EP0757591B1

EP0757591B1 - Device for introducing gas into a 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: EP0757591A1; DE4414272A1; BR9507501A; ZA953265B; DE59506733D1; ATE183950T1; WO1995029012A1

Abstract

The invention concerns a device for introducing gas into suspensions in order to carry out pneumatic flotation. A suspension stream (11) entering the device (10) is divided into partial streams (12) which converge in such a way that they meet at a point (P) inside the device (10) and coalesce to form a gasified suspension stream (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung einer zu flotierenden Flüssigkeits-Feststoff-Suspension zwecks Durchführung einer pneumatischen Flotation.The invention relates to a device for gassing a liquid-solid suspension to be floated to carry out a pneumatic 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.In the case of pneumatic flotation, gas bubbles are created by a gassing device generates, which under certain conditions target specific solids attach. This creates gas-bubble solid complexes in the suspension that then after leaving the gassing device in a separation vessel as foam be separated.

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.Due to the special design of the gassing device, the number can be reduced to the size of the gas bubbles generated and thus on the accumulation of the gas bubbles influence on the solids to be discharged.

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.The gas bubbles can be generated in different ways. DE 24 20 482 describes a gassing device for flotation plants, containing a fumigation chamber in which the suspension is passed through a sieve and then brought into contact with air, sieves with different Hole diameters (5 to 40 µm) can be used. In another In the exemplary embodiment, the gas supply line is closed with a metal frit, through which the air exits in the form of gas bubbles. The maximum pore size the metal frit is given as 10 to 150 µm.

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.DE 36 06 747 describes a device for gassing liquids with a plate pack through which the liquid to be gassed is centric and flows perpendicular to the slat surface, the gas between adjacent slats gets into the liquid. The gaps between the slats is 10 to 500 microns, preferably 25 microns.

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.Common to these known devices is the disadvantage that due to the small dimensions of the openings through which the air or the suspension occurs, constipation and wear can occur, associated with deterioration of the flotation result.

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. Another possibility for gassing a suspension (cloudy) is in the DE 31 40 966 described. The air is through in this known device an in particular vertically running turbidity-free jet into the flotation cell introduced. By separating the cloudless jet through a perforated plate into a A large number of individual free rays results in an entry effect of air into the Cloudiness that leads to particularly small bubbles with good distribution in the Entry area leads. Have proven particularly useful in this known method Perforated plates with small holes of 2 to 3 mm in diameter. Disadvantageous is that the fumigation takes place directly in the sludge container itself, whereby a simultaneous optimization of fumigation and foam separation, just like with the known agitator flotation devices, very difficult to carry out is.

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. Processing technology, 28 (1987) January, No. 1, Wiesbaden (DE), pages 1-9, Bahr et al: "5 years of operational experience with pneumatic flotation in hard coal processing" shows in Fig. 4 a device for gassing a flotated Liquid-solid suspension consisting of several detachably connected There are sections and a tubular upper part, this part final nozzle plate, one (consisting of single tubes) Fumigation section, at a right angle to the central axis from the side an annular gap is supplied with air, and an air gap adjoining the fumigation section below narrowing (= constriction of the free pipe cross-section) Has flow tube.

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.It is an object of the invention to provide a device for gassing suspensions to create a sufficiently homogeneous despite simple design and manufacture Distribution of sufficiently small gas bubbles in the suspension is generated and which also required changing the bubble number and size in simple Way.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The task is solved with the features of the labeling part of the Claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims specified.

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.In the gassing device according to the invention, just like in the known Device of DE 31 40 966, the suspension flow entering a device separated into several partial suspension streams. While after the known The method of DE 31 40 966 separates the partial streams generated from one another impact each other individually in the separation vessel on the suspension surface, causing Air is introduced into the suspension in the form of bubbles, the union finds of the split streams according to the invention already in the gassing device instead, in such a way that all partial jets within the gassing device collide on a common point which is also not the case according to the publication in "Mineral Processing". The suspension tank (Separation container), in which the separation of the fumigation formed foam takes place, and the fumigation device are so spatial separated from each other, so that a separate optimization of the gassing process is possible without adversely affecting the separation process in the separation vessel at the same time.

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.By the collision of the previously individualized partial beams according to the invention at one point not only is the gas advantageously introduced into the suspension, but it also becomes a particularly optimal attachment reached the gas bubbles on the solid particles to be discharged. Size of the gas bubbles, their distribution and their attachment to the solids to be discharged itself by changing the location of the "impact point", by a change of the angle that the partial beams make to the central axis of the gassing device form, is freely selectable and by designing the lower part of the gassing device, a flow pipe in which this point of impact lies, in simple Change the way and thus optimize, without the separation process, which is in one separating vessel locally separated from the gassing device to have a negative effect.

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.The change in the angle of the partial beams as well as the change in the shape of the lower one According to the invention, the flow tube can be passed through in a simple manner Replacement of the nozzle plate that generates the partial jets and the lower flow tube through a flow tube of a different shape.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen zu einem in einer Zeichnungsfigur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer Begasungsvorrichtung. Further advantages, details and features of the invention result from the the following explanations for a schematically shown in a drawing figure Embodiment of a gassing device.

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.The gassing device (10) consists of several sections (18, 14, 19, 20), which are releasably connected to one another in a modular manner. The upper part (18) is tubular and is closed at the bottom with a nozzle plate (14). Nozzles (15) are arranged in the nozzle plate (14), their axes relative to one another in this way are convergingly aligned so that they meet at a point (P). The nozzles (15) can in a circle around the central axis (13) of the gassing device (10) be arranged so that the nozzle axes with the central axis (13) each form the same acute angle (α). But you can also use several Circles around the central axis (13) can be arranged so that then for everyone Circle the nozzle axes arranged here with the central axis (13) another form a fixed acute angle.

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.Below the nozzle plate (14) is a gas chamber (16) enclosing Housing (19) arranged, which has lateral openings (17) which from the outside in lead the fumigation room (16). Pipe piece (18), nozzle plate (14) and housing (19) are detachably connected to one another, the connection being designed in such a way for example by a screw connection (23), that in a simple manner Nozzle plate can be replaced.

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.A flow tube (20) is inserted into the housing (19) from below, whereby the fumigation space (16) is extended downwards and in which the Point (P) is. Housing (19) and flow tube (20) are also detachable with each other connected to easily replace the flow tube (20) enable. For example, the flow tube (20) at its upper end have a thread on the outside, so that the flow tube (20) in a corresponding Thread inside the housing (19) can be screwed.

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.During operation of the gassing device, the suspension to be gassed through a pump device (not shown in the drawing) with high pressure as Suspension stream (11) in the tubular upper part (18) of the gassing device (10) conveyed and through the nozzles (15) of the upper part (18) final nozzle plate (14) pressed. The suspension stream (11) thereby separated into partial flows (12), the direction of flow of which is the direction correspond to the nozzle axes and are arranged converging to one another just like these are. These partial streams now "shoot" through at high speed the fumigation space (16) formed in the housing (19) and cause by their high speed in this room a negative pressure, causing the fumigation gas (22) through laterally arranged in the housing (19) openings (17) in the Fumigation space (16) is sucked in.

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.There is an intensive mixing of the suspension with the sucked-in gas (22) in the fumigation space (16) and in its extension in the flow tube (20) instead, which is caused by the collision of the partial beams (12) at point (P) is intensified so that gas bubbles of a defined size are introduced into the suspension become. This impact point (P) is located under the housing (19) Flow tube (20), which through its internal design influences the resulting Turbulence and on a defined attachment of gas bubbles to the Solid particles takes. The special shape of the flow tube (20) "Calmed" suspension then leaves the gassing device as a gassed suspension stream (21) (10) and can (not shown in the drawing) for example be fed into the separation vessel via a pipe.

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.By changing the inner shape of the flow tube (20) and by differently designed baffle plate (14) with a changed number of nozzles and changed Nozzle inclination can be influenced in the desired manner.

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.Another beneficial influence on the gassing process can be controlled the pressure and the amount of gas flowing into the gassing device Suspension and by limiting or increasing (by an additional Pump) the amount of gas flowing into the fumigation space (16).

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.Also by the arrangement of flow bodies in the free space inside the gassing device above and / or below the nozzle plate (14) advantageously brought about a beneficial influence on the gassing process become.

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.Since through the gassing device (10) a suspension loaded with solids flows at high speed, which also causes considerable wear , it is particularly advantageous that, according to the invention, the entire gassing device (10) is assembled in a modular manner, which causes wear damaged parts can be replaced quickly and easily can.

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.Due to the simple geometry of the gassing device (10) used Components (18, 14, 19 and 20) can do this if necessary without major design effort also made of a wear-resistant material, for example a Tungsten carbide or a ceramic material (e.g. silicon carbide). This applies in particular to the baffle plate (14), which is particularly subject to wear exposed and their manufacture from a special wear-resistant Material should not cause great difficulties.

Claims

An arrangement for the aeration of a fluid-solid suspension by means of the performance of a pneumatic flotation, comprising several detachably joined together components and has

a tube shaped upper part (18);

a nozzle plate (14), which closes the upper part (18), with nozzles (15), whose axes are directed to be so inclined convergent to each other that they form an acute angle α with the central axis (13) of the aeration arrangement, and meet in a point (P);

an aeration space arranged below the nozzle plate (14), whose casing (19) has openings (17) at the sides, directed at right angles to the central axis (13) and

a lower tube shaped flow tube (20) with a restriction of the tube opening cross section, which is introduced from below into the casing (19).
An arrangement according to Claim 1, characterised in that the angle α has a value between 5° and 60°, preferably between 8° and 15°.
An arrangement according to Claim 2, characterised in that the nozzle plate (14) is manufactured from a wear resistant material, for instance from a hard metal, or from a ceramic material such as silicon carbide.
An arrangement according to Claim 1, 2 or 3, characterised in that the nozzle plate (14) and the flow tube (20) are arranged to be easily exchangeable.
An arrangement according to Claim 1, 2, 3 or 4, characterised in that flow bodies are arranged in the free space above and/or below the nozzle plate (14).
A process for the aeration of a fluid-solids suspension to be flotated in an aeration arrangement_(10) according to one or more of the foregoing claims, whereby the suspension to be aerated (11), following its entry into the aeration arrangement (10) is separated with the aid of the nozzle plate (14) into several partial streams (12) convergent to each other, the partial streams (12) are then intensively intermixed in the aeration space (16) with a gas (22) sucked in through side openings in the aeration space and then impact each other in the flow tube (20) at point (P) and leave the aeration arrangement (10) as a calmed, aerated suspension stream (21).