DE69409944T2

DE69409944T2 - Verfahren und vorrichtung zur trennung durch flotation

Info

Publication number: DE69409944T2
Application number: DE69409944T
Authority: DE
Inventors: Michael Chudacek; Stephen Henry Marshall; Charles Warman
Original assignee: MD Research Co Pty Ltd
Current assignee: MD Research Co Pty Ltd
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2014-01-21
Also published as: AP9400623A0; FI953774A0; FI953774A; CZ9502000A3; DE69409944D1; AP437A; WO1994017920A1; CA2155198A1; EP0683693A1; IL108448A0; RU2109578C1; ZA94708B; JPH08506050A; TW299241B; EP0683693A4; EP0683693B1; ATE165532T1; US5660718A; BR9406316A; MY110398A

Description

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen durch Flotation zur Anwendung auf die Mineralerzaufbereitung, Abwasseraufbereitung, Papierpulpen-Deinken und dergleichen.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Flotation handelt es sich um einen Prozeß, der üblicherweise zum Trennen von dispergierten, aus Partikel bestehenden Materialien von Schlamm oder Suspensionen und außerdem zum Trennen von öligen Substanzen von typischerweise auf Wasser basierenden Emulsionen eingesetzt wird. Der Flotationsprozeß beruht auf dem Sammeln von Partikeln, indem sie an Luftblasen zum Haften gebracht werden, die in der Suspension gezielt verteilt sind. Der Sammelvorgang resultiert daraus, daß Partikeloberflächen entweder in natürlicher Weise hydrophob sind oder selektiv hydrophob durch Konditionieren mit geeigneten Reagenzien gemacht sind. Blasen mit daran haftenden hydrophoben Partikeln steigen daraufhin aufgrund ihres natürlichen Auftriebs hoch, um eine Oberflächenschaumschicht zu bilden, die von der restlichen Suspension entfernt wird. Nach einer bestimmten Aufenthaltsdauer werden typischerweise fast alle hydrophoben Partikel entfernt. Im Fall von mineralischem Schlamm werden üblicherweise Tenside zugesetzt, um die Bildung eines stabilen Schaums auf der Schlammoberfläche zu erleichtern.
Ein wesentliches Ziel einer Flotationsvorrichtung besteht darin, das eingeleitete Gas so fein wie möglich zu dispergieren, um die Blasenpopulation zu maximieren und eine Umgebung zu erzeugen, in welcher eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Partikel/Blasenkollision vorliegt. Die Vorrichtung muß außerdem eine Ruhezone aufweisen, die es den Blasen erlaubt, sich von der vergasten Pulpe zu trennen und zusammenzuwachsen, um auf der Pulpenoberfläche einen Schaum für die nachfolgende Entfernung auszubilden. Die unterschiedlichen Formen bekannter Vorrichtungen können in drei Kategorien in bezug auf den Mechanismus der Partikel/Blasenkollision unterteilt werden. In der ersten Kategorie wird das Partikel/Blasenkontaktieren unter schwerkraftmäßiger Beschleunigung durch kreuzende Blasenkollision durchgeführt. Von diesem Kontaktierungs-Typ ist bekannt, daß er seinen Wirkungsgrad verliert, wenn die Partikel kleiner werden. Die Rate der Partikel/Blasenkollision bei diesen Prozessen ist relativ gering, so daß eine lange Aufenthaltszeit erforderlich ist, um ein zufriedenstellendes Rückgewinnen zu erzielen. Eine typische Vorrichtung dieser Kategorie weist ausschließlich rein pneumatische Zellen und herkömmliche Flotationssäulen auf.
In der zweiten Kategorie wird das Partikel/Blasenkontaktieren durch Präzipitation von Gas auf die hydrophobe Oberfläche durchgeführt. Eine typische Vorrichtung in dieser Gruppe umfaßt Luftauflösungsflotationssysteme.
In der dritten Vorrichtungsgruppe tritt die Partikel/Blasenkollision hauptsächlich bei Beschleunigungen auf, die wesentlich höher sind als die Schwerkraftbeschleunigung, was zu einem besseren Kollisionswirkungsgrad aufgrund der Trägheitsstoßwirkung führt. Trägheitsstoß unter hohen Beschleunigungspegeln stellt einen wichtigen Mechanismus zum Vermehren der Partikel/Blasenkollision dar, insbesondere für sehr feine Partikel, von denen bekannt ist, daß sie sehr geringe Kollisionsraten bei Schwerkraftbeschleunigungspegeln aufgrund ihrer Neigung aufweisen, Strömungslinien um die Blase herum zu folgen. Höhere Beschleunigungspegel vergrößern die Trägheit der feinen Partikel, so daß sie von der Flüssigkeitsströmungslinie abweichen, und die Wahrscheinlichkeit ihrer Kollision mit Blasen deutlich zunimmt. Die Erzeugung von Scherraten, die für eine effektive Gasdispersion in Flotationsvorrichtungen erforderlich sind, führt üblicherweise zu hohen Beschleunigungsfeldern; diese Felder werden jedoch selten gezielt erzeugt, da es sich bei ihnen üblicherweise um ein Nebenprodukt der Gasdispersionsoder Feststoffsuspensionstechnik handelt. Dies trifft auf den Fall der Gasdispersion durch intensives Impellerrühren zu, welches bei kommerziellen Typen von mechanischen Flotationszellen, der Dispersion durch Querströmungsgaseinspritzen, wie in der Bahr-Zelle [1], der Dispersion in Wirbeldüsen, wie in der Davcra-Zelle [2] und der Dispersion durch einen Tauchstrahl in eine Säule aus Schlamm genützt wird, wie bei der Jameson-Zelle [3]. Lediglich das Gasdurchperlungshydrozyklon [4] führt eine Flotation in einem gezielten Hochbeschleunigungszentrifugalfeld mit Gasquerstrom durch. Bei dieser Vorrichtung wird Gas durch eine poröse zylindrische Wand des Hydrozyklons in einen sich rasch bewegenden Schlamm eingespritzt, der sich spiralförmig bewegt. Die resultierende hohe Flüssigkeitsscherrate erzeugt kleine Blasen, die sich aufgrund der hohen Beschleunigungskräfte schnell durch den Schlamm bewegen und mit hydrophoben Partikeln in dem Prozeß kollidieren. Unglücklicherweise erfordert diese Vorrichtung viel Energie und ihr Leistungsvermögen ist durch Blockaden des porösen Septums behindert. Das Gasdurchperlungshydrozyklon ist außerdem aufgrund seiner begrenzten Fähigkeit, Konzentrate hoher Qualität bzw. gut abgestufte Konzentrate zu erzeugen, im Fall der Mineralaufbereitung beschränkt. Es erzeugt einen feinstrukturierten Schaum, der von der Vorrichtung rasch entfernt wird, bietet wenig Gelegenheit für eine Schaumdrainage, die normalerweise zur Verbesserung der Abstufung bzw. Qualität erforderlich ist, noch ist ein Schaumwaschen physikalisch in der Vorrichtung möglich, um die Konzentrationgrößensortierung zu verbessern.
Sämtliche der vorstehend genannten bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Beschleunigungsintensitäten, die erzielt werden können, beschränkt sind, entweder weil die Vorrichtung im Hinblick auf diesen Parameter nicht konstruiert wurde, oder weil das Beibehalten hoher Beschleunigungsintensitäten zu einem übermäßigen Energieverbrauch oder Verschleißproblemen von beweglichen oder stationären Teilen führen würde, welche den schleifenden Hochgeschwindigkeitsschlammströmen ausgesetzt sind. Beispielsweise kann in Impellerflotationsmaschinen das Gas nicht effektiv dispergiert werden, es sei denn, die Impellergeschwindigkeit ist hoch, und dies führt zu einer hohen Energieeinleitung und ernsthaften Verschleißproblemen. Um das Trennen feiner Partikel deutlich zu verbessern, würde die Flotationstechnik wesentlich von einer Vorrichtung profitieren, die dazu ausgelegt ist, sehr hohe Scherraten und Beschleunigungsfelder ohne die damit verbundenen Verschleißprobleme und den übermäßigen Energieverbrauch zu erzeugen, der bei der aktuell bekannten Technik angetroffen wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches, wirksames und wirtschaftliches Mittel zum Verbessern des Flotationsprozesses durch Erzeugen einer Flotationsvorrichtung, einer Mischzone mit sowohl der sehr hohen Scherrate, die für eine feine Gasdispersion erforderlich ist, und Beschleunigungs- und Verzögerungsfeldern zu schaffen, welche die Wahrscheinlichkeit einer Partikelblasenkontaktierung verbessern, jedoch ohne, daß sich bewegende oder komplexe stationäre Teile hohen Geschwindigkeitsströmen von schleifendem Schlamm ausgesetzt sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, es zu ermöglichen, falls erforderlich, konditionierende Chemikalien über einen Flüssigkeitsstrahl einzuleiten und eine neuartige Schaumverdrängungstechnik zu verwenden, um stärkere Konzentratabstufungen zu erhalten, ohne daß Schaum gewaschen werden muß.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trennen von dispergierten aus Partikeln bestehenden Materialien und/oder von dispergierten flüssigen Phasen von Flüssigkeitsgemischen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, in einen Mischdurchlaß eine erste Flüssigkeitsgemischschicht und eine zweite getrennte Schicht eines rückgeführten Flüssigkeitsgemisches einzuleiten, Mitreißen und Dispergieren von Gas in die zwei Flüssigkeitsgemischschichten mittels Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit, die im wesentlichen zwischen den zwei Flüssigkeitsgemischschichten in dem Mischdurchlaß auftreffen und diese scheren, und Trennen des resultierenden Mehrphasengemisches stromabwärts von dem Mischdurchlaß in eine Schaumphase und Restflüssigkeits gemischphasen, wobei die zweite Flüssigkeitsgemischschicht ein rückgeführter Teil des Restflüssigkeitsgemisches ist.
Im Zusammenhang mit der Erfindung bezieht sich reine Flüssigkeit auf eine Flüssigkeit, die lösliche Feststoffe enthalten kann, die jedoch gefiltert wurde, um sämtliche Spuren zu entfernen, und zwar typischerweise auf weniger als ein Teil pro Million von Partikeln oberhalb einer bestimmten Größe, typischerweise weniger als 5 um.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Trennen von dispergierten, aus Partikeln bestehenden Materialien und/oder von dispergierten flüssigen Phasen von Flüssigkeitsgemischen, wobei die Vorrichtung eine primäre Zuführeinrichtung zum Bilden einer ersten neuen Flüssigkeitsgemischschicht aufweist, eine zweite Zuführeinrichtung zum Bilden einer zweiten getrennten Schicht eines rückgeführten Flüssigkeitsgemisches, einen Mischdurchlaß zum Aufnehmen der Flüssigkeitsgemischschichten, eine Düsengruppierung zum Bereitstellen von Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit, die im wesentlichen zwischen den zwei Flüssigkeitsgemischschichten auftreffen, um ein Mehrphasengemisch in dem Mischdurchlaß zu bilden, und eine Einrichtung zum Trennen des Mehrphasengemisches stromabwärts von dem Mischdurchlaß in eine Schaumphase und Restflüssigkeitsgemischphasen, und eine Einrichtung zum getrennten Austragen einer Schaumphase und einer Restflüssigkeitsgemischphase.
Der Flotationsprozeß kann, wie nachfolgend erläutert, in mehreren Schritten ausgeführt werden. Eine frische Suspension feingemahlenen oder anderweitig dispergierten Materials, das ein Flüssigkeitsgemisch bildet, das geeignet mit Sammel- und Schaumbildungsreagenzien konditioniert worden ist, wird typischerweise in eine dünne Schicht gebildet, die zusammen mit einer dünnen Schicht des flüssigen Gemisches in einem Mischdurchlaß zugeführt wird, und zwar über eine Strömungssteuerungsoberfläche ausgehend von einem Einschließbehälter der Flotationszelle. Diese zwei Ströme können sorgfältig und intensiv mit der Gasphase durch eine Zone von dünnen reinen Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahlen gemischt werden, die als Energie- und Gasträger über einen Mitreißmechanismus wirken. Diese dünnen Strahlen stellen die gesamte notwendige Energie zum Mischen der Flüssigkeitsgemischstrahlen der Gasdispersion und das Partikel/Blasenkontaktieren bereit sowie Energie zum Wiederumwälzen der Feststoffsuspension in dem Behälter des Einschlußbehälters. Das Dreiphasengemisch kann aus dem Mischdurchlaß in einen Behälter ausgetragen werden, wo es Massenflüssigkeitsgemisch mitreißt und eine Zone niedriger Scherrate erzeugt, in welcher fein dispergierte Blasen zusammenwachsen können. Die Gasblasen, die mit hydrophoben Partikeln beladen sind, verlassen den im wesentlichen horizontal sich ausbreitenden Flüssigkeitsgemischstrom aufgrund ihrer Auftriebskräfte und werden in Richtung auf das Austragende des Behälters umgeleitet, fern von dem Mischdurchlaßende, und zwar durch geneigte Blasenführungen, welche Schaum gleichmäßig über die Behälteroberfläche verteilen. Schaum erfährt ein freies Austragen oder gefördert durch eine mechanische Vorrichtung in eine Schwemmrinne am Austragende des Behälters fern von dem Mischdurchlaßende. Der sich horizontal ausbreitende Flüssigkeitsgemischstrom wird am Austragende des Behälters durch das gekrümmte Profil der Behälterbasis in Aufwärtsrichtung abgelenkt. Ein Teil des Stroms kann horizontal durch ein Strömungsführungselement zusätzlich abgelenkt und in Richtung auf eine Strömungssteuerungsoberfläche am. Mischdurchlaßende des Behälters geleitet werden, wobei der Reststrom sich über einen einfach oder mehrfach kanalisierten Kanal in eine Austragschwemmrinne bewegt, wo er aus der Vorrichtung ausgetragen wird.
Das Prinzip dieser Erfindung unterscheidet sich von bekannten Flotationsvorrichtungen dadurch, daß dünne Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit als Energie- und Gasträger benutzt werden. Das Gas wird durch eine Länge eines freien Strahls mitgerissen, der die umgebende Gashülle beschleunigt, und durch das Eintauchen dieses Strahls in eine begleitende Lufthülle zwischen zwei Flüssigkeitsgemischschichten, die in einen Mischdurchlaß mit viel niedrigerer Geschwindigkeit zugeführt werden. Die hohe Scherrate aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen diesen drei Strömen führt zum Zerreißen der Gashülle in sehr kleine Blasen und stellt ein sehr intensives Rühren begleitet von hoher Turbulenz bereit. Außerdem liegen in der Mischzone sehr hohe Verzögerungspegel vor, da der dünne Strahl mit einer Geschwindigkeit typischerweise von etwa 50 m/s auf 3 mis auf einer Durchlauflbnge von etwa 0,3 m verzögert wird. Die sehr hohe Turbulenz in der Mischzone erzeugt hohe Beschleunigungspegel in kleinen Wirbelströmen. Hohe Beschleunigungsfelder fördern den Trägheitsstoß der Partikel und Blasen, was zu einer Verbesserung von deren Kollisionswirkungsgrad führt. Aus der Flotationspraxis ist bekannt, daß sehr feine Partikel einen sehr niedrigen Kollisionswirkungsgrad haben und damit schlechte bzw. geringe Flotationsraten bei Schwerkraftbeschleunigung. Verursacht ist dies durch die Neigung feiner Partikel, Fluidströmungslinien bei diesen Beschleunigungen zu folgen, so daß bei einem derartigen Fall Trägheitsstoßwirkungen virtuell nicht vorliegen. Die hohen Verzögerungs/Beschleunigungsfelder, die durch den vorliegenden Prozeß erzeugt werden, haben zu einem verbesserten Partikel/Blasenkontaktieren und damit zu einer verbesserten Flotationskinetik geführt, was insbesondere im Bereich feiner Partikel wichtig ist. Die Hochgeschwindigkeitsdünnstrahltechnik auf Grundlage einer reinen Flüssigkeit hat den Vorteil gegenüber anderen Hochintensitätsmischtechniken, daß keine beweglichen Teile vorliegen, wie etwa die Impeller der mechanischen Flotationsmaschine, und zwar in Kontakt mit schleifendem Schlamm. Außerdem liegen keine komplexen stationären Teile im Kontakt mit dem schleifenden Hochgeschwindigkeitsschlamm vor, so daß der Stator des mechanischen Flotationsbehälters oder verschiedene Einspritzdüsen, Diffusionsdüsen oder Belüftungsdüsen, wie sie beispielsweise in der Bahr-Zelle [1] der Davcra-Zelle [2], der Jameson-Zelle [3], dem Gasdurchperlungshydrozyklon [4] oder der Simonis-Zelle [5] angetroffen werden. Die Abwesenheit nicht-aufgelöster Feststoffe in reinen Flüssigkeitsstrahlen erlaubt es, daß viel höhere Strahlgeschwindigkeiten in Schlammeinspritzdüsen verwendet werden, und zwar ohne einen merklichen Verschleiß der Düse. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung erlaubt die Erzeugung höherer Scherraten in der Mischzone, was zu einer besseren Gasdispersion und einem besseren Partikel/Blasenkontaktieren führt. Die Abwesenheit von Feststoffen in reinen Flüssigkeitsstrahlen erlaubt außerdem die Verwendung viel dünnerer Strahlen als im Fall von Schlammeinspritzdüsen, und zwar ohne die Gefahr, daß kleine Düsen verstopft werden. Dünnere Strahlen erbringen eine viel höhere Gasmitreißkapazität pro Einheit eingespritztem Volumens als dickere Strahlen aufgrund eines höheren Verhältnisses der freiliegenden Strahloberfläche zum Strahleinheitsvolumen. Im Vergleich zu einem einzigen großen Strahl oder einem Cluster von wenigen Strahlen erbringen dünnere Strahlen, die als eine Zone einer Vielzahl von Strahlen genutzt werden, eine viel gleichmäßigere Verteilung der mitgerissenen Luft und der Scherrate und damit eine größere Homogenität der Energieausbreitung im Mischzonenvolumen. Dies ist vorteilhaft, weil im Vergleich zu Einstrahlsystemen, bei welchen die Energieverteilung nicht so gleichmäßig ist, ein höherer Anteil der Flüssigkeitsgemischzufuhr optimalen Bedingungen der Energieverteilung für die jeweils spezielle Aufgabe ausgesetzt werden kann. Der reine Flüssigkeitsstrahl kann als Träger zum Dosieren oder Nachfüllen von Flotationsreagenzien verwendet werden, so daß der Schlamm wieder konditioniert bzw. aufbereitet werden kann, wenn er durch die zahlreichen Flotationsstufen in der Anlage vorrückt. Die Einspritzung reiner Flüssigkeit in die Flotationsschlammcharge verursacht eine Verdünnung der ursprünglichen Pulpe, führt zu besseren Konzentratabstufungen als diejenigen, die aus unverdünnten Aufschlämmungen erhalten werden können. Die eingespritzte Flüssigkeit kann problemlos in Eindickmitteln beansprucht werden, bevor sie als Abfallschlamm entsorgt wird.
Das Verfahren erlaubt außerdem einen Behälterbetrieb in einer Schaumverdrängungsbetriebsart, die im Fall der Mineralflotation eine überlegene Konzentratabstufung im Vergleich zu herkömmlichen Schaumbehandlungstechniken erbringt. Die Schaumverdrängungsbetriebsart wird induziert, indem eine Strömung des Flüssigkeitsgemisches auf der Oberfläche des Behälters in Längsrichtung gefördert wird. Dieser Strom transportiert rasch Drainageschaum mit sehr geringer Feststoffkonzentration von dem Mischdurchlaßende in Richtung auf ein Schaumwehr, das am Austragende des Behälters angeordnet ist, wo der Schaum sich ansammelt und eindickt. Diese Technik erlaubt eine sehr wirksame Drainage der relativ dünnen Schaumschicht, bevor sie am Schaumwehr eingedickt und ausgetragen wird. Die Schaumverdrängungstechnik erlaubt außerdem einen Behälterbetrieb mit einem sehr fragilen, problemlos drainierbaren Schaum, der in einem herkömmlichen Behälter nicht überleben würde. Die Schaumverdrängungstechnik führt insbesondere zu hoch abgestuften Konzentraten bei Spülvorgängen, ohne daß es notwendig wäre, den Schaum zu waschen. Infolge dieser überlegenen Schaumbehandlungstechnik erfordert das Verfahren weniger Schaumbildner als herkömmliche mechanische Zellen, was zu einer potentiellen Einsparung von Reagenzkosten führt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiligenden Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische geschnittene Aufrißansicht einer Schaumflotationsvorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht der Flotationsvorrichtung von Fig. 1, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Einzelheit des Mischdurchlasses.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ein Chargenstrom 1a und ein Verteilungstrog 1 sind über einer Schichtstromausbildungskammer 2 angeordnet, die mit einem Austragwehr 3 versehen ist. Die Schichtstromausbildungskammer enthält rechteckige Ablenkplatten 2a stromauf vom Austragwehr 3 und stellt stromab vom Wehr 3 hin zum Eingang des Mischdurchlasses 6 über eine geneigte Oberfläche 5 eine Verbindung her, die typischerweise um 30º abfallend zur Horizontalen geneigt ist. Der Mischdurchlaß 6 läuft in der Strömungsrichtung um eine Symmetrieebene auseinander, die typischerweise um 45º abfallend zur Horizontalen geneigt und durch eine schrägverlaufende Wand eines Behälters 7 und der gegenüberliegenden Oberfläche eines Keiltrennelements 6a festgelegt ist. Über dem Keiltrennelement 6a ist eine vertikal einstellbare Stromsteuerungsoberfläche oder ein Rückführgatter bzw. -Tor 8 zwischen dem Behälter 7 und dem Einlaß zum Mischdurchlaß 6 angeordnet. Über dem Mischdurchlaß 6 sowie koplanar zu dessen Symmetrieebene 6b ist eine Gruppierung kleiner Düsen 10 in einem gemeinsamen Verteiler 11 gehalten, der mit einer Reinflüssigkeitsdruckversorgung ha verbunden ist. Stromabwärts vom Mischdurchlaß 6 ist ein Strömungspfad für das Entmischungsgas und für Flüssigkeitsphasen durch die konturierten Wände 21 und 21a des Behälters 7 in Kombination mit Stabilisierungsablenkplatten 13, einer horizontalen Strömungsführung 22 und Blasenverteilungsführungen 14 festgelegt. Flexible Flüssigphasenaustragkanäle 18 sind mit dem Ende des Behälters 7 entfernt vom Mischdurchlaß 6 verbunden und enden in einer Austragschwemmrinne 19, die vertikal einstellbar ist. Auf einer Höhe über den Austragkanälen 18 ist der Behälter 7 mit einer Schaumaustrageinrichtung in Form eines Schaumwehrs 15 und eines mechanischen Abstreifers 16 versehen. Unter dem Wehr 15 befindet sich eine Schaumsammelschwemmrinne 17.
Im Betrieb wird eine geeignete konditionierte Schlammcharge kontinuierlich in den Trog 1 eingeleitet, von welchem sie in die Schlammschicht-Stromausbildungskammer 2 verteilt wird. Das Wehr 3 der schlammschicht-Strömungsausbildungskammer 2 trägt eine gleichmäßig verteilte Schlammschicht 4 auf die geneigte Platte 5 aus, welche sie in den Mischdurchlaß 6 zuführt. Aus dem Behälter 7 rückgeführter Schlamm wird außerdem in den Mischdurchlaß 6 über das Rückführtör 8 zugeführt, welches es in einer Schlammschicht 9 überführt. Kleine Düsen 10, die in dem gemeinsamen Verteiler 11 gehalten sind, bilden eine Gruppierung von Reinflüssigkeitsstrahlen 12, welche entlang der Mischdurchlaß-Symmetrieebene 6b sich ausbreiten. In der in der Zeichnung gezeigten Konfiguration ist die Mischdurchlaß-Symmetrieebene 6b aus der Horizontalen um 45º geneigt; sie kann jedoch unter jeden Winkel zwischen 0º und 90º geneigt sein. Die Düsengruppierung 12 beschleunigt dünne Gashüllen, welche die Strahlen umgeben und taucht zwischen die Schlammschichten 4 und 9 ein und veranlaßt ein intensives Mischen sämtlicher Ströme in dem Mischdurchlaß 6. Da zwischen den reinen Flüssigkeitsstrahlen 12, die sich typischerweise mit 50 mis ausbreiten und den Schlammströmen 4 und 9, die sich typischerweise mit 0,4 bis 0,6 mis ausbreiten, eine beträchtliche Geschwindigkeitsdifferenz vorliegt, wird eine Zone mit hoher Scherrate erzeugt, welche die Gashülle in sehr feine Blasen zerreißt. Die hohe Scherrate erzeugt außerdem eine Turbulenz großer Intensität, deren Wirbelströme hohe Beschleunigungsfelder aufweisen. Da die Flüssigkeitstrahlen 12 von etwa 50 m/s auf etwa 3 mis über einen Durchlaß bzw. eine Strecke von typischerweise 0,3 m verzögert werden, werden in der Mischzone hohe Verzögerungsfelder erzeugt. Diese hohen Beschleunigungsiverzögerungsfelder vermehren trägheitsbedingte Partikeliblasenkollisionen und führen zu einem verbesserten Sammeln feiner Partikel. Ein Mehrphasengemischstrom wird aus dem Mischdurchlaß 6 in den Behälter 7 ausgetragen, wo er an einer oder mehreren länglichen Stabilisierungsablenkplatten 13 vorbeiströmt, die am Boden des Behälters 7 positioniert sind, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch Mitreißen des Massenflüssigkeitsgemisches verringert wird. Mit hydrophoben Partikeln beladene Gasblasen kommen vom Strom frei, steigen in Richtung zur Flüssigkeitsoberfläche auf und werden durch Blasenablenkführungen 14 in Richtung zum Schaumaustragende des Behälters abgelenkt. Diese Anordnung fördert eine gleichmäßige Schaumerzeugung über die gesamte aberfläche des Behälters 7. Die aufsteigenden Luftblasen induziert einen aufwärtsgerichteten Schlammstrom, der durch die Blasenführungen 14 in Richtung zum Austragende des Behälters 7 abgelenkt wird, was zu einem wohldefinierten Oberflächenstrom führt, der in der Lage ist, sogar sehr lockeren Schaum in Richtung zum Schaumwehr 15 zu transportieren. Wenn sich die dünne Schaumschicht in Richtung zum Wehr 15 ausbreitet&sub1; leitet sie Flüssigkeit und mitgerissene Muttergesteinpartikel mit und dickt aufgrund der Verdrängung gegen das Wehr 15 ein, wo sie daraufhin entweder frei oder durch ein mechanisches Paddel 16 in die Schaumschwemmrinne 17 ausgetragen wird. Der Schlammstrom am Schaumaustragende des Behälters 7 wird durch den gekrümmten Boden 21 in Aufwärtsrichtung abgelenkt, wo wiederum ein Teil des Schlammstroms horizontal durch die Strömungsführung 22 in Richtung auf das Rückführgatter 8 abgelenkt wird, während der andere Teil über die flexiblen Austragkanäle 18 in die Austragschwemmrinne 19 hindurchtritt, deren Position vertikal einstellbar ist. Der restliche Schlamm verläßt die Austragschwemmrinne 19 über ein Wehr 20 in die nächste Flotationszelle bzw. die nächste Prozeßstufe.
Der Betrieb der Flotationszelle wird in der folgenden Weise gesteuert. Die Mischintensität, die Scherrate und das Beschleunigungs/Verzögerungspegel werden durch die Geschwindigkeit der dünnen Strahlen 12 gesteuert, welche ihrerseits durch den Betriebsdruck im Verteiler 11 gesteuert wird. Die Gasmitreißrate nimmt mit zunehmender Strahlgeschwindigkeit zu, kann jedoch ebenfalls durch Ändern der Größe bzw. Stärke des Rückführstroms durch vertikales Einstellen des Rückführgatters 8 gesteuert werden. Die Gasmitreißrate kann auch durch Variieren der Breite des Mischdurchlasses 6 oder durch Variieren der freien Länge der Strahlen 12 gesteuert werden, indem der Verteiler 11 zum Einlaß des Mischdurchlasses 6 hin bzw. von diesem weg bewegt wird. Die Schaumhöhe und die Schaumströmung im Behälter 7 werden durch den Flüssigkeitspegel im Behälter und durch die Drehzahl des mechanischen Paddels 16 gesteuert. Der Flüssigkeitspegel im Behälter wird durch Bewegen der flexibel angeschlossenen Austragschwemmrinne 19 nach oben oder unten gesteuert.

Druckschriften

[1] Deutsches Patent Nr. 2 420 482
[2] Australisches Patent Nr. 404 360
[3] Australisches Patent Nr. AU-68492/90
[4] US-Patent Nr. 4 279 743
[5] GB-Patent Nr. 2 107 612A

Claims

1. Verfahren zum Trennen von dispergierten, aus Partikeln bestehenden Materialien und/oder von dispergierten flüssigen Phasen von Flüssigkeitsgemischen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, in einen Mischdurchlaß eine erste Flüssigkeitsgemischschicht und eine zweite getrennte Schicht eines rückgeführten Flüssigkeits gemisches einzuleiten, Mitreißen und Dispergieren von Gas in die zwei Flüssigkeitsgemischschichten mittels Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit, die im wesentlichen zwischen den zwei Flüssigkeitsgemischschichten in dem Mischdurchlaß auftreffen und diese scheren, und Trennen des resultierenden Mehrphasengemisches stromabwärts von dem Mischdurchlaß in eine Schaumphase und Restflüssigkeitsgemischphasen, wobei die zweite Flüssigkeitsgemischschicht ein rückgeführter Teil des Restflüssigkeitsgemisches ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einführen von Gas in ein Flüssigkeitsgemisch, Dispergieren von Gas in dem Flüssigkeitsgemisch, Kontaktieren von Gasblasen mit der dispergierten Phase in dem Flüssigkeitsgemisch, Suspendieren der dispergierten Phasen des Flüssigkeitsgemisches stromabwärts von dem Mischdurchlaß und Rückführen des Flüssigkeitsgemisches in einen Zellengroßbehälter stromabwärts von dem Mischdurchlaß durch Energie- und Impulsübertragung von den Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Flüssigkeitsgemisch in den Mischdurchlaß in Form einer einzigen Schicht oder von mehreren Schichten zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in die Flüssigkeitsgemischschichten über die Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit Reagenzien eingeleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit in einfacher oder mehrfacher planarer oder Krümmungszonen-Konfiguration oder in Cluster-Konfiguration vorliegen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit einen Durchmesser typischerweise kleiner als 1 mm aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rückführungsrate der zweiten Flüssigkeitsgemischsschicht und die zugeordnete Gaseinführrate durch ein Rückführtor gesteuert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 8, wobei die Gaseinführrate, die Scherrate und die daraus folgende Beschleunigung und die turbulenten Mischintensitäten, die in dem Mischdurchlaß erzeugt werden, durch die Geschwindigkeit des Strahls oder der Strahlen aus reiner Flüssigkeit gesteuert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaumphase durch eine vorsätzliche longitudinale Oberflächenströmung in dem Zellengroßbehälter in Richtung auf eine vertikale oder geneigte querverlaufende Barriere transportiert und angesammelt wird, welche die Bewegung des Schaums zu dem Zweck beschränkt, den Schaum zusammenzudrängen, zu koagulieren und drainieren.

10. Vorrichtung zum Trennen von dispergierten, aus Partikeln bestehenden Materialien und/oder von dispergierten flüssigen Phasen von Flüssigkeitsgemischen, wobei die Vorrichtung eine primäre Zuführeinrichtung zum Bilden einer ersten Flüssigkeitsgemischschicht aufweist, eine zweite Zuführeinrichtung zum Bilden einer zweiten getrennten Schicht eines rückgeführten Flüssigkeitsgemisches, einen Mischdurchlaß zum Aufnehmen der Flüssigkeitsgemischschichten, eine Düsengruppierung zum Bereitstellen von Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus reiner Flüssigkeit, die im wesentlichen zwischen den zwei Flüssigkeitsgemischschichten auftreffen, um ein Mehrphasengemisch in dem Mischdurchlaß zu bilden, eine Einrichtung zum Trennen des Mehrphasengemisches stromabwärts von dem Mischdurchlaß in eine Schaumphase und Restflüssigkeitsgemischphasen, und eine Einrichtung zum getrennten Austragen einer Schaumphase und einer Restflüssigkeitsgemischphase.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die primäre Zuführeinrichtung einen Zuführtrichter aufweist, der mit einem horizontalen Wehr versehen ist, um die Bildung der ersten Flüssigkeitsgemischschicht zu fördern, und einen Zuführbehälter zum Fördern der ersten Frischflüssigkeitsgemischschicht zum Einlaß des Mischdurchlasses.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Zufuhrtrichter mit einer oder mehreren Oberflächenablenkplatten versehen ist, die in das Flüssigkeitsgemisch eingetaucht sind und sich über der Flüssigkeitsoberfläche erstrekken, um den Aufprall bzw. Stoß von Flüssigkeitsoberflächenstörungen auf die Bildung der ersten Flüssigkeitsgernischschicht durch das horizontale Wehr zu miidem

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Boden des Zufuhrbehälters zwischen 0º und 90º gegenüber der horizontalen Ebene geneigt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Symmetrieachse des Mischdurchlasses zwischen 0º und 90º gegenüber der horizontalen Ebene geneigt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Mischdurchlaß Wände aufweist, die typischerweise unter einem Winkel kleiner als 15º auseinanderlaufen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die sekundäre Zufuhreinrichtung eine Strömungssteuerungsoberfläche mit entweder im Querschnitt geradem oder gekrümmtem Profil aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, außerdem aufweisend eine Strömungsführungseinrichtung zum Führen des Mehrphasengemisches, nachdem dieses den Mischdurchlaß verlassen hat.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Strömungsführungseinrichtung und die Einrichtung zum Trennen einen Einschließungsbehälter und eine oder mehrere längliche Ablenkplatten sowie querverlaufende Blasenablenkführungen aufweist, wobei die länglichen Ablenkplatten am Boden des Behälters angeordnet sind, und wobei der Boden des Behälters an seinem Ende entfernt von dem Mischdurchlaß aufwärts gekrümmt ist, um die Flüssiggemischströmung erneut in Richtung auf die Strömungsführung zu führen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Blasenablenkführungen in Nachbarschaft zur Flüssigkeitsoberfläche des Behälters angeordnet sind, und wobei die Ebene der Blasenablenkführungen zwischen 0º und 90º gegenüber der Horizontalen geneigt ist, wobei die Unterseite der Führungen von dem Mischdurchlaß wegweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei die Einrichtung zur Austragung von Restflüssigkeitsgemisch einen einzigen oder mehrere Kanäle mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei die Einrichtung zum Austragen von Schaum ein Wehr aufweist, das am Rand des Behälters entfernt von dem Mischdurchlaß angeordnet ist, um Schaum entweder frei oder mit mechanischer Hilfe auszutragen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei die Einrichtung zum Austragen von Restflüssigkeitsgemisch eine höheneinstellbare Schwemmrinne aufweist, die zum Steuern des Flüssigkeitspegels mechanisch, pneumatisch oder elektrisch entweder durch manuelle oder automatische Prozeßsteuerung betätigt ist.