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Die Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Flotationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.
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Derartige Flotationsvorrichtungen und Verfahren zum Betreiben von solchen Flotationsvorrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt. Eine solche Flotationsvorrichtung dient zum Trennen von Feststoffpartikeln von einer Flüssigkeit mittels Flotation.
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Die Flotationsvorrichtung umfasst wenigstens eine Flotationszelle zum Aufnehmen der Flüssigkeit mit den darin aufgenommenen Feststoffpartikeln. Darüber hinaus umfasst die Flotationsvorrichtung wenigstens eine Einströmeinrichtung zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle. Die Einströmeinrichtung weist zumindest eine Austrittsöffnung auf, über welche die Einströmeinrichtung in die Flotationszelle mündet.
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Die Flotation ist ein wichtiger Prozessschritt zur Trennung feinkörniger Feststoffpartikel aufgrund ihrer unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit. Neben der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe wird dieses Verfahren, das heißt das Flotationsverfahren, beispielsweise auch häufig in der Papierindustrie zur Erhöhung des Weißgrades eingesetzt, indem Farbtonerpartikel selektiv ausgetragen werden. Auch bei der Wasser- und Abwasseraufbereitung werden Flotationsverfahren zur Abscheidung von festen und flüssigen (zum Beispiel Ölen etc.) Anteilen eingesetzt. Im Allgemeinen liegt bei der Flotation das zu trennende Feststoffgemisch suspendiert in einer Flüssigkeit, der sogenannten Trübe vor. Im Bereich des Bergbaus wird die Trübe auch Pulpe genannt. In die Trübe beziehungsweise Pulpe werden während des Flotationsprozesses Gasblasen eingetragen. Die abzuscheidenden beziehungsweise zu gewinnenden Feststoffpartikel, welche auch als Partikel bezeichnet werden, binden aufgrund Hydrophobizität ihrer Oberflächen an die aufsteigenden Gasblasen, die sich an der Grenzfläche zu Luft anreichern und dort einen feststoffbeladenen Schaum bilden. Bei der Aufbereitung von Mineralien bestimmt der Gehalt an Wertstoff im gewonnen Schaum die Ausbeute und Güte an Produkt und damit den Erfolg des Flotationsprozesses.
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Hinsichtlich der Effizienz des Gesamtprozesses kommt der eingetragenen, spezifischen Gasblasenoberfläche (Blasenoberfläche pro Gasvolumeneinheit) eine Schlüsselrolle zu, da diese maßgeblich die Wechselwirkung zwischen auszutragendem beziehungsweise abzuscheidendem Feststoff und Blasenwand beeinflusst. Die spezifische Blasenoberfläche ist umgekehrt proportional zur Blasengröße (Blasendurchmesser). Daher können prinzipiell mehr Feststoffpartikel ausgetragen werden, wenn insgesamt kleinere Gasblasen in dem Feststoffgemisch verteilt sind. Jedoch dürfen die Gasblasen nicht zu klein sein, da dadurch deren Auftriebskraft zu gering werden würde, um den Feststoff auszutragen beziehungsweise von der Flüssigkeit zu trennen. Dieser Zusammenhang zeigt, dass die in die Flotationszelle eingetragene Gasblasengrößenverteilung bestmöglich auf die Eigenschaften der auszutragenden Feststoffpartikel wie die Partikelgrößenverteilung und Oberflächenhydrophobizität abgestimmt sein muss.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind unterschiedliche Methoden zum Erzeugen von Gasblasen definierter Größenverteilung bekannt. Insbesondere können in speziellen Düsen, die mit hohen Scherraten Arbeitsgas und Flüssigphase mischen, definierte Gasblasengrößenverteilungen erzielt werden. Besonders dafür geeignete Düsenbauformen sind Düsen, die nach dem sogenannten Aeratorprinzip beziehungsweise nach dem Ejektorprinzip arbeiten. Bei diesen Düsen besteht die Herausforderung darin, dass insbesondere beim Stillstand der Anlage, unter Umständen aber auch im Normalbetrieb, die Düse durch eindringende Feststoffpartikel verstopft wird und der normale Arbeitsbereich des Gas- und Flüssigkeitsdrucks nicht ausreicht, die Düse wieder freizuspülen. Dies ist insbesondere bei Düsen in Flotationsanlagen für den Bergbau von Bedeutung, da hier Pulpe mit einer Feststoffkonzentration von typischerweise 40 bis 50% verarbeitet wird, welche bei einem Stillstand der Anlage in die Düse eindringen und dort verhärten kann, so dass die Düse aufwendig ausgetauscht werden muss. Es ist daher erstrebenswert, einen solchen aufwendigen Austausch der Düse beziehungsweise Einströmeinrichtung zu verhindern.
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Die Erzeugung der gewünschten Gasblasengrößenverteilung erfolgt bei Flotationsprozessen entweder innerhalb oder außerhalb der Flotationszelle. Bei der internen Gasblasenerzeugung entstehen die Gasblasen meist in herkömmlichen Rührwerkzellen durch Einströmen von Gas über einfache Düsen („Sparger“) und Zerteilung durch Scherkräfte an rotierenden Rührblättern. Neben der Zerteilung der Gasblasen dient das Rührwerk zur Verteilung der Gasblasen über den Flotationszellenquerschnitt, um einen guten Austausch von Gas und Feststoffgemisch zu erreichen. Dabei kann die Gasblasengröße über den Energieeintrag des Rührwerks und über den Gasdurchsatz angepasst werden, wodurch sich jedoch die Betriebskosten der Flotationsanlage erheblich erhöhen können. Zudem beruht die Erzeugung der Gasblasengröße meist auf reiner Empirie, da das Strömungsfeld und damit die vorliegende Scherratenverteilung der Flotationszelle häufig nicht definiert sind.
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Bei der externen Erzeugung von Gasblasen strömt Luft beziehungsweise ein Gas über poröse Materialien (Filtermaterialien, Schwämme) oder Lochblenden in den unteren Teil der Flotationszelle ein. Die Gasblasen entstehen dabei an der Eintrittsöffnung der Flotationszelle durch das dort vorherrschende Scherratenfeld. Die Gasblasengröße kann dabei über den Gasvordruck und die Porosität beziehungsweise Gasaustrittsöffnungen eingestellt werden.
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Bei der Verwendung von Ejektor- oder Aeratordüsen, aber auch bei anderen Blasenerzeugern, soll das Eindringen von feststoffhaltiger Pulpe dadurch verhindert werden, dass ein entsprechendes Protokoll bei Inbetriebsetzung, Betrieb und Außerbetriebsetzung der Anlage eingehalten wird. Mittels dieses Protokolls soll verhindert werden, dass Betriebszustände eintreten, während deren Pulpe in die Düsen eintritt. Das Protokoll kann entweder über eine manuelle Betriebsführung oder aber über eine automatische Betriebsführung gefahren werden. Allerdings hat es sich gezeigt, dass auch bei Einhaltung eines entsprechenden Protokolls ein Fehlerfall eintreten kann, wenn beispielsweise während des Abfahrens einer Anlage Wasser- oder Gaszufluss zur Düse ausfallen, was unter anderem die Folge einer elektrischen Störung sein kann, die selbst zum Abschalten der Anlage geführt hat. Auch in solchen Fällen können Feststoffpartikel in die Einströmeinrichtung eindringen, so dass diese verstopft und in der Folge zeit- und kostenaufwendig ausgetauscht werden muss. Dies kann ferner zu einem langen und unerwünschten Ausfall der Flotationsvorrichtung beziehungsweise des Verfahrens zum Betreiben der Flotationsvorrichtung führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flotationsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Flotationsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Gefahr von unterwünschten Ausfällen der Flotationsvorrichtung besonders gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Flotationsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung zum Trennen von Feststoffpartikeln von einer Flüssigkeit mittels Flotation. Die Flotationsvorrichtung umfasst wenigstens eine Flotationszelle zum Aufnehmen der Flüssigkeit mit den darin aufgenommenen Feststoffpartikeln. Ferner umfasst die Flotationsvorrichtung wenigstens eine Einströmeinrichtung zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle. Die Einströmeinrichtung weist dabei zumindest eine Austrittsöffnung auf, über die die Einströmeinrichtung in die Flotationszelle mündet.
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Um nun die Gefahr von langen und unerwünschten Ausfällen der Flotationsvorrichtung sowie eines zeit- und kostenaufwendigen Austauschs der Einströmeinrichtung zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Flotationsvorrichtung wenigstens ein Verschlusselement umfasst, welches zwischen einer die Austrittsöffnung verschließenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung bewegbar ist. Zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle wird die Einströmeinrichtung beispielsweise von wenigstens einem Fluid durchströmt. Kommt es – beispielsweise aufgrund von einer Störung – zu einer Unterbrechung dieser Durchströmung, so kann die Austrittsöffnung mittels des Verschlusselements verschlossen werden.
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Dadurch kann vermieden werden, dass Feststoffpartikel, die in der in der Flotationszelle aufgenommenen Flüssigkeit aufgenommen sind, in die Austrittsöffnung und über diese in die Einströmeinrichtung eindringen und die Einströmeinrichtung verstopfen. Ist beispielsweise die Störung behoben, so dass die Einströmeinrichtung wieder von dem wenigstens einen Fluid durchströmt werden kann, so kann die Austrittsöffnung, über welche das wenigstens eine Fluid von der Einströmeinrichtung in die Flotationszelle eintritt, freigegeben werden, so dass der Flotationsprozess beziehungsweise das Flotationsverfahren fortgesetzt werden kann, ohne die Einströmeinrichtung reinigen oder gar austauschen zu müssen.
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Das Verschlusselement ist somit ein Mittel, um das Eindringen von Feststoffpartikeln beziehungsweise Pulpe in die Einströmeinrichtung zu verhindern, indem das Verschlusselement die Austrittsöffnung verschließt, sobald beispielsweise ein an der Austrittsöffnung von dem wenigstens einen Fluid erzeugter Staudruck einen vorgebbaren beziehungsweise voreingestellten Mindestwert unterschreitet.
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Zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs der Flotationsvorrichtung ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Einströmeinrichtung wenigstens einen von einem gasförmigen Fluid durchströmbaren, ersten Kanal, wenigstens einen von einem flüssigen Fluid durchströmbaren, zweiten Kanal und wenigstens einen stromab der Kanäle und stromauf der Austrittsöffnung angeordneten Mischbereich aufweist, in welchem das gasförmige Fluid mit dem flüssigen Fluid unter Erzeugung der in die Flotationszelle über die Austrittsöffnung einzubringenden Gasblasen zu mischen ist.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass einer der Kanäle, insbesondere der zweite Kanal, den anderen Kanal, insbesondere den ersten Kanal, zumindest in einem Längenbereich des ersten Kanals vollständig umgibt. Hierdurch kann der Bauraumbedarf der Einströmeinrichtung gering gehalten werden. Ferner ist eine besonders vorteilhafte Vermischung der Fluide realisierbar, so dass die Feststoffpartikel besonders gut von der Flüssigkeit getrennt, das heißt abgeschieden werden können.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Verschlusselement die Austrittsöffnung in der Offenstellung zumindest teilweise überlappt. Dies bedeutet, dass die Austrittsöffnung zwar freigegeben ist und von dem wenigstens einen Fluid beziehungsweise den beiden Fluiden durchströmt werden kann, jedoch überlappt das Verschlusselement die Austrittsöffnung. Dadurch kann der Gasblasenstrom aus der Einströmeinrichtung in der Offenstellung ausströmen und seitlich frei austreten. Mit anderen Worten wird eine der Austrittsöffnung zugewandte Stirnseite des Verschlusselements von dem Gasblasenstrom angeströmt, so dass der Gasblasenstrom mittels des Verschlusselements seitlich abgelenkt wird. Diese seitliche Ablenkung des Gasblasenstroms durch den Verschlusskörper ist insofern besonders vorteilhaft, als dadurch eine besonders schnelle Vermischung des Gasblasenstroms mit der in der Flotationszelle aufgenommenen Pulpe (Flüssigkeit mit darin aufgenommenen Feststoffpartikeln) erfolgt. Hierdurch wird die Koaleszenzrate der Gasblasen untereinander herabgesetzt und die ursprünglich in der Einströmeinrichtung erzeugte Gasblasengrößenverteilung bleibt erhalten. Weiterhin wird dadurch erreicht, dass der Gasblasenstrom in der Pulpe einen größeren Durchmesser erhält, als wenn er frei in eine Richtung abströmen würde, wodurch ein wesentlich besserer Füllfaktor der hiermit begasten Blasensäule beziehungsweise der Flotationszelle erreicht wird.
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Der der Austrittsöffnung zugewandte untere Teil des Verschlusselements ist vorzugsweise dabei so ausgebildet, dass im bevorzugten Arbeitsbereich der Einströmeinrichtung ein Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der Stirnseite des Verschlusselements von typisch dem halben Radius der Austrittsöffnung bis zum Vierfachen des Radius der Austrittsöffnung beträgt. Das Verschlusselement hat dabei bevorzugt einen Durchmesser, der mindestens 10% größer ist als der Durchmesser der Austrittsöffnung.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Verschlusselement in der Schließstellung außerhalb der Austrittsöffnung angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Verschlusselement derart geformt, dass das Verschlusselement die Austrittsöffnung beispielsweise durch Aufsitzen auf einem korrespondierenden Sitz in einem entsprechend dafür vorgesehenen Bereich verschließt, jedoch nicht als Passform in die Austrittsöffnung eindringt, so dass ein Verklemmen durch Eindringen einer geringen Menge an Feststoffpartikeln auch im geschlossenen Zustand ausgeschlossen werden kann.
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Vorzugsweise weist das Verschlusselement eine der Einströmeinrichtung zugewandte Unterseite auf, die beispielsweise derart geformt ist, dass ein durch das wenigstens eine, aus der Einströmeinrichtung austretende Fluid hervorgerufener Staudruck ausreichend groß ist, um das Verschlusselement aus der Schließstellung in die Offenstellung zu bewegen und vorzugsweise in einen optimalen Abstand zur Austrittsöffnung anzuheben. Ferner ist die Unterseite vorzugsweise gleichzeitig dazu geeignet, das wenigstens eine aus der Einströmeinrichtung über die Austrittsöffnung ausströmende und in die Flotationszelle einströmende Fluid seitlich in gewünschter Art und Weise abzulenken beziehungsweise umzulenken.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Verschlusselement unter Schwerkrafteinwirkung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar. Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass das Verschlusselement ausschließlich unter Schwerkrafteinwirkung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist. Dies bedeutet, dass die Flotationszelle derart ausgerichtet ist, dass das Verschlusselement vorzugsweise ausschließlich unter Einwirkung seiner eigenen Gewichtskraft aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt wird, wenn das wenigstens eine Fluid die Austrittsöffnung nicht durchströmt. Somit sind bezogen auf das Verschlusselement äußere, auf das Verschlusselement wirkende Kräfte und/oder Momente zum Bewegen des Verschlusselements aus der Offenstellung in die Schließstellung nicht vorgesehen und nicht erforderlich. Hierbei ist das Verschlusselement beispielsweise als Schwebekörper ausgebildet, welcher beispielsweise durch den durch das die Austrittsöffnung durchströmende Fluid bewirkten Staudruck aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung gehalten wird und dabei sozusagen in der Pulpe schwebt.
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Wird die Austrittsöffnung nicht mehr von dem wenigstens einen Fluid durchströmt, so kann sich der Schwebekörper in die Schließstellung aufgrund seiner eigenen Gewichtskraft absenken. Hierzu weist der Schwebekörper beziehungsweise das Verschlusselement eine entsprechende, vorgebbare Masse auf. Die Masse des Verschlusselements kann beispielsweise sowohl durch die Geometrie, insbesondere durch die Form, Durchmesser etc. als auch durch die Dichte des Werkstoffes des Verschlusselements entsprechend eingestellt werden. Beispielsweise ist das Verschlusselement als Hohlform ausgebildet. Durch die entsprechende Wahl der Masse kann sowohl vorzugsweise die Höheneinstellung in der Arbeitsstellung beziehungsweise Offenstellung als auch eine ausreichende Schließkraft in der Schließstellung gewährleistet werden, wobei die Dichte des umgebenden Mediums (Pulpe etc.) hinsichtlich der resultierenden Auftriebskraft des Verschlusselements zu berücksichtigen ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Betätigungselement vorgesehen, mittels welchem das Verschlusselement aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist. Mittels des Betätigungselements kann wenigstens eine bezogen auf das Verschlusselement äußere Kraft auf das Verschlusselement aufgebracht werden, um das Verschlusselement mittels der äußeren Kraft aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die äußere Kraft in die gleiche Richtung wie die Gewichtskraft oder in die gleiche Richtung wie eine Komponente der Gewichtskraft des Verschlusselements wirkt, so dass das Verschlusselement mittels des Betätigungselements zusätzlich zur Gewichtskraft des Verschlusselements in die Schließstellung bewegt werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass die äußere Kraft entgegen der Gewichtskraft oder in eine andere Richtung als die Gewichtskraft wirkt, so dass das Verschlusselement entgegen seiner eigenen Gewichtskraft aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt werden kann.
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Durch den Einsatz des Betätigungselements ist eine bedarfsgerechte Bewegung des Verschlusselements, das heißt ein bedarfsgerechtes Öffnen und Schließen dieses, realisierbar, so dass besonders sicher vermieden werden kann, dass Feststoffpartikel beziehungsweise Pulpe in die Einströmeinrichtung eintritt.
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Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, dass es abhängig von den vorgesehenen Volumenstromraten des wenigstens einen die Austrittsöffnung durchströmenden Fluids vorkommen kann, dass die notwendige Gewichtskraft und damit die Masse des Verschlusselements zur Einstellung des optimalen Öffnungsspalts sehr groß werden muss. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Verschlusselement deutlich kleiner als erforderlich auszulegen, wobei das Betätigungselement zum Einsatz kommt, um ein sicheres Schließen des Verschlusselements bewirken zu können.
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Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Betätigungselement des Verschlusselements ein gespanntes Federelement aufweist, welches das Verschlusselement in der Offenstellung mit einer Federkraft beaufschlagt. Mittels der Federkraft ist das Verschlusselement aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar. Hierdurch kann beispielsweise die zum Bewegen des Verschlusselements in die Schließstellung fehlende Gewichtskraft durch das Betätigungselement ausgeglichen beziehungsweise ersetzt werden. Ferner ist der Einsatz einer Federanordnung mit mehreren Federn denkbar, um das Verschlusselement sicher in die Schließstellung bewegen zu können. Dabei kann insbesondere die Anpassung an unterschiedliche optimale Arbeitsbereiche durch den Einsatz unterschiedlich steifer Federn beziehungsweise unterschiedlich starker pneumatischer und/oder hydraulischer Stellglieder erfolgen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Betätigungselement ein hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch betätigbares Stellglied zum Bewegen des Verschlusselements aus der Offenstellung in die Schließstellung aufweist. Hierdurch ist eine besonders bedarfsgerechte Bewegung des Verschlusselements darstellbar.
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Bei Verwendung hydraulischer, pneumatischer und/oder elektrischer Methoden kann sichergestellt werden, dass auch bei Wegfall des Fluidstroms in der Einströmeinrichtung eine ausreichende Rückstell- und Schließkraft für das Verschlusselement erhalten bleibt. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines von dem die Einströmeinrichtung durchströmenden Fluid unabhängigen pneumatischen und/oder hydraulischen Systems erfolgen. Alternativ jedoch kann ein Arbeitsdruck zum Bewegen des Verschlusselements, insbesondere aus der Offenstellung in die Schließstellung, der Einströmeinrichtung entnommen werden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass zum Bewegen des Verschlusselements das wenigstens eine, die Einströmeinrichtung durchströmende Fluid verwendet wird. Das Fluid kann insbesondere dann verwendet werden, wenn ein Puffervolumen mit rückwärtssperrendem Ventil eingesetzt wird, um im Falle eines Druckverlusts in einer Speiseleitung einen Druckverlust in einer Schließvorrichtung zum Bewegen des Verschlusselements von der Offenstellung in die Schließstellung zu vermeiden.
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Eine entsprechende Zuführung, um beispielsweise das Verschlusselement mit dem wenigstens einen die Einströmeinrichtung durchströmenden Fluid zum Bewegen des Verschlusselements, insbesondere aus der Offenstellung in die Schließstellung, zu beaufschlagen, sowie das genannte Puffervolumen und das gegebenenfalls vorgesehene rückwärtssperrende Ventil (Rückflusssperrventil) können in die Einströmeinrichtung integriert sein, so dass sich eine besonders kompakte und montagefreundliche Anordnung ergibt.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mit wenigstens einem der Kanäle ein Abzweigkanal fluidisch verbunden ist, über welchen das den wenigstens einen Kanal durchströmende Fluid abzweigbar und zum Bewegen des Verschlusselements, insbesondere aus der Schließstellung in die Offenstellung, das Verschlusselement mit dem abgezweigten und den Abzweigkanal durchströmenden Fluid zumindest mittelbar beaufschlagbar ist. Bei dieser Ausführungsform wird also das wenigstens eine, die Einströmeinrichtung durchströmende Fluid zum Bewegen des Verschlusselements, insbesondere zum Bewegen aus der Schließstellung in die Offenstellung, verwendet. Hierdurch kann das Verschlusselement mit besonders einfachen Mitteln, das heißt mit einem besonders einfachen Aufbau der Flotationsvorrichtung, insbesondere aus der Schließstellung in die Offenstellung, bewegt werden und gleichzeitig eine hohe Masse aufweisen, so dass auch eine Bewegung des Verschlusselements aus der Offenstellung in die Schließstellung gewährleistet werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Verschlusselement aus einem elastischen Werkstoff gebildet und durch elastisches Verformen des Verschlusselements zwischen der Schließstellung und der Offenstellung bewegbar ist. Hierdurch kann ein besonders einfaches Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung realisiert werden. Während des Betriebs wird das Verschlusselement beispielsweise durch den durch das wenigstens eine Fluid hervorgerufenen Staudruck in die Offenstellung verformt und in der Offenstellung mit einer optimalen Öffnungsspaltbreite gehalten. Bei Wegfall des Staudrucks kann sich das Verschlusselement elastisch, das heißt automatisch beziehungsweise selbsttätig in die Schließstellung zurück verformen und dadurch die Austrittsöffnung vorzugsweise vollständig und spaltfrei gegen Eindringen des umgebenden Mediums (Pulpe) verschließen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Flotationsvorrichtung zum Trennen von Feststoffpartikeln von einer Flüssigkeit mittels Flotation, mit wenigstens einer Flotationszelle, in welcher die Flüssigkeit mit den darin aufgenommenen Feststoffpartikeln aufgenommen ist und mit wenigstens einer zumindest eine Austrittsöffnung aufweisenden und über die Austrittsöffnung in die Flotationszelle mündenden Einströmeinrichtung, mittels welcher Gasblasen in die Flotationszelle eingebracht werden.
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Um die Gefahr eines unerwünschten Ausfalls der Flotationsvorrichtung sowie eines zeit- und kostenintensiven Austauschs der Einströmeinrichtung besonders gering zu halten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Flotationsvorrichtung wenigstens ein Verschlusselement umfasst, welches aus wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung in eine die Austrittsöffnung verschließenden Schließstellung bewegt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Flotationsvorrichtung zum Trennen von Feststoffpartikeln von einer Flüssigkeit, mit einer zumindest eine Austrittsöffnung aufweisenden Einströmeinrichtung zum Einbringen von Gasblasen in eine Flotationszelle der Flotationsvorrichtung, wobei in 1 eine erste Ausführungsform der Einströmeinrichtung gezeigt ist;
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2 eine schematische Längsschnittansicht der Einströmeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine schematische Längsschnittansicht der Einströmeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; und
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4 eine schematische Längsschnittansicht der Einströmeinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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In den FIG sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Flotationsvorrichtung zum Trennen von Feststoffpartikeln 12 von einer Flüssigkeit 14 mittels Flotation. Wie aus 1 erkennbar ist, umfasst die Flotationsvorrichtung 10 eine sogenannte Flotationszelle 16, in welcher die Flüssigkeit 14 mit den darin aufgenommenen Feststoffpartikeln 12 aufgenommen ist. Die Flüssigkeit 14 mit den darin aufgenommenen Feststoffpartikeln 12 wird auch als Trübe oder Pulpe bezeichnet.
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Die Flotationsvorrichtung 10 umfasst auch eine Einströmeinrichtung 18 zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle 16 und somit in die Pulpe. Mittels der Gasblasen werden die Feststoffpartikel 12 von der Flüssigkeit 14 getrennt, indem die Feststoffpartikel 12 mittels der Gasblasen an die Oberfläche der Flüssigkeit 14 befördert werden.
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Die Einströmeinrichtung 18 wird auch als Düseneinrichtung oder als Düse bezeichnet, wobei sie nicht notwendigerweise die Form einer Düse im technischen Sinne aufweisen muss. Wie aus 1 erkennbar ist, weist die Einströmeinrichtung 18 wenigstens eine Austrittsöffnung 20 auf, über die die Einströmeinrichtung 18 in die Flotationszelle 16 mündet. Über die Austrittsöffnung 20 können die Gasblasen in die Flotationszelle 16 eingebracht werden.
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Die Einströmeinrichtung 18 weist einen ersten Kanal 22 und einen zweiten Kanal 24 auf, wobei der zweite Kanal 24 den ersten Kanal 22 zumindest in einem Längenbereich des ersten Kanals 22 und in Umfangsrichtung des ersten Kanals 11 vollständig umgibt. Der erste Kanal 22 ist beispielsweise von einem ersten, gasförmigen Fluid beziehungsweise Medium durchströmbar, wobei der zweite Kanal 24 von einem zweiten, flüssigen Fluid beziehungsweise Medium durchströmbar ist. Dies bedeutet, dass der erste Kanal 22 mit einer ersten Quelle fluidisch verbunden ist, wobei die erste Quelle das gasförmige Medium bereitstellt. Der zweite Kanal 24 ist mit einer zweiten Quelle fluidisch verbunden, wobei die zweite Quelle das zweite, flüssige Fluid bereitstellt.
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Das den ersten Kanal 22 durchströmende, erste Fluid ist in 1 durch einen Richtungspfeil 25 veranschaulicht, wobei das den zweiten Kanal 24 durchströmende, zweite Fluid durch Richtungspfeile 27 veranschaulicht ist.
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Stromab der Kanäle 22, 24 und stromauf der Austrittsöffnung 20 weist die Einströmeinrichtung 18 einen Mischbereich 26 auf. Der Mischbereich 26 wird auch als Mischzone bezeichnet. In dem Mischbereich 26 vermischt sich das gasförmige Fluid mit dem flüssigen Fluid unter Erzeugung der in die Flotationszelle 16 über die Austrittsöffnung 20 einzubringenden Gasblasen. Mit dem Mischbereich 26 ist ein Austrittskanal 28 der Einströmeinrichtung 18 fluidisch verbunden, wobei die Austrittsöffnung 20 eine Austrittsöffnung des Austrittskanals 28 ist. Dies bedeutet, dass der Austrittskanal 28 über die Austrittsöffnung 20 in die Flotationszelle 16 mündet, so dass die Gasblasen den Austrittskanal 28 durchströmen und über die Austrittsöffnung 20 in die Pulpe einströmen können.
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Die Flotationsvorrichtung 10 beruht somit auf der Verwendung einer Zwei-Stoff-Düse in Form der Einströmeinrichtung 18. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Einströmeinrichtung 18 um eine sogenannte Zwei-Stoff-Düse, mittels welcher die Gasblasen unter Verwendung eines ersten Stoffes in Form des ersten Fluids und eines zweiten Stoffes in Form des zweiten Fluids erzeugt werden. Dabei strömen beide Stoffe, das heißt beide Fluide in die Flotationszelle 16 ein. Gegebenenfalls ist wenigstens ein Zuführkanal der Einströmeinrichtung 18 vorgesehen, über welchen das erste Fluid und/oder das zweite Fluid mit einem von den Fluiden unterschiedlichen Flotationshilfsmittel versehen wird.
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Das Flotationshilfsmittel dient zur Erzeugung von definierten Gasblasengrößenverteilungen. In der Zwei-Stoff-Düse wird der Gas- und Flüssigkeitsstrom so zusammengeführt, dass aufgrund eines generierten Scherfeldes in der Mischzone (Mischbereich 26) definierte Gasblasengrößen erzeugt werden können. Bei dem Flüssigkeitsstrom, das heißt bei dem flüssigen Fluid kann es sich um Wasser oder die in der Flotationszelle 16 aufgenommene Flüssigkeit 14 handeln, die beispielsweise dem zweiten Kanal 24 zugeführt wird.
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Gegebenenfalls wird die Koaleszenz der gebildeten Gasblasen (Einzelblasen) durch wenigstens ein zugesetztes Flotationshilfsmittel, einen sogenannten Schäumer, gezielt verringert, wodurch die in der Einströmeinrichtung 18 (Mischdüse) erzeugte Blasengrößenverteilung vor dem Eintritt in die Flotationszelle 16 erhalten bleibt. Im Falle des Abschaltens der Flüssigkeits- und/oder Gasstromzufuhr zur Einströmeinrichtung 18 (Düse) könnte Pulpe von der Flotationszelle 16, d.h. von außen in die Düse (Einströmeinrichtung 18) einströmen und die gas- oder flüssigkeitsführenden Bereiche der Düse verblocken, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
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Die Einströmeinrichtung 18 enthält daher konstruktive Maßnahmen, welche das Eindringen von größeren Mengen an feststoffbeladener Pulpe verhindern, sobald der Volumenstrom des Gases (gasförmiges Fluid) und/oder der Flüssigkeit (flüssiges Fluid) einen kritischen Wert unterschreitet.
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Das mittels der Flotationsvorrichtung 10 durchzuführende Flotationsverfahren ermöglicht durch das einstellbare Scherratenfeld in Kombination mit der gesteuerten Koaleszenz unter anderem die Erzeugung von sehr eng verteilten Gasblasenverteilungen. Dies ist beispielsweise in einer herkömmlichen Rührwerkszelle kaum möglich, da an den Rührblattspitzen sehr hohe Scherraten vorliegen und in rührwerksnahen Zonen die Scherrate deutlich abnimmt. Aufgrund der breiten Scherratenverteilung entstehen daher in herkömmlichen Verfahren eher breit verteilte Gasblasengrößenverteilungen. Die hier verwendete Form der Düse könnte jedoch erheblich in ihrem Potential eingeschränkt sein, wenn mit einem Umgebungsmedium (Pulpe) gearbeitet wird, welches einen hohen Anteil an Feststoffpartikeln 12 enthält. Dies kann beispielsweise bei Pulpen in Flotationszellen für den Bergbau der Fall sein, da ein Eindringen von Feststoffpartikeln in den Düsenkörper diesen sehr leicht verstopfen kann, so dass unter Umständen ein hoher Wartungsaufwand entsteht.
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Um einen langen Ausfall der Flotationsvorrichtung 10 und den hohen Wartungsaufwand zu vermeiden, ist nun wenigstens ein in 1 nicht dargestelltes Verschlusselement vorgesehen, welches zwischen einer die Austrittsöffnung 20 verschließenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung bewegbar ist. Dadurch ist es ermöglicht, die anhand von 1 erläuterte Art von Düsen auch in einer Umgebung mit sehr hohen Gehalten an Feststoffpartikeln störungsfrei und wartungsarm betreiben zu können, da das Eindringen von der Düsenfunktion abträglichen Stoffen in die Einströmeinrichtung 18 verhindert wird. Die Auslegung des Düsenkopfes gegebenenfalls mit Strahlumlenkung durch das Verschlusselement ermöglicht zudem die Steuerung der Fluidgemischverteilung in der Trübe beziehungsweise Pulpe und des Füllfaktors sowie eine Verringerung der Blasenkoaleszenzrate.
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2 zeigt die Einströmeinrichtung 18 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In 2 ist das Verschlusselement zum Verschließen und Freigeben der Austrittsöffnung 20 mit 30 bezeichnet. In 2 sind die beiden, den Austrittskanal 28 durchströmenden und in die Flotationszelle 16 einströmenden Fluids durch Richtungspfeile 32 veranschaulicht. Ferner ist in 2 durch einen Doppelpfeil 34 veranschaulicht, dass das Verschlusselement 30 relativ zum Austrittskanal 28 und zur Austrittsöffnung 20 translatorisch bewegbar ist. Zum Führen des Verschlusselements 30 ist ein Führungselement 36 vorgesehen. Das Führungselement 36 begrenzt einen Arbeitsraum 38, in dem ein Kolben 40 aufgenommen ist. Der Kolben 40 ist übe eine Kolbenstange 42 mit dem Verschlusselement 30 gekoppelt, so dass sich der Kolben 40 und die Kolbenstange 42 mit dem Verschlusselement 30 relativ zum Führungselement 36 translatorisch mitbewegen. Der Arbeitsraum 38 ist durch den Kolben 40 in zwei Arbeitskammern 44, 46 unterteilt.
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Die Einströmeinrichtung 18 umfasst wenigstens einen Abzweigkanal 48, welcher einerseits fluidisch mit dem ersten Kanal 22 und andererseits fluidisch mit der Arbeitskammer 46 verbunden ist. Über den Abzweigkanal 48 kann das den ersten Kanal 22 durchströmende, erste Fluid aus dem ersten Kanal 22 abgezweigt und in die Arbeitskammer 46 eingeleitet werden. Das Verschlusselement 30 wird somit über den Kolben 40 mit dem ersten Fluid beaufschlagt, so dass das Verschlusselement 30 mittels des ersten Fluids bewegt werden kann. Das den ersten Kanal 22 durchströmende, erste Fluid kann den Abzweigkanal 48 – wie durch einen Richtungspfeil 50 angedeutet – durchströmen und den Kolben 40 beaufschlagen, wodurch der Kolben 40 und über die Kolbenstange 42 das Verschlusselement 30 bewegt wird.
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In 2 ist die Offenstellung des Verschlusselements 30 gezeigt. In der Offenstellung ist die Austrittsöffnung 20 freigegeben, so dass die Gasblasen und die Fluide in die Flotationszelle 16 einströmen können.
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Wie aus 2 erkennbar ist, überlappt das Verschlusselement 30 die Austrittsöffnung 20 in der Offenstellung zumindest teilweise. Dadurch kann ein in der Offenstellung der Austrittsöffnung 20 zugewandte Unterseite 52 des Verschlusselements 30 von den Fluiden und den Gasblasen angeströmt werden und diese ablenken, so dass die Fluide und die Gasblasen nicht etwa in Strömungsrichtung, in der sie die Einströmeinrichtung 18 durchströmen, sondern schräg dazu und somit seitlich in die Flotationszelle 16 einströmen.
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Wie aus 2 ferner erkennbar ist, ist die Arbeitskammer 44 mit einem Anschluss 54 versehen. Bewegt sich das Verschlusselement 30 aus der Schließstellung in Richtung der Offenstellung beziehungsweise in die Offenstellung, so geht damit eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammer 46 und eine Volumenverkleinerung der Arbeitskammer 44 einher. Über den Anschluss 54 kann ein in der Arbeitskammer 44 aufgenommenes Fluid, beispielsweise Luft oder Flüssigkeit, aus der Arbeitskammer 44 abgeleitet werden. Bewegt sich das Verschlusselement 30 aus der Schließstellung in die Offenstellung, so geht damit eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammer 44 und eine Volumenverkleinerung der Arbeitskammer 46 einher. Dabei kann der Arbeitskammer 44 über den Anschluss 54 das Fluid (Luft oder Flüssigkeit) zugeführt werden. Das der Arbeitskammer 44 über den Anschluss 54 zuführbare Fluid kann auch dazu verwendet werden, das Verschlusselement 30 über die Kolbenstange 42 und den Kolben 40 aktiv, das heißt mit einer von außen auf das Verschlusselement 30 wirkenden Kraft zu beaufschlagen und dadurch aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement 30 unter Schwerkrafteinwirkung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist. Hierzu kann eine bevorzugte Einbaustellung der Düse (Einströmeinrichtung 18) in senkrechter Richtung vorgesehen sein, wie es in 2 veranschaulicht ist. Wird die Einströmeinrichtung 18 nicht mehr von den Fluiden durchströmt, das heißt werden die Kanäle 22, 24 nicht mehr mit dem jeweiligen Fluid versorgt, so wird auch die Arbeitskammer 46 nicht mehr mit dem zweiten Fluid versorgt. In diesem Fall wird das Verschlusselement 30 vorzugsweise ausschließlich durch seine eigene Gewichtskraft aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt. Die die Austrittsöffnung 20 durchströmenden Fluide und vorliegend insbesondere das zweite, in die Arbeitskammer 46 einströmende Fluid bewirken, dass das Verschlusselement 30 entgegen seiner Gewichtskraft aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung gehalten wird. Ist beispielsweise eine Versorgung der Arbeitskammer 46 mit dem zweiten Fluid oder dem ersten Fluid nicht vorgesehen, so kann das Verschlusselement 30 auch durch einen Staudruck, der durch die die Austrittsöffnung 20 durchströmenden Fluide bewirkt wird, aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung gehalten wird.
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Bei der in 2 gezeigten senkrechten Ausrichtung der Einströmeinrichtung 18, so dass die Gewichtskraft des Verschlusselements 30 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Austrittsöffnung 20 wirkt, befindet sich die einen Düsenausgang darstellende Austrittsöffnung 20 am bezogen auf die Bildebene von 2 oberen Ende der Düse. Das Verschlusselement 30 ist dabei als ein oberhalb der Austrittsöffnung 20 angeordneter Schwebekörper ausgebildet, der in dem Führungselement 36 geführt gelagert ist. Das Führungselement 36 erlaubt dabei eine vertikale Bewegung des Schwebekörpers.
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Wird die Düse unterhalb einer vorgegebenen Mindestdurchflussmenge der Fluide betrieben, so sinkt der Schwebekörper ab und verschließt die Austrittsöffnung 20 zumindest weitestgehend. Bei einem Betrieb ohne jeglichen Massendurchfluss durch die Austrittsöffnung 20 wird die Austrittsöffnung 20 vollständig durch das Verschlusselement 30 verschlossen. Dies ist insbesondere wichtig, wenn beispielsweise die jeweiligen Fluidströme aufgrund eines technischen Defekts, einer elektrischen Störung etc. zumindest zeitweise ausfallen.
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Die Austrittsöffnung 20 ist beispielsweise kreisförmig ausgebildet. Dabei kann auch das Verschlusselement 30 einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen beziehungsweise kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt und die Masse des Verschlusselements 30 sind dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass in einem vorgesehenen Arbeitsbereich der Düse die Austrittsöffnung 20 zumindest weitestgehend freigegeben wird, so dass der mit dem zugeführten, flüssigen Fluid vermischte Gasblasenstrom seitlich frei austreten kann. Diese seitliche Ablenkung des Gasblasenstroms durch den Schwebekörper (Verschlusselement 30) ist besonders vorteilhaft, da dadurch eine schnellere Vermischung des Gasblasenstroms mit der Pulpe erfolgen kann, wodurch die Koaleszenzrate der Gasblasen untereinander herabgesetzt wird und die ursprünglich in der Düse (Einströmeinrichtung 18) erzeugte Gasblasengrößenverteilung erhalten bleibt.
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Die der Austrittsöffnung 20 zugewandte Unterseite 52 des Verschlusselements 30 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass im bevorzugten Arbeitsbereich der Düse ein Abstand zwischen dem Verschlusselement 30 und der Austrittsöffnung 20 von typischerweise dem halben Radius der Austrittsöffnung 20 bis zum Vierfachen des Radius der Austrittsöffnung 20 beträgt. Der Schwebekörper hat bevorzugt einen Durchmesser, der mindestens 10% größer ist als der Durchmesser der Austrittsöffnung 20.
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Befindet sich der Schwebekörper (Verschlusselement 30) in seiner Schließstellung, so sitzt er vorzugsweise auf der Einströmeinrichtung 18 derart auf, dass die Austrittsöffnung 20 verschlossen ist, jedoch das Verschlusselement 30 nicht als Passform in die Austrittsöffnung 20 eindringt, so dass ein Verklemmen durch Eindringen geringer Mengen an Feststoffpartikeln auch im geschlossenen Zustand ausgeschlossen werden kann.
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Die Unterseite 52 ist vorzugsweise so geformt, dass der durch die austretenden Fluide, welche beispielsweise einen Gas-Wasser-Strahl bewirken, hervorgerufener Staudruck ausreichend groß ist, um das Verschlusselement 30 in den optimalen Abstand zur Austrittsöffnung 20 anzuheben. Gleichzeitig ist der Schwebekörper dazu geeignet, den Gas-Wasser-Strahl seitlich in gewünschter Art und Weise umzulenken.
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Wie bereits erwähnt, kann alternativ oder zusätzlich zur zumindest im Wesentlichen passiven und durch die Gewichtskraft bewirkten Bewegung des Verschlusselements 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung auch eine aktive Bewegung des Verschlusselements 30 vorgesehen sein. Zum Bewegen des Verschlusselements 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung wird beispielsweise ein Fluid, insbesondere ein Gas, etwa das erste Fluid, oder eine Flüssigkeit, etwas das zweite Fluid, in die Arbeitskammer 44 eingeleitet, wobei die Versorgung der Arbeitskammer 46 mit dem ersten Fluid beendet wird. Hierdurch werden der Kolben 40 und das Verschlusselement 30 in Richtung der Austrittsöffnung 20 bewegt. Der Kolben 40 ist somit ein hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbares Betätigungselement, mittels welchem das Verschlusselement 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist.
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3 zeigt die Einströmeinrichtung 18 gemäß einer dritten Ausführungsform. In 3 sind die mittels der Einströmeinrichtung 18 erzeugten und in die Flotationszelle 16 einzubringenden Gasblasen mit 56 bezeichnet.
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Bei der dritten Ausführungsform ist als Betätigungselement ein Federelement 58 vorgesehen. Das Federelement 58 ist einerseits an dem Kolben 40 und andererseits an einem die Arbeitskammer 44 beziehungsweise den Arbeitsraum 38 begrenzenden Boden 60 des Führungselements 36 abgestützt beziehungsweise abstützbar. Wird das Verschlusselement 30 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt, so wird das zwischen dem Kolben 40 und dem Boden 60 angeordnete Federelement 58 gespannt, vorliegend komprimiert. Dies ist der Fall, da sich der Kolben 40 auf den Boden 60 zu bewegt. Die Bewegung des Verschlusselements 30 aus der Schließstellung in die Offenstellung wird beispielsweise durch den Staudruck bewirkt, welcher wiederum durch die die Austrittsöffnung 20 durchströmenden und das Verschlusselement 30 anströmenden Fluide und Gasblasen 56 erzeugt wird.
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Dadurch, dass das Federelement 58 in der Offenstellung gespannt ist, wird das Verschlusselement 30 in seiner Offenstellung über die Kolbenstange 42 und den Kolben 40 mit einer von dem gespannten Federelement 58 ausgehenden Federkraft beaufschlagt. Das Verschlusselement 30 wird dabei jedoch durch den genannten Staudruck entgegen dieser Federkraftbeaufschlagung in der Offenstellung gehalten.
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Wird die Düse nicht mehr von den Fluiden durchströmt, so dass die Fluide und die Gasblasen 56 nicht mehr das Verschlusselement 30 in der Offenstellung halten können, so kann sich das Federelement 58 zumindest teilweise entspannen, so dass das Verschlusselement 30 durch die Federkraftbeaufschlagung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt wird.
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Vorzugsweise ist das Federelement 58 in der Schließstellung noch etwas gespannt, so dass das Verschlusselement 30 definiert und sicher in der Schließstellung gehalten wird.
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4 zeigt die Einströmeinrichtung 18 gemäß einer vierten Ausführungsform, bei welcher eine aktive Bewegung beziehungsweise Bewegbarkeit des Verschlusselements 30 aus der Schließstellung in die Offenstellung und/oder aus der Offenstellung in die Schließstellung vorgesehen ist. Hierbei wird als Betätigungselement zum Bewegen des Verschlusselements 30 ein elektrisch betätigbares Betätigungselement in Form einer elektrischen Spule 62 verwendet. Zum Bewegen des Verschlusselements 30 wird ein elektrischer Strom durch die elektrische Spule 62 hindurch geleitet. Durch die Spule 62 kann ein Elektromagnet dargestellt werden, mittels welchem das Verschlusselement 30 zur Freigabe und/oder dem Verschluss der Austrittsöffnung 20 gezielt und bedarfsgerecht bewegt werden kann.
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Bei anderen Düseneinbauanordnungen als in senkrechter Ausrichtung der Düse mit der Austrittsöffnung 20 oben kann die Gewichtskraft des Verschlusselements 30 nicht oder nicht vollständig verwendet werden, um das Verschlusselement 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen. Hierbei kann die fehlende oder sogar der Bewegung des Verschlusselements 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung gegenläufige Gewichtskraft oder Gewichtskraftkomponente des Verschlusselements 30 durch die Verwendung eines Betätigungselements, insbesondere wenigstens einer Feder und/oder eines hydraulischen, elektromagnetischen und/oder pneumatischen Betätigungselements ersetzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Verschlusselement 30 aus einem elastischen, das heißt flexiblen Werkstoff wie beispielsweise einem Elastomer herzustellen, so dass das Verschlusselement 30 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung elastisch verformbar ist. Hierdurch kann beispielsweise ein Elastomer-Klappenverschluss realisiert werden. Bei einem solchen Elastomer-Klappenverschluss wird wenigstens eine aus einem elastischen Material, das heißt aus einem Elastomer gebildete Klappe verwendet, die derart an der Austrittsöffnung 20 angeordnet ist, dass sie während des Betriebs durch den durch den Gas-Flüssigkeits-Strom hervorgerufenen Staudruck in die Offenstellung verformt und in der Offenstellung mit einer optimalen Öffnungsspaltbreite gehalten wird.
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Bei Wegfall des Staudrucks kann sich die Klappe automatisch, das heißt selbsttätig in die Schließstellung zurück verformen und dadurch die Austrittsöffnung 20 vorzugsweise vollständig und spaltfrei gegen Eindringen des umgebenden Mediums (Pulpe) verschließen. Bei Verwendung einer solchen Klappe wird in besonders vorteilhafter Art und Weise eine lageunabhängige Bauform mit minimaler Komplexität erreicht. Auch lässt sich eine solche Elastomerklappe so formen, dass wiederum wie im Falle des Schwebekörpers eine optimale seitliche Verteilung des Gasblasen-Wasser-Gemisches erfolgt. Selbstverständlich sind auch Mischformen beziehungsweise Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen möglich und als im Rahmen der Erfindung mit offenbart anzusehen.
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Bei der Flotationsvorrichtung 10 erfolgt die Erzeugung der Gasblasen 56 in der Zwei-Stoff-Düse durch Einstellen des Gas- und Flüssigkeitsvolumenstroms, gegebenenfalls in Kombination mit beigemischten Flotationsreagenzien. Mit anderen Worten findet bei der Flotationsvorrichtung 10 eine innere Vermischung statt. Dabei wird das Einströmen des zweiten Fluids über den eingestellten Vordruck vorgegeben. Je nach Betriebsweise der Düse wird das erste Fluid durch ein entstehendes Druckgefälle nach dem Venturi-Prinzip eingesaugt oder alternativ über den eingestellten Vordruck eingeströmt. In der Mischzone treffen beide Fluide aufeinander, wodurch ein Geschwindigkeitsgradientenfeld (Scherfeld) induziert wird. Das Scherfeld führt zum Aufbrechen des Gasstroms und somit zur Bildung von Gasblasen. Die Gasblasengröße ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zur vorliegenden Scherrate. Daher kann die Gasblasengrößenverteilung über die Scherratenverteilung und somit über das Volumenstromverhältnis der beiden Fluids gezielt gesteuert beziehungsweise eingestellt werden.
