DE19950600C2 - Vorrichtung zur Begasung einer Flotationstrübe in einer pneumatischen Flotationszelle - Google Patents

Vorrichtung zur Begasung einer Flotationstrübe in einer pneumatischen Flotationszelle

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Description

Die Erfindung betrifft die Begasung einer Flotationstrübe in einer pneumatischen Flotations­ zelle, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Begasersysteme in Flotationsmaschinen unterscheiden sich zunächst danach, ob die Luft unter Druck eingeblasen (fremdbelüftet) oder angesaugt wird (eigenbelüftet). Bei der pneumatischen Flotation kommen sowohl druckbelüftete Begaser zum Einsatz als auch Begaser, bei denen die Luft angesaugt wird.
Wesentlich für die Begasung in Flotationszellen ist die Erzeugung gleichmäßig verteilter Luftblasen solcher Blasengrößen, dass die bei der Flotation selektiv auszu­ schwimmenden Partikel die höchstmögliche Chance erhalten, die Luftblasen zu kontaktieren und an ihnen zu haften, um als Dreiphasenschaum an der Oberfläche der Flotationszelle ausgetragen zu werden.
Bekannt ist nach DE 12 75 012 B ein sogenannter Flotationsklassierer bei dem die Luft unter Druck in die Zelle eingeblasen wird derart, dass durch Rohre in der Art ringförmiger Rohrschlangen, die mit feinen Bohrungen versehen sind und die im unteren Teil des Flotationsgefäßes angeordnet sind, die Luft feinverteilt in den Trennraum gelangt.
Ferner ist bekannt, eine bereits begaste Trübe in die Flotationszelle zu geben in der Weise, dass die zu begasende Trübe durch einen Ringkanal geführt wird, dessen äußere Wand in der Art eines gasdurchlässigen porösen Rohres zum Beispiel aus Siliziumcarbid ausgebildet ist, über das von außen Luft quer zur Trübeströmung gedrückt wird. Ein solcher Begasungsreaktor wird in DE 195 18 631 C1 beschrieben.
Zahlreiche Begasersysteme nutzen das Prinzip des Venturirohrs aus, nämlich dass durch die Strömung eines Mediums durch eine in einem Rohr vorhandene Ein­ schnürung an dieser Stelle eine Saugwirkung erzeugt wird. Begaser dieser Art sind prinzipiell so aufgebaut, dass am Konfusor eine Druckleitung für die zu begasende Trübe angeschlossen ist und dass im Bereich der Mündung der Düse in den folgenden Diffusor eine Luftansaugung angeordnet ist, so dass beim Durchströmen die Suspen­ sion intensiv mit der angesaugten Luft vermischt wird. Solche Begasersysteme sind z. B. in DE 12 30 373 B und DE 32 45 847 C1 offenbart.
Begasersysteme, welche auf dem Prinzip einer von der Geometrie erzwungenen lokalen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in der Art einer Venturi-Düse basieren, sind außerdem in der DE 34 39 464 A1, der DE 197 19 539 A1, der US 50 23 021 und der DE 30 08 476 A1 beschrieben.
Gemäß DE 34 39 464 A1 wird ein Gas in eine Flüssigkeit derart eingebracht, indem diese in eine Kammer geführt wird, die sich auf dem Wege von der Zuleitung bis zu einem endlosen Ringspalt monoton verengt. Die Flüssigkeit wird durch die Geometrie fortwährend beschleunigt, da der jeweils wirksame Strömungsquerschnitt vom Zulauf bis zum Ringspalt ohne Sprung und ohne Aufweitung auf ein vorangegangenes Maß kleiner wird. Der Ringspalt bildet schließlich die engste Stelle, aus der die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit austritt. Die Flüssigkeit strömt anschließend an Luftaustrittsöffnungen vorbei in einen Diffusor. Im Bereich der Öffnungen saugt der Flüssigkeitsstrahl Gas auf und die nunmehr mit Gas angereicherte Flüssigkeit verlässt den Diffusor und tritt in das Behandlungsgefäß aus.
Die DE 197 19 539 A1 beschreibt eine selbstansaugende radialstrahlende Trichterdüse, die feinste Gasbläschen erzeugt.
Dem Venturi-Prinzip in der Gestaltung einer Querschnittsverjüngung und einer anschließenden Querschnittserweiterung folgt auch die Vorrichtung gemäß US 50 23 021.
Eine weitere Begasungsvorrichtung in einer Flotationszelle unter Verwendung einer Trichterdüse, bei der in der Achse des Treibstrahls ein kegelförmiges Umlenkelement angeordnet ist, beschreibt die DE 30 08 476 A1.
Eine Vorrichtung zum Freigeben des Gases einer bereits Gas enthaltenden Flüssigkeit in einem mit dieser Flüssigkeit gefüllten Behälter beschreibt die EP 0 649 338 B1 (= DE 693 23 882 T2). Diese Vorrichtung umfasst im Wesentlichen ein Düsensystem, das im oberen Teil eines rohrförmigen Körpers angeordnet ist und durch das die bereits Gas enthaltende Flüssigkeit gelenkt wird. Das Düsensystem ist durch zwei Platten in einem Abstand gekennzeichnet, wobei die obere Platte eine Durchgangsöffnung aufweist und in Flucht dazu in der unteren Platte ein Blindabschnitt vorhanden ist. Die begaste Flüssigkeit strömt vom Einlaß des rohrförmigen Körpers mit hoher Geschwindigkeit durch die Öffnung der oberen Platte und wird durch den Aufprall auf den Blindabschnitt abgebremst und über die Peripherie dieses Blindabschnitts umgelenkt, wonach sie durch den rohrförmigen Körper bis zu dessen Ausgang strömt. Dort wird sie durch zwei beabstandete Platten umgelenkt und tritt in den flüssigkeitsgefüllten Behälter ein, wobei das Gas in mikroskopisch feinen Blasen ausperlt.
Diese Art der Begasung und das dazu notwendige Düsensystem sind für abrasive Mineralsuspensionen in der flotativen Mineralaufbereitung wenig geeignet.
Die bekannten Begasersysteme und -reaktoren für die pneumatische Flotation sind in ihrem konstruktiven Aufbau kompliziert und zum Teil störanfällig. Dies betrifft insbeson­ dere die in der Praxis häufig verwendeten frittenartigen Begaserröhrchen, die in einer größeren Anzahl pro Zelle notwendig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstansaugende Begasungsein­ richtung für eine pneumatische Flotationszelle zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat, wartungsarm ist und eine gegenüber abrasiv wirkenden Partikelströmungen hohe Standzeit gewährleistet. Des Weiteren soll der Fertigungsaufwand und Installations­ aufwand wesentlich verringert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß läßt sich eine wirkungsvolle, einfach zu realisierende Begasung einer Flotationstrübe in einer pneumatischen Flotationszelle dadurch erreichen, dass die Aufgabe der mit Flotationsmitteln konditionierten Trübe (unterhalb der Trübeober­ fläche unter Druck) über ein Rohr konstanten Querschnitts erfolgt, welches in einen unmittelbar anschließenden flachen Zwischenraum mündet, der durch zwei scheiben­ artig parallel gegenüberliegend angeordnete Platten gebildet wird. Durch die auf diese Weise gelenkte Aufgabetrübeströmung entsteht unmittelbar um die Einmündung des Zuführungsrohres in den Zwischenraum ein Druckgefälle. Dieses wird nun erfindungs­ gemäß derart genutzt, dass in diesem Bereich eine pneumatische Verbindung mit der Außenatmosphäre hergestellt und die Begasungsluft angesaugt wird.
In einer technischen Ausführung wird das Trübezuführungsrohr im unteren Teil dicht von einer Kammer umschlossen, die einen Anschluss für die Begasungsluft besitzt, wobei die Luft durch Öffnungen in den Bereich der Einmündung des Aufgaberohrs in den Zwischenraum einströmt. Diese Öffnungen können ein um das Aufgaberohr ausgebildeter Ringspalt sein oder Bohrungen in der oberen den flachen Zwischenraum bildenden Platten. Eine weitere Ausführung des Lufteintritts in den Zwischenraum ist dadurch gekennzeichnet, dass in der unteren den Zwischenraum bildenden Platten gegenüber dem Eintritt der Aufgabetrübe ein oder mehrere Öffnungen eingebracht sind, die in den Luftanschlussstutzen münden, wobei die Öffnungen durch einen flachen Strömungskegel in einem Abstand überdacht sind. Die Begasungsluft wird durch diese Öffnungen über den Spalt zwischen Kegel und unterer Platte angesaugt. Durch die im Zwischenraum herrschende Turbulenz wird die Luft in feine Blasen zerteilt, die intensiv mit den zu flotierenden Partikeln kontaktieren, so dass sich die Korn-Blase-Aggregate ausbilden und in den Trennraum strömen können, wo sie nach Durchlauf einer strömungsberuhigten Trennstrecke an der Trübeoberfläche als Konzentratschaum abgezogen werden.
Die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau in einer Schnittdarstellung (Ausführung Ringspalt)
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau in einer Schnittdarstellung (Ausführung mit Bohrungen)
Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau in einer Schnittdarstellung (Ausführung mit einem Flachkegel)
Fig. 4 Prinzipdarstellung mit schalenförmigen den Zwischenraum bildenden Flächen (Anordnung mit Trübezufuhr von oben)
Fig. 5 Prinzipdarstellung mit schalenförmigen den Zwischenraum bildenden Flächen (Anordnung mit Trübezufuhr von unten)
In der Grundausführung gemäß Fig. 1 wird die zu begasende Flotationstrübe über ein Zuführungsrohr 1 aufgegeben, das in einen durch zwei kreisrunde in einem Abstand parallel zueinander angeordnete Platten 2 gebildeten flachen Zwischenraum 3 mündet und bündig mit der Unterkante der oberen Platte 2 abschließt. Die Ausrichtung der Platten 2 erfolgt im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Zuführungsrohres 1.
Im unteren Bereich wird das Zuführungsrohr 1 koaxial von einem Rohrstück 4 in einem Abstand umschlossen, so dass sich eine ringförmige Kammer 5 ausbildet. Die Kammer 5 wird im oberen Bereich durch eine Runddichtung 6 abgedichtet, die in eine im Zuführungsrohr 1 eingearbeitete Ringnut eingelegt ist. An der Einmündung des Zuführungsrohres 1 in den Zwischenraum 3 bildet sich zwischen den beiden Rohren 1 und 4 ein Ringspalt 7 aus, durch den die Begasungsluft über einen seitlich am Rohrstück 4 ausgebrachten Luftanschluss 8, der mit der Außenluft in Verbindung steht, in den Zwischenraum 3 angesaugt wird.
Das Rohrstück 4 kann in einer Ausführung der Erfindung mittels seitlich angebrachter Stellschrauben 9 in seiner axialen Ausrichtung justiert werden. Eine Optimierung der Begasung und des Trübedurchsatzes kann dadurch vorgenommen werden, dass der Abstand der Platten 2 mittels unterschiedlich langer Distanzhülsen 10, über die die Platten 2 miteinander lösbar verbunden sind, variiert wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau und Wirkungsweise der Ausführung gemäß Fig. 1. Die Luftansaugung ist nun derart ausgebildet, dass im Bereich der Einmündung des Zuführungsrohres 1 in der oberen den Zwischenraum 3 bildenden Platte 2 konzentrisch um das Zuführungsrohr kleine Bohrungen 11 eingebracht sind, durch die die Begasungsluft in den Zwischenraum 3 gelangt. Die das Zuführungsrohr 1 in einem Abstand umschließende Kammer 5 muß nun den Bereich der Bohrungen 11 einschließen. Im Beispiel ist die Kammer 5 kegel­ stumpfartig ausgebildet. Die Anzahl, Größe und Verteilung der Bohrungen ist den Erfordernissen der Flotation anzupassen.
In einer weiteren Ausführung der Luftansaugung (Fig. 3) sind koaxial gegenüber dem Eintritt der Aufgabetrübe in den Zwischenraum 3 in der unteren Platte 2 Öffnungen 12 eingearbeitet. Diese Öffnungen 12 münden unmittelbar in einen Luftanschluss 8. Die Öffnungen 12 werden im Zwischenraum 3 durch einen flachen Strömungskegel 13 in einem einstellbaren Abstand überdacht. Der Strömungskegel 13 wird koaxial zur Achse des Zuführungsrohres 1 mit der Spitze zur Strömung der eintretenden Trübe gerichtet an der unteren Platte 2 lösbar befestigt. Die Öffnungen 12 können mehrere konzentrische Bohrungen oder auch als Ringspalt ausgebildet sein.
Weitere Ausführungen der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung in Bezug auf die Kontur der den Zwischenraum 3 bildenden scheibenartig gegenüber angeordneten Platten 2 sehen eine beliebig strömungsgünstige Form vor. Fig. 4 und 5 zeigen eine nach oben gekrümmte Form, so dass der Zwischenraum in der Art einer Schale ausgebildet wird, deren Rand nach oben hin in einem ringförmigen Auslass 15 endet.
In der Flotationszelle 14 wird die Begasungsvorrichtung entweder so eingesetzt, dass die Luft- und Suspensionszufuhrleitungen von unten in die Flotationszelle 14 münden (Fig. 5) oder von oben (Fig. 4). In der erstgenannten Ausführung befindet sich somit die Einmündung des Zuführungsrohres 1 unterhalb des Zwischenraums 3 und im anderen Fall, wie in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, oberhalb des Zwischenraums 3. Der nach oben gekrümmte Zwischenraum 3 ist für die nachfolgende Flotation besonders strömungsgünstig, denn die zu flotierende Trübe wird in eine senkrecht nach oben gerichtete Strömung in die Flotationszelle 14 gelenkt. Unterstützt wird die Beruhigung der zunächst turbulent austretenden Strömung durch ein die Begasungsvorrichtung umgebendes Mantelrohr 16 in der Flotationszelle. Dies ist besonders erwünscht, um zu vermeiden, dass bereits an den Luftbläschen adhärierte Partikel abgeschert werden. Vorteilhaft ist weiterhin die Anordnung eines kegelartigen Leitblechs 17 koaxial zum Begaser oberhalb des Austritts der begasten Trübe in die Flotationszelle 14. Dadurch können auf dem Leitblech 17 abgleitende, sedimentierende hydrophobierte Partikel im turbulenten Strömungsfeld des ringförmigen Auslasses wieder mit unvollständig mine­ ralisierten Luftbläschen kontaktiert werden.
Die Vorrichtung zur Begasung kann ohne Probleme in eine bestehende pneumatische Flotationszelle eingebaut werden. Sie ist einfach im Aufbau und damit kostengünstig und wartungsarm.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde unter Laborbedingungen unter Beaufschla­ gung von Wasser getestet und folgende Wasser- und Luftdurchsätze erreicht:
Ausführung Ringspalt
Eintauchtiefe in der Flotationszelle 14 640 mm
Innendurchmesser des Zuführungsrohrs 1 33,3 mm
Abstand der Platten 2 5 mm
Spaltweite des Ringspalts 7 0,7 mm
Wasserdurchsatz 5,7 m3/h
Luftdurchsatz 2,1 m3/h
Ausführung mit Bohrungen
Eintauchtiefe in der Flotationszelle 14 640 mm
Innendurchmesser des Zuführungsrohrs 1 33,3 mm
Abstand der Platten 2 3 × 16 Bohrungen (Durchmesser 1,5 mm) auf Radien 25, 30, 35 mm um Plattenmitte verteilt 5 mm
Wasserdurchsatz 10 m3/h
Luftdurchsatz 2,6 m3/h
Ausführung mit Flachkegel
Eintauchtiefe in der Flotationszelle 14 640 mm
Innendurchmesser des Zuführungsrohrs 1 33,3 mm
Abstand der Platten 2 5 Bohrungen (Durchmesser 3 mm) auf einem Radius 6 mm um Prallplattenmitte verteilt Kegel (Durchmesser 51 mm, Höhe 10 mm) 10 mm
Wasserdurchsatz 8,5 m3/h
Luftdurchsatz 0,8 m3/h

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Begasung einer Flotationstrübe in einer pneumatischen Flotations­ zelle mit einem Zuführungsrohr (1) für die zu begasende Flotationstrübe sowie Öff­ nungen (7, 11, 12) für die Begasungsluft einschließlich des dazugehörigen Luftanschlusses (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführungsrohr (1) in Strömungsrichtung der Flotationstrübe einen konstanten Querschnitt aufweist und direkt in einen senkrecht dazu liegenden flachen Zwischenraum (3) mündet, der ebenfalls einen konstanten Strömungsquerschnitt aufweist und der durch scheibenartig in einem variablen Ab­ stand parallel gegenüberliegende Platten (2) gebildet wird und sich die Öffnungen (7, 11, 12) für die Begasungsluft in den Platten (2) im Bereich der Einmündung des Zuführungsrohres (1) in den Zwischenraum (3) befinden.
2. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführungsrohr (1) konstanten Querschnitts bündig mit der Unterkante der oberen den Zwischenraum (3) bildenden Platte (2) abschließt.
3. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2) eine kreisrunde Form aufweisen.
4. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2) schalenartig ausgebildet sind und sich der Zwischenraum nach oben hin ringartig öffnet.
5. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Platten (2) eine strömungsgünstige Kontur auf­ weisen.
6. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zwischenraum (3) bildenden Platten (2) über Distanzhülsen (10) im Abstand variabel miteinander lösbar verbunden sind.
7. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7, 11, 12) durch einen Ringspalt (7) gebildet werden, der durch ein das Zufüh­ rungsrohr (1) in einem Abstand umschließendes koaxiales Rohrstück (4) entsteht, das in der oberen scheibenartigen Platte (2) eingepasst ebenfalls in den Zwischen­ raum (3) mündet.
8. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zwischen Zuführungsrohr (1) und Rohrstück (4) eine Kammer (5) bildet, die an dem der oberen Platte (2) abgewandten Ende durch eine, in eine in das Zuführungsrohr (1) eingearbeitete Ringnut eingelegte, Runddichtung (6) nach außen abgedichtet ist und den Luftanschluss (8) besitzt.
9. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Ringspalts (7) durch Wahl des Durchmessers des Rohrstückes (4) an die Begasungsbedingungen angepaßt werden kann.
10. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen kleine Bohrungen (11) sind, die konzentrisch um das Zuführungsrohr (1) in der oberen den Zwischenraum (3) bildenden Platte (2) eingebracht sind.
11. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Bohrungen (11) von einer das Zuführungsrohr (1) abgedichtet umschließenden Kammer (5) eingeschlossen wird, die den Luftanschluss (8) besitzt.
12. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und Größe und Verteilung der Bohrungen (11) variabel an die Begasungs­ bedingungen angepaßt werden können.
13. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen Bohrungen oder ein Ringspalt (12) sind, die gegenüber dem Eintritt der Aufgabetrübe in den Zwischenraum (3) in der unteren Platte (2) eingearbeitet sind und in den Luftanschluss (8) münden, wobei diese Öffnungen im Zwischenraum (3) durch einen flachen Strömungskegel (13) in einem einstellbaren Abstand überdacht sind und der Strömungskegel (13) koaxial zur Achse des Zuführungs­ rohres (1) mit der Spitze zur Strömung der eintretenden Trübe gerichtet an der unteren Platte (2) lösbar befestigt ist.
14. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau in die Flotationszelle wahlweise so erfolgen kann, dass die Einmündung des Zuführungsrohres (1) von unten oder von oben in den Zwischenraum (3) erfolgt.
15. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie im eingebauten Zustand in der Flotationszelle (14) zur Strömungsberuhigung mit einem Mantelrohr (16) umgeben ist.
16. Vorrichtung zum Begasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur gezielten Sedimentation hydrophobierter, nicht ausflotierter Partikel in dem Bereich des turbulenten Strömungsfeldes am Austritt der begasten Trübe koaxial zum Begaser oberhalb des Austritts ein kegelartiges Leitblech (17) angeordnet ist.
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