CZ288940B6

CZ288940B6 - Zařízení a způsob gravitační separace pevných částic

Info

Publication number: CZ288940B6
Application number: CZ1997720A
Authority: CZ
Inventors: David C. Yang
Original assignee: David C. Yang
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 2001-10-17
Also published as: CN1054549C; DE69525953D1; EP0784509A1; AU687264B2; CA2198600C; BR9508930A; JPH10505782A; CN1157583A; NO971175D0; CA2198600A1; US5507393A; WO1996008312A1; NO971175L; ATE214639T1; MX9701922A; RU2153938C2; CZ72097A3; EP0784509B1; EP0784509A4; ZA957409B

Abstract

Za° zen pro gravita n separaci stic ve sm si ve vodn m rmutu, sest vaj c ze dvou nebo v ce typ stic, jejich hustoty sahaj od relativn n zk hustoty k relativn vysok hustot , zahrnuje v lcovou kolonu (12), kter m horn st (14), kter zahrnuje oblast lo e n zk hustoty, doln st (16), kter zahrnuje oblast lo e vysok hustoty, a st°edn st, kter zahrnuje oblast vstupu rmutu mezi horn st (14) a doln st (16), kde ka d z lo obsahuje n pl (24), ve kter je vytvo°eno velk mno stv ·zk²ch kan l a propojen²ch kom rek, kter k°ivolace proch z p° slu n²mi oblastmi, prost°edek pro vytv °en disperze vodn ho rmutu, prost°edek pro p°iv d n disperze vodn ho rmutu do vstupu (18) rmutu a d le do kolony (12) a do pr tokov²ch kan l , prost°edek (20) pro nat° s n vodn ho rmutu v kolon (12), aby se vytvo°ilo lo e stic n zk hustoty v oblasti lo e n zk hustoty a lo e stic vysok hustoty v oblasti lo e vysok hustoty, prost°edek pro odtahov n jalov frakce, k\

Description

(57) Anotace:

Zařízení pro gravitační separaci částic ve směsi ve vodném rmutu, sestávající ze dvou nebo více typů částic, jejichž hustoty sahají od relativně nízké hustoty k relativně vysoké hustotě, zahrnuje válcovou kolonu (12), která má horní část (14), která zahrnuje oblast lože nízké hustoty, dolní část (16), která zahrnuje oblast lože vysoké hustoty, a střední část, která zahrnuje oblast vstupu rmutu mezi horní částí (14) a dolní částí (16), kde každé z loží obsahuje náplň (24), ve které je vytvořeno velké množství úzkých kanálů a propojených komůrek, které křivolace prochází příslušnými oblastmi, prostředek pro vytváření disperze vodného rmutu, prostředek pro přivádění disperze vodného rmutu do vstupu (18) rmutu a dále do kolony (12) a do průtokových kanálů, prostředek (20) pro natřásáni vodného rmutu v koloně (12), aby se vytvořilo lože částic nízké hustoty v oblasti lože nízké hustoty a lože částic vysoké hustoty v oblasti lože vysoké hustoty, prostředek pro odtahování jalové frakce, která obsahuje částice nízké hustoty z vodného rmutu, z horní části kolony (12) nad oblastí lože nízké hustoty a prostředek pro odtahování koncentrátu, který obsahuje částice vysoké hustoty z vodného rmutu, z dolní části kolony (12) pod oblastí lože vysoké hustoty. Způsob zahrnuje ošetření vodného rmutu minerální rudy disperzantem, přivedení dispergovaného vodného rmutu do vstupu ve střední části náplňové kolony, vytvoření lože vysoké hustoty z částic vysoké hustoty v dolní části kolony a vytvoření lože nízké hustoty z částic nízké hustoty v horní části kolony. Jalovina se odvádí z horního konce kolony a koncentrovaná minerální ruda se sníženým obsahem hlušiny se odvádí z paty kolony.

Zařízení a způsob gravitační separace pevných částic

Oblast techniky

Vynález se týká gravitační separace částic, zejména pak zařízení a způsobu gravitační separace pevných částic, které mají odlišnou hustotu.

Dosavadní stav techniky

Mezi dosud známé způsoby a zařízení pro čištění pevných částic, například železné rudy, patří také systém popsaný v U.S. Patentu 4 592 834 vydaném 3. června 1986, který je pro srovnání zahrnut do této patentové přihlášky. Dosud známé způsoby mechanické separace oxidu křemičitého (SiO₂) ze železné rudy (například z magnetického koncentrátu) pro velká zpracovávaná množství nejsou schopny buď (1) snížit obsah oxidu křemičitého z úrovní nad 5,5% hmotn. z celkové hmotnosti železné rudy pod 5,0 % hmotn., nebo (2) získat výtěžnosti železa větší než 95 % z celkové hmotnosti železa v přiváděném rmutu (prášková ruda smísená s vodou). Problémy spojené s nemožností dosáhnout (1) nízkého (redukovaného) obsahu oxidu křemičitého a (2) vysoké (zvýšené) výtěžností železa u známých způsobů vyplývají obecně z neschopnosti (nebo neúčinnosti) oddělit železné částečky (částice velikostí menších než 100 pm od částeček oxidu křemičitého menších než 100 pm). Různé surové železné rudy obsahují shluky železem bohaté hmoty a hmoty bohaté oxidem křemičitý a nepodaří-li se železnou rudu odpovídajícím způsobem rozmělnit (drcením, mletím apod.), nelze dosáhnout ani odpovídajícího oddělení železné hmoty a křemičité hmoty. Tedy, dosud známé způsoby vnáší do procesu zpracování železné rudy podstatné množství oxidu křemičitého, což má často za následek nežádoucí obsah (větší než 5 %) oxidu křemičitého v konečném železném produktu. Na druhé straně nadměrné rozmělnění (drcení, mletí apod.) zvýší podíl částeček (částic menších než 100 pm), které nemohou být dosud známými způsoby, jako jsou flotační procesy nebo magnetická separace, účinně odděleny.

Gravitační separace uhlí nebo minerálů je tradičně prováděna v nejrůznějších separačních zařízeních, jako jsou usazovací nádrže, cyklóny, rozdružovací splavy, natřásadla, šnekové separátory a separátory s těžkým prostředím. Tyto obvyklé způsoby závisí na velikosti, tvaru a hustotě separovaných částic a dále na dynamických podmínkách proudění v separátoru. Účinnost separace však klesá se zmenšující se velikostí částic, nebo je-li velikost částic značně proměnná.

Například čištění uhlí separací v těžkém prostředí je účinné pouze pro částice hrubší než 589 pm. A ačkoliv je flotace účinná i na částice menší než 589 pm, nelze ji použít pro odstranění částic pyritu, které mají díky blízkým hodnotám povrchového napětí snahu shlukovat se s částicemi uhlí v pěnu. Navíc jsou výsledky obvyklých flotačních technik ve srovnání s vymýváním uhlí založeným na hustotě poněkud chabé. Dále, obvyklé natřásací procesy trpí nestabilitou a tvorbou vírů v prostředí hustých částic, což vede k nežádoucímu vertikálnímu promíchávání prostředí. Malé velikosti částic navíc vedou k příliš vysokým obtokům v natřásacím procesu.

Je potřeba vytvořit zařízení a způsoby, které v kombinaci zajistí vysokou čistotu produktu, například nízkokřemičité železné rudy a vysokou výtěžnost produktu, například železa.

Podstata vynálezu

Vynález přináší separační způsob a zařízení, které účinně snižují obsah oxidu křemičitého nebo jiné hlušiny v produktu a zároveň zajišťují vysokou výtěžnost žádoucích pevných částic, s výhodou minerálů z rud. Způsob a zařízení zmenšují nestabilitu a tvorbu vírů a snižují tak vertikální

-1 CZ 288940 B6 promíchávání. Způsob a zařízení dále snižují obtoky a vytvořením malých natřásacích buněk umožňují účinnou separaci malých částic. Způsob zahrnuje gravitační separaci částic relativně vysoké a nízké hustoty, které jsou na počátku smíseny s vodou do vodného rmutu (prášková ruda smísená s vodou). Způsob s výhodou zahrnuje zajištění válcové kolony, která má horní část, která zahrnuje oblast lože nízké hustoty, dolní část, která zahrnuje oblast lože vysoké hustoty, a střední část, která zahrnuje oblast vstupu rmutu, která se s výhodou nachází mezi horní částí a dolní částí, zajištění náplně horní oblasti a/nebo dolní oblasti, která vytváří velké množství dlouhých nepřímých průtokových kanálů procházejících příslušnými oblastmi, přivádění rmutu do oblasti vstupu rmutu tak, aby proudil průtokovými kanály náplně a vytvořil lože částic nízké hustoty v horní oblasti a lože částic vysoké hustoty v dolní oblasti, natřásání loží k vyvolání gravitační separace částic vysoké a nízké hustoty v rmutu migrací částic nízké hustoty směrem k a do lože nízké hustoty a migrací částic vysoké hustoty směrem k a do lože vysoké hustoty, odtažení jalové frakce, která obsahuje částice nízké hustoty z horní části kolony nad horní oblastí a odtažení koncentrované frakce, která obsahuje částice vysoké hustoty z dolní části kolony pod dolní oblastí. Zařízení je zvláště vhodné pro gravitační separaci částic, které mají rozdílnou hustotu, kde jsou na počátku částice smíšeny s vodou do vodného rmutu, směs obsahuje částice relativně nižší hustoty a částice relativně vyšší hustoty. Zařízení s výhodou zahrnuje: válcovou kolonu, která má horní část, která zahrnuje oblast lože nízké hustoty, dolní část, která zahrnuje oblast lože vysoké hustoty, a střední část, která zahrnuje oblast vstupu rmutu, která se s výhodou nachází mezi horní částí a dolní částí, každé z loží obsahuje náplň, která vytváří velké množství dlouhých nepřímých průtokových kanálů procházejících příslušnými oblastmi, prostředek pro vytvoření disperze vodného rmutu, prostředek pro vhánění disperze vodného rmutu do vstupu rmutu a dále do kolony a přes průtočné kanály, prostředek pro takové natřásání (vibrace) vodného rmutu v koloně, aby vytvořil lože nízké hustoty částic nízké hustoty v oblasti lože nízké hustoty a vytvořil lože vysoké hustoty částic vysoké hustoty v oblasti lože vysoké hustoty, prostředek pro odtahování frakce, která obsahuje částice nízké hustoty z vodného rmutu, z horní části kolony nad oblastí lože nízké hustoty a prostředek pro odtahování frakce, která obsahuje částice vysoké hustoty z vodného rmutu, z dolní části kolony pod oblastí lože vysoké hustoty. Gravitační separace se dosáhne vibracemi (s výhodou natřásáním) oblastí loží, zvláště spodního lože. Vibrace se mohou vyvolat pulzacemi vody, pulzacemi vzduchu nebo mechanickými vibracemi. Výhodným prostředkem vyvolávání vibrací v ložích náplňových kolon je pulzace vody. Kombinace způsobu a zařízení podle vynálezu využívá s výhodou kolonu se zmenšenou velikostí buněk, s oblastí lože vysoké hustoty a vibrací pro gravitační separaci částic nízké hustoty od částic vysoké hustoty.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je schematický pohled na zařízení pro gravitační separaci podle vynálezu.

Na obrázku 2 je rozložený, perspektivní pohled na část vlnitých desek, ze kterých je sestavena jedna sekce náplně kolony.

Příklady provedení vynálezu

Vhodný vodný rmut, který obsahuje příměs částic relativně nízké hustoty a vysoké hustoty, obsahuje minerální rudu, uhlí nebo částice jiné hmoty, s výhodou železnou rudu obsahující příměs oxidu křemičitého, výhodněji je magnetickým koncentrátem takonitové železné rudy, která obsahuje více než 60 % hmotn. procent železa z celkové hmotnosti částic a více než 5 % hmotn. SiO₂ (oxidu křemičitého) z celkové hmotnosti částic. Konečný koncentrovaný produkt, s výhodou železný koncentrát, obsahuje méně než 5 % hmotn. hlušiny, s výhodou méně než 4,5 % hmotn. oxidu křemičitého, a s výhodou méně než 4 % hmotn. oxidu křemičitého. Nízký obsah hlušiny, oxidu křemičitého, v konečném koncentrátu umožňuje snížit množství vápence

-2CZ 288940 B6 přidávaného do vysoké pece při zpracování konečného koncentrátu a vede rovněž ke snížení produkce vysokopecní strusky u konečného uživatele. Výhledově může snížení obsahu oxidu křemičitého umožnit i vynechání vysoké pece z procesu zpracování železa, neboť dosažitelná hodnota obsahu oxidu křemičitého způsobem podle vynálezu je 2 % hmotn. i méně v závislosti na rozvolňovacích charakteristikách přiváděné hmoty.

Zařízení a způsob pro gravitační separaci podle vynálezu může být použito k separování rozmanitých materiálů v širokém spektru velikostí částic. Zvláště vhodný je k separaci minerálů od hlušiny v jemnozmných rudách, jako jsou nízkoobsahové magnetické takonitové rudy z oblasti Lake Superior.

Na hustotě založený způsob separace se může použít rovněž pro obohacování jiných zoxidovaných nebo částečně zoxidovaných železných rud, čištění uhlí od minerálních látek (zvláště pyritu) nebo pro zvyšování výtěžnosti jiných těžkých minerálů, jako jsou rutil, ilmenit, cassiterit, z jemně mletých rud nebo hlušiny. Vynález bude dále popsán v souvislosti s čištěním železné rudy a uhlí.

Zařízení pro gravitační separaci 10 podle vynálezu zahrnuje válcovou kolonu 12, která má horní část 14 a dolní část 16, mezi nimiž se nachází vstup rmutu 18 pro přívod vodné kaše nebo rmutu magnetické takonitové rudy do kolony 12. a s výhodou vstup pulzující vody 22 pro přívod pulzující vody do dolní části 16 kolony 12.

Kolona 12 může být obecně, jak je ukázáno na obrázku 1, vzpřímená nebo svislá, nebo může být vzhledem ke svislici šikmá. Je však důležité, aby byla mezi loži částic vysoké a nízké hustoty dostatečně velká gravitační hnací síla, jak je podrobněji popsáno níže. Kolona 12 je vyplněna prostředkem pro zmenšení velikosti buněk a vytvoření kanálů, jako je náplň 24, která vytváří množství úzkých průtočných kanálů a malých komůrek, které křivolatě procházejí horní a dolní částí 14 a 16.

Koncentrát 33, který obsahuje částice vysoké hustoty z vodného rmutu, se shromažďuje v komoře koncentrátu 32 ve dně kolony 12, odkud se odtahuje výstupem 34. Ačkoliv to není nutné, je kvůli usnadnění odtahu koncentrátu komora koncentrátu 32. jak je ukázáno na obrázku 1, s výhodou kuželová. S výhodou se koncentrát výstupem 34 odtahuje jako konečný produkt 35 pomocí obvyklého čerpadla s regulovaným průtokem 36.

Kolona 12 může mít různý tvar, v zobrazeném provedení má čtvercový průřez. Rozměry průřezu a délka kolony 12 jsou určeny druhem zpracovávaného vodného rmutu, konkrétním typem náplně 24. požadovaným průtokem a dalšími proměnnými, které jsou znalým v oboru zřejmé.

Náplň 24 může nabývat mnohých podob, musí však zajistit víceméně zátkový tok a musí vytvářet velké množství průtočných kanálů a komůrek, které nepřímo prochází horní a dolní částí kolony 12 a také mezi nimi. Částice vysoké hustoty (částice bohaté železem) tvoří lože 60 vysoké hustoty ve spodní oblasti a částice nízké hustoty (částice bohaté oxidem křemičitým) tvoří lože 56 nízké hustoty v horní oblasti. Náplň usnadňuje udržování a stabilizaci loží a tak usnadňuje separaci loží. Vibrace umožňují pohyb částic vysoké hustoty z přívodu rmutu do lože vysoké hustoty a zároveň umožňují loži 60 vysoké hustoty, aby si udržovalo svou celkově vysokou hustotu a kompaktnost dostatečnou k účinnému zabránění pronikání částic s nízkou hustotou. Dispergační činidlo brání shlukování jednotlivých částic atak umožňuje plynulý tok částic vysoké hustoty směrem kpatě kolony a tok částic nízké hustoty směrem k hlavě kolony. Vhodnou náplní mohou být obvyklé náplně používané pro přenos tepla a hmoty mezi kapalinou a plynem, jako jsou Raschigovy kroužky, Berlová sedélka, přepažené kroužky apod. Náplň může být i strukturovaná, ze svislých, vodorovných nebo šikmých desek s perforací nebo bez perforace. Náplň slouží jako prostředek pro zmenšení velikosti buněk a vytvoření kanálů v koloně.

-3CZ 288940 B6

V zobrazeném výhodném provedení se náplň 24 skládá z množství sekcí 38a až 38f ze svislých desek 40. Každá sekce zahrnuje množství desek 40 a prostředků pro udržování rovnoměrné vzdálenosti mezi deskami 40 takových, aby mezi sousedními deskami 40 vzniklo množství relativně úzkých průtočných kanálů. V zobrazeném provedení prostředky pro udržování vzdálenosti zahrnují, ale nemusí být na ně omezeny, na každé desce 40 rovnoměrně rozmístěné vlny 42. Aby nevznikly svislé průtočné kanály stejné délky, prochází s výhodou vlny 42 každou deskou 40 diagonálně, tj. v úhlu přibližně 45° k horizontální rovině. Pro řízení toku průtočnými kanály může být úhlová orientace vln 42 proměnná. Například, je-li potřeba prodloužit délku průtočných kanálů, může se úhel vln 42 vzhledem k horizontální rovině zmenšit.

Pro další zvýšení účinnosti průtočných kanálů vytvořených mezi sousedními deskami 40 se orientace vln 42, jak je ukázáno na obrázku 2, střídá. Jinými slovy vlny jedné desky svírají s vlnami sousední desky jistý úhel. Rovněž desky v sousedních sekcích jsou umístěny tak, že svislé roviny desek jedné sekce svírají jistý úhel (s výhodou 90°) se svislými rovinami desek sekce následující. Na obrázku 1 jsou svislé roviny desek 40 v sekcích 38a, 38c a 38e kolmé k rovině papíru a svislé roviny desek 40 v sekcích 38b, 38d a 38f jsou s rovinou papíru rovnoběžné.

S výhodou jsou náplňové sekce 38c a 38d v sousedství vstupu rmutu 18 vzdálené tak, aby mezi nimi vznikla víceméně nezaplněná přívodní komora 44. Náplňové sekce 38a. 38b a 38c nad přívodní komorou 44 tvoří horní oblast kolony 12 a náplňové sekce 38d. 38e a 38f pod přívodní komorou 44 tvoří dolní oblast kolony 12. Lože nízké hustoty, které je obohacené hlušinou (oxidem křemičitým) (například o více než 5 procent nad obsah oxidu křemičitého v přiváděné hmotě), se nachází v horní oblasti a lože vysoké hustoty, které je ochuzené hlušinou (oxidem křemičitým) (například o více než 0,5 % hmotn. pod obsah oxidu křemičitého v přiváděné hmotě), se nachází v dolní oblasti.

Při typickém provozu se železná ruda, jako je magnetický takonit nebo částečně zoxidovaný takonit, rozmělní na částice velikosti vhodné pro rozvolnění jednotlivých minerálů, s výhodou se rozmělní na částice o velikostech menších než 100 pm, například odpovídajících velikosti síta 150 mesh (čísla velikosti síta a velikosti částice jsou nepřímo úměrné, tj. čím větší hodnota síta, tím menší částice). Pro zajištění stejnoměrné velikosti částic ve zpracovávaném rmutu (například částic menších než 100 pm) se s výhodou může použít prostředku pro odstranění částic větších velikostí, například síta velikosti 150 mesh. Vodná kaše nebo rmut částic se přivede do přípravné nádoby 46 smíchadlem, kde se do ní přimísí vhodné dispergační činidlo. Mezi vhodné dispergační činidla pro železné rudy patří například křemičitan sodný. Nej vhodnějším dispergační činidlem je roztok křemičitanu sodného prodávaný společností PO Corporation pod obchodní značkou O Brand nebo N Brand.

Po přípravě se rmut z nádoby 46 odtahuje čerpadlem 48 a přivádí se do kolony vstupem rmutu 18.

Kvůli dosažení optimální látkové bilance pro separaci částic vysoké hustoty (například oxidy železa) od částic oxidu křemičitého nízké hustoty (například hlušiny) jsou průtočná množství jednotlivých proudů regulovaná.

Zařízení a způsob podle vynálezu mají oproti obvyklým zařízením a způsobům několik výhod. Zajišťují účinnou separaci velmi malých částic s rozdílnou hustotou, v případě železné rudy obsahující příměsi oxidu křemičitého přináší separaci takové úrovně, která postačuje ke snížení obsahu oxidu křemičitého v konečném koncentrátu pod 5 % hmotn. a zároveň umožňují dosahovat vysokých výtěžností koncentrátu, například u železné rudy více než 95 % hmotn.

-4CZ 288940 B6

Navíc k popsané jednostupňové separaci může být zařízení podle vynálezu použito v kombinaci s některými obvyklými separačními postupy, nebo mohou být dvě nebo více zařízení podle vynálezu zapojena do série.

Horní sekce 38a až 38c tvoří oblast 54 horního lože, ve které se nachází lože 56 částic nízké hustoty (částic bohatých oxidem křemičitým). Dolní sekce 38d až 38f tvoří oblast 58 dolního lože, ve které se nachází lože 60 částic vysoké hustoty (částic bohatých železem). Přívodní komora 44 se s výhodou nachází mezi oblastí 54 horního lože a oblastí 58 dolního lože. Horní komora 26 se nachází nad horní oblastí 54 a vychází z ní výstup 28 pro odtah částic nízké hustoty (proud jalové frakce 30) z kolony 12. Proud koncentrátu 35 obsahující částice vysoké hustoty vychází z čerpadla 36.

Proud rozmělněné rudy 49 je předfiltrován filtrem 50, s výhodou o 150 mesh nebo jiným prostředkem vhodným pro odstranění větších částic z proudu. Proud větších částic 51 se může buď recyklovat zpět ke mlýnům, nebo se může odvádět jako odpad. Proud rudného rmutu 62 se vede do přípravné nádoby 46, kde se mísí s dispergačními činidly přiváděnými proudem dispergačních činidel 52, vznikne proud dispergovaného rmutu 64.

Čerpadlo pulzni vody 20, nebo jiný vhodný prostředek pro vibraci (natřásání) loží 56, 60 (zvláště lože 60), slouží ke gravitační separaci částic při současném zmenšení pronikání částic nízké hustoty do lože vysoké hustoty 60. Horní konec lože 60 s výhodou tvoří horní kompaktní povrch 66, který brání pronikání částic s nízkou hustotou. Při ustáleném provozu obsahuje koncentrát, který opouští lože vysoké hustoty, nejméně 95 % hmotn. pevné fáze z celkové hmotnosti částic v přívodním proudu 64, s výhodou má obsah pevné fáze nejméně 98 % hmotn., výhodněji nejméně 99 % hmotn. Pulzni voda s výhodou způsobuje změny tlaku vody o nejméně 0,05 psi (0,35 kPa), výhodněji mezi 5 až 20 psi (35 až 138 kPa) a nejvýhodněji mezi 10 až 15 psi (69 až 103 kPa). Pulzace s výhodou probíhá s frekvencí mezi 5 až 120 min¹, výhodněji mezi 10 až 60 min'¹ a nejvýhodněji mezi 15 až 30 min'¹.

Další provedení vynálezu se týká způsobu separace částic hmoty, jako je odstraňování minerálů z uhlí, při použití lože regulované hustoty. Dosáhnout toho lze buď přidáním těžkého prostředí, nebo aplikací principů dynamiky prostředí, kdy se těžších částic, jako je pyrit v uhlí, používá jako hustšího média. Prvotní laboratorní zkoušky ukazují, že použitím náplňové kolony, ve které jsou pulzace vyvolávány vratným pohybem plunžrového pístu, lze ze surového uhlí Alabama Pratt Seam (27,7 % popelovin a 50 % částic o velikostech menších jak 22 pm) vyrobit čisté uhlí s 8,8 % popeloviny s 52,8 % výtěžností; jemná frakce, tj. s velikostí částic menší než 500 mesh, která obsahuje značné množství jílu, může být odstraněna buď před, nebo po gravitační separaci. To naznačuje, že myšlenka vynálezu je použitelná pro široký rozsah velikostí částic a že účinné separace lze podle vynálezu dosáhnout pro rozmanitá složení přiváděného proudu.

Vynález umožňuje při čištění uhlí vypustit nákladné magnetické prostředí. Místo toho se pro regulaci měrné hustoty lože využívá pyritu v uhlí (nebo jiných těžkých minerálů obsažených ve zpracovávaném proudu).

Čím větší je počet buněk, tím vyšší je stupeň separace složek. Stupeň separace může být poměřován počtem buněk, kterými hmota při separaci projde. Je to analogické výpočtu teoretického patra a návrhu zařízení používanému chemickými inženýry při návrhu absorbéru, například podle příručky Perry & Chilton: Chemical Engineer' s Handbook, 5. Vydání, Část 14, strany 10-13. Použitá náplň zařízení podle vynálezu účinně snižuje možnost vytvoření obtoku od vstupu k výstupu. Kolona podle vynálezu má skutečnou výšku nejméně tři separační buňky, výhodněji mezi 10 až 100 skutečnými separačními buňkami. Dále náplň zmenšuje odpor proti pohybu částic a tím dále zvyšuje účinnost separace.

-5CZ 288940 B6

Gravitační separace ve válcové koloně podle vynálezu nevyžaduje flotaci, magnetickou ani odstředivou separaci, a je tedy s výhodou prosta flotačních přísad, zařízení generování magnetického pole a generátoru rotačního pohybu. Systém může, ale nemusí, využívat vločkovacích přísad. Válcová kolona má s výhodou čtvercový průřez, ale může mít i obdélníkový nebo 5 kruhový průřez. Kolona má s výhodou výšku mezi 6 palci až 20 stopami (150 mm až 6 m).

Velikost pórů nebo průměru komůrek náplně je s výhodou 5 až 100 x větší než průměrný průměr částic. Objem komůrek náplně je s výhodou 125 až 1 000 000 x větší než průměrný objem částic. Kolona má s výhodou základní plochu od 0,25 m² do 8000 m², výhodněji od 16 m² do 64 m².

Náplň se z výhodou skládá ze zvlněných desek uspořádaných do sekcí. Každá sekce se skládá z množství rovnoběžných desek a každá sekce je oproti sousední sekci pootočena (s výhodou o 90°) okolo svislé osy. Ve srovnání s jinými typy náplní, například kroužky, mají zvlněné desky výhodu v tom, že minimalizují možnost zanášení kolony rudou.

Průtok kapaliny kolonou je dostatečný k tomu, aby rychlost proudu v horní oblasti byla větší než mezní rychlost částic nízké hustoty. Mezní rychlost může být určena ze Stokesova zákona s proměnnými průměr částic, hustota a viskozita kapaliny. Řízení práce kolony spočívá v regulaci přiváděného množství, případně ve využívání přídavného vstupu kapaliny, kterou je udržován dostatečný průtok horní oblastí.

Frekvence vibrací je s výhodou vzhledem k velikosti částic podílem převrácené hodnoty velikosti částic, výhodněji je funkcí převrácené hodnoty velikosti částic. Pro dosažení požadovaného stupně separace mohou být rovněž regulovány hustoty loží pomocí bodového měření a regulace přiváděného množství a pomocné vody.

Typické částice hlušiny mají hustotu obvykle mezi (2,6 až 2,7).10³ kg/m³, Částice žádoucího produktu (železa a jiných minerálů) mají hustotu obvykle mezi (4 až 10).10³ kg/m³. Pokud se separuje uhlí od jílu, má hlušina hustotu obvykle mezi (2,6 až 2,7).10³ kg/m³ a uhlí má hustotu obvykle (1,2-1,6).10³ kg/m³. Rozdíl hustot částic je s výhodou nejméně 30 %.

Náplň snižuje možnost vzniku obtoků a rozbíjí víry v koloně.

Příklady

Následující příklady ilustrují vysoké výtěžnosti rud s nízkým obsahem oxidu křemičitého dosahované zařízením a způsobem podle vynálezu. Kolona byla 12 stop (3,6 m) vysoká, o vnitřním průměru kruhového průřezu 3 palce (75 mm), obsahovala dvě 5 stop (1,5 m) dlouhé sekce s náplní. Každá náplňová sekce obsahovala 10 vrstev zvlněných desek, vlny byly 1/2 palce 40 (12,7 mm) vysoké a skloněné pod úhlem přibližně 45° k vodorovné rovině, vrstvy i sekce byly navzájem střídavě pootočené o 90°. Takonitový magnetický koncentrát z Dolu A se složením 66,42 % Fe a 5,77 % SÍO2 byl rozemlet asi z 98 % na částice menší než 100 pm a předfiltrován kvůli odstranění částic větších než 100 pm. Rmut byl ošetřen dispergačním činidlem, aby se předešlo shlukování částic v průběhu zpracování. Předfiltrovaný vodný rmut, který obsahoval 45 okolo 20 % pevné fáze, se čerpal do střední přívodní oblasti kolony s průtokem asi 120 Ib/h (55 kg/h). Pulzní promývací voda byla do paty kolony přiváděna střídavým zvyšováním a snižováním tlaku v rozsahu asi 10 psi (69 kPa) zpulzační komory (tlak se může měnit v závislosti na výšce kolony). Hmotnostní procento koncentrovaného produktu přesahovalo 90 % původního obsahu pevné fáze v přiváděném rmutu a výtěžnost železa byla vzhledem k obsahu 50 železa ve vodném rmutu více než 95 %.

-6CZ 288940 B6

Příklady IA - IB

Magnetický koncentrát z dolu A (98 %- síto 150 mesh)

Produkt			Příklad IA
	%	%Fe	% SiO₂	%Fe
	hmotn.			rozdělení částic
Koncentrát	96,18	67,41	4,52	97,78
Jalovina	1,94	39,44	39,44	1,15
hrubší jak 100 um	1,88	37,87	38,89	1,07
Vyp. složení	100,00	66,31	5,71	100,00
Produkt			Příklad IB
	%	% Fe	% SiO₂	%Fe
	hmotn.			rozdělení částic
Koncentrát	93,95	67,66	4,62	95,78
Jalovina	4,17	50,05	21,70	3,15
hrubší jak 100 um	1,88	37,87	38,89	1,07
Vyp. složení	100,00	66,37	5,97	100,00

Malá frakce velkých částic, která byla na počátku odfiltrována sítem 150 mesh, měla velký obsah oxidu křemičitého. Předfiltrací v příkladech IA a IB bylo odděleno 1,88% hmotn. prvotního rmutu. Dále je zřejmé, že obsah oxidu křemičitého v konečném koncentrátu je menší než 5 % hmotn. a že výtěžnost železa je větší než 95 %. Tato kombinace nízkého obsahu oxidu křemičitého v konečném produktu a vysoké výtěžnosti železa dosažitelná gravitační separací je překvapující a neočekávaná, zvláště ve světle skutečnosti malých velikostí částic použitých při způsobu podle vynálezu.

Příklady 2A - 2B

Magnetická takonitová surovina z dolu B (80 % - síto 325 mesh)

Produkt_______ _____________Příklad 2A (Surovina = 100 % hmotn.)

	%	%Fe	% SiO₂	%Fe
	hmotn.			rozdělení částic
Koncentrát	34,88	67,93	4,02	76,71
Jalovina	65.12	11.06	67.50	23.29
Vyp. složení	100,00	30,89	45,36	100,00

Produkt			Příklad 2B
	%	%Fe	% SiO₂	%Fe
	hmotn.			rozdělení částic
Koncentrát	33,27	70,51	1,20	75,59
Jalovina	66.73	11.33	67.29	24.41
Vyp. složení	100,00	31,03	45,30	100,00

Příklady 3A - 3B

Magnetický koncentrát z dolu B (80 % -síto 325 mesh)

Produkt_______ _____________Příklad 3 A (magnetický koncentrát = 100 % hmotn.) * Údaje stávajícího zařízení

	% hmotn.	%Fe	% SiO₂	% Fe % Fť rozdělení částic	i % výtěž. Fe
Koncentrát	87,22	69,28	2,23	97,16 66,3	85,4
Jalovina	12.88	13.65	69.14	2.84
Vyp. složení	100,00	62,18	10,85	100,00
Produkt				Příklad 3B
	%		%Fe	%SiO₂	% Fe
	hmotn.				rozdělení částic
Koncentrát	87,95		68,83	3,10	99,29
Jalovina	12.05		10.05	72.23	0.71
Vyp. složení	100,00		61,75	11,43	100,00

* Součástí stávajícího zařízení je pouze jednostupňová reverzní flotace. Zlepšení výsledků způsobu podle vynálezu ve srovnání se srovnatelnými údaji konvenčního zařízení je zřejmé.

Příklady 4A - 4B

Magnetický koncentrát z dolu B (80 % -síto 325 mesh)

Produkt_______ _____________Příklad 4A (magnetický koncentrát = 100 % hmotn.) * Údaje stávajícího zařízení

	%	%Fe	% SiO₂	%Fe	%Fe	% výtěž.
	hmotn.			rozdělení částic		Fe
Koncentrát	33,29	69,88	1,2	68,40	66,3	58,5
Jalovina	66.81	16.09	66.85	31.60
Vyp. složení	100,00	34,01	45,27	100,00

-8CZ 288940 B6

Produkt	Příklad 4B
Koncentrát Jalovina	% hmotn. 36,52 63,48	%Fe 67,57 15.91	% SiO₂ 4,38 67.19	%Fe rozdělení částic 70,95 29.05
Vyp. složení	100,00	34,78	44,25	100,00

* Součástí stávajícího zařízení je magnetická separace a reverzní flotace. Zlepšení výsledků způsobu podle vynálezu ve srovnání se srovnatelnými údaji konvenčního zařízení je zřejmé.

Příklad 5

Zjednodušený způsob pro čištění uhlí pomocí separátoru s loži hustoty.

Uhlí bylo rozemleto na jemné částečky a pro odstranění velkých částic ze zpracovávaného proudu předfiltrováno přes síto 150 mesh. Zpracovávaný proud byl poté přiveden do separátoru s loži hustoty podle vynálezu a svrchní proud nízké hustoty byl dále přefiltrován sítem 500 mesh. Větší částice z této filtrace byly produktem - čistým uhlím, menší částice tvořící jílový kal byly odpadem. Proud vysoké hustoty byl jalovinou a zahrnoval minerály/pyrit.

Výsledky výše popsaného pokusu:

Výsledky pokusu čištění uhlí Alabama Pratt Seam (27,7 % popelovin) pomocí způsobu podle vynálezu. Z uvedeného je zřejmý nízký obsah popelovin 8,8 % v produktu ve srovnání s původními 27,7 %.

Claims

1. Zařízení pro gravitační separaci pevných částic s rozdílnou hustotu, které jsou na počátku ve směsi ve vodném rmutu, kde směs sestává ze dvou nebo více typů částic, jejichž hustoty sahají od relativně nízké hustoty k relativně vysoké hustotě, vyznačující se tím, že zahrnuje:

válcovou kolonu (12) s horní částí (14), zahrnující oblast lože (56) nízké hustoty, s dolní částí (16), zahrnující oblast lože (60) vysoké hustoty, a střední částí, která zahrnuje oblast vstupu (18) rmutu mezi horní část (14) a dolní část (16), kde každé z loží (56, 60) obsahuje náplň (24), ve

-9I které je vytvořeno velké množství úzkých průtokových kanálů a vzájemně propojených komůrek, které křivolace procházejí příslušnými oblastmi,

J prostředek pro vytváření disperze vodného rmutu, prostředek pro přivádění disperze vodného rmutu do vstupu (18) rmutu a dále do kolony (12) 5 a do průtokových kanálů, prostředek pro natřásání vodného rmutu v koloně (12), aby se vytvořilo lože (56) částic nízké hustoty v oblasti částic s nízkou hustotou a aby se vytvořilo lože (60) částic vysoké hustoty v oblasti částic s vysokou hustotou, prostředek pro odtahování jalové frakce, která obsahuje částice nízké hustoty z vodného rmutu, 10 z horní části (14) kolony (12) nad oblastí lože (56) nízké hustoty a prostředek pro odtahování koncentrátu, který obsahuje částice vysoké hustoty z vodného rmutu, z dolní části (16) kolony (12) pod oblastí lože (60) vysoké hustoty.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že náplň (24) zahrnuje množství 15 svisle orientovaných desek (40) a rozpěrek pro udržování příčné vzdálenosti mezi deskami (40) k vytvoření množství průtokových kanálů mezi sousedními deskami (40).

3. Zařízeni podle nároku 2, vyznačující se tím, že zahrnuje množství svisle navazujících oddělených sekcí desek (40).

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že sekce jsou orientovány tak, že svislé roviny desek (40), každé ze sekcí, jsou pootočeny vzhledem ke svislým rovinám desek (40) navazujících sekcí a kde rozpěrky zahrnují na každé z desek (40) řady vln (42), které směřují vzhledem k vodorovné rovině diagonálně.

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že vlny (42) sousedních desek (40) směřují do opačných směrů.

6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje prostředek pro 30 předfiltraci vodného rmutu před vstupem (18), přičemž prostředek pro předfiltraci odstraňuje větší částice z vodného rmutu pro vytvoření vodného rmutu, obsahujícího směs částic z částic s velikostí menší než 100 pm.

7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje prostředek vytváření 35 vodného rmutu se směsí částic, která má alespoň 99 % hmotn. z celkové hmotnosti částic ve rmutu velikost částic menší než 150 pm.

8. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje prostředek vytváření vodného rmutu, kde směs sestává z částic, které mají velikost menší než 150 pm.

9. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že natřásací prostředek zahrnuje čerpadlo (20) pulzující vody a vstup vody, který se nachází pod uvedenou dolní částí, pro vysílání pulzů vody do lože (60) vysoké hustoty dostatečných k tomu, aby způsobily natřásání loží (56,60) a gravitační separaci částic vysoké hustoty a nízké hustoty.

10. Způsob gravitační separace částic relativně nízké hustoty a relativně vysoké hustoty, které jsou na počátku ve směsi ve vodném rmutu, vyznačující se tím, že vodný rmut se zavádí

-10CZ 288940 B6 do válcové kolony (12), která je opatřena homí částí (14), zahrnující oblast lože (56) nízké hustoty, dolní částí (16), zahrnující oblast lože (60) vysoké hustoty, a střední částí, zahrnující oblast vstupu (18) rmutu mezi homí částí a dolní částí, a zahrnuje dále prostředek, který vytváří velké množství kanálů v koloně (12), přičemž rmut se přivádí do oblasti vstupu (18) rmutu tak, aby proudil průtokovými kanály a vytvořil lože (56) částic nízké hustoty v homí oblasti a lože (60) částic vysoké hustoty v dolní oblasti, načež se částic v ložích (56 a 60) natřásají k vyvolání gravitační separace částic vysoké a nízké hustoty ve rmutu migrací částic nízké hustoty směrem k a do lože (56) nízké hustoty a migrací částic vysoké hustoty směrem k a do lože (60) vysoké hustoty, jalová frakce, která obsahuje částice nízké hustoty se odtahuje z homí části z kolony (12) nad homí oblastí a koncentrát, který obsahuje částice vysoké hustoty se odtahuje z dolní části kolony (12) pod dolní částí.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že:

prostředkem v koloně (12), který vytváří velké množství křivolakých průtokových kanálů v koloně (12) jsou náplně (24) homí oblasti a dolní oblasti.

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že na rmut, obsahující minerální rudu, která zahrnuje směs minerálních částic a částic hlušiny, se působí před gravitační separaci dispergačním činidlem, pro snížení shlukování částic .v nejméně, jednom .z uvedených loží (56 a 60).

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se t í m, že minerální ruda je železná ruda.

14. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že náplň zahrnuje množství oddělených, svisle navazujících sekcí svisle orientovaných desek (40) a rozpěrky pro udržování příčné vzdálenosti mezi deskami (40) pro vznik množství průtokových kanálů a komor mezi sousedními deskami (40).

15. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že sekce jsou orientovány tak, že svislé roviny desek (40) každé ze sekcí jsou pootočeny vzhledem ke svislým rovinám desek (40) navazujících sekcí, přičemž rozpěrky zahrnují na každé z desek řady vln (42), které směřují vzhledem k vodorovné rovině diagonálně.

16. Způsob podle nároku 15, vyznačující (40) se směrují do opačných směrů.

17. Způsob podle nároku 11, vyznačující pulzů vody směrem vzhůru do lože (54, 58).

18. Způsob podle nároku 17, vyznačující částice, jejichž velikost je menší než 100 pm.

se tím, že vlny (42) sousedních desek se tím, že natřásání zahrnuje vysílání se tím, že směs částic rmutu obsahuje

19. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že směs částic rmutu zahrnuje nejméně 99 % hmotn. částic, jejichž velikost je menší než 100 pm.

-11 CZ 288940 B6

20. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že zahrnuje prostředek pro odstranění částic, jejichž velikost je větší než 100 pm, z rmutu před řečeným vstupem.