností Ρ,-. , že bublina a částice zůstanou spojené během flotačního procesu.

k P_c . P_a . P_d . P_s

Z větší části Z'ivisí u.rdv- ,' , s-u,, ------ ··

V;

-8pojení na povrchových vlastnostech minerálu a stupni adsorbce na povrchu minerálu. Ukázalo se, že doba potřebná pro vyvolání spojení klesá, když se částice zmenšuje. Vzhledem ke kratší době vyvolání spojení by měly jemné částice flotovat rychleji, což nevysvětluje pozorovaný úbytek ve flotační účinosti pro jemné částice.

Pravděpodobnost, že částice zůstanou připojené k bublině závisí na stupni turbulence zjišťované v systému. Stejné síly, které ženou částici a bublinu dohromady, jsou k dispozici pro jejich oddělení. Bylo zjištěno, že:

d ³/² p_s = i - (—5-) ^dpmax kde dp je průměr částice a dp_max je maximální průměr částice, která zůstane připojená při převládajících turbulentních podmínkách. Pravděpodobnost je nejnižší pro částice hrubé velikosti a přibližuje se jednotce 'pro jemné částice. Jakmile je jednou připojena, je pravděpodobnost zbývájích částic, že budou připojeny, pro jemné částice velmi značná. Na základě těchto úvahu je patrné, že pro jemné částice je hlavní důvod ' pro špatnou flotaci malá pravděpodobnost srážky. To znamená, že hydrodynamické síly pro flotaci jemných částic jsou velmi značné.

Pravděpodobnost srážky závisí na počtu a velikosti částic a bublin a na hydrodynamice flotačního rmutu. Tato pravděpodobnost je přímo úměrná počtu srážek na jednotku času a na jednotku objemu. Počet srážek ve fldtačních systémech může být vyjádřen vzorcem:

N,

N_v pb

V ²)V2

P ' kde Np je počet částic, je počet bublin, r_b je součet poloměrů částic a poloměrů bublin, a V_b ² a V_p ² jsou kvadráty středních hodnot efektivní relativní rychlosti mezi částice-9mi a bublinami. Z rovnice může být patrné, že zvýšením počtu bublin a relativní rychlosti bublin a částic se může počet srážek na daný rmut zvýšit.

Konečný činitel ovlivňující konstantu míry flotace k je zatěžování bublin. Zatěžování bublin ještě není plně pochopeno, ale podstatně omezuje kapacitu bublin vynášet částice z flotační komory. Když přiváděné množství na daný přívod vzduchu vzrůstá, stávají se bubliny plněji zatížené. Když se bubliny stanou více než z 50% zatíženými, hodnota P_sklesá, když se doba pobytu částic na bublině zkracuje a povrch bubliny, který je v dispozici pro připojení, se zmenší. Výsledkem je pokles velikosti hodnoty k. Kromě toho může zatěžování bublin také ovlivnit spojování bublin s flotační. komorou, což bude mít ještě výraznější účinek na k.

Po konstantě rychlosti flotace má nejvyšší vliv na výtěžek z flotace doba přidržování částic. Doba přidržování je určována dělením efektivního objemu flotační komory (korigovaného na zadržování vzduchu) průtočným množstvím kapalin v kapalné směsi vstupujícím nebo vystupujícím z flotační komory. Všechny tři faktory, objem flotační komory, průtok kapalného kalu/suspenze a zadržování vzduchu, hrají roli v určování doby přidržování ve flotačních komorách. Běžná pěnová flotace je velmi účinná pro částice o velikosti tak malé jako až 20 mikrometrů, ale flotační účinnost klesne, když se velikost částic sníží pod tuto hodnotu ěé mikrometrů .

Dále je třeba se zmínit a radiálním gravitačním odlučování. Gravitační odlučování může být definováno jako proces, kde částice směsných velikostí, tvarů a měrných hmotností, se oddělují od sebe navzájem gravitací nebo odstředivou silou. Povaha procesu je takoví, že třídění co do velikosti a tvare jscu nedílnou scaňé-d ·' způsobu přídavná k separaci na bázi měrné mtotiosci, od.. . oyi oos p..^ ....... .

G·..

-10Pro minerály s většími částicemi bylo možné účinné gravitační odlučování po mnoho let s otevřenými vanovými nádobami, používajícími přirozených rychlostí usazování nebo schopnosti částic plavat. Pokud má velikost nádoby zůstat v ekonomických mezích, musí mít částice ve vanových nádobách vysokou rychlost usazování v IG gravitačním poli. Pro rozšíření dostatečného odlučování částic menší velikosti na bái měrné hmotnosti, je gravitační zrychlení částic nahrazováno umělým radiálním gravitačním polem, někdy nazývaným odstředivé pole. Usazování malých částic v odstředivém silovém poli je podobné, jako ve statické lázni až na to, že zrychlení vyplývající z gravitace g je nahrazeno radiálním gravitačním zrychlením.

Až dosud bylo nej efektivnějšího použití tohoto principu dosaženo zařízeními, která otáčejí kapalinou nebo suspenzí uvnitř stacionárního pláště tak, aby vytvářely radiální gravitační sílu. Když je kapalná heterogenní směs (suspenze) vháněna do do válce spirálovitým způsobem s vinutím směrem dovnitř, dosáhne se laminárního kruhového proudu a těžší částice se budou pohybovat směrem ven. Tento proces bude účinnější, jestliže proudící prostředí proudí laminárně. To znamená, že všechny částice v kapalné heterogenní směsi mají stejnou úhlovou rychlost, a že nedochází k žádnému relativnímu pohybu vůči sobě navzájem. Jedinou výjimkou je pomalý posun těžších částic směrem ven. Po opuštění válce má proud rozdělení částic podle hmoty. Těžší částice jsou blíže ke stěně válce, zatímco lehčí částice jsou stejnoměrně rozptýleny v objemu proudu.

Konečně je třeba hovořit o magnetickém odlučování s otevřeným spádem. Magnetické odlučování s otevřeným spádem (OGMS) je obecný termín používaný pro popisování jakéhokoli procesu zahnujícího magnetické odlučování, dosahované vychylováním částic v nestejnorodých magnetických polích. OGMS je založena na magnetické síle, působící na malou částici v ne11homogenním poli a může být popsáno jako:

^FJ» = ^vp ^Jp ’ V^o (¹ > , kde: F_m je magnetická síla Vp je objem

Jp he magnetická polarizace částic VB_O je spád vnějšího magnetického poloe μ_θ je permeabilita prostředí.

Jp může být vyjádřeno jako:

j = — ------B_o (2) + aeD kde ae je magnetická susceptibilita částice,

D je demagnetizační činitel částice, kde O<D<1 a B_o je hustota magnetického toku.

Pro paramagnetické částice je D << 1, a proto Jp = aeB_oa rovnice (1) je vyjádřena:

^Fm “ ^vp ® ^Bo ’^B<A O)

Pro feri- a feromagnetické částice bude s záviset na magnetickém poli, a J„ obvvkle dosáhne hodnotu nasvcení

P * ps v relativně nízkém poli. Z rovnic (1), (2) a (3) je patrné, že dojde k účinnému rozdělení, jestliže hustota B_Q magnetického toku, a jeho spád vB_Q, jsou dostatečně vysoké.

V posledních dvou stoletích byly konstruovány stovky různých druhů magnetických oddělovačů. V těchto oddělovačích jsou potřebné magnetické podmínky dosahovány buď použitím fole a spádu permanentního magnetu nebo elektromagnetu, nebo umístěním stejnorodého pole sekundárních feromagnetických částic, které dává vznik okolním spádům pole. V posledně jmenovaném případě jsou spády často o několik velikostních řádů vyšší, než v předchozím, ala výsledná síla je v menším rozpětí, protože maximální pole - oezrno.

Oddělovače s nu ?vň''ýn v.’ ucti ct -~'pvrn-· -y ^Ίprvní skupiny. Pole a jeho spád j sen vytu arény vnodným u_ p.._ututaffi3BE2satt£aBtHBSBaiiiaKiis»aaisMiiiiaÍaÍiaKaiiaÍaaBe·

-12řádáním magnetů. Rozsah síly je řádově několik centimetrů. Pracovní princip odlučovačů je tem, že svazek částic proudí magnetizovanou oblastí a štěpí se do jedné nebo dvou částí. Síla, která vychyluje částice, je často malá, ale poskytuje souvislé oddělování, aniž by se částice shromažďovaly v magnetizovaném prostoru.

Míra úspěchu OGMS závisí na ohybu udělovaném těmto částicím. Ten sám závisí na následujících činitelích:

- částicích samotných (velikost, magnetická susceptibilita, hustota);

- přidržovací doba, kdy oddělovací síly působí na částice;

- velikost a geometrie nerovnoměrného magnetického pole; a

- geometrie magnetických a nemagnetických vypouštěcích míst.

Jedna možná konfigurace umožňuje suché oddělování rudných částic, kde se částice nechávají propadnout magnetickým polem. Když částice padají,, jsou vychylovány jejich relativním přitahováním nebo odpuzováním vzhledem k pólům, a výsledný proud rudy se dělí na jednu nebo více složek separačními boxy.

V mokrých magnetických oddělovačích vyžaduje jedno řešení uložit dlouhý obdélníkový kanál u magnetu. Suspenze se potom přivádí kanálem a oddělování nastává, když jsou částice ovlivňovány magnetickým polem.

Jiné typy OGMS jsou kontinuální jednotky využívající speciálně řešené magnety pro vytváření silných spádů pole v relativně velkém otevřeném pracovním objemu, v němž je proudící suspenze účinně dělěna do magnetických a nemagnetických proudů (britský patent 1 322 229).

Dalším typem OGMS je šroubovitý supravodivý magnetický separátor rudy, sestávající ze supravodivého dipólu s válcovým prstencovým kanálem pro suspenzi okolo jedné sek

-13ce (M.K.Abdelsalam, IEEE Transaction on Magnetics, sv.čas.23, č.5, září 1987). Po šroubovici proudící čáístice jsou nuceny proudit směrem ven odstředivou silou, a té pak vzdorují magnetické síly magnetických částic. Když suspenze proudí po šroubovici do prstence, jsou nemagnetické částice podrobeny působení radiální odstředivé síly. Oddělování se proto dosahuje, jestliže je magnetická síla dostatečně silná pro vychylování magnetických částic směrem dovnitř.

V posledně jmenovaném uspořádání působí magnetické síly v opačných směrech vzhledem k odstředivým silám, čímž se v podstatě zmenšuje oddělovací výkon zařízení. Když je magnetická síla rovná odstředivé síle, nedochází k žádnému oddělování, protože magnetické částice nejsou vystaveny působení žádné vyhcylovací síle. Potřebná magnetická síla proto musí být podstatně větší, než jsou odstředivé síly vytvářené zařízením.

Podstata vynálezu

Vynález se vztahuje na způsob oddělování částic v kapalné heterogenní směsi, založený na odlišných fyzikálních, magnetických a/nebo chemických vlastnostech těchto částic, přičemž kapalná heterogenní směs je tvořena směsí pevných částic a/nebo kapalných částic, které jsou nesmístitelné v uvedené kapalné směsi. Při tomto způsobu se proud uedené kapalné heterogenní směsi zavádí do válcové komory mající válcovou vnitřní stěnu, přičemž tato ko ra je svisle orientována a je uzavřena na svém dolním konci a je otevřená na horním konci, přičemž uvedený proud se zavádí v blízkosti uvedeného dolního konce a ve sklonu a tangenciálně vzhledem k uvedené komoře pro vytvoření spirálovitého proudu podél uvedené vnitřní stěny komory směrem k hornímu otevřenému konci, uvedený proud se zavádí v dost-^.ečiiéa objemu a s dostatečným tlakem pro vytvoření víru v u -.děné kapalné heterogenní směsi, zasahujícího směrem dolu i; mob-nnho otevřené;· 5 'όο*.'’' konce komory,

-14do uvedeného proudu se zavádí během alespoň části jeho vzestupné dráhy komorou vzduch, přičemž uvedený vzduch se zavádí do uvedeného proudu prostředky umístěnými u vnitřní stěny uvedené komory a uzpůsobenými pro vytváření vzduchových bublin, které se pohybují do uvedeného proudu, přičemž uvedená komora má výšku dostatečnou pro zajištění doby pobytu v této komoře, která dovoluje oddělování částic podle jejich fyzikálních, elektrických a/nebo chemických vlastností s alespoň lehčími hydrofóbními částicemi kombinujícími se se vzduchovými bublinami a pohybujícími se směrem dovnitř k uvedenému víru a alespoň těžšími částicemi pod vlivem odstředivých sil uvedeného spirálovitého proudu, pohybujícími se směrem ven k uvedené vnitřní stěně komory, přičemž tento proud přechází do víření na uvedeném horním konci komory, přičemž uvedený proud ve víření se orientuje směrem ven na uvedeném otevřeném konci do zachycovací jímky, obklopující uvedený otevřený konec, přičemž uvedený proud ve víření se vírově pohybuje směrem ven, když uvedený proud proudí do uvedené zachycovací jímky, mající hladinu kapaliny v blízkosti uvedeného otevřeného konce, a umožňuje se, aby uvedené vzduchové bubliny plavaly směrem k obvodovému okraji uvedené zachycovací jímky, a přičemž se oddělují uvedené plovoucí vzduchové bubliny s lehčími hydrofóbními částicemi od uvedených těžších těžších částic tím, že se sbírají směrem ven plovoucí vzduchové bubliny z horní oblasti uvedené zachycovací jímky, zatímco uvedené těžší částice klesají dolů do uvedené zachycovací jímky a odebírají se z její dolní oblasti, čímž se vyvolává uvedené oddělování.

•'Vynález se dále vztahuje na zařízení pro oddělování částic v kapalné heterogenní směsi, založené na odlišných fyzikálních, magnetických a/nebo chemických vlastnostech těchto částic, přičemž kapalná heterogenní směs je tvořena směsí pevných částic a/nebo kapalných částic, které jsou (

-15nesmístitelné v uvedené kapalné směsi. Když je ve svislé orientaci, zařízení obsahuje válcovou trubici vymezující vnitřní válcovou komoru s vnitřní válcovou stěnou a,uzavřeným dolním koncem, přičemž uvedená vnitřní stěna má podél alespoň její menší části a s uspořádáním okolo ní prostředek pro zavádění plynových bublin do uvedené vnitřní komory, když kapalná heterogenní směs přechází přes uvedený prostředek pro zavádění plynu; prostředek pro přivádění proudu kapalné heterogenní směsi tangenciálně a ve sklonu vzhledem k její vnitřní stěně, přičemž tento přiváděči prostředek je uložen v dolní oblasti uvedené komory pro směrování proudu kapalné heterogenní směsi spirálovitě při uvedeném naklonění; zachycovací jímku obklopující otevřený horní konec uvedené komory pro přijímání kapalné směsi přetékající uvedený otevřený horní konec, přičemž uvedený horní konec má hladce zakřivenou hranovou část pro usnadnění hladkého přechodu proudu v uvedené kapalné heterogenní směsi ze svislého směru do směru orientovaného ven, když kapalná směs přetéká do uvedené zachycovací jímky; prostředek pro sbírání pěny vytvářené v uvedené kapalné heterogenní směsi bublinami zaváděnými uvedeným prostředkem pro zavádění plynu, přičemž uvedený prostředek pro sbírání pěny obklopuje uvedenou zachycovací jímku, přičemž okolo zachycovací jímky je uloženo hradítko pro vymezování přepadu pro pěnu plovoucí směrem ven od uvedené zachycovací jímky, čímž je pěna přetékající uvedené hradítko sbírána v uvedeném prostředku pro sbírání pěny, přičemž uvedená zachycovací jímka oá ve své dolní části výstup pro odebírání klesajících částic a' kapaliny, přičemž uvedený prostředek pro sbírání pěny ná výstup pro odebírání pěny z uvedeného sběracího prostředku, a uvedený výstup zachycovací jímky má prostředek pro řízení průtoku kapaliny pro udržování v uvedené zachycovací jímce přijatelnou výšku kapaliny umožňující pěně přetékat hradítko.

Přehled obrázků na v/křesech

Vynález je blíže vysvětli.· u .žsíso.yící . ...í..;<~ na _r: ,/í.·. n .

iUmtauntrtM

-16dech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.1 perspektivní pohled na zařízení pro provádění oddělování částic kapalné heterogenní směsi, jako suspenze, obr.2 řez rovinou 2-2 z obr.1, vedený potrubím na přivádění kapalné heterogenní směsi do oddělovacího zařízení podle obr.1, obr.3 perspektivní pohled na zařízení z obr.1 s oddělenými částmi pro znázornění určitých podrobností zařízení, obr.4 podélný řez zařízením z obr.1, obr.5 podrobnost řezu z obr.4 ukazující vír kapalné směsi v něm uložené, obr.6 zvětšenou podrobnost řezu ukazující dotyk plynových bublim se suspenzí, obr.7 alternativní provedení vynálezu ukazující uložení magnetů pro vytvoření magnetického pole uvnitř oddělovače, a obr.8 řez rovinou 8-8 z obr.7.

Příklady provedení vynálezu

Přednostní znaky vynálezu budou nyní rozebrány s odvoláním na provedení ve výkresech. Je však třeba poznamenat, že způsob podle vynálezu může být realizován pro dosažení oddělení různých typů částic v přicházejícím proudu kapalné heterogenní směsi řadou způsobů. Autoři zjistili, že způsob a zařízení podle vynálezu se obzvláště dobře hodí pro dělení kapalných heterogenních směsí obsahující kapalné uhlovodíky a zejména směsi živice s písky pokrytými živicí. Jiným příkladem tohoto typu je odstraňování tiskařské barvy ze suspenze tvořené papirovinou z recyklovaného novinového papíru. Způsob je rovněž použitelný na oddělování rud, uhlí a jiných částicových systémů, které mohou být prováděny ve vodném nebo jiném kapalném nosiči.

Na rozdíl od zveřejněné PCT patentové přihlášky autorů W091/15302 způsob a zařízení podle vynálezu poskytují vzestupný proud suspenze s následným pronikáním bublin do nitra víru, kde se na otevřeném horním konci oddělovací komory proud nechává přetékat způsobem, který zajišťuje pokračující flotaci vzduchových bublin. Oddělování se pak provádí

-17odstředivými a magnetickými silami působícími na proud při sledování zásad oddělování bublin od částic, které zůstávají v proudu suspenze flotaci bublin, takže se vytváří pěna, čímž se oddělují částic připojené k bublinám od částic, které zůstávají v proudu suspenze, který přetekl do zachycovací jímky.

Jak ukazuje obr.l, zařízení 10 obsahuje válcovou komoru 12 , která je při použití svisle orientována. Kapalná heterogenní směs (suspenze - dále je pro jednoduchost v popisu provedení vynálezu ve vztahu k výkresům používáno termínu suspenze), která má být zavedena do systému, je směrována pod tlakem ve směru šipky 14 potrubím 16, které má obdélníkový průřez. Potrubí 16 leží tangenciálně ve sklonu vzhledem k válcové komoře 12. Dolní konec 18 komory 12 je uzavřený, takže veškerá tekutina zaváděná do komory 12 proudí vzhůru do otevřeného konce 20 komory.

Kapalina se nechá přetéct horní okraj 22 komory do zachycovací jímky 24 . Zachycovací jímka vymezuje prstencovou dutinu 26, která se naplní zpracovávanou susoenzí. Pěna, když přetéká ze střední části střední komory 2 0, proudí přes hradítko 28 vymezované obvodovou hranou zachycovací jímky 24 a je shromažďována ve sběrači 30 pěny. V zachycovací jímce 24 je upraven výstup 32 pro vypouštění částic, které klesají. Pěna, která přetéká a shromažďuje se ve sběrači pěny 30, se odebírá výstupem 0_i vy.ezrvaiýa potz <..bím i 6. K výstupu 32 je připojeno potrubí 3 3 , které obsahuje ventil 4 0. Ventil 40 je seřízen pro udržování přiměřené hladiny kapaliny v zachycovací jímce 24 pro to, aby docházelo k přetékání pěny přes hradítko 28.

Na obvodě válcovité vnitřní komory 12 je umístěna přetlakový prostředek j_2. Ve směru šipky /. je přiváděn stlačený vzduch vstu·. am . htk’;ecý vzduch, ! ' budí odsáno na obr. 2, vstupuje eóciv aí . / ru;. i ......c ...d;

-18suspenze bubliny, když proudí vzhůru válcovou komorou 12.

Proud suspenze je s výhodou vstřikován způsobem, který zmenšuje turbulenci v zaváděném proudu. Aby se proudění blížilo laminárnímu proudění, může obdélníkové potrubí 16, jak je znázorněno na obr.2, obsahovat napřimovací přepážky, probíhající po délce potrubí 16 pro snižování turbulence v proudu před zaváděním do komory 12. V ideálním případě se proud blíží laminárnímu proudění, když vystupuje z potrubí 16. Je však třeba mít na zřeteli, že pro určité typy oddělování je mírná turbulence v proudu přijatelná, a dosahuje se požadované míry separace.

Pro jakýkoli obzvláštní průměr válcovitého reaktoru je potrubí upevněno relativně vůči válcové komoře 12. Obr.3 demonstruje, jak relativní naklonění potrubí 16 může být svisle seřizováno ve směru šipek 48 nebo 50. Výchylka v naklonění určuje úhel, v němž proud- 52 postupuje vzhůru po vnitřní stěně 54 válcové komory 12. V ideálním případě postupuje spirálový proud 52 vzhůru po vnitřní válcové stěně komory bez protínání jeho dolní přilehlé spirálovité části 52a. To zajišťuje souvislý pohyb proudu spirálovitě vzhůru při minimalizování turbulence v proudu.

Když proud postupuje vzhůru uvnitř vnitřní kruhové komory, vzduchové bubliny jsou zaváděny do proudu tak, aby vyvolávaly oddělování částic, které jsou přitahovány vzduchovými bublinami. Je třeba si povšimnout toho, že může být použito různých mechanizmů zavádění vzduchových bublin, které jsou ve spojení s vnitřním povrchem válcové komory. Pro účely rpzboru a ilustraci u tohoto konkrétního provedení podle obr.3, je přetlakový prostředek 42 obalen jemnou sítovinou 56 . Vzduch je zaváděn trubicí 46 a tlakuje komoru v přetlakovém prostředku 4 2 , přičemž vzduch pomalu difunduje pórovitým sítem 56 pro zavádění bublin do proudu suspenze způosbem, který bude podrobněji popsán s odvoláním na obr. 5

-19a 6. Jak bude ještě lépe patrné při vysvětlování provedení z obr.4m proud se při vystupování z horního konce 20 válcové komory nechává přetékat prstencovité vybrání 26 zachycovací objímky 24.

Pro zajištění hladkého přechodu v proudu ze svislé orientace do orientace směrem ven je horní okraj 58 válcové komory 12 hladce zakřiven pro minimalizaci turbulence v proudu, když se mění směr toku. Minimalizováním turbulence zavedené do přechodové fáze pro tok proud zůstane pěna, která se shromažďuje na vnitřku vířivé vrstvy, jako ploďvoucí, jak je vyznačeno šipkou 60, a tím přetéká okraj hradítka 28, zatímco těžší částice v suspenzi, které nejsou přitahovány ke vzduchovým bublinám, proudí směrem dolů ve směru šipky 62.

Částice, které jsou potom neseny s pěnou přetékající hradítko 28, jsou odebírány ve směru šipky 64 pro další zpracování a/nebo vyhození. Podobně jsou těžší částice, které jsou neseny směrem dolů ve směru šipky 62 , odebírány ve směru šipky 66 pro zpracování a/nebo vyhození. Tímto způsobem se získá velmi jednoduché a přitom účinné sbírání požadovaných částic.buď v materiálu, který se vznáší se vzduchovými bublinami a přetéká do sběrače 30 pěny, nebo jako těžší částice, které jsou zadžovány v zachycovací jímce 24 a jsou tak oddělovány a odebírány.

Na obr.4 je znázorněnao přednostní provedení oddělovacího zařízení v řezu. Válcová stěna 12 má vnitřní válcovou stěnu 68 , která je uspořádána ve svislém směru, jak je znázorněno na obr.4, když je zařízení v poloze použití. Dolní konec 18 válcové komory je uzavřen · kruhovou deskou 7 0 , takže všechny tekutiny nebo kapaxiny zaváděné do kruhové komory 12 proudí směrem vzhůru do otevřeného konce 20 válcové Komory. Jax. již bylo vysvětleno,. pot . étí. _lé_ pro z^r vaué. :í ..um m'u suspenze je naklciéno tak, um·. _ né: .mě.?.

-20lovitě mezi kruhovou vnitřní stěnou 68 válcové komory 12. Naklonění potrubí 16 je takové, že zajišťuje, že proud 52 se pohybuje spirálovitě směrem vzhůru bez kolidování s nižším přilehlým proudem, čímž se minimalizuje turbulence v proudu, když proudí vzhůru.

Jako pokračování vnitřního povrchu 68 válcové stěny je jemné síto 56 v líci s vnitřní plochou 68 pro vymezování pokračující vnitřní plochy 68a. Přetlakový prostředek 42 je vymezován vnějším pláštěm 72, který obklopuje dutý válec jemného síta 56. Plášť 72 vymezuje prstencovou přetlakovou komoru 74, do níž je stlačený vzduch zaváděn vstupem 46.

V přetlakové komoře 74 je vyvíjen dostatečný tlak vzduchu, který pomalu difunduje jemným sítem 56 ve směru šipek 76., čímž se zavádějí vzduchové bubliny do vzhůru směřujícího proudu 52 suspenze.

Suspenze je zaváděna potrubím 16 v dostatečném objemu a dostatečnou rychlostí tak, aby vytvářela alespoň v horní oblasti 78 vír 80. Při dostatečném objemu a/nebo rychlosti vír 80 může sahat z horní oblasti 78 kruhové komory až dolů do dolního pásma 82 válcové komory. Jak je znázorněno na obr.4, vnitřní povrch 84 víru je tvořen v prvé řadě vzduchovými bublinami, které pronikly směrem ke středu spirálového proudu, t.j. vnitřního povrchu 84 víru. Schematicky je vytvořená vnitřní prstencová vrstva bublin definována oblastí 86, zatímco vnější vrstva suspenzní kapaliny, obsahující alespoň těžší částice, je označena jako oblast 38.

Válcovou komorou se dosahuje třídění částic v zaváděné suspenzi rozdělováním vzduchem. Zcela překvapujícím způsobem se v souladu s vynálezem ukázalo, že hladký přechod svisle orientovaného proudu suspenze do směrem ven orientovaného proudu dovoluje, aby krajní vnitřní vrstva 86 pěny pokračovala nerušeně v dalším postupu a přetékala do sběrače

2130 pěny.

Jak ukazuje obr.4, je horní okraj 22 válcové komory vymezován krytem 90, který je podle tohoto provedení pokračováním skořepiny 72 do vnitřního povrchu 92 vnitřní stěny 68. Vnitřní povrch 92 potom navazuje na jemné síto 56. Pro utěsnění prstencové přetlakové komory 74 se použije vhodný uzavírací zátkový materiál 94 nebo alespoň deska 96, čímž se přetlaková komora 74 uzavře. Dolní konec přetlakové komory 74 je uzavřen prstencovou tvarovanou deskou 98. Skořepinový plášť 72 je tvarován tak, že vymezuje hladce zaoblenou koncovou část 100. Jak je znázorněno na obr.4, má hladce zaoblená část v příčném řezu parabolický tvar a obsahuje vnitřní okrajovou část 102, horní okrajovou část 104 a vnější okrajovou část 106. Plášť 72 je tvarován v místě 108 tak, že obsahuje vystupující úsek, čímž se docílí hladce zaoblené horní okrahové části 22.

Jak je patrno na obr.4, krajní vnitřní vrstva 86 probíhá hladce ze svislé orientace dopravy směrem do vnější vnější orientace dopravy, jak je udáváno šipkou 112, takže vrstva 114 pěny proudí přes okraj hradítka 28 do sběrače 30 pěny. ve směru šipky 60. Když vrstva 114 pěny předchází směrem ven přes zachycovací jímku 24 , dovoluje hladina 116 kapaliny, jak je zadržována v zachycovací jímce 24 , přídavným vzduchovým bublinám plavat vzhůru do vrstvy 114 pro další podporování pěnové flotace připojovaných částic ze zbývájících částic v kapalině 116. Radiální rozsah zachycovací jímky 24 tak může být obměňován pro podporování separace pěnové vrstvy, přičemž se však rozumí, že velikost radiální vzdálenosti pro zachycovací jímku nemůže přesáhnout vzdálenost, za kterou se přesouvá pěna v· důsledku přechodu, proudění měny ze svislé orientace do orientace směre o ven.

Jak je zřejmé p;o odborníky v oboru může býk rdum kapaliny 116 v zachycovací j±;r?:e b._ .z:.. čiJt;:., m,..

-22lo 118 může poskytovat výstup, který je připojen k řídicí jedntce 120, a to přes vstupní vedení 122. Řídicí jednotka 120 má výstupní vedení 124 pro servořízení vedntilu 40. Běžným zpětnovazebním uspořádáním řídicí jednotka 120 otevírá a zavírá ventil 40 tak, že udržuje požadovanou hladinu kapaliny v zachycovací jímce 24 za účelem optimalizace sbírání pěny přetékající hradítko 28.

Jak je schematicky znázorněno na obr.4, proud 52 spirálovitě proudí vzhůru kruhovou komorou 12. Naklonění potrubí 16 se takové, že zajištuje, že spirálový proud nekoliduje s přilehlými vrstvami. Proud kapaliny je však takový, že odlišné stužky proudu nejsou samotné viditelné. Místo toho se proud spojuje dohromady tak, že tvoří prstencovitou válcovou vrstvz suspenze, proudící vzhůru podél vnitřního povrchu 68 vnitřní válcové komory. Z pohledu seshora na jednotku 10 v činnosti je pak patrné, že se v jednotce vyvíjí z proudu tekutiny víření, když kapalina proudí vzhůru od vnitřní stěny komory a proud se přeměňuje' ze vzestupného toku na kapaliny na proud kapaliny orientovaný směrem ven.

Když se víření rozšiřuje přes horní okraj 100 otevřeného konce válcové komory, pěna se spirálovitě pohybuje směrem ven k hradítku 28. V souladu s tím se kapalina pohybuje spirálovitě směrem dolů v zachycovací jímce 24 směrem k výstupu 3 2. V důsledku tohoto hladkého přechodu ve vrstvě pěny ze vzestupného proudu do proudu orientovaného směrem ven, jak bude demonstrováno na následujících případech, se dosahuje velmi vysokých zisků požadovaných částic ze suspenzní směsi.

S odvoláním na obr.5 bude nyní popsán postup zavádění vzduchových bublin do proudu. Stlačený vzduch v přetlakové komoře 74 proniká nebo difunduje jemným sítem 56 tak, aby vytvářel na vnitřním povrchu 68a síta drobné bubliny 126. Proud suspenze, stoupající vzhůru ve směru šipky 52 , vytváří

-23tlouštku 128 ve směru ibvodu okolo vnitřní stěny 68a nádoby. Vír 80 probíhá středově ve válcové nádobě podél podélné osy 130 komory. Krajní vnitřní povrch suspenze je proto vymezován vnitřní plochou 84 víru. Vzduch je zaváděn jemným sítem nebo pórovitou stěnou nádoby a je smykově dělen do četných bublin vířením suspenze pohybující se velkou rychlostí, jak je znázorněno na obr.5 a 6.

Mechanismus vytváření bublin jemným sítem 56 je dvoustupňový proces. Vzduch proniká mikrokanálky pórovitého válce 56., jak je znázorněno v poloze 132. Když opustí pór, vzduch vytváří malou dutinku 134 v suspenzi, jak je znázorněno na obr.6. Dutina roste, až je povrchové napětí meší, než je smyková síla proudící suspenze. Jakmile je bublina 126 odstřižena od povrchu 68a válce, začíná proudit se suspenzí se stejnou rychlostí, jako částice v suspenzi. Radiální gravitační síla vytváří vzestupný hydrostatický tlak. Ten působí, že se bubliny pohybujísměrem ke vnitřnímu povrchu 84 suspenze ve směru šipky 136.

Bublina má rychlost se dvěma složkami, a to tangenciální složkou, která je rovná tangenciální rychlosti suspenze, a jednak radiální rychlost, která vyplývá ze schopnosti plavat. To znamená, že bublina se pohybuje kolmo na pohyb suspenze, čímž se zvyšuje pravděpodobnost srážky s částicemi suspenze. Radiální gravitační pole vytváří relativně vysoký tlak v suspenzi. Bubliny se bv-'ou pohybovat reJativně rych.e směrem k víru 80 ve středu válce. Bubliny se srážejí s částicemi a alespoň hydrofobní částice se připojí k bublinám. Spojení 140 bubliny a částice je dopravováno radiálně směrem ke vnitřní ploše 84 vrstvy suspenze a pohybuje se vzhůru ve směru šipky 138. Na druhé straně zůstávají hydrofilní částice 142 zpravidla radiálně vně vrstvy suspenze a pokračují tak v pohybu ve směru víření podél pórovité 63a stěny nádoby, až jsou vypouštěny na horním konci nádoby.

V <·

-24Jemné síto 56 , které tvoří pórovitou část stěny 12 nádoby, může být vytvořeno z různých materiálů. Jemné síto může být vytvořeno z výrobku mající tuhost a vymezovat dostatečně hladkou plochu 68a pro udržování středové laminárního proudění v suspenzi. Existuje řada sítovitých materiálů, které poskytnou takovou pórovitost. Jiné materiály jsou tvořeny ze slinutých pórovitých materiálů na bázi oxidů kovů, které mají potřebnou konstrukční pevnost a při tom stále ještě poskytují relativně hladký povrch 68a. Je třeba poznamenat, že jsou k dispozici další formy pórovitých materiálů, jako jsou slinuté materiály, pórovité materiály, nerezová ocel se řízenou pórovitostí, například ocel 316LSS.

Pro podporování separace částic 142 od částic 144 majících rozdílné vlastnosti může být použito magnetické polo tam, kde částice mohou mít para-, feri- nebo feromagnetické vlastnosti. V provedení podle obr.7 a 8 se magnetické pole vytváří ve válcové komoře 12 a je uspořádáno po její délce. Magnety, které vytvářejí magnetické pole, mohou být uloženy v přetlakové komoře 74 . Podle obr. 7 a 8 jsou použity čtyři magnety 146, 148, 150 a 152. Čtyřpólové uspořádání magnetů vytváří magnetické pole vyznačené šipkami 154, které přitahuje feri- a feromagnetické částice směrem k vnitřní ploše68a válcové komory 12.

Póly magnetů jsou orientovány směrem k ose 130 zařízení, a čtyřpólové uspořádání poskytuje radiální magnetické pole 154 bez složek podél osy 130 a s čistým magnetickým polem ve ose 130 nádoby rovným nule. Je zřejmé, že magnetické pole může být vytvořeno buď permanentními magnety nebo elektromagnety. Činnost zařízení v magnetickém poli vyžaduje, jak již bylo popsáno, aby byla suspenze zaváděna do válcové nádoby tangenciálním vstupem .16. Suspenze tvoří vrstvu na vnitřním povrchu 68a pórovité stěny. Vzduch je plynule rozdělován pórovitou stěnou a do tenké vířivé vrstvy. Bubliny

-25vytvářející se v suspenzi se srážejí s částicemi v suspenzi a tvoří bublinové a částicové spojení s hydrofóbními částicemi suspenze. Vzhledem ke kruhovému pohybu suspenze a vzhledem k radiální geometrii magnetického pole a spádu magnetického pole je proud suspenze vždy kolmý k magnetické síle a k proudu bublin. Všeobecně působí na hydrofilní paramagnetickou nebo feromagnetickou částici v suspenzi dvě rozdílné síly. Je třeba přitom poznamenat, že jakákoli pevná částice v magnetickém poli bude nějakým způsobem ovlivňována. Pevné látky mohou být klasifikovány do tří kategorií v závislosti na jejich magnetických vlastostech:

- diamagnetické částice, které jsou magnetickým polem odpuzovány,

- paramagnetické částice, které jsou magnetickým polem přitahovány , a

- feromagnetické částice, které jsou nej silněji přitahovány magnetickým polem.

I když způsob podle vynálezu se obzvláště hodí pro oddělování jednotlivých pevných částic v uhlí a/nebo nerostech, způosb může být také použit pro oddělování biologické částicové hmoty, jako jsou buňky, značené proteiny a jejich fragmenty, pevné a polopevné odpadové materiály apod., zejména když jsou ve způsobu oddělování používány magnetické částice.

Během činnosti flotačního zařízení obecně působí dvě síly na hydrofilní paramagnetické nebo feromagnetické částice. Tyto dvě síly jsou odstředivá síla F_c a magnetická přitažlivá síla F_m· Odstředivá síla vyplývá z odstředivého pohybu suspenze podél vnitřní pórovité stě.· / nádoby, zatímco magnetická přitažlivá síla vyplývá z magnetické síly čtyřpólového magnetu, působící na částice kolmo na proud suspenze. Tyto dvě síly· působí ve stejném směru, t.j. radiálně směrem ven z válcové nádob'.·. Celková síla působící v; hydrofilní a/nebo magnetické částice je proso scuce.: crtr..d..ve lcIj

-26a magnetické přitažlivé síly, a působí radiálně ven z nádoby. Tyto výsledné síly působí, že tyto částice zůstávají ve vířivé vrstvě a jsou eventuelně vypouštěny do zachycovací jímky 24. Na druhé straně působí obecně tři síly na hydrofóbní a diamagnetické částice, které byly připojeny ke vzduchovým bublinám. Tyto tři síly jsou:

- hydrostatická síla, F^,

- magnetická odpudivá síla, F_r a

- odstředivá síla, F_c.

Hydrostatická síla je síla vyvíjená na spojení vzduchové bubliny a částice, která vyvolává, že je toto spojení bubliny a částice dopravováno směrem k ose válce. Magnetická odpudivá v důsledku čtyřpólového uspořádání magnetu působí na tyto částice ve směru radiálně dovnitř k ose válce. Třetí z těchto sil, odstředivá síla, vyplývá z vířivého pohybu suspenze, a působí na částice ve směru radiálně ven od osy válce. Pro hydrofóbní a diamagnetické částice, které nejsou příliš velké a mají měrnou hmotnost měnší, než hydrofilní částice, jsou hydrostatické a magnetické odpudivé síly větší, než odstředivá síla, čímž vyvolávají, že čistá síla působí na částice směrem dovnitř k ose válce nádoby.tato výsledná síla má za následek, že částice jsou dopravovány vzhůru s vířící vnitřní vrstvou nebo pěnou.

Z výše uvedeného bude zřejmé, že vynálezu může přídavně poskytnout magnetické odpudivé síly, působící na hydrofóbní a diamagnetické částice, čímž umožňuje účinné oddělování menších hydrofóbních částic od částic větší velikosti. Podobně umožňuje přidávání magnetické přitažlivé síly, působící na hydrofilní paramagnetických nebo feromagnetických částic účinné oddělování jemnějších hydrofilních částic, které by jinak byly unášeny vzduchovými bublinami z vírové vrstvy a do pěnového jádra.

Na hydrofóbní a diamagnetické částice, které vytvoří-27 ly spojení se vzduchovými bublinami, tak obecně působí tři síly. Jsou to hydrostatická síla nebo síla vyvolávají plavání F_h, což je síla dopravující spojení bubliny a.částice směrem k vnitřnímu povrchu proudu suspenze, magnetická odpudivá síla, F_r, a radiální gravitační síla F_c. Hydrostatická a magnetická odpuudivá síla působí na částice ve směru radiálně dovnitř, zatímco odstředivá síla působí na částice ve směru radiálně ven. Kombinované působení těchto třech sil je výsledná síla působící radiálně ke středu válcové nádoby.

Výše popsaný postup je účinnější, když médium nebo suspenze proudí laminárně. Laminární proud je charakterizován konstantní úhlovou rychlostí pro všechny proudící částice média, a nikoliv významným relativním pohybem částic vůči sobě navzájem. Turbulentní proud se vyznačuje rozdělováním rychlostí částic (velikosti a směru) . se střední hodnotou rovnoběžnou s proudem. Laminární rychlost částice bude mít dvě složky, a to V-^, a V₂ kolmou. Tyto dvě složky vytvářejí spirálový proud média ve formě vírové vrstvy. Když vírová vrstva dosáhne horního konce válce, stěna nádoby již nemá na sobě vírový proud, takže proud suspenze se mění na spirálovitý proud směrem ven.

Zařízení podle vynálezu může být obměňováno v závislosti na typu částic, které se mají oddělovat. Bylo zjištěno, že toto zařízení je obzvláště účinné pro oddělování živice od písků s dehtem. Vytvoří se suspei..,e obsahující votu. částice a viskózní tekutinu obsahující písek a živici. Systém podle vynálezu může zajistit až 80%-ní získání živice ve srovnání se značně nižšími zisky v rozpětí 30% pro oddělovací zařízení, jaké bylo popsáno ve zveřejněné PCT patentové přihlášce autorů W091/15301. Při použití tohoto zařízení oddělovaný materiál' zůstává na vrchu a proudí přes okraj do zachycovací jímky. Tímto způsobem vzduch, který byl střihem vtažen do suspenze, nyní zcela pracuje směr un ke z .'ě-Pnému získávání oddělovaného maeeriáju ; oře- ..né .l ..... a . \ L .

-28ze, dosahované v zachycovací jímce.

Bylo zjištěno, že na každý jednotkový objem zpracovávané kapalné heterogenní směsi nebo suspenze mohou být zaváděny přibližně dva objemy vzduchu do suspenze, což poskytuje poměrné vysoký poměr vzduchu ke kapalné heterogenní směsi. Je třeba poznamenat, že samozřejmě kdekoli a kdykoli je v popisu řeč o vzduchu, mohou být použity jiné plyny náhradou za vzduch v závislosti na typech částic, které de mají zpracovávat. Je také třeba poznamenat, že průměr zpracovávácí komory se může měnit v závislosti na požadované kapacitě a typech materiálů, které se mají oddělovat. Pokusy prokázaly, že průměry o velikosti okolo 50 mm, 100 mm, 150 mm a větší mohou být použity pro zpracovávání kapalné heterogenní směsi s velmi vysokými průtoky, jako je 2,2 litrů/s pro komoru o průměru 50 mm. Rozumí se také, že systém může být rozvinut a učiněn mobilním jeho naložením na vhodný vlečný vůz nebo železniční vagon.

Následující údaje demonstrují účinnost systémi při aplikaci na zpětné získávání různých typů čáístic, jako je uhlí a živice.

PŘÍKLAD I

Těžně uhlí se středním obsahem těkavých živic se proselo a shromáždily se frakce sít -100 mesh. Připravila se dávka 2500 1 suspenze s obsahem 5 hmotn.% pevných složek. Do suspenze se přidalo 1200 ppm kerosinu a 1500 ppm MIBC. Suspenze se nechala procházet oddělovací jednotkou z obr.4 o průměru 50 mm, přičemž pod tímto průměrem se rozumí vnitřní průměr komory 12 . Suspenze se zaváděla do jednotky potrubím 16 rychlostí 1,2 1/s s průtokem pórovitou stěnou 56 v rozmezí

1/s. Koncentrát a odpady se shromáždily a analyzovaly.

Následující tabulka shrnuje průměrnou výkonnost zařízení podle vynálezu (A) ve srovnání se standardním mechanic-29kou pěnovou flotační komorou, provozovanou za normálních podmínek (B).

Vstupní vzorek Koncentrát Výtěžek Vynález (A) 12% 8% 86-88%

Flotační komora (B) 12% 7,5% 85%

PŘÍKLAD II

Stejný postup, jaký byl proveden v příkladě 1, byl realizován s uhlím typu Illinois č.6, předběžně prosátým. Následující tabulka shrnuje výkonnost a vlastnosti zařízení podle vynálezu.

Vstupní vzorek (52)

Velikost frakce	Přímo	Popel	Síra	Pyrit.síra	Výhřevnost
(zadržení na	hm. %	hm. %	hm. %	hm. %	Btu/lb
sítě -mesh)
100 M zadrž.	19,9	9,88	3,74	1,18	12682
400 M zadrž.	55,5	8,37	3,74	1,09	12775
400 M průchod	24,6	] 6,4 6	4,08	1,80	11608
Celkem	100,0	10,66	3,82	1,28	12469
Produktový vzorek	(60)
Rychlost plnění	= 1,1	l./s na	jedn.	kerosin	i = 2875
Průtok vzduchu	= 2 i	/s srn	jedn.	MIBC -	1150 ppm
Velikost frakce	Přímo	Popel	Síra	Pyrit.síra	Výhřevnost
(zadržení na	hm. %	hm. %	hm. %	hm. %	Btu/lb
sítě -mesh)
100 M zadrž.	.9,8	7,15	3 , 1 3	0,75	13210
400 M zadrž.	6 3,6	6,55	2,9 8	0,78	13 6 2 5
400 M průchod	2 6,6	8,1 8	3,37	1,2 2	1 7 8 6 5,
—	-------- -	—----	—	—	-------..-------
Celkem	10 0 χ	, 0	X 01	Γ\ Ω '7

-M·..

Velikost frakce	Výtěžek v	Výtěžek
(zadržení na	požadovaném	energie
sítě -mesh)	proudu (hm.%)
100 M zadrž.	35,8	38,2
400 M zadrž.	83,2	86,4
400 M průchod	78,5	87,0
Celkem	72,6	76,6

PŘÍKLAD III

Suspenze střední třídy dehtových písků Athabasca s obsahem 25% pevných složek se připravila při teplotě 55°C. Suspenze se potom čerpala oddělovačem o průměru 50 mm z obr.4 při rychlosti 1,73 1/s s 3,4 1/s vzduchu. Měřil se průtok koncentrátu (60) a odpadů a shromáždily a analyzovaly se vzorky. Výkonnost zařízení je shrnuta v následující tabulce.

Složení suspenze Prům.obsah kon-	% živice	% vody	%pevných sl.
centrátu (hmot.%)	36,7	38,8	24,6
Výtěžek živice v proud (60) Pevný odpad	88%
v proudu (62)	75%
	PŘÍKLAD	IV
Suspenze s 27% pevnými látkami,	obsahuj ící	grafit, chalkopy-
rit, pentlandit, phyrotit a horniny se plnila do oddělovače
o vnitřním průměru	100 mm při	rychlosti 31	Gpm a průtoku 4

cfm vzduchu. Následující tabulka shrnuje průměrnou výkonnost .

Měd

Složka proudu hmot.% obsah Přívod (52) 0,73 Koncentrát (60) 0,61 Odpady (62)

0,87 v přísluš.proudu Výtěžek %

5

Nikl

Složka proudu	hmot.% obsah	v přísluš.proudu	Výtěžek %
Přívod (52)	4,09
Koncentrát (60)	3,14		41
Odpady (62)	5,25		59
Železo
Složka proudu	hmot.% obsah	v přísluš.proudu	Výtěžek %
Přívod (52)	123,3
Koncentrát (60)	9,7		41
Odpady (62)	16,3		59
Síra
Složka proudu	hmot.% obsah	v přísluš.proudu	Výtěžek %
Přívod (52)	9,2
Koncentrát (60)	7,1		41
Odpady (62)	12,0		55
Uhlík
Složka proudu	hmot.% obsah	v př í s1uš. p ro i: d u	Výtěžek a
Přívod (52)	2(.,2
Koncentrát (60)	4 3,8		7 3
Odpady (62)	15,4		26
I když byla podrobně p.	.psán.; přednostní	proveden.i vy-
nálezu, bude prc	> odborníky v	oboru zřejmé, že	řešení mohou

být podrobena obměnám, aniž by se opustila myšlenka vynálezu nebo rozsah patentových nároků.

Claims

1. Způsob oddělování částic v kapalné heterogenní směsi, založený na odlišných fyzikálních, magnetických a/nebo chemických vlastnostech těchto částic, přičemž kapalná heterogenní směs je tvořena směsí pevných částic a/nebo kapalných částic, které jsou nesmístitelné v uvedené kapalné směsi, přičemž se při tomto způsobu proud uvedené kapalné heterogenní směsi zavádí do válcové komory mající válcovou vnitřní stěnu, přičemž tato komora je svisle orientována a je uzavřena na svém dolním konci a je otevřená na horním konci, přičemž uvedený proud se zavádí v blízkosti uvedeného dolního konce a ve sklonu a tangenciálně vzhledem k uvedené komoře pro vytvoření spirálovitého proudu podél uvedené vnitřní stěny komory směrem k hornímu otevřenému konci, uvedený proud se zavádí v dostatečném objemu a s dostatečným tlakem pro vytvoření víru v uvedené- kapalné heterogenní směsi, zasahujícího směrem dolů od uvedeného otevřeného horního konce komory, do uvedeného proudu se zavádí během alespoň části jeho vzestupné dráhy komorou vzduch, přičemž uvedený vzduch se zavádí do uvedeného proudu prostředky umístěnými u vnitřní stěny uvedené komory a uzpůsobenými pro vytváření vzduchových bublin, které se pohybují do uvedeného proudu, přičemž uvedená komora má výšku dostatečnou pro zajištění doby pobytu v této komoře, která dovoluje oddělování částic podle jejich fyzikálních, elektrických a/nebo chemických vlastností s alespoň lehčími hydrofóbními částicemi kombinujícími se se vzduchovými bublinami a pohybujícími se směrem dovnitř k uvedenému víru a alespoň těžšími částicemi pod vlivem odstředivých sil uvedeného spirálovitého proudu, pohybujícími se smetem ven k uvedené vnitřní stěně komory, přičemž tento proud přechází do víření na uvedeném horním konci komory, přičemž uvedený proud ve víření se orientuje směrem ven na

-33uvedeném otevřeném konci do zachycovací jímky, obklopující uvedený otevřený konec, přičemž uvedený proud ve víření se vírově pohybuje směrem ven, když uvedený proud proudí do uvedené zachycovací jímky, mající hladinu kapaliny v blízkosti uvedeného otevřeného konce, a umožňuje se, aby uvedené vzduchové bubliny plavaly směrem k obvodovému okraji uvedené zachycovací jímky, a přičemž se oddělují uvedené plovoucí vzduchové bubliny s lehčími hydrofóbními částicemi od uvedených těžších těžších částic tím, že se sbírají směrem ven plovoucí vzduchové bubliny z horní oblasti uvedené- zachycovací jímky, zatímco uvedené těžší částice klesají dolů do uvedené zachycovací jímky a odebírají se z její dolní oblasti, čímž se vyvolává uvedené oddělování.

2. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že se uvedený proud ve víření směruje přes hladce zakřivenou horní hranu horního konce uvedené komory, když se uvedený proud ve víření vírově pohybuje směrem ven ze svislého směru proudu do směrem ven orientovaného směru proudu.

3. Způsob podle nároku 2 vyznačený tím, že uvedená hladce zakřivená horní hrana má v průřezu parabolický tvar, čímž se směr toku postupně převádí ze svislého do vnějšího směru.

4. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že vzduch se zavádí podél hlavní části jeho vzestupné dráhy v uvedené komoře .

5. Způsob podle nároku 4 vyznačený tím, že uvedený vzduch se zavádí jemným sítem pro vytváření malých vzduchových bublinek v uvedeném proudu.

6. Způsob podle nároku 1 vyznač.- ·>·..· tím, že uvedený proud se zavádí v dostatečném c-bjemu .. nestálen,_;ýn _ea, . e

-34tak, aby vytvořil uvedený vír od uvedeného horního konce komory směrem dolů k místu, kde se uvedený proud zavádí.

7. Způsob podle nároku 6 vyznačený tím, že uvedený proud se zavádí jako tenký proud, krerý má obdélníkový průřez .

8. Způsob podle nároku 7 vyznačený tím, že uvedený proud se zavádí kanálem ve tvaru obdélníka, uloženým tangenciálně k uvedené vnitřní stěně komory a ve sklonu k ní.

9. Způsob podle nároku 8 vyznačený tím, že v uvedeném kanálu jsou vytvořeny směrovací prostředky pro napřimování proudu.

10. Způsob podle nároku 9 vyznačený tím, že uvedený proud se zavádí v objemu a s tlakem pro vytvoření laminárního proudění v uvedeném kanálu.

11. Způsob podle nároku 2 vyznačený tím, že uvedená zachycovací jímka má výstup v uvedené dolní oblasti, přičemž uvedené klesající těžší částice se odebírají tímto výstupem, přičemž se řídí průtok tímto výstupem pro udržování uvedené hladiny kapaliny v blízkosti uvedené horní hrany, pro zajištění hladkého přechodu proudění ze svislého proudu do proudu směřujícího ven, přičemž uvedený hladký přechod dovoluje uvedeným bublinám, ležícím nejblíže k uvedenému víru, si udržovat jejich relativní polohu s vzhledem k uvedeným těžším částicím a plavou na uvedené kapalině do uvedené zachycovací jímky.

12. Způsob podle nároku 11 vyznačený tím, že uvedené plovoucí bubliny se sbírají tím, že se dovoluje pěně jimi vytvářené vířit směrem ven přes obvodové hradítko umístěné okolo obvodu uvedené zachycovací jímky pro sbírání přetékající pěny ve sběrači pěny uloženém okolo uvedeného hradítka.

-3513. Způsob podle nároku 11 vyznačený tím, že uvedený proud je nakloněn v úhlu, který působí, že uvedený proud kontaktuje přilehlou dolní část uvedené spirálovitého proudění pro zajištění krytí uvedeného vnitřního povrchu uvedené komory.

14. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že se provádí separace kapalné heterogenní směsi obsahující živici a písky s dehtem nebo dehtové písky.

15. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že se provádí separace kapalné heterogenní směsi obsahující částice rudy.

16. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že se provádí separace kapalné heterogenní směsi obsahující kapalné uhlovodíky ve vodě.

17. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že se podél uvedené komory vytváří magnetické pole pro přitahování magnetizovatelných částic směrem k uvedené vnitřní stěně kolony.

18. Zařízení pro oddělování částic v kapalné heterogenní směsi, založené na odlišných fyzikálních, magnetických a/nebo chemických vlastnostech těchto částic, přičemž kapalná heterogenní směs je tvořena směsí pevných částic a/nebo kapalných částic, které jsou nesmístitelné v uvedené kapalné směsi, přičemž uvedené zařízení obsahuje, když je ve své svislé orientaci, válcovou trubici vymezující vnitřní válcovou komoru s vnitřní válcovou stěnou a uzavřeným dolním koncem, přičemž uvedená vnitřní stěna má podél alespoň její menší části a s uspořádáním okolo ní prostředek pro zavádění plynových bublin do uvedené vnitřní komory, když kapalná heterogenní směs přechází přes uvedený prosuředek pro zaváděni

-36i.

plynu; prostředek pro přivádění proudu kapalné heterogenní směsi tangenciálně a ve sklonu vzhledem k její vnitřní stěně, přičemž tento přiváděči prostředek je uložen v dolní oblasti uvedené komory pro směrování proudu kapalné heterogenní směsi spirálovitě při uvedeném naklonění; zachycovací jímku obklopující otevřený horní konec uvedené komory pro přijímání kapalné směsi přetékající uvedený otevřený horní konec, přičemž uvedený horní konec má hladce zakřivenou hranovou část pro usnadnění hladkého přechodu proudu v uvedené kapalné heterogenní směsi ze svislého směru do směru orientovaného ven, když kapalná směs přetéká do uvedené zachycovací jímky; prostředek pro sbírání pěny vytvářené v uvedené kapalné heterogenní směsi bublinami zaváděnými uvedeným prostředkem pro zavádění plynu, přičemž uvedený prostředek pro sbírání pěny obklopuje uvedenou zachycovací jímku, přičemž okolo zachycovací jímky je uloženo hradítko pro vymezování přepadu pro pěnu plovoucí směrem ven od uvedené zachycovací jímky, čímž je pěna přetékající uvedené hradítko sbírána v uvedeném prostředku pro sbírání pěny, přičemž uvedená zachycovací jímka má ve své dolní části výstup pro odebírání klesajících částic a kapaliny, přičemž uvedený prostředek pro sbírání pěny má výstup pro odebírání pěny z uvedeného sběracího prostředku, a uvedený výstup zachycovací jímky má prostředek pro řízení průtoku kapaliny pro udržování v uvedené zachycovací jímce přijatelnou výšku kapaliny umožňující pěně přetékat hradítko.

19. Zařízení podle nároku 18 vyznačené tím, že uvedený prostředek pro přivádění proudu obsahuje potrubí obdélníkového průřezu, procházející uvedenou vnitřní stěnou komory a tangenciálně vzhledem k uvedené vnitřní stěně, přičemž uvedené potrubí je nakloněno vzhledem k vodorovné rovině kolmé na podélnou osu uvedené komory.

20. Zařízení podle nároku 19 vyznačené tím, že uvedené naklonění je v rozmezí od 10° do 25° od uvedené vodorovné

-37rovmy.

21. Zařízení podle nároku 19 vyznačené tím, že- uvedený prostředek pro· zavádění plynových bublin obsahuje jemné síto okolo uvedené vnitřní stěny a podél části uvedené vnitřní stěny.

22. Zařízení podle nároku 21 vyznačené tím, že uvedené jemné síto je uspořádáno podél větší části uvedené vnitřní stěny.

23. Zařízení podle nároku 21 vyznačené tím, že uvedená válcová komora je obklopována prostředkem pro vymezování přetlakového pásma pro obklopování uvedeného síta, a obsahuje prostředek pro uvádění vzduchu pod tlak v uvedeném přetlakovém pásmu pro vytváření vzduchových bublin na uvedené vnitřní stěně.

24. Zařízení podle nároku 18 vyznačené tím, že uvedená hladce zakřivená hrana má parabolický průřez.

25. Zařízení podle nároku 24 vyznačené tím, že prostředek pro sbírání pěny je prstencový žlab pro přijímání přetékající pěny, přičemž uvedený žlab se svažuje směrem k uvedenému výstupu pěny pro zajišťování sbírání pěny.

26. Zařízení podle nároku 18 vyznačené tím, že uvedená zachycovací jímka se svažuje směrem k uvedenému výstupu zachycovací jímky, přičemž obsahuje prostředek pro snímání hladiny kapaliny v uvedené zachycovací jímce, přičemž uvedený snímací prostředek má vstup do uvedené řídicí jednotky průtoku pro měnění průtoku úměrně k výšce uvedené zachycovací jímky pro udržování požadované výšky kapaliny v uvedené zachycovací jímce během průtoku kapalné heterogenní směsi uvedenou komorou.

3827. Zařízení podle nároku 18 vyznačené tím, že vně · uvedené vnitřní stěny je vytvořen prostředek pro vytváření magnetického pole podél uvedené komory, přičemž tento magne- ’ tický prostředek přitahuje magnetizovatelné částice směrem k uvedené vnitřní stěně.