EP0757591B1

EP0757591B1 - Vorrichtung zur begasung einer suspension

Info

Publication number: EP0757591B1
Application number: EP95917943A
Authority: EP
Inventors: Rainer Imhof
Original assignee: Deutz AG; Maelgwyn Mineral Services Ltd
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1994-04-23
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1999-09-01
Anticipated expiration: 2015-04-20
Also published as: WO1995029012A1; ATE183950T1; DE4414272A1; EP0757591A1; BR9507501A; ZA953265B; DE59506733D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung einer zu flotierenden Flüssigkeits-Feststoff-Suspension zwecks Durchführung einer pneumatischen Flotation.

Bei der pneumatischen Flotation werden von einer Begasungsvorrichtung Gasblasen erzeugt, die sich unter bestimmten Bedingungen gezielt an bestimmte Feststoffe anlagern. Es entstehen so Gasblasen-Feststoffkomplexe in der Suspension, die dann nach Verlassen der Begasungsvorrichtung in einem Trenngefäß als Schaum abgetrennt werden.

Durch spezielle Gestaltung der Begasungsvorrichtung kann auf die Anzahl und auf die Größe der erzeugten Gasblasen und damit auf die Anlagerung der Gasblasen an die auszutragenden Feststoffe Einfluß genommen werden.

Die Erzeugung der Gasblasen kann dabei auf unterschiedlichem Wege erfolgen. So beschreibt die DE 24 20 482 eine Begasungsvorrichtung für Flotationsanlagen, enthaltend eine Begasungskammer, in der die Suspension durch ein Sieb geführt und dann mit Luft in Kontakt gebracht wird, wobei Siebe mit verschiedenen Lochdurchmessem (5 bis 40 µm) verwendet werden können. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Gaszuführungsleitung mit einer Metallfritte verschlossen, durch die die Luft in Form von Gasblasen austritt. Die maximale Porenweite der Metallfritte wird mit 10 bis 150 µm angegeben.

Die DE 36 06 747 beschreibt eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten mit einem Lamellenpaket, durch die die zu begasende Flüssigkeit zentrisch und senkrecht zur Lamellenfläche strömt, wobei das Gas zwischen benachbarten Lamellen hindurch in die Flüssigkeit gelangt. Die Spalten zwischen den Lamellen beträgt 10 bis 500 µm, bevorzugt 25 µm.

Gemeinsam ist diesen bekannten Vorrichtungen der Nachteil, daß aufgrund der geringen Abmessungen der Öffnungen, durch die die Luft bzw. die Suspension tritt, Verstopfungen und Verschleiß auftreten können, verbunden mit einer Verschlechterung des Flotationsergebnisses.

Eine weitere Möglichkeit für die Begasung einer Suspension (Trübe) wird in der DE 31 40 966 beschrieben. Die Luft wird bei dieser bekannten Vorrichtung durch einen insbesondere vertikal verlaufenden Trübefreistrahl in die Flotationszelle eingeführt. Durch Auftrennung des Trübefreistrahls durch eine Lochplatte in eine Vielzahl von Einzelfreistrahlenen ergibt sich ein Eintragseffekt von Luft in die Trübe, der zu besonders kleinen Bläschen bei gleichzeitig guter Verteilung im Eintragsbereich führt. Bewährt haben sich bei diesem bekannten Verfahren besonders Lochplatten mit kleinen Löchern von 2 bis 3 mm Durchmesser. Nachteilig ist, daß die Begasung unmittelbar im Trübebehälter selbst erfolgt, wodurch ein gleichzeitiges Optimieren von Begasung und Schaumseparierung, genau wie bei den bekannten Rührwerks-Flotationsvorrichtungen, nur sehr schwer durchzuführen ist.

Aufbereitungs-Technik, 28(1987)Januar, No. 1, Wiesbaden (DE), Seiten 1-9, Bahr et al: "5 Jahre Betriebserfahrung mit der pneumatischen Flotation in der Steinkohlenaufbereitung" zeigt in Abb. 4 eine Vorrichtung zur Begasung einer zu flotierenden Flüssigkeits-Feststoff-Suspension, die aus mehreren lösbar miteinander verbundenen Teilstücken besteht und einen rohrförmig ausgebildeten oberen Teil, eine diesen Teil abschließende Düsenplatte, einen (aus Einzelröhrchen bestehenden) Begasungsabschnitt, in den im rechten Winkel zur Zentralachse von der Seite über einen Ringspalt Luft zugeführt wird, und ein sich unten an den Begasungsabschnitt anschließendes, sich verengendes (= Einschnürung des freien Rohrquerschnitts) Strömungsrohr aufweist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Begasung von Suspensionen zu schaffen, die trotz einfacher Konstruktion und Fertigung eine ausreichend homogene Verteilung ausreichend kleiner Gasblasen in der Suspension erzeugt und die auch eine erforderliche Änderung der Blasenzahl und der Blasengröße in einfacher Weise ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Begasungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird, genau wie in der bekannten Vorrichtung der DE 31 40 966, der in eine Vorrichtung eintretende Suspensionsstrom in mehrere Suspensionsteilströme aufgetrennt. Während nach dem bekannten Verfahren der DE 31 40 966 die erzeugten Teilströme voneinander getrennt einzeln im Trenngefäß auf die Suspensionsoberfläche aufprallen, wodurch Luft in Form von Blasen in die Suspension eingebracht wird, findet die Vereinigung der aufgetrennten Teilströme gemäß der Erfindung bereits schon in der Begasungsvorrichtung statt, und zwar so, daß alle Teilstrahlen innerhalb der Begasungsvorrichtung in einem gemeinsamen Punkt zusammenprallen, was auch gemäß der Veröffentlichung in "Aufbereitungstechnik" nicht der Fall ist. Der Suspensionsbehälter (Trennbehälter), in dem die Separierung des durch die Begasung gebildeten Schaums erfolgt, und die Begasungsvorrichtung sind also räumlich voneinander getrennt, so daß eine separate Optimierung des Begasungsvorgangs möglich ist, ohne den Trennvorgang im Trenngefäß gleichzeitig nachteilig zu beeinflussen.

Durch das erfindungsgemäße Aufeinanderprallen der vorher vereinzelten Teilstrahlen in einem Punkt wird nicht nur vorteilhaft das Gas in die Suspension eingebracht, sondern es wird gleichzeitig auch eine besonders optimale Anlagerung der Gasblasen an die auszubringenden Feststoffteilchen erreicht. Größe der Gasblasen, ihre Verteilung und ihre Anlagerung an die auszutragenden Feststoffe lassen sich durch Änderung der Ortslage des "Prallpunktes", der durch eine Änderung des Winkels, den die Teilstrahlen zur Zentralachse der Begasungsvorrichtung bilden, freiwählbar ist sowie durch Gestaltung des unteren Teils der Begasungsvorrichtung, einem Strömungsrohr, in dem dieser Prallpunkt liegt, in einfacher Weise ändern und somit optimieren, ohne auf den Trennvorgang, der ja in einem örtlich von der Begasungsvorrichtung getrennten Trenngefäß erfolgt, negativ einzuwirken.

Die Änderung der Winkel der Teilstrahlen sowie die Änderung der Form des unteren Strömungsrohres lassen sich erfindungsgemäß in einfacher Weise durch Austausch der Düsenplatte, die die Teilstrahlen erzeugt, sowie des unteren Strömungsrohres durch ein Strömungsrohr mit anderer Form durchführen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen zu einem in einer Zeichnungsfigur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer Begasungsvorrichtung.

Die Begasungsvorrichtung (10) besteht aus mehreren Teilstücken (18, 14, 19, 20), die baukastenähnlich lösbar miteinander verbunden sind. Der obere Teil (18) ist rohrförmig ausgebildet und wird unten mit einer Düsenplatte (14) abgeschlossen. In der Düsenplatte (14) sind Düsen (15) angeordnet, deren Achsen so zueinander konvergierend ausgerichtet sind, daß sie sich in einem Punkt (P) treffen. Die Düsen (15) können dabei in einem Kreis um die Zentralachse (13) der Begasungsvorrichtung (10) angeordnet sein, so daß die Düsenachsen mit der Zentralachse (13) jeweils den gleichen spitzen Winkel (α) bilden. Sie können aber auch in mehreren Kreisen um die Zentralachse (13) angeordnet sein, so daß dann für jeden Kreis die hier angeordneten Düsenachsen mit der Zentralachse (13) einen anderen festen spitzen Winkel bilden.

Unterhalb der Düsenplatte (14) ist ein den Begasungsraum (16) umschließendes Gehäuse (19) angeordnet, das seitliche Öffnungen (17) aufweist, die von außen in den Begasungsraum (16) führen. Rohrstück (18), Düsenplatte (14) und Gehäuse (19) sind lösbar miteinander verbunden, wobei die Verbindung so ausgeführt ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung (23), daß in einfacher Weise die Düsenplatte ausgewechselt werden kann.

In das Gehäuse (19) ist von unten ein Strömungsrohr (20) eingeschoben, wodurch der Begasungsraum (16) nach unten hin verlängert wird und in dem dann der Punkt (P) liegt. Gehäuse (19) und Strömungsrohr (20) sind gleichfalls lösbar miteinander verbunden, um ein einfaches Auswechseln des Strömungsrohres (20) zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Strömungsrohr (20) an seinem oberen Ende außen ein Gewinde aufweisen, so daß das Strömungsrohr (20) in ein entsprechendes Gewinde innen im Gehäuse (19) eingeschraubt werden kann.

Beim Betrieb der Begasungsvorrichtung wird die zu begasende Suspension durch eine Pumpvorrichtung (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit hohem Druck als Suspensionsstrom (11) in den rohrförmig ausgebildeten oberen Teil (18) der Begasungsvorrichtung (10) gefördert und durch die Düsen (15) der den oberen Teil (18) abschließenden Düsenplatte (14) gedrückt. Der Suspensionsstrom (11) wird hierdurch in Teilströme (12) vereinzelt, deren Strömungsrichtung der Richtung der Düsenachsen entsprechen und genau wie diese zueinander konvergierend angeordnet sind. Diese Teilströme "schießen" nun mit hoher Geschwindigkeit durch den im Gehäuse (19) gebildeten Begasungsraum (16) und verursachen durch ihre hohe Geschwindigkeit in diesem Raum einen Unterdruck, wodurch das Begasungsgas (22) durch im Gehäuse (19) seitlich angeordnete Öffnungen (17) in den Begasungsraum (16) eingesaugt wird.

Es findet eine intensive Vermischung der Suspension mit den eingesaugten Gas (22) im Begasungsraum (16) und in seiner Verlängerung im Strömungsrohr (20) statt, die durch das Aufeinanderprallen der Teilstrahlen (12) im Punkt (P) noch intensiviert wird, so daß Gasblasen in definierter Größe in die Suspension eingetragen werden. Dieser Prallpunkt (P) liegt im unter dem Gehäuse (19) angeordneten Strömungsrohr (20), das durch seine innere Gestaltung Einfluß auf die entstandenen Turbulenzen und auf ein definiertes Anlagern von Gasblasen an die Feststoffteilchen nimmt. Die durch die besondere Form des Strömungsrohres (20) "beruhigte" Suspension verläßt dann als begaster Suspensionsstrom (21) die Begasungsvorrichtung (10) und kann (in der Zeichnung nicht dargestellt) beispielsweise über eine Rohrleitung in das Trenngefäß geführt werden.

Durch die Änderung der inneren Form des Strömungsrohrs (20) und durch eine anders gestaltete Prallplatte (14) mit veränderter Anzahl an Düsen und veränderter Düsenneigung kann die Begasung in gewünschter Weise beeinflußt werden.

Ein weiterer günstiger Einfluß auf den Begasungsvorgang läßt sich durch Regelung des Drucks und der Menge der in die Begasungsvorrichtung einströmenden Suspension und durch die Begrenzung oder durch die Steigerung (durch eine zusätzliche Pumpe) der in den Begasungsraum (16) einströmenden Gasmenge ausüben.

Auch durch die Anordnung von Strömungskörpern in den freien Raum innerhalb der Begasungsvorrichtung oberhalb und/oder unterhalb der Düsenplatte (14) kann in vorteilhafter Weise ein günstiger Einfluß auf den Begasungsvorgang herbeigeführt werden.

Da durch die Begasungsvorrichtung (10) eine mit Feststoffen beladene Suspension mit hoher Geschwindigkeit strömt, wodurch auch ein erheblicher Verschleiß auftreten kann, ist es besonders von Vorteil, daß erfindungsgemäß die gesamte Begasungsvorrichtung (10) baukastenähnlich zusammengesetzt ist, wodurch durch Verschleiß beschädigte Teile in einfacher und schneller Weise ausgetauscht werden können.

Aufgrund der einfachen Geometrie der zur Begasungsvorrichtung (10) verwendeten Bauteile (18, 14, 19 und 20) können diese im Bedarfsfall ohne größeren Konstruktionsaufwand auch aus einem verschleißfesten Material, beispielsweise ein Hartmetall oder ein keramischer Werkstoff (z. B. Siliziumkarbid), gefertigt werden. Insbesondere trifft dies auf die Prallplatte (14) zu, die besonders dem Verschleiß ausgesetzt ist und deren Fertigung aus einem speziellen verschleißfesten Material keine großen Schwierigkeiten verursachen dürften.

Claims

Vorrichtung zur Begasung einer zu flotierenden Flüssigkeits-Feststoff-Suspension zwecks Durchführung einer pneumatischen Flotation, die aus mehreren miteinander lösbar verbundenen Teilstücken besteht und

einen rohrförmig ausgebildeten oberen Teil (18);

eine Düsenplatte (14), die den oberen Teil (18) abschließt mit Düsen (15), deren Achsen so zueinander konvergierend ausgerichtet sind, daß sie mit der Zentralachse (13) der Begasungsvorrichtung (10) einen spitzen Winkel α bilden und sich in einem Punkt (P) treffen;

einen unterhalb der Düsenplatte (14) angeordneten Begasungsraum, dessen Gehäuse (19) seitliche im rechten Winkel zur Zentralachse (13) ausgerichtete Öffnungen (17) und

einen unteren rohrförmig mit einer Einschnürung des freien Rohrquerschnitts ausgebildeten Strömungsrohr (20), das von unten in das Gehäuse (19) eingeführt ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α eine Größe zwischen 5 und 60°, vorzugsweise zwischen 8 und 15° aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (14) aus einem verschleißfesten Werkstoff, beispielsweise aus einem Hartmetall, oder aus einem keramischen Werkstoff wie Siliziumkarbid gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (14) und das Strömungsrohr (20) leicht auswechselbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im freien Raum oberhalb und/oder unterhalb der Düsenplatte (14) Strömungskörper angeordnet sind.
Verfahren zur Begasung einer zu flotierenden Flüssigkeits-Feststoff-Suspension in einer Begasungsvorrichtung (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zu begasende Suspension (11) nach ihrem Eintritt in die Begasungsvorrichtung (10) mit Hilfe der Düsenplatte (14) in mehrere konvergierend zueinander angeordnete Teilströme (12) aufgetrennt wird, die Teilströme (12) nachfolgend im Begasungsraum (16) mit einem durch seitliche Öffnungen des Begasungsraums eingesaugten Gas (22) intensiv vermischt werden und anschließend im Strömungsrohr (20) im Punkt (P) aufeinanderprallen und als beruhigter, begaster Suspensionsstrom (21) die Begasungsvorrichtung (10) verlassen.