DE2635831A1 - Flotationsapparat fuer flotation durch mechanische bewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flotationsapparat für Flotation durch mechanische Bewegung.

Bekanntlich ist Flotation ein Verfahren zur Sortierung feingemahlener Teile, das zur Konzentration von Mineralen, Kohlenschlamm, usw. verwendet wird. Die Flotation erfolgt dabei in Behältern, an deren Boden die Pulpe oder Trübe ankommt, d.h. eine Mischung aus Wasser und dem zu behandelnden Produkt, im allgemeinen versetzt mit einem Schaumbildner und verschiedenen anderen Produkten.

Seit langem erfolgt das Verfahren auf statische Weise dadurch, daß durch die Flotationsbehälter ein Gas hindurch-

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geführt wird, dessen Blasen beim Durchtritt durch die Trübe die Mineralteilchen sammeln und sie zur Oberfläche bringen, an der der Schaum wiedergewonnen werden kann. Der Wirkungsgrad dieses Verfahrens ist im allgemeinen sehr gering wegen der schlechten Diffusion der Reagenzien und des Gases und infolge der Sedimentation der Trübe, die durch deren unzureichende Bewegung beim Durchtritt des Gases hervorgerufen ist.

Dieses Verfahren wurde mittels mechanischer Bewegung verbessert, die eine Belüftung durch Kavitation sicherstellt. Trotz Erhöhung der Behandlungskosten infolge der Verwendung von Rührwerken und des notwendigen erheblichen Energieverbrauchs sind die unter diesen Bedingungen erhaltenen Wirkungsgrade so, daß nahezu stets diese dynamische Flotation verwendet wird.

Dazu wurden bereits verschiedene mechanische Rührwerke angegeben und verwendet. Eines der zufriedenstellendsten ist in der PR-PS 1 200 365 beschrieben. Gemäß einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel besteht dieses Rührwerk aus zwei Balken-Ebenen, deren Balken regelmäßig längs den Erzeugenden oder Mantelflächen zweier einander gegenüberliegender koaxialer Kegelstümpfe angeordnet sind. An ihren Enden sind die Balken an kreisförmigen Sockeln befestigt, deren mindestens einer gelocht ist zur Umwälzung der zu behandelnden Trübe. Schließlich wird bei diesem Rührwerk das zur Flotation notwendige Gas am Oberteil einer axialen oder mittigen hohlen Nabe zugeführt, die die kreisförmigen Sockel verbindet und die an ihrem Unterende mit Austritten versehen ist, die das Entweichen des Gases zur Trübe während der Behandlung ermöglichen. Diese Austritte sind einerseits durch eine an der Basis der Nabe vorge-

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sehene mittige öffnung und andererseits durch an deren Seitenfläche angeordnete vertikale Aussparungen oder Schlitze gebildet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad eines derartigen Flotationsapparats ohne Erhöhung des Energieverbrauchs zu verbessern. Dabei soll von dem erläuterten Rührwerk ausgegangen werden und der geschaffene Flotationsapparat robust und billig sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Flotations-RUhrwerk mit" sich kreuzenden Balken der erläuterten Art außerdem einen vollwandigen und nach unten offenen kegeistumpfförmigen Trichter aufweist, der zwischen den Balken und der axialen hohlen Nabe angeordnet ist, der koaxial zu dieser ist und der mittels seiner kleinen Basis an der mittigen Achse oder Nabe des Rührwerks befestigt ist.

Vorzugsweise ist der kegelstumpfförmige Trichter nach oben durch eine Zylinderhülse verlängert und ist letztere formschlüssig mit der mittigen Achse des Rührwerks verbunden. Dabei ist es weiter vorteilhaft, wenn der kegelstumpfförmige Trichter und die ihn verlängernde Zylinderhülse aus einem einzigen Stück gefertigt sind.

Die durch den -kegelstumpfförmigen Trichter und die Zylinderhülse gebildete Anordnung kann, wie im folgenden aus EinfachheitsgrUnden geschehen, als Luft-Konusdeflektor bezeichnet werden, wie sich aus folgendem ergibt.

Die Abmessungen des Luft-Konusdeflektors und seine Lage gegenüber dem Kreuzbalken-Rührwerk hängen in großem Maße von den Abmessungen des Rührwerks und der Art der zu

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behandelnden Trübe ab.

Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die untere Basis des Luft-Konusdeflektors unterhalb des Kreuzungsbereichs der beiden Balken-Ebenen angeordnet ist, mit denen das Rührwerk versehen ist.

Schließlich kann auch angegeben werden, daß die untere Basis des Luft-Konusdeflektors vorteilhaft über den Schlitzen/angeordnet ist, die in der mittigen Nabe des Kreuzbalken-Rührwerks angebracht sind. Darüber hinaus ist diese untere Basis vorteilhaft auf einem Pegel nahe der unteren Öffnung der mittigen Nabe.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, deren einzige Figur im Längsschnitt ein Rührwerk gemäß der Erfindung zeigt.

Wie sich aus der Figur ergibt, enthält das Rührwerk eine mittige Nabe 1 und zwei Ebenen aus Balken 2, 3, die längs der Erzeugenden zweier gegenüberliegender und koaxialer Kegelstümpfe angeordnet sind. An ihren Enden sind die Balken 2, 3 an ringförmigen Sockeln befestigt, nämlich einem oberen Sockel 4 und einem unteren Sockel 5· Während der obere Sockel 4 aus Vollmaterial besteht, ist der untere Sockel 5 gelocht, d.h. mit (nicht dargestellten) Löchern versehen, die zur Umwälzung der zu behandelnden Trübe vorgesehen sind.

Die mittige Nabe 1 ist an ihrem Oberende mit einer fnicht dargestellten) Zuführung versehen, um ihr Druckluft zuzuführen. An ihrem Unterende enthält sie eine mittige

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oder axiale Öffnung 7 zum Entweichen der Luft. Außerdem enthält sie vier Schlitze 8, die in der Seitenwand angebracht sind und durch die ein Teil der zugeführten Luft ebenfalls entweichen oder austreten kann.

Die Schlitze 8 sind Vertikal-Aussparungen, deren oberste Punkte etwa in halber Höhe der Nabe 1 vorgesehen sind und deren Hohe einstellbar ist, zumindest bei einem Versuchs-Flotationsapparat.

Dieses Rührwerk entspricht, wie erwähnt, einem in der PR-PS 1 200 365 erläuterten Ausführungsbeispiel. Das Flotations-Rührwerk gemäi3 der Erfindung unterscheidet sich dadurch wesentlich durch Anbringen eines Luft-Deflektors 6.

Der erfindungsgemäße Deflektor 6 ist vorzugsweise einstückig oder aus einem einzigen Stück hergestellt und weist im wesentlichen einen oberen Zylinderteil, oder eine Zylinderhülse 6a auf, die an der mittigen Nabe 1 befestigt ist und die sich nach unten um einen kegelstumpfförmigen Teil oder einen Trichter 6b verlängert, der sich zum unteren Sockel 5 des Plotationsapparates aufweitet.

Ein im folgenden angegebenes konkrete Abmessungen aufweisendes zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht die Bestimmung geeigneter Abmessungen zur Erzielung bester Ergebnisse. Jedoch kann bereits angegeben werden, daß vorteilhaft zumindest annähernd eine Anordnung gewählt wird, bei der

a) die (untere) Basis des kegelstumpfförmigen Trichters 6b des Deflektors 6 unterhalb der Kreuzungsebene X

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der beiden Ebenen der Balken 2, 3 ist,

b) diese Basis unterhalb des höchsten Punktes der in der mittigen Nabe 1 angebrachten Schlitze 8 ist, und

c) diese Basin in Höhe eines vertikalen Pegels nahe dem der axialen öffnung J der mittigen Nabe 1 ist.

Zahlenbeispiel

Bei diesem Beispiel wird ein Kreuzbalken-Rührwerk verwendet, der dem in der PR-PS 1 200 365 erläuterten entspricht und dessen Größenverhältnisse im wesentlichen denen der Figur entsprechen, wobei der Außendurchmesser 440 mm und der Durchmesser der mittigen Nabe 1 120 mm beträgt.

Dieses Rührwerk ist in einen Flotations/behälter mit 1 m -Inhalt eingetaucht unc¹ wird von einem Elektromotor mit 315 U/min angetrieben, was einer Umfangsgeschwindigkeit des oberen Sockels K von 7,5 m/s entspricht.

Schließlich ist die mittige Nabe l des Rührwerks am Oberteil mitvDruckminderer verbunden, dessen Vordruck 5*5 bar und dessen Nachdruck 0,1 bar beträgt, wobei die dem Rührwerk zugeführte Luftmenge mittels eines von 500 - 2000 l/min kalibrierten Drehkolbengaszählers (Rotameter) erfaßt wird.

Anschließend wird an diesem Rührwerk, das im folgenden bekanntes Rührwerk genannt wird, ein Luft-Deflektor 6 gemäß der Erfindung befestigt. Die Abmessungen des Deflektors 6 ergeben sich aus folgender Aufstellung.

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A) Zylinderhülse 6a:

Innendurchmesser: 120 mm,

Höhe unter dem pegel der

Schlitze 8: 50 mm,

Höhe über dem Pegel der

Sehlitze 8: beliebig, z.B. 15 mm.

B) Kegelstumpfförmiger Trichter 6b:

Durchmesser an der unteren Basis: 170 mm, Höhe: 40 mm,

Scheitelwinkel des Kegelstumpfs: 60°, Abstand der unteren Basis zum unteren

Pegel der Schlitze 8: 20 mm,

Abstand der unteren Basis zur Ebene X:20mm.

Zur Darstellung der Überlegenheit des erfindungsgemäßen Rührwerks gegenüber dem bekannten Rührwerk werden zwei damit versehene Plotationsapparate verschiedenen Versuchen unterworfen, die im folgenden erläutert sind.

Bei einer ersten Versuchsreihe wird die zum In-Drehung-Setzen der beiden Apparate verbrauchte Energie unter verschiedenen Betriebsbedingungen bestimmt: Zunächst wenn der Flotations^ehälter oder die Flotationszelle leer ist, dann wenn er gefüllt ist, jedoch ohne Luft-Zufuhr und schließlich, wenn bei gefülltem Behälter zur Flotation notwendige Druckluft in die mittige Nabe 1 des Rührwerks zugeführt wird mit verschiedenen Luftmengen zwischen 500 und 2000 l/min.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

	Luftmenge	verbrauchte Leistung [VJh] i	erfindungsge
Behäl	Ll/minJ	ursprüngliches	mäßes Rührwerk
ter		Rührwerk	560
leer	O	560	2150
voll	500	2145	15IO ■
ti	800	1475	1575
!!	1100	136O	~ i
ti	1200	1225	1230 j
It	1500		1210 ;
tt	2000	II80	1130 j
11	1135

Aus der Tabelle 1 ergibt sich deutlich, daß das Rührwerk gemäß der Erfindung nicht mehr Energie als das bekannte Rührwerk verbraucht. Dieses Ergebnis ist

von Bedeutung, da die von Rührwerken verbrauchte Energie die Behandlungskosten von der Flotation unterworfenen Produkten sehr stark belastend beeinflußt.

Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt wird durch die zweite Versuchsreihe besonders deutlich, in der die dem Rührwerk zugeführte Luftmenge bestimmt wird, die der Dispersionsgrenze der zu behandelnden Trübe entspricht. Dieser Wert wird sehr genau durch einfaches Beobachten des Flotationsbehälters mit bloßem Auge bestimmt bzw. geschätzt. Wenn nämlich die Dispersionsgrenze der Trübe erreicht ist, ist das Auftreten von Spritzern oder von Wirbeln an der Wasseroberfläche nahe dem Umfang des Rührwerks feststellbar.

Unter den Versuchsbedingungen wird festgestellt, daß die Dispersionsgrenze, die mit einem Durchsatz von 1000 l/min bei dem bekannten Rührwerk erhalten wird, erst erreicht wird mit 2000 l/min, wenn das erfindungsgemäße Rühr-

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werk verwendet wird.

Dieses Ergebnis ist zweifellos überraschend. Daß nämlich das einfache Anbringen des erfindungsgemäßen Luft-Deflektors die Dispersionsgrenze gegenüber der beim bekannten Rührwerk verdoppelt, ohne den Energieverbrauch zu erhöhen, ist bemerkenswert, unvorhersehbar und läßt sich theoretisch nicht befriedigend erklären.

Das bereits erläuterte Ausführungsbeispiel entspricht der besten Arbeitsweise eines gegebenen Rührwerks und einer bestimmten Menge zu behandelnder Trübe. Die oben genannten numerischen Werte der verschiedenen Parameter des Flotationsapparats sind jedoch nicht kritisch. Um dies zu zeigen, wurden verschiedene Versuche unter Ändern folgender Parameter durchgeführt:

a = Gesamthöhe der Schlitze 8,

b = Durchmesser der axialen öffnung 7,

c = Abstand zwischen der unteren Basis des Luft-Deflektors 6 und der Basis der Schlitze 8,

d = Druck der zugeführten Luft.

Bei jedem Versuch wurde unter gleichen Versuchsbedingungen wie oben die Dispersionsgrenze bestimmt, wie das erläutert worden ist. Die Versuchsergebnisse sind in der TabeH.e2 dargestellt.

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Tabelle 2

Ver such	a [mm]	b [mm]	- c !mm"!	S mbarj	[cm WS j	Disper sionsgrenze [l/min]
1	80	20	20	88,3	90	2000
2	100	26	35	93,2	95	2000
3	100	26	40	78,5	80	l800
4	100	26	30	83,4	85	1900

Aus den in TabeUe 2 wiedergegebenen Ergebnissen ergibt sich, daß die Werte bei den Versuchen 2-4 gleich oder geringfügig geringer sind als die bei dem Versuch 1 der dem
weiter oben erläuterten Beispiel entspricht.

Daraus folgt, daß die den verschiedenen Parameter insgesamt zuzurrdnenden Werte kaum kritisch sind und zahlreiche weitere Versuche haben dies bekräftigt, die in dieser Beschreibung nicht mitaufgenommen worden sind.

Die endgültigen Abmessungen können daher

abhängig vom zu lösenden Problem aufgrund sehr einfach
durchführbarer Versuche ohne weiteres bestimmt werden.

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Claims (9)

1. Ansprüche

   Cu Flotationsapparat für Flotation durch mechanische Bewegung, mit mindestens einem Rührwerk aus zwei Balken-Ebenen, deren Balken regelmäßig längs den Erzeugenden zweier koaxialer, sich gegenüberliegender Kegelstümpfe angeordnet sind, und die an ihren Enden auf kreisförmigen Sockeln befestigt sind, deren mindestens einer gelocht ist, und die durch eine mittige hohle Nabe miteinander verbunden sind, wobei die Nabe am Oberteil eine Druckgas-Zuführung und am Unterteil mindestens eine Gasabführ-öffnung besitzt,

   gekennzeichnet durch

   einen vollwandigen und nach unten offenen kegelstumpfförmigen Trichter (6b), der zwischen den Balken (2, 3) und der axialen hohlen Nabe (l) angeordnet ist, der zu dieser koaxial ist und der mittels seiner kleinen Basis an der hohlen Nabe (1) befestigt ist.
2. 2. Flotationsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Trichter (6b) nach oben um eine Zylinderhülse (6a) verlängert ist, die mit der mittigen Nabe (1) formschlüssig verbunden ist.
3. 3. Flotationsapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ZylinderhUlse (6a) zumindest teilweise die mittige Nabe Cl) umgibt, an der sie direkt formschlüssig angebracht ist.
4. 4. Flotationsapparat nach einem der Ansprüche 1 - 3* dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Trichter (6b) und die Zylinderhülse (6a) aus einem einzigen Stück hergestellt sind.

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5. 5. Flotationsapparat nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Basis des kegelstumpfförmigen Trichters (6b) unterhalb des Kreuzungsbereichs (Ebene X) der Ebenen der Balken (2, 3) angeordnet ist.
6. 6. Flotationsapparat nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Nabe (1) zur Abfuhr des Gases im Unterteil der Seitenwand angebrachte Schlitze (8) aufv/eist.
7. 7. Flotationsapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet., daß die untere Basis des kegelstumpfförmigen Trichters (6b) über dem untersten Punkt der Schlitze (8) angeordnet ist.
8. 8. Flotationsapparat nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Nabe (1) zur Abfuhr des Gases eine in ihrem Unterteil angebrachte axiale öffnung (7) aufweist.
9. 9. Flotationsapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Basis des kegelstumpfförmigen Trichters (6b) im wesentlichen auf dem gleichen Pegel wie die axiale öffnung (7) ist.

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