DE202016107331U1

DE202016107331U1 - Device for the flotative separation of a mixture of nano- and microstructures

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Publication number: DE202016107331U1
Application number: DE202016107331.6U
Authority: DE
Original assignee: Fgbou Vo "irnitu"; Fgbou Vo Irnitu
Current assignee: Fgbou Vo "irnitu"; Fgbou Vo Irnitu
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2026-12-24
Also published as: RU2638600C1

Abstract

Vorrichtung zur flotativen Trennung einer Mischung aus Nano- und Mikrostrukturen, die ein konisches Gehäuse, eine ringförmige schräge Rinne zum Sammeln eines Schaumprodukts, einen Stutzen zum Auslass eines Kammerprodukts im unteren Teil des Konus und Belüfter mit Stutzen für die Zufuhr von Trübe und Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das konische Gehäuse durch höhenverstellbare zylindrische Trennwände unterteilt ist, deren Symmetrieachsen mit der Symmetrieachse des konischen Gehäuses zusammenfallen, wobei wenigstens die äußere zylindrische Trennwand höher als ein Rand einer Überlaufschwelle angeordnet ist, wobei die Belüfter mit den Stutzen für die Zufuhr von Trübe und Luft in dem Gehäuse gleichmäßig am Umfang einer Oberfläche des Gehäuses angeordnet sind.A device for flotatively separating a mixture of nano and microstructures comprising a conical housing, an annular slanted channel for collecting a foam product, a spout to the outlet of a chamber product in the lower part of the cone and aerators with nozzles for the supply of slurry and air, characterized in that the conical housing is subdivided by height-adjustable cylindrical partitions whose axes of symmetry coincide with the axis of symmetry of the conical housing, wherein at least the outer cylindrical partition is located higher than an edge of an overflow sill, the aerators communicating with the nozzles for the supply of pulp and air in the housing are arranged uniformly on the circumference of a surface of the housing.

Description

Die Erfindung betrifft die flotative Trennung unterschiedlicher Nano- und Mikrostrukturen natürlicher und synthetischer Herkunft. Das hauptsächliche Anwendungsgebiet ist die Bergbau- und chemische Industrie, beispielsweise bei der Herstellung von Nanopartikeln und Mikropartikeln zur Erzeugung von Verbundstoffen mit vorher bestimmten Eigenschaften.The invention relates to the flotative separation of different nano- and microstructures of natural and synthetic origin. The main area of application is the mining and chemical industries, for example in the production of nanoparticles and microparticles for the production of composites with predetermined properties.

Die Erfindung betrifft die prioritäre Entwicklungsrichtung der Wissenschaft und Technik „Nanotechnologien und Nanomaterialien” [ Alphabetisch-thematischer Index zur Internationalen Patentklassifikation nach prioritären Entwicklungsrichtungen der Wissenschaft und Technik/Ju. G. Smirnov, E. V. Skidanova, S. A. Krasnov. – Moskau: PATENT; 2008, S. 18 ].The invention relates to the priority development of science and technology "nanotechnologies and nanomaterials" [ Alphabetical-thematic index of the International Patent Classification by priority development of science and technology / Ju. G. Smirnov, EV Skidanova, SA Krasnov. - Moscow: PATENT; 2008, p. 18 ].

Aus dem bestehenden Stand der Technik ist eine Säulenflotationsanlage der kanadischen Firma Canadian Process Technologies Inc (URL: www.cpti.bc.ca ) bekannt, bei der die Oberfläche der flotierten Partikel durch so genannte „Picoblasen” (gemeint sind Nanoblasen) hydrophobiert wird. Im weiteren Verlauf reagieren (koaleszieren) große Transportblasen mit diesen „Picoblasen”.The existing state of the art is a column flotation plant of the Canadian company Canadian Process Technologies Inc (URL: www.cpti.bc.ca ), in which the surface of the floated particles is rendered hydrophobic by so-called "picoblases" (meaning nanoblases). In the further course, large transport bubbles react (coalesce) with these "picobolas".

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit den wesentlichen Merkmalen des Stands der Technik übereinstimmen, sind: ein Gehäuse, eine ringförmige schräge Rinne zum Sammeln eines Schaumprodukts, ein Stutzen zum Auslass des Kammerprodukts und die pneumohydraulischen Belüfter.The features of the device according to the invention, which are in accordance with the essential features of the prior art, are: a housing, an annular oblique groove for collecting a foam product, a nozzle to the outlet of the chamber product and the pneumohydraulic aerators.

Nach Angaben der Entwickler hydrophobieren diese keimartigen „Picoblasen” die Oberfläche mineralischer Nano- und Mikropartikel, was eine Vergrößerung des Volumens und der Zahl der Blasen an dem Partikel-Blasen-Flotationskomplex ermöglicht, was weiterhin einen Übergang des Komplexes zu einem Schaumprodukt ermöglicht.According to the developers, these germ-like "picobolas" hydrophobicize the surface of mineral nanoparticles and microparticles, allowing for an increase in the volume and number of bubbles on the particle-bubble flotation complex, further allowing the complex to go into a foam product.

Die hauptsächlichen Nachteile dieser Vorrichtung zur flotativen Anreicherung sind:

– Erstens werden in der Vorrichtung große Transportblasen gebildet, die mit desto größerer Geschwindigkeit aufschwimmen, je kleiner die Blasen und Flotationskomplexe der „Picoblasen”, also die mineralischen Partikel sind. Das ist inakzeptabel für die Flotation von Nano- und Mikropartikeln, da Nano- und Mikropartikel (hydrophile und hydrophobe) leicht flotieren, da die Kapillarkräfte die Gravitations- und anderen Kräfte wesentlich übersteigen;
– zweitens werden Nano- und Mikropartikel mechanisch durch große Blasen in die Schaumschicht ausgetragen;
– drittens wird die Schaumschicht in der Vorrichtung mit Spülungswasser benetzt, was einen zusätzlichen Energieaufwand bedeutet;
– viertens erzeugt der verwendete Belüfter ein polydisperses Blasensystem, was der Erzeugung einer hohen Schicht bewässerten Schaums nicht förderlich ist, in dem die hydrophilen Partikel durch die Kanäle zwischen den Blasen ausgewaschen werden.

The main disadvantages of this device for flotation enrichment are:

- First, large transport bubbles are formed in the device, which float with greater speed, the smaller the bubbles and flotation complexes of the "picobolas", ie the mineral particles. This is unacceptable for the flotation of nanoparticles and microparticles, as nanoparticles and microparticles (hydrophilic and hydrophobic) readily float, as the capillary forces substantially exceed the gravitational and other forces;
- secondly, nano- and microparticles are mechanically discharged by large bubbles in the foam layer;
- Third, the foam layer is wetted in the device with flushing water, which means an additional energy consumption;
- fourthly, the aerator used produces a polydisperse bubble system, which is not conducive to the production of a high layer of irrigated foam in which the hydrophilic particles are washed out through the channels between the bubbles.

Es ist eine Vorrichtung bekannt ( Pisan Chungchamroenkit, Sumaeth Chavadej, Ummarawadee Yanatatsaneejit, Boonyarach Kitiyanan. Residue catalyst support removal and purification of carbon nanotubes by NaOH leaching and froth flotation, The Petroleum and Petrochemical College, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand, Received 5 June 2007; received in revised form 9 August 2007; accepted 10 August 2007 ), das eine Säulenflotationsanlage darstellt, in der Kohlenstoff-Nanoröhrchen flotiert werden.A device is known ( Pisan Chungcha kit, Sumaeth Chavadej, Ummarawadee Yanatatsaneejit, Boonyarach Kitiyanan. Residue catalyst support and purification of carbon nanotubes by NaOH leaching and froth flotation, The Petroleum and Petrochemical College, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand, Received 5 June 2007; received in revised form 9 August 2007; accepted 10 August 2007 ), which is a column flotation plant in which carbon nanotubes are floated.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit den wesentlichen Merkmalen des Stands der Technik übereinstimmen, sind: ein Gehäuse, eine Rinne zum Sammeln eines Schaumprodukts, ein Stutzen zum Auslass eines Kammerprodukts und Belüfter.The features of the device according to the invention that are in accordance with the essential features of the prior art are: a housing, a channel for collecting a foam product, a nozzle to the outlet of a chamber product and aerators.

Der Nachteil dieser technischen Lösung ist, dass eine Trennung der Nanostrukturen als solche in dieser Vorrichtung nicht stattfindet. In dieser Arbeit reinigen die Autoren einfach Nanoröhrchen von Kieselerde mit Hilfe von NaOH und Schaumflotation in einer Säulenflotationsanlage, aber nicht bis zur vollständigen Reinigung. Als Sammler und Schäumer wird wasserlöslicher ethoxylierter Alkohol verwendet. Die Flotation wurde nach der Auflösung von Quarz in NaOH und Einwirkung der Trübe (die Dichte der Trübe betrug einige Gramm pro Liter) mit Ultraschall über einige Stunden durchgeführt. Die einwandigen Nanoröhrchen wurden unter Verwendung eines CoMo/SiO₂-Katalysators aus CO gezüchtet. In dieser Arbeit erfolgte keine selektive Trennung hydrophober und hydrophiler Nanopartikel, da vor der Flotation der größte Teil des SiO₂ in Alkali gelöst war. Die erzielte Trübe wurde mit Ultraschall behandelt (zwischen 3 h und 14 h), um eine Verringerung der starken Reaktionen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen und der Kieselerde miteinander zu erzielen. Es ist besonders hervorzuheben, dass die Auflösung der Kieselerde bei weiterer Zugabe von NaOH gegen Null ging. Das deutet darauf hin, dass ein Teil der Kieselerdepartikel vollständig von Kohlenstoff bedeckt war. Es wurden keine Untersuchungen über den Einfluss der unterschiedlichen pH-Werte auf den Flotationsprozess angestellt. Diese Arbeit zeigt, dass bei der Flotation von Nanopartikeln als Sammler, Schäumer und andere Reagenzien besser wasserlösliche Reagenzien eingesetzt werden. Das ist dadurch zu erklären, dass eine beliebige Emulsion von Reagenzien Partikel (Tröpfchen) aufweisen muss, die bezüglich ihrer Größe mit Nanopartikeln vergleichbar sind. Eine solche Emulsion aus nicht wasserlöslichen Reagenzien zu erzielen ist eine Aufgabe, die zusätzlichen Energieaufwand und erhebliche zusätzliche technische Prozesse zur Reinigung der Nanopartikel von diesen Reagenzien erfordert. Die Kieselerdepartikel hatten bei diesen Untersuchungen eine falsche, eckige Form und waren relativ groß, was ihr Flotieren in das Schaumprodukt ermöglichte. Es existierten Verwachsungen der Kieselerde und der Nanoröhrchen, die eine ausreichende Kontaktoberfläche mit den Luftblasen hatten, was offenbar ihren Übergang zu dem Schaumprodukt ermöglichte. Es ist ebenfalls hervorzuheben, dass die Autoren dieser Arbeit die Größe der Blasen, die aus dem Belüfter kamen, nicht berücksichtigt hatten. Die Luftblasen wiesen starke Größenunterschiede auf, was praktisch zu einem Übergang aller Nanopartikel zu dem Schaumprodukt führte. Ein Teil der Kieselerde war in dem Schaumprodukt vorhanden.The disadvantage of this technical solution is that a separation of the nanostructures does not take place as such in this device. In this work, the authors simply clean nanotubes of silica using NaOH and froth flotation in a column flotation plant, but not until complete purification. As a collector and foamer water-soluble ethoxylated alcohol is used. The flotation was carried out after the dissolution of quartz in NaOH and exposure to turbidity (the density of the pulp was a few grams per liter) with ultrasound for several hours. The single-walled nanotubes were grown from CO using a CoMo / SiO ₂ catalyst. In this work, no selective separation of hydrophobic and hydrophilic nanoparticles was carried out, since prior to flotation most of the SiO _{2 was dissolved} in alkali. The obtained pulp was sonicated (between 3 h and 14 h) to reduce the strong reactions of the carbon nanotubes and the silica with each other. It is particularly noteworthy that the dissolution of the silica went to zero with further addition of NaOH. This indicates that some of the silica particles were completely covered by carbon. No studies on the influence of different pH values on the flotation process were made. This work shows that the flotation of nanoparticles as collectors, frothers and other reagents uses better water-soluble reagents. This is explained by that any emulsion of reagents must have particles (droplets) that are comparable in size with nanoparticles. Achieving such an emulsion of non-water soluble reagents is a task that requires additional energy and significant additional engineering processes to purify the nanoparticles from these reagents. The silica particles had a false, angular shape in these studies and were relatively large, allowing them to float into the foam product. There were adhesions of the silica and nanotubes that had sufficient contact surface with the air bubbles, apparently allowing their transition to the foam product. It should also be noted that the authors of this work did not take into account the size of the bubbles that came out of the aerator. The air bubbles had large size differences, resulting in virtually all nanoparticles transferring to the foam product. Part of the silica was present in the foam product.

Aus dem Stand der Technik ist eine Zentrifugal-Flotationsanlage bekannt ( RU 2183998 , Internationale Patentklassifikation B03D1/02, B03D1/24, veröffentlicht 27.6.2002), die ein Gehäuse aufweist, das aus einem oberen zylindrischen Teil, in dem konzentrische röhrenförmige Belüfter, ein Luftzufuhrstutzen und ein Tangentialstutzen zur Speisung angeordnet sind, sowie einem unteren konischen Teil und einem Stutzen zur Abfuhr des Konzentrats besteht, und die sich dadurch auszeichnet, dass sie mit einem Tangentialstutzen für die Wasserzufuhr in den oberen zylindrischen Teil des Gehäuses versehen ist, der Stutzen zur Abfuhr des Konzentrats im unteren konischen Teil des Gehäuses angeordnet und beweglich ausgebildet ist, so dass sein oberer Öffnungsquerschnitt bezüglich des unteren Öffnungsquerschnitts des unteren konischen Teils des Gehäuses reguliert werden kann.A centrifugal flotation plant is known from the prior art ( RU 2183998 , International Patent Classification B03D1 / 02, B03D1 / 24, published 27.6.2002), comprising a housing consisting of an upper cylindrical part, in which concentric tubular aerators, an air supply nozzle and a Tangentialstutzen are arranged for feeding, and a lower conical part and a nozzle for removing the concentrate, and which is characterized in that it is provided with a Tangentialstutzen for supplying water into the upper cylindrical part of the housing, the nozzle for removing the concentrate in the lower conical part of the housing is arranged and designed to be movable so that its upper opening cross section can be regulated with respect to the lower opening cross section of the lower conical part of the housing.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit den wesentlichen Merkmalen des Stands der Technik übereinstimmen, sind: das Gehäuse mit dem konischen Abschnitt in seinem unteren Teil, der Stutzen zum Sammeln des Schaumprodukts im Zentrum des unteren Teils des Konus, der Stutzen zum Auslass des Kammerprodukts im unteren Teil des Konus und die röhrenförmigen Belüfter.The features of the device according to the invention that are in line with the essential features of the prior art are: the housing with the conical section in its lower part, the nozzle for collecting the foam product in the center of the lower part of the cone, the nozzle to the outlet of the chamber product in the lower part of the cone and the tubular aerators.

Der Hauptnachteil der Flotationsanlage ist die hohe Polydispersität der Ausgangs-Blasen, die aus den röhrenförmigen Belüftern kommen, sowie die große Größe der Blasen, was für die Flotation von Nano- und Mikropartikeln nicht akzeptabel ist, da es den Grad der Trennung der Nano- und Mikropartikel verringert.The main disadvantage of the flotation plant is the high polydispersity of the initial bubbles coming from the tubular aerators, as well as the large size of the bubbles, which is unacceptable for the flotation of nanoparticles and microparticles, as it determines the degree of separation of nano- and microparticles Reduced microparticles.

Aus dem Stand der Technik ist auch eine Zentrifugalflotationszelle bekannt ( RU 2248849 , Internationale Patentklassifikation B03D1/24, veröffentlicht 27.3.2005), die ein zylindrisch-konisches Gehäuse, dessen unterer Teil als perforierter Kegelstumpf mit einer Zarge, Stutzen für die Zufuhr von Trübe und Wasser und einen Stutzen zur Abfuhr von Resten an der Spitze des Konus im unteren Teil des Gehäuses aufweist, wobei der obere Teil des Gehäuses offen für ein ungehindertes Entladen des Schaumprodukts durch einen Überlauf ausgebildet ist, die Stutzen für die Zufuhr von Trübe und Wasser als „Rohr in Rohr” im zentralen Teil des zylindrisch-konischen Gehäuses angeordnet sind, wobei der untere Öffnungsquerschnitt des Stutzens für die Zufuhr von Trübe im unteren Teil des zylindrisch-konischen Gehäuses angeordnet ist und das Gehäuse mit einem Antrieb zur Rotation verbunden ist.A centrifugal flotation cell is also known from the prior art ( RU 2248849 , International Patent Classification B03D1 / 24, published 27.3.2005), which has a cylindrical-conical housing, whose lower part as a perforated truncated cone with a frame, nozzles for the supply of pulp and water and a nozzle for removing residues at the top of the cone in the lower part of the housing, wherein the upper part of the housing is open for an unimpeded discharge of the foam product formed by an overflow, the nozzle for the supply of pulp and water as a "pipe in tube" in the central part of the cylindrical-conical housing are, wherein the lower opening cross-section of the nozzle for the supply of slurry in the lower part of the cylindrical-conical housing is arranged and the housing is connected to a drive for rotation.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit den wesentlichen Merkmalen des Stands der Technik übereinstimmen, sind: das Gehäuse mit dem konischen Abschnitt in seinem unteren Teil, die ringförmige schräge Rinne zum Sammeln des Schaumprodukts, der Stutzen zum Auslass des Kammerprodukts an der Spitze des Konus und die Belüfter.The features of the device according to the invention, which are in accordance with the essential features of the prior art, are: the housing with the conical section in its lower part, the annular oblique channel for collecting the foam product, the connection piece to the outlet of the chamber product at the tip of the cone and the aerators.

Bei dieser Vorrichtung wird im Gegensatz zu der Zentrifugalflotationsanlage ( RU 2183998 , Internationale Patentklassifikation B03D1/02, B03D1/24, veröffentlicht 27.6.2002) eine Separation der Blasen durchgeführt, was zur Bildung von kleinblasigem Schaum an der Peripherie der Zelle führt, jedoch haben die Ausgangs-Blasen, die aus dem perforierten Konus im unteren Teil der Vorrichtung austreten, eine polydisperse Zusammensetzung und sind sehr groß. Letzteres führt zu einem mechanischen Austrag von mineralischen Partikeln zu dem unteren Teil des Wasser-Trübe-Paraboloids, das durch die Rotation des Gehäuses der Zelle gebildet wird. Die großen Blasen werden an der Grenzfläche der Trübe- und der Luft-Phase zerstört, die kleinen hydrophoben und hydrophilen mineralischen Partikel haften leicht an der Grenze zwischen der Trübe- und der Luft-Phase an, und es erfolgt eine Filmflotation. Beispielsweise flotieren Nano- und Mikropartikel von Kieselerde durch die Filmflotation leicht bei einem extremen Benetzungswinkel nahe Null. Entsprechend kann diese Zelle nicht für eine flotative Trennung von Nano- und Mikropartikeln verwendet werden.In this device, in contrast to the centrifugal flotation plant ( RU 2183998 , International Patent Classification B03D1 / 02, B03D1 / 24, published 27.6.2002) carried out a separation of the bubbles, which leads to the formation of small bubble foam at the periphery of the cell, however, have the starting bubbles coming out of the perforated cone in the lower part the device emerge, a polydisperse composition and are very large. The latter leads to a mechanical discharge of mineral particles to the lower part of the water-cloudy paraboloid, which is formed by the rotation of the housing of the cell. The large bubbles are destroyed at the interface of the turbid and the air phase, the small hydrophobic and hydrophilic mineral particles adhere easily to the boundary between the turbid and the air phase, and there is a film flotation. For example, silica nanoparticles and microparticles readily float through the film flotation at an extreme wetting angle close to zero. Accordingly, this cell can not be used for a flotative separation of nano- and microparticles.

Es ist eine Jameson Cell-Flotationsanlage bekannt ( US-Patent 4,938,865 , 3. Juli 1990), die von dem australischen Forscher G. J. Jameson entwickelt wurde.It is a Jameson Cell flotation plant known ( U.S. Patent 4,938,865 , 3 July 1990), which was developed by the Australian researcher GJ Jameson.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit den wesentlichen Merkmalen des Stands der Technik übereinstimmen, sind: ein Gehäuse mit einem konischen Abschnitt in seinem unteren Teil, eine ringförmige schräge Rinne zum Sammeln eines Schaumprodukts, ein Stutzen zum Auslass eines Kammerprodukts an der Spitze des Konus und ein Belüfter.The features of the device according to the invention, which correspond to the essential features of the prior art, are: a Housing with a conical section in its lower part, an annular oblique channel for collecting a foam product, a nozzle to the outlet of a chamber product at the top of the cone and an aerator.

Ungeachtet der Vorteile der Flotationsanlage, die relativ große mineralische Partikel trennen kann, liegt ihr Nachteil darin, dass sie nicht für eine Trennung von Nano- und Mikropartikeln anwendbar ist, da ein polydisperses System großer Blasen gebildet wird, die sowohl hydrophile als auch hydrophobe Nano- und Mikropartikel in den Schaum austragen.Notwithstanding the advantages of the flotation plant, which can separate relatively large mineral particles, its drawback is that it is not applicable to separation of nano- and microparticles, since a polydispersed system of large bubbles is formed, containing both hydrophilic and hydrophobic nano- particles. and microparticles in the foam.

Der erfindungsgemäßen technischen Lösung am nächsten kommt eine Jameson Cell-Flotationsanlage dar (US-Anmeldung 20090250383, Veröffentlichungstag 8. Oktober 2009), die eine perfektionierte Konstruktion des Stands der Technik ist.The nearest technical solution according to the invention is a Jameson Cell flotation unit (US Application 20090250383, published Oct. 8, 2009), which is a perfected construction of the prior art.

Die Jameson Cell-Flotationsanlage besteht aus einer kurzen zylindrischen Säule mit konischem Boden und einem Stutzen für Reste, einer Rinne zum Sammeln des Schaumprodukts, vertikal in den Hohlraum der Flotationsanlage eintauchenden Belüftern, die mit Hilfe von Trübe-Strahlen Luftblasen ausstoßen, wobei in der Flotationsanlage Flotationskomplexe gebildet werden, sowie einem System zur Wasserspülung der Schaumschicht.The Jameson Cell flotation plant consists of a short cylindrical column with conical bottom and a nozzle for residues, a channel for collecting the foam product, aerators vertically submerged in the cavity of the flotation plant, which expel air bubbles with the help of cloudy streams, in the flotation plant Flotationkomplexe be formed, and a system for flushing the foam layer.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit den wesentlichen Merkmalen des Stands der Technik übereinstimmen, sind: das Gehäuse mit dem konischen Abschnitt in seinem unteren Teil, die ringförmige schräge Rinne zum Sammeln des Schaumprodukts, der Stutzen zum Auslass des Kammerprodukts im unteren Teil und die Strahl/Pneumohydraulik-Belüfter.The features of the device according to the invention which correspond to the essential features of the prior art are: the housing with the conical section in its lower part, the annular oblique channel for collecting the foam product, the nozzle to the outlet of the chamber product in the lower part and beam / Pneumohydraulics aerator.

Bei dem nächstgelegenen Stand der Technik wird ein polydisperses System von Ausgangs-Blasen gebildet, die im weiteren Verlauf in den dichten, unbewässerten Schaum gepackt werden. Die großen Blasen tragen hydrophile und hydrophobe Partikel in den Schaum aus, was es erforderlich macht, den Schaum mit Wasser zu benetzen, um die kleinen hydrophilen Partikel auszuwaschen, da hydrophile Partikel in Nano- und Mikrogröße durch Filmflotation leicht die Grenzflächen der Trennung der Gas- und der Flüssigkeitsphase der großen Blasen halten. Das Schaum-Spülungssystem gibt eine wesentliche Menge Wasser (75 m³/h nach den Angaben auf der Website http://www.jamesoncell.com ) auf oder in den Schaum ab – das ist ein überflüssiger Energieaufwand. Außerdem werden in den vertikalen Zylindern der Strahl-Belüften große Blasen gebildet, die nach ihrer Entstehung zurück an die Oberfläche schwimmen, auf die der Trübestrahl auftrifft, was ebenfalls überflüssigen Energieaufwand bedeutet. Je mehr Blasen, desto größer der Energieaufwand. Die Grenzfläche der Gas- und der Flüssigkeitsphase, die von dem Ausgangssystem der Blasen gebildet wird, muss genau so sein, dass die wertvolle Komponente flotiert wird, aber das genügt für eine Trennung von Nano- und Mikropartikeln nicht.In the closest prior art, a polydisperse system is formed of starting bubbles which are subsequently packed in the dense, unwatered foam. The large bubbles carry hydrophilic and hydrophobic particles into the foam, which makes it necessary to wet the foam with water to wash out the small hydrophilic particles, since hydrophilic nanosize and microsize particles by film flotation easily delimits the gas-separation interfaces. and hold the liquid phase of the large bubbles. The foam flushing system releases a substantial amount of water (75 m ³ / h as indicated on the website http://www.jamesoncell.com ) on or in the foam - that is an unnecessary expenditure of energy. In addition, in the vertical cylinders of the jet aerating large bubbles are formed, which float after their formation back to the surface, which impinges on the turbidity jet, which also means unnecessary expenditure of energy. The more bubbles, the greater the energy required. The interface of the gas and the liquid phase, which is formed by the starting system of the bubbles, must be exactly the way that the valuable component is floated, but this is not enough for a separation of nano- and microparticles.

Dadurch liegt der Nachteil des nächstgelegenen Stands der Technik darin, dass er nicht für die Trennung von Nano- und Mikropartikeln anwendbar ist, da ein polydisperses System großer Blasen gebildet wird, die sowohl hydrophile als auch hydrophobe Nano- und Mikropartikel in den Schaum austragen.Thus, the drawback of the closest prior art is that it is not applicable to the separation of nanoparticles and microparticles because a polydisperse system of large bubbles is formed which carry both hydrophilic and hydrophobic nanoparticles and microparticles into the foam.

Die Aufgabe, auf deren Lösung die erfindungsgemäße Vorrichtung gerichtet ist, ist die flotative Trennung von Nano- und Mikrostrukturen bei minimalem Energieaufwand und Reagenzienverbrauch.The object to the solution of the device of the invention is directed, is the flotative separation of nano and microstructures with minimal energy consumption and reagent consumption.

Das technische Ergebnis der Erfindung ist die Erhöhung des Trennungsgrads der Nano- und Mikropartikel bei gleichzeitiger Senkung des Energieaufwands durch Verhinderung eines Austrags von Nano- und Mikropartikeln mit großen Blasen in den Schaum, indem in der Vorrichtung eine Separation der Blasen nach Größe und eine Zerstörung der großen Blasen im zentralen Teil der Vorrichtung ermöglicht wird.The technical result of the invention is to increase the degree of separation of the nanoparticles and microparticles while reducing the energy expenditure by preventing large-bubble nano- and microparticles from discharging into the foam, causing the device to separate bubbles by size and destroy the bubbles large bubbles in the central part of the device is made possible.

Das technische Ergebnis der Erfindung wird dadurch erzielt, dass in der Vorrichtung zur flotativen Trennung einer Mischung aus Nano- und Mikrostrukturen, die ein konisches Gehäuse, eine ringförmige schräge Rinne zum Sammeln des Schaumprodukts, einen Stutzen zum Auslass des Kammerprodukts im unteren Teil des Konus und Belüften mit Stutzen für die Zufuhr von Trübe und Luft aufweist, erfindungsgemäß das konische Gehäuse durch höhenverstellbare zylindrische Trennwände unterteilt ist, deren Symmetrieachsen mit der Symmetrieachse des konischen Gehäuses zusammenfallen, wobei wenigstens die äußere zylindrische Trennwand höher als der Rand der Überlaufschwelle und höher als die Schaumschicht im zentralen Teil der Vorrichtung angeordnet ist, wobei die Belüfter mit den Stutzen für die Zufuhr von Trübe und Luft in dem Gehäuse gleichmäßig am Umfang von dessen Oberfläche angeordnet sind.The technical result of the invention is achieved in that in the apparatus for flotatively separating a mixture of nano- and microstructures comprising a conical housing, an annular oblique groove for collecting the foam product, a nozzle to the outlet of the chamber product in the lower part of the cone and Ventilation with nozzle for the supply of pulp and air, according to the invention, the conical housing is divided by height-adjustable cylindrical partitions whose axes of symmetry coincide with the axis of symmetry of the conical housing, wherein at least the outer cylindrical partition wall higher than the edge of the overflow threshold and higher than the foam layer is arranged in the central part of the device, wherein the aerators are arranged with the nozzles for the supply of pulp and air in the housing uniformly on the periphery of the surface thereof.

Das technische Ergebnis der Erfindung wird auch dadurch erzielt, dass als Belüfter Schall-Pneumohydraulik- und/oder Strahlbelüfter verwendet werden. Sowohl die Strahl- als auch die Pneumohydraulik-Belüfter in der Vorrichtung können mit Schall arbeiten und das erforderliche System von Ausgangs-Blasen erzeugen, die aus dem Belüfter austreten.The technical result of the invention is also achieved that are used as aerators Schall-pneumohydraulic and / or Strahlbelüfter. Both the jet and pneumatic hydraulics aerators in the device can work with sound and produce the required system of exit bubbles that exit the aerator.

Die Unterteilung des konischen Gehäuses durch höhenverstellbare zylindrische Trennwände (oder eine Trennwand), deren Symmetrieachsen mit der Symmetrieachse des konischen Gehäuses zusammenfallen, ermöglicht es, im Inneren des Gehäuses Kammern (oder eine Kammer) auszubilden, in denen die Separation der Blasen nach Größe erfolgt.The subdivision of the conical housing by means of height-adjustable cylindrical partitions (or a dividing wall), whose axes of symmetry coincide with the axis of symmetry of the conical housing, makes it possible inside the Casing chambers (or a chamber) form, in which the separation of the bubbles takes place by size.

Die Anordnung wenigstens einer äußeren zylindrischen Trennwand in einer Höhe oberhalb des Rands der Überlaufschwelle ermöglicht ein Abscheiden der großen Blasen von den kleinen Blasen. Die großen Blasen schwimmen in dem zentralen Teil der Vorrichtung an die Oberfläche auf und werden zerstört, unter Ausfällung der hydrophilen Partikel zu dem Kammerprodukt, während die hydrophoben Partikel in den weiteren Flotationsprozess zurückkehren.The arrangement of at least one outer cylindrical partition at a height above the edge of the overflow threshold allows the large bubbles to be separated from the small bubbles. The large bubbles float to the surface in the central part of the device and are destroyed, with precipitation of the hydrophilic particles to the chamber product, while the hydrophobic particles return to the further flotation process.

Die Strahl- und/oder Pneumohydraulik-Belüfter sind so angeordnet, dass die Austrittsdüsen nach unten und in einem spitzen Winkel zu der Kegelmantellinie des Gehäuses ausgerichtet sind, das heißt so, dass die Symmetrieachsen der Düsen und der Einspritzstrahlen der Blasen, die aus den Düsen der Schall-Strahl- oder Pneumohydraulik-Belüfter austreten, in das Untere der Kammer der Vorrichtung entlang ihrer Innenfläche und in einem spitzen Winkel zu der Kegelmantellinie (des Gehäuses) ausgerichtet sind, um ein Zentrifugalfeld im oder gegen den Uhrzeigersinn zu bilden.The jet and / or pneumohydraulic aerators are arranged so that the exit nozzles are oriented downwardly and at an acute angle to the conical surface line of the housing, that is, the axes of symmetry of the nozzles and the injection jets of the bubbles emerging from the nozzles the sonic jet or pneumohydraulic aerator exit into the bottom of the chamber of the device along its inner surface and at an acute angle to the cone shroud line (of the housing) to form a clockwise or counterclockwise centrifugal field.

Die Anordnung der Belüfter mit den Stutzen für die Zufuhr von Trübe und Luft in dem Gehäuse gleichmäßig am Umfang seiner Oberfläche und so, dass die Düsen der Schall-Pneumohydraulik- und/oder Strahl-Belüfter nach unten entlang der Oberfläche des Konus des Gehäuses und in einem spitzen Winkel zu der Kegelmantellinie des Gehäuses ausgerichtet sind, ermöglicht die Durchführung einer zusätzlichen Separation der Blasen und Flotationskomplexe in dem Zentrifugalfeld.The arrangement of the aerator with the nozzles for the supply of turbidity and air in the housing evenly around the circumference of its surface and so that the nozzles of the acoustic pneumohydraulic and / or jet aerators down along the surface of the cone of the housing and in oriented at an acute angle to the conical surface line of the housing allows to carry out an additional separation of the bubbles and flotation complexes in the centrifugal field.

Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die Nano- und Mikropartikel von amorphem Kohlenstoff und die Kohlenstoff-Nanoröhrchen von den Nanokugeln SiO₂ mit einem mittleren Durchmesser von 100 nm abschieden. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen flotieren leichter, da das Verhältnis ihrer Oberfläche zum Volumen größer ist als bei den kugelförmigen Partikeln des Kieselerdeoxids. Der amorphe Kohlenstoff lässt sich auch leicht zu einem Schaumprodukt extrahieren, da Kohlenstoff hydrophob ist. Die zylindrische Trennwand ermöglicht die Abscheidung großer Luftblasen (Gasblasen), die sowohl als hydrophobe (Kohlenstoffpartikel) als auch als hydrophile Partikel (SiO₂) flotieren können, da für Partikel in Nanogröße die Kapillarkräfte die Gravitations- und die hydrodynamischen Kräfte deutlich übersteigen. So ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung den Austrag großer geladener und ungeladener Blasen in den zentralen Teil der Vorrichtung, wo sie an der Oberfläche zerstört werden, unter anschließender Ausfällung von SiO₂-Partikeln in das Kammerprodukt, während die Kohlenstoffpartikel für eine weitere flotative Anreicherung in den Hohlraum der Vorrichtung übertreten.It has been experimentally demonstrated that the amorphous carbon nanoparticles and microparticles and the carbon nanotubes deposited from the SiO ₂ nanospheres with an average diameter of 100 nm. The carbon nanotubes float more easily because the ratio of their surface to volume is greater than that of the spherical particles of silica. The amorphous carbon is also easy to extract into a foam product because carbon is hydrophobic. The cylindrical partition allows the separation of large air bubbles (gas bubbles), which can float as both hydrophobic (carbon particles) and hydrophilic particles (SiO ₂ ), because for nanosized particles, the capillary forces significantly exceed the gravitational and hydrodynamic forces. Thus, the device of the present invention allows the discharge of large charged and uncharged bubbles into the central portion of the device where they are destroyed at the surface, with subsequent precipitation of SiO ₂ particles into the chamber product, while the carbon particles allow further flotation into the cavity of the device.

In der Kammer, die nahe an der Überlaufschwelle ist, wird eine hohe Schicht bewässerten Schaums gebildet, der aus ultrakleinen einzelnen Blasen zusammengesetzt ist, aufgrund des erforderlichen Betriebsmodus der Schall-Strahl/Pneumohydraulik-Belüfter, der Separation der Luftblasen nach Größe in dem Zentrifugalfeld und aufgrund von Wirbeln in der vertikalen Ebene und aufgrund der Abscheidung großer Blasen in den zentralen Teil der Vorrichtung. In dem bewässerten Schaum werden die hydrophilen SiO₂-Partikel leicht entlang der Kanäle zwischen den Blasen zurück in den Hohlraum der Vorrichtung ausgewaschen und gehen in das Kammerprodukt (Reste) ein. Daher besteht bei dieser Vorrichtung keine Notwendigkeit, die Schaumschicht mit irgendeinem Spülungswasser (einer Flüssigkeit) zu benetzen, was den Energieaufwand wesentlich senkt. Es ist ebenfalls anzumerken, dass bei einer solchen Separation der Luftblasen (Gasblasen) in der Kammer vor der Überlaufschwelle die Schaumschicht bei geringerer Konzentration des Schäumers und des Sammlers gebildet wird. Die Senkung der Konzentration des Schäumers ermöglicht eine bessere Zerstörung der großen Blasen in dem zentralen Teil der Flotationsvorrichtung und die Bildung einer dünnen Schaumschicht darin, die kontinuierlich zerstört wird.In the chamber, which is close to the overflow threshold, a high layer of irrigated foam composed of ultra-small individual bubbles is formed, due to the required mode of operation of the sonic jet / pneumo-hydraulic aerators, the separation of air bubbles by size in the centrifugal field and due to vortices in the vertical plane and due to the deposition of large bubbles in the central part of the device. In the irrigated foam, the hydrophilic SiO ₂ particles are easily washed out along the channels between the bubbles back into the cavity of the device and enter the chamber product (s). Therefore, there is no need for this device to wet the foam layer with any flushing water (liquid), which substantially lowers the energy input. It should also be noted that with such a separation of the air bubbles (gas bubbles) in the chamber before the overflow threshold, the foam layer is formed at a lower concentration of the foamer and the collector. Lowering the concentration of the frother allows for better destruction of the large bubbles in the central part of the flotation device and the formation of a thin foam layer therein which is continuously destroyed.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die beste Ausführungsform der Bildung eines gut flotierenden Partikel-Blasen-Komplexes verwirklicht, nämlich die Vergrößerung der Blase an dem Flotationskomplex mittels eines Übergangs der in der Flüssigkeit (der Trübe) gelösten Luft in eine Blase des Flotationskomplexes oder die Koaleszenz ultrakleiner Blasen mit haftenden Blasen an der mineralischen Oberfläche. Daher ist, wie es im Stand der Technik einschließlich des nächstgelegenen Stands der Technik heißt, eine Koaleszenz keimender Blasen, die an diesen mineralischen Partikeln anhaften, mit größeren Transportblasen weniger wahrscheinlich, und am wahrscheinlichsten erzeugen die großen Blasen einen turbulenten Trübestrom, der mechanisch kleine Partikel anhebt, da dieses Anheben mit wesentlich größerer Geschwindigkeit vor sich geht als bei den einzelnen Partikeln und Partikeln mit keimenden Nanoblasen.In the device according to the invention, the best embodiment of the formation of a well-floating particle-bubble complex is realized, namely the enlargement of the bubble on the flotation complex by means of a transition of the air dissolved in the liquid (the pulp) into a bubble of the flotation complex or the coalescence of ultra-small Bubbles with sticky bubbles on the mineral surface. Therefore, as known in the art including the closest prior art, coalescence of nucleating bubbles adhered to these mineral particles is less likely to occur with larger transport bubbles, and most likely the large bubbles produce a turbulent cloud stream, the mechanically small particles Lifting, since this lifting is going on at a much greater speed than with the individual particles and particles with germinating Nanoblasen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem nächstgelegenen Stand der Technik sind folgende.

1. Es besteht die Möglichkeit, Schäumer in geringerer Konzentration zuzugeben als üblicherweise bei der Flotation verwendet wird (weniger als 10–16 mg/l).
2. Bei vorher bestimmten Parametern des Betriebs der Schall-Strahl/Pneumohydraulik-Belüften wird ein System kleiner Blasen geschaffen, das nah an einem monodispersen ist.
3. In dem Hohlraum der erfindungsgenäßen Vorrichtung geschieht aufgrund des erzeugten Zentrifugalfelds und der zylindrischen Trennwände eine zusätzliche Separation der Blasen nach Größe. Die kleineren Blasen treten in die Kammer neben der Überlaufschwelle ein und bilden eine hohe Schicht bewässerten Schaums. Es ist bekannt, dass die Schaumschicht desto höher ist, je kleiner die Blasen sind. Außerdem bilden Blasen ähnlicher Größe eine höhere Schaumschicht und werden in den bewässerten Schaum gepackt, da in den Raum zwischen den Blasen keine Blasen anderer Größe geraten. Dieser Schaum ist beweglicher aufgrund dessen, dass die Blasen in Nano- und Mikrogröße bereits der Brownschen Bewegung unterworfen sind.
4. Eine Flotation hydrophiler Nano- und Mikropartikel an großen Blasen und ihr Austrag nach oben in der Flotationsanlage ist ausgeschlossen aufgrund der Abscheidung der großen Blasen durch Separation der Blasen in den zylindrischen Kammern der Vorrichtung und aufgrund des Zentrifugalfelds, das durch den Betrieb der Schall-Strahl/Pneumohydraulik-Belüfter erzeugt wird. Zu Beginn können solche Betriebsparameter der Schall-Strahl/Pneumohydraulik-Belüfter gesetzt werden, bei denen der größte Teil der großen Blasen ausgeschlossen wird.
5. In der bewässerten, hohen Schicht aus kleinblasigem Schaum werden die hydrophilen Nano- und Mikropartikel leicht von allein durch die Kanäle zwischen den Blasen in das Untere der Flotationsvorrichtung ausgewaschen, während die hydrophoben Partikel in diesem Schaum haften und in das Schaumprodukt eintreten. Bei einem solchen Flotationsprozess ist keine Benetzung des Schaums mit Spülungswasser notwendig, um die Selektivität des Prozesses der Teilung der mineralischen Partikel zu verbessern.
6. Die Gesamtheit der erfindungsgemäßen Merkmale ermöglicht eine Trennung von Partikeln in Nano- und Mikrogröße, die sich in ihrer Flotierbarkeit nicht wesentlich unterscheiden, durch ein monodisperses System von kleinen Blasen. Dagegen wird bei einer herkömmlichen Flotation durch ein polydisperses System von Blasen eine solche Trennung nicht erzielt.

The advantages of the device according to the invention over the closest prior art are as follows.

1. It is possible to add frothers at a lower concentration than commonly used in flotation (less than 10-16 mg / l).
2. In the case of previously determined parameters of operation of the sonic jet / pneumohydraulic Venting creates a system of small bubbles that is close to a monodisperse one.
3. In the cavity of the device according to the invention, an additional separation of the bubbles according to size occurs due to the generated centrifugal field and the cylindrical partitions. The smaller bubbles enter the chamber adjacent to the overflow threshold and form a high layer of irrigated foam. It is known that the smaller the bubbles are, the higher the foam layer is. In addition, bubbles of similar size form a higher foam layer and are packed in the irrigated foam as bubbles of different sizes do not enter the space between the bubbles. This foam is more mobile due to the fact that the nano and micro bubbles are already subject to Brownian motion.
4. Flotation of hydrophilic nanoparticles and microparticles on large bubbles and their upward discharge in the flotation plant is precluded due to the separation of the large bubbles by separation of the bubbles in the cylindrical chambers of the apparatus and due to the centrifugal field created by the operation of the sonicator. Jet / Pneumohydraulik-aerator is generated. At the beginning, such operating parameters of the sonic jet / pneumohydraulic aerators can be set where most of the large bubbles are excluded.
5. In the irrigated, high layer of small bubble foam, the hydrophilic nanoparticles and microparticles are easily washed out by themselves through the channels between the bubbles into the bottom of the flotation device while the hydrophobic particles adhere to this foam and enter the foam product. In such a flotation process, no wetting of the foam with rinse water is necessary to improve the selectivity of the mineral particle division process.
6. The totality of the features according to the invention allows a separation of particles in nano and micro size, which do not differ significantly in their floatability, by a monodispersed system of small bubbles. In contrast, in a conventional flotation by a polydisperse system of bubbles such a separation is not achieved.

Die Unterschiede zum nächstgelegenen Stand der Technik beweisen die Neuheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und die Unbekanntheit des Einflusses der kennzeichnenden Merkmale auf die Erzielung eines neuen technischen Ergebnisses beweist die Erfüllung des Patentfähigkeitskriteriums der erfinderischen Tätigkeit. Nicht aus dem Stand der Technik bekannt ist insbesondere der Einfluss der Anordnung der zylindrischen Trennwände in Flotationsanlagen und der erfindungsgemäßen Anordnung der Belüfter auf die Erzielung des erfindungsgemäßen technischen Ergebnisses, das in der Erhöhung des Trennungsgrads der Nano- und Mikropartikel aufgrund der Abscheidung der großen Blasen beim Flotationsprozess und der Erzeugung einer hohen Schicht kleinblasigen bewässerten Schaums, in der die Bedingungen für ein spontanes Auswaschen der hydrophilen Nano- und Mikropartikel nach unten in das Kammerprodukt geschaffen werden, besteht.The differences with the closest prior art prove the novelty of the device according to the invention, and the unknownness of the influence of the characterizing features on the achievement of a new technical result proves the fulfillment of the patentability criterion of the inventive step. The influence of the arrangement of the cylindrical dividing walls in flotation plants and the arrangement of the aerators according to the invention for achieving the technical result according to the invention, which results in increasing the degree of separation of the nano- and microparticles due to the deposition of the large bubbles during the process, is not known from the prior art Flotation process and the generation of a high layer of small bubble irrigated foam, in which the conditions for a spontaneous leaching of the hydrophilic nano- and microparticles are created down into the chamber product exists.

Die Erfindung wird durch die grafischen Materialien erläutert.The invention is explained by the graphic materials.

1 zeigt schematisch die Vorrichtung zur flotativen Trennung einer Mischung von Nano- und Mikrostrukturen in einem Schnitt entlang der Symmetrieachse. 1 schematically shows the device for the flotative separation of a mixture of nano and microstructures in a section along the axis of symmetry.

2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung. 2 schematically shows a plan view of the device according to the invention.

3 zeigt schematisch die Bewegung der Trübe in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (in einem Schnitt entlang der Symmetrieachse) beim Prozess der flotativen Trennung der Mischung von Nano- und Mikropartikeln. 3 schematically shows the movement of the pulp in the device according to the invention (in a section along the axis of symmetry) in the process of flotative separation of the mixture of nano- and microparticles.

4 zeigt schematisch die Bewegung der Trübe in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Draufsicht). 4 shows schematically the movement of the pulp in the device according to the invention (top view).

5 ist eine Fotografie des Schaumprodukts mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen bei einer mittleren Dicke der Nanoröhrchen von 100 nm, die mit einem Rasterelektronenmikroskop JEOL JIB-Z4500 gemacht wurde. 5 FIG. 4 is a photograph of the carbon nanotube foam product with an average nanotube thickness of 100 nm taken with a JEOL JIB-Z4500 Scanning Electron Microscope.

6 ist eine Fotografie des Kammerprodukts mit SiO₂-Nanokugeln mit einem mittleren Durchmesser von 100 nm, die mit einem Rasterelektronenmikroskop JEOL JIB-Z4500 gemacht wurde. 6 Fig. 10 is a photograph of the chamber product with SiO ₂ nanospheres of a mean diameter of 100 nm taken with a JEOL JIB-Z4500 scanning electron microscope.

Die Vorrichtung zur flotativen Trennung einer Mischung von Nano- und Mikrostrukturen umfasst (1, 2) ein konisches Gehäuse 1, eine ringförmige schräge Rinne 2 zum Sammeln des Schaumprodukts, einen Stutzen zum Auslass des Kammerprodukts 3, der im unteren Teil des konischen Gehäuses 1 angeordnet ist, Belüfter 4 mit Stutzen für die Zufuhr von Trübe 5 und Luft 6. Das konische Gehäuse 1 ist durch höhenverstellbare zylindrische Trennwände 7 und 8 unterteilt, deren Symmetrieachsen mit der Symmetrieachse des konischen Gehäuses 1 zusammenfallen. Dabei ist wenigstens die äußere zylindrische Trennwand 8 höher als der Rand der Überlaufschwelle angeordnet, und dementsprechend höher als die Schaumschicht, die im zentralen Teil der Vorrichtung erzeugt und von dieser Trennwand begrenzt wird. Dabei sind die Belüfter 4 mit den Stutzen für die Zufuhr von Trübe 5 und Luft 6 in dem konischen Gehäuse 1 gleichmäßig am Umfang seiner Oberfläche angeordnet. Als Belüfter 4 werden Schall-Pneumohydraulik- und/oder Strahl-Belüfter verwendet. Dabei sind die Düsen 9 der Schall-Pneumohydraulik- und/oder Strahl-Belüfter 4 nach unten entlang der Oberfläche des Konus des Gehäuses 1 und in einem spitzen Winkel zu der Kegelmantellinie des Gehäuses 1 ausgerichtet. Das konische Gehäuse 1 ist am Umfang des oberen Rands mit einer Überlaufschwelle 10 und mit einem Stutzen 11 zum Auslass des Schaumprodukts versehen.The apparatus for flotatively separating a mixture of nano- and microstructures comprises ( 1 . 2 ) a conical housing 1 , an annular sloping channel 2 for collecting the foam product, a nozzle to the outlet of the chamber product 3 in the lower part of the conical housing 1 is arranged aerator 4 with nozzle for the supply of pulp 5 and air 6 , The conical housing 1 is by height-adjustable cylindrical partitions 7 and 8th divided, whose axes of symmetry with the axis of symmetry of the conical housing 1 coincide. At least the outer cylindrical partition wall is 8th arranged higher than the edge of the overflow threshold, and accordingly higher than the foam layer which is generated in the central part of the device and bounded by this partition wall. Here are the aerators 4 with the nozzles for the supply of pulp 5 and air 6 in the conical casing 1 evenly arranged on the circumference of its surface. As an aerator 4 Sound-pneumohydraulic and / or jet aerators are used. Here are the nozzles 9 the sound pneumohydraulic and / or jet aerator 4 down along the surface of the cone of the housing 1 and at an acute angle to the cone shroud line of the housing 1 aligned. The conical housing 1 is at the periphery of the upper edge with an overflow threshold 10 and with a neck 11 provided to the outlet of the foam product.

Die Vorrichtung funktioniert wie folgt:
Die Ausgangstrübe der Mischung von Nano- und Mikropartikeln, die mit Sammlern, Drückern und Schäumern konditioniert wurde, wird in Strahl/Pneumohydraulik-Belüfter 4 gegeben, deren Düsen 9 entlang der Wand der konischen Oberfläche des Gehäuses 1 in das Untere der Vorrichtung und in einem spitzen Winkel zu der Kegelmantellinie des Gehäuses 1 ausgerichtet sind.The device works as follows:
The output pulp of the mixture of nano- and microparticles conditioned with collectors, pushers and frothers is blasted in jet / pneumohydraulic aerators 4 given, whose nozzles 9 along the wall of the conical surface of the housing 1 into the bottom of the device and at an acute angle to the cone shroud line of the housing 1 are aligned.

Die Arbeitsweise der Schall-Strahl/Pneumohydraulik-Belüfter 4, der Verbrauch an Trübe, Luft/Gas, der Druck und die Frequenz der Schall- und/oder Vibrationseinwirkung sowie die Geometrie der Elemente der Belüfter 4 werden so gewählt, dass die Ausgangs-Blasen ein System von Blasen in Nano- und Mikrogrößen bilden, die ähnlich in der Größe sind oder eine gewünschte Polydispersität haben. Die Geometrie der Strahl/Pneumohydraulik-Belüfter 4 wird so gewählt, dass die Kammer, in die die Luft (das Gas) gegeben wird, eine Resonanzkammer einer gasdynamischen Pfeife ist und/oder der Belüfter 4 durch eine beliebige elektrodynamische Schallvorrichtung beschallt wird. Unter Resonanzeinwirkung stößt der Strahl von Trübe/Flüssigkeit Blasen von beliebiger geforderter Größe in den Hohlraum der Vorrichtung aus, von einem monodispersen bis zu einem polydispersen System.The operation of the sonic jet / pneumohydraulic aerators 4 , the consumption of turbidity, air / gas, the pressure and the frequency of the sound and / or vibration effect as well as the geometry of the elements of the aerators 4 are chosen so that the starting bubbles form a system of bubbles in nano and micro sizes that are similar in size or have a desired polydispersity. The geometry of the jet / pneumohydraulic aerators 4 is chosen so that the chamber into which the air (the gas) is given is a resonance chamber of a gas-dynamic pipe and / or the aerator 4 is sonicated by any electrodynamic sound device. Under the effect of resonance, the cloud of slurry / liquid ejects bubbles of any required size into the cavity of the device, from a monodisperse to a polydisperse system.

Die belüftete Trübe gelangt in den zentralen Teil des Gehäuses 1, in dem ein Teil der hydrophilen Partikel in das Kammerprodukt sedimentiert, während ein Teil der Partikel (hydrophile und hydrophobe) in den oberen Teil des zentralen Teils des Gehäuses 1 übertritt, der von der zylindrischen Trennwand 7 begrenzt ist, und in die ringförmige Kammer übertritt, die von den zylindrischen Trennwänden 7 und 8 begrenzt ist und in der eine kleine Schaumschicht erzeugt wird, in der eine erste Separation der Partikel nach ihren Eigenschaften geschieht. Aufgrund der (vertikalen und horizontalen) Wirbel in der ringförmigen Kammer, die von den zylindrischen Trennwänden 7 und 8 begrenzt wird, geschieht eine Separation der mit mineralischen Partikeln geladenen und ungeladenen Blasen. Die kleineren (geladenen und ungeladenen) Blasen bewegen sich in die ringförmige Kammer, die von der konischen Wand des Gehäuses 1 und der zylindrischen Trennwand 8 begrenzt ist. In diesem Teil der Vorrichtung werden Wirbel (ein vertikaler und ein horizontaler) erzeugt, die die Flotationskomplexe und die Blasen nach Größe und Auftrieb separieren. Die kleineren Blasen und Flotationskomplexe bewegen sich zu der konischen Oberfläche des Gehäuses 1 nahe der Überlaufschwelle 10. In der ringförmigen Kammer vor der Überlaufschwelle 10, die von den äußeren Wänden des Gehäuses 1 und der zylindrischen Trennwand 8 begrenzt wird, wird die größte Höhe der Schaumschicht gebildet, in der die weitere Separation der Flotationskomplexe geschieht. Der in dieser Kammer erzeugte Schaum wird am stärksten bewässert, da die Blasen, die nahe an Nano- und Mikrogröße sind, weniger zum Zusammenkleben (Koaleszenz) neigen und sogar der Brownschen Bewegung unterworfen sind, was die Bildung einer hohen, bewässerten, beweglichen Schaumschicht ermöglicht. Blasen mit geringer Polydispersität (vereinzelte Blasen) werden in den bewässerten Schaum gepackt – die Räume zwischen den vereinzelten Blasen werden nicht mit anderen Blasen gefüllt, und daher wird er stärker mit einem abfallenden Wasserstrom in den Kanälen zwischen den Blasen bewässert. In der hohen Schicht von bewässertem Schaum werden die hydrophilen Partikel entlang der Kanäle zwischen den Blasen in das Untere der Vorrichtung ausgewaschen, und für diesen Schaum ist keine Benetzung mit Spülungswasser erforderlich. Eine zusätzliche Benetzung mit Spülungswasser bedeutet zusätzlichen Energieaufwand und einen überflüssigen Vorgang beim Flotationsprozess. Die am wenigsten hydrophoben und hydrophilen Partikel werden durch den abfallenden Flüssigkeitsstrom zwischen den Blasen des Schaums von den Blasen weggerissen. Große Blasen und Flotationskomplexe in der Schicht unter dem Schaum, die einen starken Luftwiderstand haben, werden von dem Trübestrom in das Untere der Vorrichtung ausgewaschen.The aerated pulp enters the central part of the housing 1 in which a portion of the hydrophilic particles are sedimented into the chamber product, while a portion of the particles (hydrophilic and hydrophobic) in the upper part of the central part of the housing 1 passes, that of the cylindrical partition 7 is limited, and in the annular chamber, which differs from the cylindrical partitions 7 and 8th is limited and in which a small foam layer is generated, in which a first separation of the particles is done according to their properties. Due to the (vertical and horizontal) vortex in the annular chamber, which is separated from the cylindrical partitions 7 and 8th is limited, a separation of charged with mineral particles and uncharged bubbles happens. The smaller (charged and uncharged) bubbles move into the annular chamber, away from the conical wall of the housing 1 and the cylindrical partition 8th is limited. In this part of the device, vortices (one vertical and one horizontal) are created which separate the flotation complexes and the bubbles in size and buoyancy. The smaller bubbles and flotation complexes move to the conical surface of the housing 1 near the overflow threshold 10 , In the annular chamber in front of the overflow threshold 10 coming from the outer walls of the housing 1 and the cylindrical partition 8th is limited, the largest height of the foam layer is formed, in which the further separation of the flotation complexes is done. The foam produced in this chamber is most heavily watered because the bubbles, which are close to nano- and micro-size, are less prone to coalescence and even undergo Brownian motion, allowing the formation of a high, irrigated, mobile foam layer , Bubbles of low polydispersity (singular bubbles) are packed in the irrigated foam - the spaces between the singulated bubbles are not filled with other bubbles, and therefore, it is more heavily watered with a descending stream of water in the channels between the bubbles. In the high layer of irrigated foam, the hydrophilic particles are washed out along the channels between the bubbles into the bottom of the device, and no wetting with flushing water is required for this foam. An additional wetting with rinse water means additional energy expenditure and a redundant process during the flotation process. The least hydrophobic and hydrophilic particles are torn away from the bubbles by the falling liquid flow between the bubbles of the foam. Large bubbles and flotation complexes in the layer under the foam, which have a strong air resistance, are washed out of the turbidity stream into the bottom of the device.

Beispiel einer flotativen Trennung einer Mischung aus Nano- und MikropartikelnExample of a flotative separation of a mixture of nano- and microparticles

Es wurde eine Flotation von 2 kg Pulver, das eine Mischung aus Nano- und Mikro-Kohlenstoff-Partikeln (Kohlenstoff-Nanoröhrchen, amorpher Kohlenstoff) sowie Nano- und Mikro-Kieselerde-Partikeln (SiO₂-Kugeln, Quarzsand) enthielt, mit einem Nebelsystem von Blasen durchgeführt, wobei eine hohe Schicht (mehr als 15 cm) bewässerten Schaums vor einer Überlaufschwelle erzeugt wurde, in einem Labortestexemplar der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Volumen von 20 l. Bei folgendem Verbrauch von Reagenzien: 15 ml/l Kiefernöl, 2 g/kg Kerosin, 2 g/kg Flüssigglas, betrug der Extrakt von Kohlenstoff-Nano- und Mikropartikeln in dem Schaumprodukt 85–97% (5) und von Kieselerde in dem Kammerprodukt 85–97% (6).A flotation of 2 kg of powder containing a mixture of nano- and micro-carbon particles (carbon nanotubes, amorphous carbon) and nano- and micro-silica particles (SiO ₂ balls, quartz sand) was combined with a Bubble system carried out by blowing, wherein a high layer (more than 15 cm) of irrigated foam was generated before an overflow threshold, in a laboratory sample copy of the device according to the invention with a volume of 20 l. With the following consumption of reagents: 15 ml / l pine oil, 2 g / kg kerosene, 2 g / kg liquid glass, the extract of carbon nanoparticles and microparticles in the foam product was 85-97% ( 5 ) and of silica in the chamber product 85-97% ( 6 ).

Unter denselben Bedingungen betrug bei der Flotation in einer Laborvorrichtung nach dem nächstgelegenen Stand der Technik bei der Zufuhr von Trübe mit Luft von oben – bei einem polydispersen System von Ausgangs-Blasen, die den Belüfter verlassen – der Extrakt von Kohlenstoff-Nano- und Mikropartikeln in dem Schaumprodukt 60–72% und von Kieselerde-Nano- und Mikropartikeln in dem Kammerprodukt 60–72%. Die Höhe der Schaumschicht betrug 5 cm.Under the same conditions, in the flotation in a laboratory apparatus after the closest prior art in the supply of pulp with air from above - in a polydisperse system of starting bubbles leaving the aerator - the extract of carbon nano- and microparticles in the foam product 60-72% and of silica-nano- and microparticles in the chamber product 60-72%. The height of the foam layer was 5 cm.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims

A device for flotatively separating a mixture of nano and microstructures comprising a conical housing, an annular slanted channel for collecting a foam product, a spout to the outlet of a chamber product in the lower part of the cone and aerators with nozzles for the supply of slurry and air, characterized in that the conical housing is subdivided by height-adjustable cylindrical partitions whose axes of symmetry coincide with the axis of symmetry of the conical housing, wherein at least the outer cylindrical partition is located higher than an edge of an overflow sill, the aerators communicating with the nozzles for the supply of pulp and air in the housing are arranged uniformly on the circumference of a surface of the housing.

Apparatus according to claim 1, characterized in that are used as aerators Schall-pneumohydraulic and / or jet aerator.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that nozzles of the acoustic pneumohydraulic and / or jet aerators are aligned downwardly along the surface of the cone of the housing and at an acute angle to a cone surface line of the housing.