DE3312070A1

DE3312070A1 - Flotationszelle

Info

Publication number: DE3312070A1
Application number: DE19833312070
Authority: DE
Inventors: Rolf 5901 Wilnsdorf Heep; Harald Dr. 5203 Much Hoffmann; Rainer Dr. 5205 St. Augustin Imhof
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1983-04-02
Filing date: 1983-04-02
Publication date: 1984-10-04
Also published as: ZA842448B

Description

H 83/18

Anlage zum Patentgesuch der
Klöckner-Humboldt-Deutζ
Aktiengesellschaft

vom 30. März 1983

Flotationszelle

Die Erfindung betrifft eine Flotationszelle, bestehend aus einem zylinderförmigen und/oder kegelförmigen Gefäß mit einem oben angeordneten Schaumaustrag und einem unten angeordneten zentralen Austrag für den Rückstand, mit in der Wandung der Zelle angeordneten Zuführungsorganen für die begaste Trübe, deren Begasung mittels Begasungsvorrichtungen außerhalb des Gefäßes erfolgt.

Derartige ^:Flotationszellen werden zur Schaumschwimmaufbereitung von feinkörnigen Stoffen verwendet, wobei die vor der Einströmung begaste, mit Zusatz von organischen beziehungsweise anorganischen Flotationsmitteln konditionierte Trübe im Flotationsgefäß durch die Einströmungsrichtungen der Zuführungsorgane vorbestimmte Bewegungen ausführt. Die ständige Weiterentwicklung von Flotationsanlagen zeigt deutlich, daß bisher noch keine zufriedenstellende Lösung der bei diesem Verfahren auftretenden Probleme gefunden wurde.

Eine Flotationsanlage mit außerhalb des Trenngefäßes stattfindender Begasung der Trübe nach obengenannter Bauart ist aus der DE-OS 31 11 506 bekannt, bei der jedoch lediglich das Prinzip der Schwerkrafttrennung Berücksichtigung findet.

- 4 - KHD.

H 83/18

; Es ist Aufgabe der Erfindung, die bestehenden Unzulänglichkeiten zu überwinden und den Flotationsprozeü

; durch Steigerung der spezifischen Durchsatzleistung und des Trennwirkungsgrades zu optimieren.

: Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ! Begasungsvorrichtungen in den Zuführungsorganen angeordnet sind, wobei die Begasung von außen nach innen in die Trübe.

erfolgt, und wobei die Zuführungsorgane in Einströmungsrichtung der begasten Trübe in Höhen- und/oder : Seitenrichtung verschwenkbar angeordnet sind. Die Begasungsvorrichtungen bestehen aus porösen Körpern, die ! auf kürzester Wegstrecke in Strömungsrichtung der j durchströmenden Trübe gesehen eine Druckbegasung von außen j nach innen in die Trübe ermöglichen, Wobei die Gasbläschen j in radialer" Richtung gesehen nur den Weg des halben

Rohrdurchmessers zurückzulegen brauchen, um jedes j auszuflotierende Partikel in der Trübe zu erreichen.

Hierdurch wird sehr vorteilhaft erreicht, daß unmittelbar vor Einströmung der Trübe in die Flotationszelle eine intensive Gasdispersion und Anlagerung der Partikel an die Gasblä'schen mit hohem Wirkungsgrad erzielt wird, ohne daß es zu einer Koagulation der Gasbläschen in den Zuführungsleitungen der Trübe kommt.

Durch die verschwenkbare Anordnung der Zuführungsorgane kann sehr vorteilhaft jede beliebige Einströmungsrichtung der begasten Trübe, von tangential bis radial, verbunden mit einer vertikalen Richtungskomponente nach oben oder unten, in die Flotationszelle mit einer hinreichenden Einströmungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Die Partikeltrennung im Gefäß erfolgt hierbei in einer Wirbelsenkenströmung der Trübe mit Absinken der Rückstandspartikel auf spiralförmigen Bahnen und über eine Aufströmung der partikeltragenden Bläschen an die Oberfläche der Flotationszelle.

COPV

_ 5 - KHD

H 83/18

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die verschwenkbaren Zuführungsorgane im Bereich der Wandung mit einem Kugelgelenk orier einem ähnlichen beweglichen Verbindungsglied wie zum Beispiel einer Gummimembran versehen sind, und daß die Begasungsvorrichtung in Einströmungsrichtung der Trübe gesehen unmittelbar· vor dem Kugelgelenk angeordnet ist. Durch die Möglichkeit, während des Betriebes stufenlos die Einströmungsrichtungen in radialer, tangentialer und axialer Richtungskomponente verändern zu können, wird sehr vorteilhaft die Einstellung des erforderlichen Zentrifugalanteiles für einen optimalen Trenneffekt in der Trübe erreicht.' Dazu wird die jeweilige Einströmungsrichtung eines Zuführungsorganes der Flotationszelle tangential auf eine imaginäre Kreisbahn gerichtet, deren Radius kleiner ist, als der der Flotationszelle. Dabei werden Rückstandspartikel aus dieser Kreisbahn nach außen in Richtung Wandung der Flotationszelle getragen, wo sie durch Reibung einem Bremseffekt unterliegen und absinken, während die partikelbeladenen Bläschen in diese Kreisbahn einströmen und an die Oberfläche aufsteigen. So werden bei kleinen Abmessungen der Flotationszellen genügende Verweilzeiten der Partikel gewährleistet, die bei reiner Zentrifugalfeldtrennung nicht erreicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die verschwenkbaren Zuführungsorgane in einer Ebene angeordnet sind, die bei einer Flotationszelle mit konischem Oberteil und zylindrischem Unterteil im Bereich der Verbindungsstelle dieser beiden Teile liegt.

Durch diese Maßnahme wird der Flotätionsprozetf besonders begünstigt, da die Bläschen ungestört im konischen Oberteil .an die Trübeober;l;'che aufsteigen können, und die Rückstandspartik:'! nach unten zum Sammler absinken können,

H 83/18

weil ihre Bewegungsrichtungen auseinandergehen und sich nicht überkreuzen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens zwei oder mehrere verschwenkbare· Zuführungsorgane in wenigstens zwei Ebenen .des zylindrischen Unterteiles der Flotationszelle in verschiedene Eins.trömungsrichtungen weisend angeordnet' sind. So kann sehr vorteilhaft der Trenneffekt im Zentrifugalfeld ausgenutzt und gleichzeitig eine zu starke Rotationsbewegung der gesamten Trübe in der Flotationszelle verhindert werden. Durch eine Veränderung der Einströmungsrichtungen und/oder der

EinstrÖmungsgeschwindigkeit der begasten Trübe kann sehr vorteilhaft die. Strömungsmechanik .und "die Verweilzeit, der partikelbel'adenen Bläschen in der Flotationszelle beeinflußt beziehungsweise optimiert werden. Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Variationsmöglichkeiten der Erfindung sind den Zeichnungen zu entnehmen. Es. zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine

erfindungsgemäße Flotationszelle,

Fig. 2 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen

Flotationszelle, entlang der Linie I - I in "Fig. 1,

- - st -

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Zuführungsorgan,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Flotationszelle,

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt einer

Flotationszelle mit einer anderen Möglichkeit der Einströmungsrichtung für die Trübe gemäß Linie II - II in Fig. A.

_ 7 - KHD

H 83/18

Die Flotationszelle 1 besteht gemäß Fig. 1 aus einem sich konisch nach oben erweiternden Oberteil 2 und einem zylindrischen Unterteil 3. Durch das konische Oberteil 2 werden die Aufstiegsmöglichkeiten der Bläschen begünstigt, da mit zunehmender Annäherung an die Oberfläche eine Abnahme des hydrostatischen Druckes und eine Volumenvergrößerung der Bläschen erfolgt, so daß sich durch das Angebot eines großen Trübevolumens die partikelbeladenen Bläschen besser und schneller an die Oberfläche freischwimmen können.

Das Oberteil 2 trägt an seiner oberen Peripherie die Schaumauffangvorrichtung 4 mit dem Schaumableitungsrohr 5, das die ausflotierten Partikel, zum Beispiel einer Entwässerungseinheit zuführt. Eine Drehbewegung der Trübe an der Oberfläche erleichtert den Schaumüberlauf nach außen. Die Zuführungsorgane 7 sitzen in der Wandung der Flotationszelle 1 in der Ebene, die durch das Oberteil 2 und das Unterteil 3 gebildet wird und bestehen aus einer Begasungsvorrichtung 6"und einem Kugelgelenk 8 oder einem ähnlichen beweglichen Verbindungsglied. An das ' zylindrische -Unterteil 3 schließt sich der Sammler 10 an und führt die Trübe mit dem Rückstand dem Ableitungsrohr 11 zu.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt der Flotationszelle gemäß der Linie I - I aus Fig. 1 dargestellt, um eine Möglichkeit der Trübeeinströmung zu veranschaulichen. Dabei wird die Trübe durch die Zuführungsorgane 7, bestehend aus'Kugelgelenk 8 und Begasungsvorrichtung 6 mit einem Trübesperrventil 12 und einem Lufts'perrventil 13 so gerichtet, daß sie tangential- in eine imaginäre Kreisbahn einströmt, deren Radius kleiner ist als der der Flotationszelle 1. Dadurch wird die Möglichkeit eines optimalen Trenneffektes im ."Zentrifugalfeld geschaffen. Die "schweren" Rückstandspartikel werden aus dieser imaginären Kreisbahn

- 8 - ■ KHD

H 83/18

nach außen in Richtung Wandung der Flotationszelle? getragen, wo sie einem Bremseffekt unterliegen und absinken, während die partikelbeladenen Bläschen in die Kreisbahn einströmen und in Richtung Oberfläche aufsteigen.

In Fig. 3 ist ein Zuführungsorgan 7,.bestehend aus dem Kugelgelenk 8 und der Begasungsvorrichtung 6 vergrößert dargestellt. .Die Druckluft strömt durch ein Luftsperrventil

13 in den Ringraum 16 ein und wird durch den porösen Körper

14 in die durchströmende Trübe gepreßt. Vor der Begasungsvorrichtung 6 ist ein Trübesperrventil 12 angeordnet. Das Kugelgelenk 8 ist verschwenkbar in einem Segment 15 gelagert, welches der Wandungsform des Unterteiles 3 der Flotationszelle 1 angepaßt und mit ihr verschraubt ist.

Die dargestellte Stellung A des Zuführungsorganes 7 zeigt eine horizontale Einströ'mungsrichtung der begasten Trübe. .' In Stellung B strömt die Trübe mit einem Winkel von ca. 45 ° gegen die Horizontale nach unten gerichtet in die _-. Flotationszelle 1 ein. Dabei sind auch alle ^:

Einstellungsrichtungen von radial bis tangential möglich. In der Stellung C dient das Kugelgelenk 8 als Sperrventil für die Trübe. Durch die eingepreßte Druckluft wird die Begasungsvorrichtung 6 trübefrei geblasen. Nach Verschließen des Trübesperrventils 12 und des Luftsperrventiles 13 kann die Begasungsvorrichtung 6 zu Reinigungszwecken oder zum Austausch des porösen Körpers 14 aufgeschraubt werden. So können während des Betriebes der ~'_ Flotationszelle 1 nacheinander sämtliche Zuführungsorgane 7, 7' gewartet werden.

Die Flotationszelle 1 gemäß Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform mit Zuführungsorganen 7 in einer ersten Ebene und Zuführungsorganen 7' in einer weiteren

H 83/18

darunterliegenden Ebene des Unterteiles 3, wobei diese verschiedene Einströmungsrichtungen der begasten Trübe aufweisen. Auf das Oberteil 2 ist die Schaumauffangvorrichtung 4 mit hochgezogenen Außenwänoen aufgesetzt.·Die oberste Schaumschicht, das Reingut, des sich aufstauenden Schaumes fließt nach innen durch das zentrale 'Schaumableitungsrohr 5 ab, an welchem oben ein höhenverstellbares Wehr 17 für verschiedene Schaumstandshöhen angeordnet ist. Dadurch wird sehr, vorteilhaft noch eine Nachreinigung durch das nach unten laufende Zwickelwasser zwischen den Bläschen erreicht, da zum Beispiel bei der Kohleflotation der Aschegehalt in der obersten Schaumschicht wesentlich niedriger.ist, als in tieferliegenden Schaumschichten.

Diese Flotationszelle 1 mit Zuführungsorganen 7 in zwei Ebenen kann aber genau so gut mit einem, in der Zeichnung nicht dargestellten, nach außen führenden Schaumaustrag versehen sein, wobei im Zentrum der Flotationszelle 1 ein höhenverstellbarer Totkörper angeordnet sein kann, der bis unter die Einströrnebenen der Zuführungsorgane in das Unterteil 3 ragt, um einen hohen Schaumstand mit Nachreinigungseffekt zu erreichen.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der Flotationszelle 1 gemäß der Linie II - II in Fig. 1 mit Zuführung'sorganen 7 in der

Schnittebene und Zuführungsorgarien 7' in einer darunterliegenden Ebene, wobei die Einströmungsrichtungen der oberen Ebene in einen Rechtsdrall einmünden und die Einstromungsrichtungen der unteren Ebene in einen Linksdrall einmünden, um die Rotationsbewegung der gesamten Trübe in der Flotationszelle niedrig zu halten. Im Zentrum .us TronniiefSiSes ist das nach unten führende '·->·'!. iiv.'.iti 1 f i t um;;, rot;·- '< wiiiu'o wine t..

BAD ORIGINAL

.H 83/1 ö

Die erfindungsgemäße Flotationszelle bietet durch ihre variable Einstellungsmöglichkeit der Zuführungsorgane eine optimale Anpassungsfähigkeit für alle Arten unc' Korngroßenbereiche des zu flotierenden Gutes. Die Rotationsbewegung der Trübe kann jeweils so eingestellt werden, daß sich .auf Teilchen bestimmter Größe una Masse nur,geringe, das heißt, die erforderlichen Zentrifugalkräfte auswirken, und auch gröbere Mineralteilchen noch mit dem Schaum aufsteigen können. Dadurch wird sehr vorteilhaft erreicht, daß diese Flotationszelle mit ihrem Trenneffekt im Zentrifugalfeld und Schwerkraftfeld für jedes über das Flotationsverfahren mögliche zu trennende Material, zum Beispiel Kohle, Erze, Mineralien usw. einstellbar und daher für diese anwendbar ist. Die optimale spezifische Leistung einer Zelle ist von der Bauart beziehungsweise dem Durchmesser der Flotationszelle abhängig. Die Gesamtleistung einer Flotationsanlage ist im wesentlichen durch die Anzahl der einzelnen Zellen vorgegeben.

copvI

Claims

Patentansprüche

1. J Flotationszelle, bestehend aus einem zylinderförmigen M^ncl/oder kegelförmigen Gefäß mit einem oben angeordneten Schaumaustrag und einem unten angeordneten zentralen Austrag für den Rückstand, mit in der Wandung der Zelle angeordeten Zuführungsorganen für die begaste Trübe, deren Begasung mittels Be-gasungsvorrichtungen außerhalb des Gefäßes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Begasungsvorrichtungen (6) in den Zuführungsorganen (7, 7¹) angeordnet sind, wobei die·Begasung von außen nach innen in die Trübe erfolgt, und wobei die Zuführungsorgane (7, 7¹) in Einstromungsrichtung der begasten Trübe in Höhen- und/oder'.Seitenrichtung verschwenkbar angeordnet sind. .'■:'· '

2. Flotationszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Zuführungsorgane (7, 7' ) im Bereich der Wandung mit einem Kugelgelenk (8) oder einem ähnlichen beweglichen Verbindungsglied wie zum Beispiel einer GumiTiimembran versehen sind, und daß die Begasungsvorrichtung (6) in Einströmungsrichtung der Trübe gesehen unmittelbar vor dem Kugelgelenk (8) angeordnet ist.

3. Flotationszelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschwenkbaren Zuführungsorgane (7, 7¹) in einer Ebene angeordnet sind, die bei einer Flotationszelle (1) mit konischem Oberteil (2) und zylindrischem Unterteil (3) im Bereich der Verbindungsstelle dieser beiden Teile liegt.

H 83/18

4. Flotationszelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens zwei oder mehrere
verschwenkbare Zuführungsorgane (7, 7¹) in wenigstens zwei Ebenen des zylindrischen Unterteiles (3) der
Flotationszelle (1) in verschiedene Einströmungsrichtungen weisend angeordnet sind.