DE3635642C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zur Aufberei­ tung nutzbarer Mineralien durch Flotation von Erzen, Koh­ le und anderen mineralischen Rohstoffen und betrifft ins­ besondere Flotationsmaschinen.

Es ist eine Flotationsmaschine bekannt, bei der die Dispergierung von Luft in einer turbulenten Wandschicht realisiert ist. Eine derartige Maschine besitzt eine Kam­ mer mit einer Eintrag- und einer Austragvorrichtung, eine in der Kammer montierte hohle Welle, die einen Flotationsrührer trägt, welcher die Form eines abgestumpften Kegels oder einer Hemisphäre mit Riffelungen aufweist. Oben ist der Flotationsrührer durch eine Scheibe abgedeckt (siehe N. F. Mesche­ ryakov, "Flotationsmaschinen und -apparate", Moskau, Ver­ lag Nedra, 1982, S. 105-106).

Bei dieser Einrichtung gerät die Luft, die über ei­ ne Öffnung im unteren Teil des Flotationsrührers austritt, beim Umlauf des letzteren zusammen mit der Trübe unter die Ein­ wirkung von Unebenheiten (Riffelungen) und steigt von un­ ten nach oben entlang einer ansteigenden Spirale bis zur oberen Scheibe auf. Durch die Scheibe wird das Trübe- Luft-Gemisch zu den Kammerwänden geschleudert.

Diese Einrichtung funktioniert in größeren Tiefen von Großraum-Flotationsmaschinen nur mangelhaft, da die effektive Belüftung der Trübe in einer verhältnis­ mäßig dünnen Schicht in der Nähe des oberen Flotationsrührerteils stattfindet. Und bei einer Vergrößerung der Umlaufgeschwin­ digkeit des Flotationsrührers oder seines Durchmessers geschieht ein Abreißen der turbulenten Wandschicht, wobei der Ener­ gieaufwand höher wird.

Es ist auch eine Flotationsmaschine bekannt, die ei­ ne Kammer mit einer Eintrag- und einer Austragvorrichtung sowie eine in der Kammer montierte hohle Welle mit Flotationsrührer enthält. Der Flotationsrührer dieser Maschine besitzt verti­ kale U-förmige Schaufeln mit einem in Höhenrichtung ver­ änderlichen Querschnitt, der in Richtung zum Unterteil des Flotationsrührers hin abnimmt. Die Schaufeln sind so angeord­ net, daß die Flügel der benachbarten Schaufeln einen Spalt zum Austritt der zwangsweise zugeführten Luft bil­ den. Die Schaufeln sind oben durch eine Scheibe abge­ deckt. Koaxial zum Flotationsrührer ist in der Maschine ein Sta­ tor montiert, der vertikale Schaufeln aufweist (siehe N. F. Mescheryakov "Flotationsmaschinen und -apparate", Moskau, Verlag Nedra, 1982, S. 132-133).

Beim Betrieb eines solchen Flotationsrührers wird die Druck­ luft über die Spalten der Schaufeln ausgeworfen, wäh­ rend die Trübe durch die U-förmigen Schaufeln auf die vertikalen Schaufeln des Stators geschleudert wird. Im Zwischenraum zwischen den Schaufeln des Stators und des Flotationsrührers findet die Dispergierung der Luft statt. Die­ ser Aufbau macht es möglich, die Belüftung der Trübe in Flotationsmaschinen großer Abmessungen durchzuführen, je­ doch ist dies durch eine beträchtliche Vergrößerung der Abmessungen der Einrichtung (der Flotationsrührer hat vergrößer­ te Abmessungen und dementsprechend auch der zu ihm kon­ zentrisch montierte Stator) und demnach durch Erhöhung des Energieaufwandes erreichbar.

Bekannt ist schließlich eine Flotationsmaschine, die eine Kammer mit einer Eintrag- und einer Austragvor­ richtung, in der Kammer untergebrachte Beruhigungsbleche und eine mit einem Antrieb verbundene hohle Welle mit einem an ei­ nem Ende angebrachten Flotationsrührer enthält, der aus zwei Schei­ ben besteht: einer eine Mittenbohrung aufweisenden oberen Scheibe, und einer unteren Scheibe, wobei die Scheiben mittels Schaufeln untereinander verbunden sind. Die zwi­ schen den Scheiben eingeschlossenen Schaufeln gewährlei­ sten die Zirkulation der Trübe, d. h. das Ansaugen dersel­ ben über die Mittenbohrung in der oberen Scheibe und das Ausstoßen der Trübe zum Umfang der Kammer über die Zwi­ schenräume zwischen den Schaufeln. An der unteren Scheibe sind Bolzen mit vertikalen, radial orientierten Platten angebracht (siehe die US-Patentschrift 38 43 101).

Bei dieser Flotationsmaschine wird die Luft unter die untere Scheibe des Flotationsrührers zugeführt und durch die an ihr angebrachten Bolzen mit Platten sowie durch die Platten des Stators zerteilt. Der Flotationsrührer besorgt die Bewegung der Trübe vom Mittelpunkt der Kammer zum Umfang derselben hin mit Hilfe der zwischen den Scheiben einge­ schlossenen Schaufeln und im unteren Teil mit Hilfe der Flügel aufweisenden Bolzen, wobei die Dispergierung der Luft nur von dem unteren Teil des Flotationsrührers ausge­ führt wird, während die durch den oberen Teil des Flotationsrührers erzeugten Strömungen lediglich zur Verteilung des Trübe-Luft-Gemisches in der Kammer dienen. Diese Maschine gewährleistet keine gleichartige Dichte der Trübe über die Höhe der Kammer, was ihre tech­ nologischen Möglichkeiten herabsetzt. Außerdem macht die­ se Maschine ebenso wie die vorbeschriebene es erforderlich, daß zur Erzielung einer effektiven Belüftung der Trübe unbedingt ein Stator zur Verfügung stehen muß, was die Materialintensität der Maschine erhöht und ihre Konstruk­ tion komplizierter macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flota­ tionsmaschine anzugeben, die eine effektive Belüftung der Trübe in Großraum-Flotationskammern ohne Verwendung eines Stators unter gleichzeitiger Senkung des Energieaufwandes sicher­ stellt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Flota­ tionsmaschine, die eine Kammer mit einer Eintrag- und ei­ ner Austragvorrichtung, in der Kammer untergebrachte Beruhigungsbleche und eine an einem Ende mit einem Antrieb verbundene hohle Wel­ le enthält, die an ihrem anderen Ende einen Flotationsrührer trägt, welcher aus zwei Scheiben - einer oberen, eine Mittenbohrung aufweisenden Scheibe und einer unteren Scheibe - besteht, die mittels Schaufeln untereinander verbunden sind, erfindungsgemäß jede Schaufel sich aus zwei Platten zusammensetzt, die parallel zueinander unter Bildung eines Spaltes zwischen ihnen, welcher mit dem Hohlraum der Welle in Verbindung steht, angeordnet sind und eine solche Form aufweisen, daß die Querschnitts­ fläche der Platten in Richtung von der oberen Scheibe zur unteren Scheibe hin zunimmt.

Man kann die Schaufeln radial anordnen, derart, daß die Ebenen ihrer Platten senkrecht zu den Ebenen der Scheiben stehen.

Man kann die Schaufeln so anordnen, daß die Ebenen der Platten die Ebenen der Scheiben längs Linien unter einem Winkel α zu den Halbmessern der Scheiben kreuzen.

Hierbei können die Ebenen der Platten senkrecht zu den Ebenen der Scheiben sein oder die Ebenen der Schei­ ben unter einem Winkel γ, ungleich 90° kreuzen.

Es ist vorteilhaft, die eine jede Schaufel bildenden Platten in radialer Richtung der Länge nach verschieden auszuführen.

Es ist ferner wünschenswert, die Spalte zwischen den Platten der Schaufeln am Umfang des Flotationsrührers geschlossen auszuführen, wobei in der in Umlaufrichtung des Flotationsrührers ersten Platte jeder Schaufel ein Schlitz über die gesam­ te Höhe der Schaufel an deren äußerem Rand für den Luft­ austritt vorzusehen ist.

Die gemäß der Erfindung ausgeführte Flotationsma­ schine bietet bei verringerten Abmessungen des Flotationsrührers die Möglichkeit, die durch die Spalte der Schaufeln zu­ geführte Luft in der Zone der größten Geschwindigkeiten der Trübeströmung unter nachfolgendem Austrag des Trübe- Luft-Gemisches in das Kammervolumen zu dispergieren. Dabei wird die Luftphase vor dem Auswurf aus dem Flotationsrührer in turbulenten Strömungen, die sich hinter den Schaufeln desselben bilden, zusätzlich dispergiert. Dies erlaubt es, auf die Verwendung eines Stators zu verzichten, was die Konstruktion der Flotationsmaschine vereinfacht, so­ wie die Menge der dispergierten Luft unter Beibehaltung der Dispergierungsgüte zu vergrößern, was eine Intensi­ vierung des Flotationsprozesses gewährleistet. Eine Sen­ kung der spezifischen Energieintensität wird durch Ver­ ringerung der Abmessung des Aerators und als Folge davon durch Verminderung ihrer Umfangsgeschwindigkeiten er­ reicht.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen und an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Flotations­ maschine im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Abschnitt A in Fig. 1 vergrößert;

Fig. 3, 4, 5, 6, 7 den Impeller mit der hohlen Welle in verschiedenen Ausführungsformen der Schau­ feln in isometrischer Darstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte Flotationsmaschine ent­ hält eine auf einem Auflager 2 aufgestellte Kammer 1 mit einer Eintragvorrichtung 3, die in Form einer Fülltasche mit einer Öffnung in der Wand der Kammer 1 im unteren Teil der Tasche ausgebildet ist, und einer Austragvor­ richtung 4, die in Form einer Ausflußöffnung 5 im oberen Teil der Kammer 1 und einer Auffangrinne 6 ausgeführt ist. Innerhalb der Kammer 1 befindet sich ein Aerator, der in Gestalt einer hohlen Welle 7, welche mit einem Antrieb 8 in Verbindung steht, und eines am Ende der hoh­ len Welle 7 angebrachten Flotationsrührers 9 ausgebildet ist. An den Wänden der Kammer 1 sind oberhalb des Flotationsrührers 9 Beruhigungsbleche 10 befestigt. Der Flotationsrührer 9 (Fig. 2) besteht aus zwei Scheiben 11 und 12, jeweils einer oberen und ei­ ner unteren Scheibe, welche parallel zueinander liegen und mittels Schaufeln 13 untereinander verbunden sind. In der oberen Scheibe 11 ist eine zur hohlen Welle 7 kon­ zentrische Mittenbohrung 14 ausgeführt, und an der obe­ ren und der unteren Oberfläche der Scheibe 11 sind radia­ le Vorsprünge 15 vorhanden. An der dem Boden 16 der Kam­ mer 1 (Fig. 1) zugekehrten Oberfläche der Scheibe 12 sind ebenfalls radiale Vorsprünge 17 vorgesehen. Außer­ dem ist über die Scheibe 11 konzentrisch zur hohlen Wel­ le 7 eine an den Beruhigungsblechen 10 befestigte Zirkulationshül­ se 18 angeordnet. Die hohle Welle 7 ist mit einem Ein­ trittsstutzen 19 für die Zuführung von Druckluft in den Hohlraum der Welle 7 versehen.

Jede Schaufel 13 (Fig. 2, 3) setzt sich aus zwei Platten 20 zusammen, die parallel zueinander unter Bildung eines Spaltes 21 zwischen ihnen angeordnet sind, welcher mit dem Hohlraum der Welle 7 in Verbindung steht. Die die Schaufeln 13 bildenden Platten 20 haben eine sol­ che Form, daß ihre Querschnittsfläche in Richtung von der oberen Scheibe 11 zur unteren Scheibe 12 hin zunimmt. In der in Fig. 3 dargestellten Variante des Impellers weisen die Platten 20 die Form von rechtwinkligen Trapezen mit ei­ nem abgeschnittenen spitzen Winkel auf und sind über ih­ re kleineren Grundlinien mit der oberen Scheibe 11 und über ihre größeren Grundlinien mit der unteren Scheibe 12 verbunden. Die Platten 20 sind radial angeordnet und ih­ re Ebenen stehen senkrecht zu den Ebenen der Scheiben 11, 12.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des Impellers sind die Schaufeln 13 so angeordnet, daß die Ebe­ nen der Platten 20, die die Schaufeln 13 bilden, die Ebe­ nen der Scheiben 11, 12 längs Linien kreuzen, welche einen Winkel α≠90° mit den Halbmessern der Scheiben 11, 12 einschließen. Hierbei sind die Ebenen der Platten 20′ zu den Ebenen der Scheiben 11, 12 senkrecht, und die Plat­ ten 20′ selber haben die Form von Fünfecken mit zwei paral­ lelen Seiten, von denen die kleineren mit der oberen Schei­ be 11 und die größeren mit der unteren Scheibe 12 verbun­ den sind, während die äußeren Seiten mit der Ebene der Scheibe 11 einen Winkel von β<90° einschließen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform des Impellers sind zum Unterschied von dem in Fig. 4 gezeig­ ten Flotationsrührer die Ebenen der Platten 20 zu den Ebenen der Scheiben 11 und 12 unter einem Winkel γ≠90° geneigt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform des Flotationsrührers sind zum Unterschied von der Ausführungsform gemäß Fig. 3 die die Schaufeln 13 bildenden Plat­ ten 20, 20′′ der Länge nach in radialer Richtung ver­ schieden ausgeführt, wobei die Platten 20′′ kürzer sind.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform des Flotationsrührers sind die Spalte zwischen den Platten 20 am Um­ fang des Flotationsrührers geschlossen ausgeführt, wobei in der in Umlaufrichtung des Flotationsrührers (in der Zeichnung durch Pfeil B angedeutet) ersten Platte 20 jeder Schaufel 13 ein für den Luftaustritt vorgesehener Schlitz 22 über die gesamte Höhe der Platte 20 in der Nähe ihres äußeren Ran­ des vorhanden ist. Der Schlitz 22 kann als Spalt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, oder als Perforation ausge­ bildet sein.

Die erfindungsgemäße Flotationsmaschine arbeitet folgenderweise.

Die Kammer 1 (Fig. 1, 2, 3) füllt man mit einer Trü­ be - einem Gemisch aus Wasser, Mineralteilchen mit einer Korngröße unter 0,074 mm in einer Menge über 40%, wobei der Rest aus gröberen Teilchen bis zu 1 mm Größe besteht, und aus verunreinigenden Einschlüssen wie z. B. Späne, Teilchen einer Gummiverkleidung und dergl. Dann führt man dem Drehantrieb 8 der Welle 7 Strom zu und schließt eine Druck­ luftleitung an den Eintrittsstutzen 19 an. Hierbei wird der Flotationsrührer 9 in Umdrehungen versetzt, und über den inneren Kanal der Welle 7 strömt Luft, die dann in die Spalte 21 zwischen den Platten 20 der Schaufeln 13 gelangt. Beim Umlauf des Flotationsrührers 9 findet die Zirkula­ tion der Trübe statt, deren Einsaugen über den oberen Rand der Hülse 18 in die Mittenbohrung 14 des Flotationsrührers 9 und das nachfolgende Ausstoßen über die Zwi­ schenräume zwischen den Schaufeln 13 in den Raum der Kammer 1 in Richtung zu deren Seitenwänden. Gleichzeitig tritt die Luft aus den Spalten 21 zwischen den Platten 20 der Schaufeln 13 in die Trübe aus. Dank der gewählten Form der Schaufeln 13, bei welcher die Querschnittsflä­ che derselben in Richtung von der oberen Scheibe 11 zur unteren Scheibe 12 hin zunimmt, wird eine gleichmäßige Verteilung der belüfteten Trübe über den gesamten Quer­ schnitt der Kammer 1 auch bei großen Volumina derselben sichergestellt. Die Verteilungslinie der Strömungsge­ schwindigkeiten ist über die Höhe des Flotationsrührers 9 eine solche, daß an der oberen Scheibe 11 die Strömungsge­ schwindigkeiten der Trübe erheblich kleiner sind als die Geschwindigkeiten an der unteren Scheibe 12. Dies ge­ währleistet die Bewegung der belüfteten Trübe über ver­ schiedene Entfernungen vom Flotationsrührer 9 aus: über geringe in der Nähe des Flotationsrührers 9 und über mit dem Abstand zwi­ schen dem Flotationsrührer 9 und den Wänden der Kammer 1 vergleich­ bare Entfernungen.

Hierbei wird die Trübe radial ausgeworfen, wobei sie die Luftphase durch Erzeugung einer Turbulenz sowohl zwischen den Schaufeln 13 als auch am Austritt aus dem Flotationsrührer 9 (wegen eines schroffen Geschwindigkeitsabfalls und des Druckgefälles) zusätzlich dispergiert. Die Luftzufuhr in die Zone der größten Geschwindigkeiten der Schaufeln 13 unter gleichzeitiger Gewährleistung einer beträchtlichen Zirkulation der originellen Trübeströmung (ohne Gehalt an Luftphase) durch den Flotationsrührer 9 macht es möglich, auf die Verwendung eines Stators zu verzichten und die Luft bei verminderten Umfangsgeschwindigkeiten des Aerators effektiv zu dispergieren. Das Vorhandensein der gerichteten Zirkulation der Trübe aus den oberen Zo­ nen der Kammer 1 gestattet es, eine gleichmäßige Dichte der Trübe über die Höhe der Kammer 1 sicherzustellen und Fraktionen größerer Klassen aus der Zirkulation über den Flotationsrührer 9 praktisch auszuschließen.

Zur Verhinderung einer Verwirbelung des Trübevolumens sind oberhalb des Flotationsrührers 9 die Beruhigungsbleche 10 installiert. Die Vorsprünge 17 an der unteren Oberfläche der Scheibe 12 erlauben es, das Gelangen von Stücken der Verkleidung, von Ge­ stein, Holz unter die untere Scheibe 12 des Flotationsrührers 9 zu vermeiden.

Die unter einem Winkel α zu den Halbmessern der Scheibe 12 angeordneten Schaufeln 13 (Fig. 4) des Flotationsrührers 9 ermöglichen es, den Widerstand beim Durchgang der Trübe im Raum zwischen den Schaufeln zu vermindern, den Durchsatz der Trübe bei gleichem Elektroenergieverbrauch zu vergrößern und dadurch den Wirkungsgrad der Flotati­ onsmaschine zu erhöhen.

Die Ausführung der Schaufeln 13 mit zum unteren Rand hin abgeschrägten äußeren Enden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, gestattet es, nach einer Notstillsetzung der Kammer das Anfahren ohne Herabsetzung der Dichte der bestehenden Trübe vorzunehmen. Die Größe des Winkels β ≈ 70° wählt man dabei so, daß die sich ab­ lagernden Teilchen einen verdünnten Raum bilden, dank welchem das Anfahren bei geringerem Energieaufwand vor­ genommen werden kann.

In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform des Im­ pellers erlauben die unter einem Winkel γ zur Ebene der Scheibe 12 angeordneten Platten 20 der Schaufeln 13 es, den Wirkungsgrad der Maschine durch Steigerung der Lei­ stung des Aerators als Pumpe zu erhöhen.

Bei der Arbeit des Flotationsrührers 9 in der Großraum-Kam­ mer 1 ist keine Abnahme der Druckhöhe zu verzeichnen, im Gegenteil wirkt sich eine Vergrößerung der Tiefe der Kam­ mer 1 auf die Menge und Qualität der dispergierten Luft positiv aus (weil die Vergrößerung der Tiefe der Kammer bei der erfindungsgemäßen Bauart des Flotationsrührers die stati­ sche Komponente der Druckhöhe vergrößert).

Die unterschiedliche Ausführung der Platten 20, 20′′ (Fig. 6) bezüglich der Länge in radialer Richtung bietet die Möglichkeit, hinter der vorstehenden Platte 20 der Schau­ fel 13 die Verdünnung zu vergrößern, zusätzliche Verwirbe­ lungen in der Dispergierungszone zu erzeugen und dadurch die Güte der Dispergierung der Luftphase bei beträchtli­ chen Volumina der zu dispergierenden Luft zu verbessern.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform des Im­ pellers für die erfindungsgemäße Flotationsmaschine tritt die Luft über die Schlitze 22 unter einem Winkel zur Strömung der Trübe aus, die in die Zwischenräume zwischen den Schaufeln 13 des Flotationsrührers 9 ausgestoßen wird. Die Kreuzung der Strömungen von Trübe und Luft beim Umlauf des Flotationsrührers 9 gestattet es, die Qualität und Menge der zu dispergierenden Luft ohne Vergrößerung des Energie­ aufwandes wesentlich zu erhöhen und dadurch die Effekti­ vität der Belüftung der Trübe zu steigern.

Claims (7)

1. Flotationsmaschine, enthaltend

• - eine Kammer (1) mit
• - einer Eintragvorrichtung (3) und
• - einer Austragvorrichtung (4), in der Kammer (1) untergebrachte:
• - Beruhigungsbleche (10) und
• - eine hohle Welle (7), die an einem Ende mit
• - einem Antrieb (8) verbunden ist und an dem ande­ ren Ende
• - einen Flotationsrührer (9) trägt, welcher aus
• - zwei Scheiben (11, 12) - einer oberen, eine Mitten­ bohrung (14) aufweisenden Scheibe und einer unteren Schei­ be - besteht, die
• - mittels Schaufeln (13) untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (13) sich aus
• - zwei Platten (20) zusammensetzt, die parallel zu­ einander unter Bildung eines Spaltes (21) zwischen ihnen, welcher mit dem Hohlraum der Welle (7) in Verbindung steht, angeordnet sind und eine solche Form aufweisen, daß die Querschnittsfläche der Platten (20) in Richtung von der oberen Scheibe (11) zur unteren Scheibe (12) hin zunimmt.

2. Flotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - die Schaufeln (13) radial angeordnet sind und die Ebenen ihrer Platten (20) senkrecht zu den Ebenen der Scheiben (11, 12) stehen.

3. Flotationsmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Ebenen der Platten (20′) die Ebenen der Schei­ ben (11, 12) längs Linien unter einem Winkel (α) zu den Halbmessern der letzteren kreuzen.

4. Flotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Platten (20′) zu den Ebenen der Scheiben (11, 12) senkrecht sind.

5. Flotationsmaschine nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - die Ebenen der Platten (20) die Ebenen der Schei­ ben (11, 12) unter einem Winkel (γ) ungleich 90° kreuzen.

6. Flotationsmaschine nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - die Platten (20, 20′′) der Schaufeln (13) der Länge nach in radialer Richtung verschieden aus­ geführt sind.

7. Flotationsmaschine nach einem der An­ sprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Spalte zwischen den Platten (20) der Schau­ feln (13) am Umfang des Flotationsrührers (9) geschlossen ausge­ führt sind, wobei in der in Umlaufrichtung des Flotationsrührers (9) ersten Platte (20) jeder Schaufel (13)
• - ein Schlitz (22) über die gesamte Höhe der Schau­ fel (13) an deren äußerem Rand für den Luftaustritt vor­ handen ist.