DE2659230B2

DE2659230B2 - Flotationszelle

Info

Publication number: DE2659230B2
Application number: DE2659230A
Authority: DE
Inventors: Aarno Iisakki Dipl.-Ing. Ulvila Kalliokoski; Kaarlo Matti Juhani Dipl.- Ing. Vanha-Ulvila Saari
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1976-01-13
Filing date: 1976-12-28
Publication date: 1978-09-28
Also published as: SE420575B; US4075089A; SE7700264L; DE2659230A1; FI52028B; CA1066437A; FI52028C; GB1514143A; DE2659230C3; FR2338083B1; FR2338083A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flotationszelle mit einem oder mehreren Schaumüberläufen und mit einem Rotor-Stator-System, bei dem sich der Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator in Rotordrehrichtung gesehen verändert.

Die Flotation findet allgemein u. a. in der Mineralanreicherungstechnik zum Trennen der Nutzminerale vom tauben Gestein und bei der Altpapier-Aufbereitung zum Trennen der Druckfarbstoffe vom Papierfaserstoff Verwendung. Die Flotationstechnik basiert auf der natürlichen oder durch Chemikalien künstlich herbeigeführten selektiven Oberflächeneigenschaft des feingemahlenen, in einer Flüssigkeit verteilten Mineral- oder sonstigen Feststoffs, sich an Gasblasen, gewöhnlich an Luftblasen, anzuheften, während die übrigen Gemengeteile diese Eigenschaft nicht aufweisen.

Die Flotation erfolgt gewöhnlich in einer sogenannten Flotationszelle, der die Aufgabe zukommt, Gas-Flüssigkeits-Grenzflächen zu erzeugen, die Gemengeteile (Körner) mit den Grenzflächen, d. h mit den Blasen, in Berührung zu bringen sowie die gewünschten Gemengeteile von den unerwünschten zu trennen. Bei den herkömmlichen Zellen erfolgt die Schaumabfuhr durch besondere Schaumabstreifer oder bei sehr dicker Schaumschicht auf Grund der Schwerkraft über einen Schaumüberlauf.

Bei den am häufigsten verwendeten Flotationszellen erfolgen das Zerteilen von Luft zu kleinen Luftblasen in der Flotte und das Mischen (Rühren) der Flotte mit Hilfe eines um eine Vertikalachse rotierenden Rotors. Die Luft wird entweder über die Rotorwelle und den Rotor oder über separate Lufteinblasdüsen zugeführt. Der Rotor und der diesen umgebende Stator sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei sich in dem mit dem Stator-Rotor-System konzentrischen Mischbehälter (Flotationszelle) eine labile Strömung ergibt und die Mischströme an verschiedenen Stellen an die Oberfläche treten, so daß die Oberflächenströniung koine bestimmte Richtung aufweist. Bei gewissen Zellenbauarten hat man versucht, die Strömung durch Leitbleche zu lenken.

So ist bei einer dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechenden Flotationszelle, die in der US-PS 33 78 141 beschrieben ist, der aus Leitblechen bestehende Stator vorgesehen, um das der durch den sich drehenden Rotor umgewälzten Flotte zunächst erteilte Drehmoment mit vertikaler Momentenachsc zu entziehen, und diese Flotte am Boden des Zellengehäuses im wesentlichen radial nach außen abzuleiten. An den Zellenwänden wird dann die Flotte nach oben abgelenkt

2") und strömt nach Erreichen der Flüssigkeitsoberfläche wieder radial einwärts zur Rotorachse hin; dort ist die Strömung der Flotte senkrecht nach unten gerichtet, so daß sich insgesamt in der bekannten Flotationszelle eine im wesentlichen zur Rotorachse symmetrische, an der

jo Oberfläche der Flotte zur Achse hin gerichtete Strömung ergibt. Bei einer derartigen, einen Torusmantel ausbildenden Strömung wird dem Schaum keinerlei resultierende Bewegung in Richtung auf den Schaumüberlauf hin erteilt, vielmehr gleichen sich die zu beiden

;-> Seiten der Rotorachse auf den Schaum einwirkenden, entgegengesetzt gerichteten Kräfte aus.

Eine zum Schaumüberlauf hin gerichtete Kraft wird allenfalls durch eine schräge Hinterwand gegenüber dem Schaumüberlauf erteilt, wobei allerdings diese

■10 Kraft kaum ausreicht, den Schaum über den Überlauf hinweg zu fördern, weil zusätzlich noch ein direkt auf den Schaum einwirkender Schrapper vorgesehen ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flotationszelle der eingangs erwähnten

ι■) bekannten Gattung so zu verbessern, daß unterhalb der Flottenoberfläche eine im wesentlichen horizontale, gerichtete Strömung erzeugt wird, die sich aufgrund der Anordnung des Rotor-Stator-Systems in dem Zellengehäuse in einer ebenfalls gerichteten Oberflächenströ-

■)() mung fortsetzt, so daß der Schaum mit dieser Oberflächenströmung zum Schaumüberlauf hin transportiert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Spalterweiterung und damit der Saugsektor des

->-) Rotor-Stator-Systems auf der Seite des Schaurnüberlaufs, die Spaltverengung und damit der Drucksektor auf der jeweils vom Schaumüberlauf abgewandten Seite der Zelle angeordnet sind.

Durch die gerichtete Oberflächenströmung in der

Mi Flotte wird eine von Turbulenzen freie Schaumfläche erhalten, so daß diese nicht erneut in unerwünschter Weise mit der Flotte vermischt wird. Der eigentliche Mischvorgang erfolgt praktisch ausschließlich im Bereich des Rotor-Stator-Systems, d. h. am Boden der

b". Flotationszelle, während die Oberflächenströmung, die den Schaum zur Überlaiifkante transportieren soll, nur zu dieser Kante hin gerichtet ist. Es sind somit weder Schaumabstreifer noch Leitbleche erforderlich. Die

Flotten- bzw. Schaumoberfläche zeigt eine viel geringere Wirbelbildung als bei bekannten Flotationszellen.

Stator und Rotor können im Hinblick auf die Pumpwirkung in wesentlichem Ausmaß exzentrisch zueinander angeordnet sein. Mit zunehmender Exzentrizität wird auch der gewünschte richtungsbestimmte Oberflächenströmungseffekt verstärkt. Bei der Flotationszelle mit Schaumabgang an zwei Seiten kann der Stator so oval geformt sein, daß die Aufsteigströmung an den Zellenstirnseiten stattfindet und der Schaum über beide Überlaufkanten abfließen kann. Leitbleche sind auch hierbei nicht erforderlich.

Durch den so entwickelten, gerichteten Pumpeffekt erhält die Oberflächenströmung die gewünschte Richtung. Nach den allgemein bekannten Mischungs- und Pump-Berechnungsformeln läßt sich bei gleichzeitig geringer Wirbelbildung an der Oberfläche in der Flotte ein ausreichender Mischungs- und Luftverteilungseffekt gewährleisten. Zur Aufwärtsströmung zur Oberfläche hin kommt es im wesentlichen nur an der Rückwand oder, bei Flotationszeilen mit zweiseitiger Schaumabfuhr, an den Stirnwänden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 einen horizontalen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. la bis Ic Schnitte entlang den Linien A-A, B-B und C-Cin F i g. I₁

F i g. 2 die Flotationszelle gemäß F i g. 1 in Draufsicht,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform im horizontalen Schnitt,

Fig.3a bis 3c Schnitte entlang den Linien A-A, B-B und C-Cin F i g. 3,

F i g. 4 die Flotationszelle gemäß F i g. 3 in Draufsicht.

Die Flotationszellen enthalten selbstverständlich Einrichtungen zum Einspeisen der Flotte in die Flotationszelle und zum Ableiten des »Durchgangs«, d. h. der erwünschten Gemengeteile; auf die Darstellung derselben wurde jedoch in den Zeichnungen verzichtet. Die Strömungs- und Drehrichtungen sind durch Pfeile angegeben.

Bei den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen wurde einander entsprechenden Teilen jeweils die gleiche Bezugszahl zugeordnet. Somit bedeutet 1 die Flotationszelle, welche Stirnwände 4, eine Vorder- und Hinterwand 5 sowie einen Boden 8 aufweist, welche zusammen ein nach oben offenes Zellengehäuse begrenzen, in welches die zu behandelnde Flotte eingespeist und aus welche die gewünschten Gemengeteile (Nutzstoffe) dadurch abgeführt werden, daß man den Flottespiegel im wesentlichen in Höhe eines Schaumüberlaufes 6 hält, so daß der Schaum 7 durch die Wirkung der Oberflächenströmung der Flotte über den Rand 6 geschoben wird.

In der Flotationszelle 1 befindet sich ferner ein um seine Vertikalachse laufender Rotor 3, der von einem am Boden 8 der Flotationszelle 1 befestigten Stator 2 umgeben ist, der im Querschnitt runde (Fig. 1), ovale oder elliptische Form (F i g. 3) haben kann.

Der zum Stator 2 exzentrisch angeordnete Rotor 3 arbeitet nach dem Prinzip einer Kreiselpumpe, wobei diese Pumpwirkung in folgender Weise ausgenutzt werden kann:

Verfolgt man den Punkt Pam Umfang des Rotors 3, wenn letzterer sich im Inneren des Stators 2 dreht (Fig. 1), so setzt sich der Punkt P an der Stelle in Bewegung, an der der Abstand zwischen Stator 2 und Rotor 3 am kleinsten ist, und entfernt sich während der Drehbewegung des Rotors 3 mit zunehmender Spaltweite immer mehr vom Stator 2. Dabei entsteht eine Saugwirkung, durch welche die Flotte und Luft mit erhöhter Intensität in den Spalt zwischen Rotor 3 und Stator 2 strömen.

Die größte Spaltweite wird erreicht, wenn der Punkt P eine Drehbewegung von 180°, gerechnet von seiner Ausgangsstellung, vollführt hat. Danach nimmt die

lü Spaltweite wieder ab, und der Punkt P nähert sich der Innenseite (-fläche) des Stators 2. Infolge der dabei auf die mit Luft vermengte Flotte ausgeübten Preßwirkung fließt diese wie bei einer Kreiselpumpe zwischen den Statorblechen hindurch nach außen in den Bereich 180—360°, gerechnet von der Ausgangssituation, bis nach einer vollen Umdrehung von 360° wieder die Ausgangsstellung erreicht ist, bei welcher der Spalt am kleinsten ist und der Punkt P des Umfangs des Rotors 3 den geringsten Abstand von der Innenseite des Stators 2 hat. Dieser Ablauf wiederholt sich bei laufendem Rotor 3 ständig. Der aus dem Rotor 2 austretende, mit Luftbläschen vermischte Flottestrom stößt beim Weiterfließen schließlich auf die Wand 5 der Flotationszelle und steigt längs der Wand an die Oberfläche. Da es sich um eine kontinuierliche Strömung handelt, läuft der an die Oberfläche aufgestiegene Strom an der Oberfläche zur entgegengesetzten Seite hin, wohin auch der Schaum 7 transportiert und dort über den Schaumüberlauf 6 gestoßen wird, während die Flotte

jo nach unten zur Hauptsaugseite des Rotors 3 strömt. Läuft der Rotor 3 in entgegengesetzter Richtung, so erhält auch die Oberflächenströmung entgegengesetzte Richtung und die Schaumabfuhr erfolgt entsprechend an der entgegengesetzten Seite. Weiter besteht auch die

ι; Möglichkeit, bei Änderung der Rotordrehrichtung die kleinste Spaltweite auf der zur ursprünglichen Stellung entgegengesetzten Seite (180°) anzuordnen, wobei dann der Oberflächenstrom weiterhin in der ursprünglichen Richtung, d. h. zum Schaumüberlauf 6 hin fließt.

-in Bei der Flotationszelle mit zweiseitigem Schaumabfluß (Fig. 2) wird ein im Querschnitt ovaler oder elliptischer Stator 2 verwendet, wobei dann pro Umdrehung des Rotors 3 jeweils zweimal der Pumpeffekt und die Exzentrizität erreicht werden. Der

■π aus dem Stator 2 austretende, mit Luftblasen vermengte Flottestrom fließt zu den Stirnwänden 4 der Zelle 1 hin und wird an diesen nach oben und zur Seite gelenkt, so daß die Oberflächenströme schließlich zu den Schaumüberläufen 6 hin fließen. An den Schaumüberläufen 6

■ίο wird der Schaum 7 über den Rand geschoben, während die Trübe nach unten zur Saugseite des Rotor-Stator-Systems hin fließt.

Vergleicht man die Ergebnisse der mit der erfindungsgemäßen Flotationszelle durchgeführten Flctationsver-

■")"> suche (Tab. 1 und 2) an den mit einer herkömmlichen Flotationszelle erzielten Resultaten, so stellt man fest, daß die erfindungsgemäße Flotationszelle Konzentrat mit höherem Ni-Gehalt und Altpapier-Faserstoff von höherem Weißgrad liefert, d. h. eine bessere Selektivität

w) als die konventionelle Flotationszelle gewährleistet. Außerdem fließt bei der erfindungsgemäßen Flotationszelle der Schaum von selbst ab, während er bei der herkömmlichen Flotationszelle mit einem Schaumabstreifer abgestreift werden muß. Bei Flotatioiiszellen

Hi mit zweiseitigem SchaumabfluD kann der (runde) Stator in vertikaler Richtung aufgeschnitten und durch Einsetzen von Zwischenstücken zu einem ovalen Stator umgebaut werden.

5 6

Tabelle 1 Tabelle 2

Mit Hitura-Nickelerz durchgeführter Flotationsversuch Flotationsversuch zur Entfärbung von Altpapier

% Ni ■' Weißgrad, Scan-%

Eintrag Konzen- Aus- Eintrag Entfärbter

trat beute Faserstoff

Exzentrischer Rotor 0,356 4,2 59,5 Exzentrischer Rotor 48,5 57,1

Konzentrischer Rotor 0,356 4,0 59,5 ¹⁰ Konzentrischer Rotor 48,5 55,4

Die Versuchsbedingungen waren bei beiden Vorrich- Die Versuchsbedingungen waren bei beiden Vor-

tungen genau gleich. richtungen genau gleich.

Hierzu 2 Blatt Zeicliiunmen

Claims

Patentansprüche:

1. Flotationszelle mit einem oder mehreren Schaumüberläufen und mit einem Rotor-Stator-Systern, bei dem sich der Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator in Rotordrehrichtung gesehen verändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalterweiterung und damit der Saugsektor des Rotor-Stator-Systems (2, 3) auf der Seite des Schaurnüberlaufs (6) und die Spaltverengung und damit der Drucksektor auf der jeweils vom Schaumüberlauf abgewandten Seite der Zelle (1) angeordnet sind.

2. Flotationszelle nach Anspruch 1, dadurch |-, gekennzeichnet, daß der Rotor (3) und der Stator (2) exzentrisch zueinander angeordnet sind.

3. Flotationszelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) im Querschnitt oval oder elliptisch ausgebildet ist.

4. Flotationszelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Rotor (3) konzentrisch zum Zellengehäuse (4,5,6) angeordnet ist.

5. Flotationszelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Stator (2) konzentrisch zum Zellengehäuse (4,5,6) angeordnet ist.