EP2415527A1

EP2415527A1 - Begasungseinrichtung für eine Flotationszelle, Flotationszelle und Flotationsverfahren

Info

Publication number: EP2415527A1
Application number: EP10171860A
Authority: EP
Inventors: Stefan Blendinger; Robert Fleck; Gerold Franke; Lilla Grossmann; Werner Hartmann; Wolfgang Krieglstein
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: DK2415527T3; PL2415527T3; AU2011287891B2; US8794446B2; PE20131056A1; WO2012016721A1; US20130134101A1; EP2415527B1; AU2011287891A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Begasungseinrichtung für eine Flotationszelle (100), mit mindestens einer Gaseindüseeinheit (2) umfassend ein Gaszuführrohr (2a) mit einer Gaszuführöffnung (2a') und einen Gasverteiler (2b) mit einem Gasverteilerraum (2b'), in welchen die Gaszuführöffnung (2a') mündet, wobei der Gasverteiler (2b) weiterhin eine Anzahl an Gasverteilerdüsen (2c) mit jeweils mindestens einer rohrförmigen Düsenöffnung (2c') und mindestens einer Gasaustrittsöffnung (2d) umfasst, wobei eine jede Düsenöffnung (2c') einerseits mit dem Gasverteilerraum (2b') und andererseits mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (2d) an einem dem Gaszuführrohr (2a) abgewandten Ende der Gasverteilerdüse (2b) verbunden ist, wobei die Gasverteilerdüsen (2c) in Richtung einer Längsachse L1 des Gaszuführrohrs (2a) gesehen in einem gleichmäßigen Abstand voneinander um diese Längsachse L1 angeordnet sind und eine Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung (2c') in einem Winkel a von kleiner als 90° zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs (2a) in Richtung des dem Gasverteiler (2b) abgewandten Endes des Gaszuführrohrs (2a) ausgerichtet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Flotationszelle mit einer solchen Begasungseinrichtung und ein Flotationsverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Begasungseinrichtung für eine Flotationszelle, eine mit mindestens einer derartigen Begasungseinrichtung ausgestattete Flotationszelle, sowie ein Verfahren zur Flotation von Wertstoffpartikeln aus einer Suspension.
Die Flotation ist ein physikalisches Trennverfahren zur Trennung feinkörniger Feststoffgemenge, wie beispielsweise von Erzen und Gangart, in einer wässrigen Aufschlämmung bzw. Suspension mit Hilfe von Luftbläschen aufgrund einer unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit der in der Suspension enthaltenen Partikel. Sie wird zur Aufbereitung von Bodenschätzen und bei der Verarbeitung von vorzugsweise mineralischen Stoffen mit einem niedrigen bis mittleren Gehalt an einer Nutzkomponente bzw. eines Wertstoffs verwendet, beispielsweise in Form von Nichteisenmetallen, Eisen, Metallen der seltenen Erden und/oder Edelmetallen sowie nichtmetallischen Bodenschätzen.
Die WO 2006/069995 A1 beschreibt eine pneumatische Flotationszelle mit einem Gehäuse, das eine Flotationskammer umfasst, mit mindestens einer Düsenanordnung, hier als Ejektoren bezeichnet, weiterhin mit mindestens einer Begasungseinrichtung, bei Verwendung von Luft Belüftungseinrichtungen oder Aeratoren genannt, sowie einem Sammelbehälter für ein bei der Flotation gebildetes Schaumprodukt.
Bei der pneumatischen Flotation wird generell eine mit Reagenzien versetzte Suspension aus Wasser und feinkörnigem Feststoff über mindestens eine Düsenanordnung in eine Flotationskammer eingebracht. Die Reagenzien sollen bewirken, dass insbesondere die wertvollen, bevorzugt abzutrennenden Partikel bzw. Wertstoffpartikel in der Suspension hydrophob ausgebildet werden. Meist werden als Reagentien Xanthate eingesetzt, insbesondere um sulfidische Erzpartikel selektiv zu hydrophobisieren. Gleichzeitig mit der Suspension wird der mindestens einen Düsenanordnung Gas, insbesondere Luft, zugeführt, das mit den hydrophoben Partikeln in der Suspension in Berührung kommt. Die hydrophoben Partikel haften an sich bildenden Gasbläschen an, so dass die Gasbläschen-Gebilde, auch Aeroflocken genannt, aufschwimmen und an der Oberfläche der Suspension das Schaumprodukt bilden. Das Schaumprodukt wird in einen Sammelbehälter ausgetragen und üblicherweise noch eingedickt.
Die Qualität des Schaumprodukts bzw. der Trennerfolg des Verfahrens der Flotation ist unter anderem von der Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem hydrophoben Partikel und einem Gasbläschen abhängig. Je höher die Kollisionswahrscheinlichkeit, desto größer ist die Anzahl an hydrophoben Partikeln, die an einem Gasbläschen anhaften, an die Oberfläche aufsteigen und zusammen mit den Partikeln das Schaumprodukt bilden.
Ein bevorzugter Durchmesser der Gasbläschen ist dabei kleiner als etwa 5 mm und liegt insbesondere im Bereich zwischen 1 und 5 mm. Derart kleine Gasbläschen weisen eine hohe spezifische Oberfläche auf und sind daher in der Lage, deutlich mehr Wertstoffpartikel, insbesondere Erzpartikel, pro eingesetzte Menge an Gas zu binden und mit sich zu nehmen, als es größere Gasblasen in der Lage sind.
Generell steigen Gasbläschen mit größerem Durchmesser schneller auf als Gasbläschen kleineren Durchmessers. Dabei werden die kleineren Gasbläschen von größeren Gasbläschen aufgesammelt und vereinigen sich mit diesen zu noch größeren Gasblasen. Dadurch reduziert sich die zur Verfügung stehende spezifische Oberfläche der Gasbläschen in der Suspension, an der Wertstoffpartikel gebunden werden können.
Bei säulenartig ausgebildeten Flotationszellen, bei welchen ein Durchmesser der Flotationskammer um ein Vielfaches geringer ist als deren Höhe, ist der Weg, welchen ein Gasbläschen in der Suspension bzw. der Flotationskammer zurücklegen muss, um an die Oberfläche der Suspension zu gelangen, besonders groß. Aufgrund des besonders langen Weges entstehen in der Suspension besonders große Gasblasen. Dadurch sinkt der spezifische Austrag an Wertstoffpartikeln aus der Suspension und somit auch der Wirkungsgrad der Flotationszelle.
Bei sogenannten Hybridflotationszellen, die eine Kombination einer pneumatische Flotationszelle mit einer säulenartig ausgebildeten Flotationszelle darstellen, werden insbesondere größere Wertstoffpartikel mit Partikeldurchmessern im Bereich von 50 µm und größer nicht vollständig an die vorhandenen Gasbläschen gebunden und können somit nur zum Teil von der Suspension abgetrennt werden. Feinanteile mit Partikeldurchmessern im Bereich von 20 µm und weniger werden hingegen besonders gut abgeschieden.
Damit in einer säulenartig ausgebildeten Flotationszelle über die Höhe der Flotationskammer gesehen durchgängig Gasbläschen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm vorhanden sind, ist eine Verringerung der Durchmesser der im unteren Bereich der Flotationskammer bzw. durch eine Begasungseinrichtung in der Flotationskammer generierten Gasbläschen erforderlich. Bisher werden bei der Flotation Begasungseinrichtungen mit Gasaustrittsöffnungen verwendet, deren Durchmesser im Bereich von 3 bis 5 mm liegen und die in säulenartig ausgebildeten Flotationszellen zu einer Gasblasenbildung mit deutlich zu großen Gasblasen, insbesondere von größer als 5 mm Durchmesser, führen.
Eine weitere Reduzierung der Durchmesser der Gasaustrittsöffnungen von Begasungseinrichtungen ist in der Praxis kaum mehr möglich. So verstopfen Gasaustrittsöffnungen mit Durchmessern von bis zu 1 mm an Begasungseinrichtungen leicht, sofern üblicherweise zu verarbeitende Suspensionen mit Feststoffgehalten im Bereich von 30 bis 40 % eingesetzt werden. Bereits bei kurzen Stillstandszeiten der Flotationszelle dringen Partikel aus der Suspension in die Gasaustrittsöffnungen ein und verschließen diese. Beim erneuten Anfahren der Zelle reicht der Gasdruck des in die Suspension einzubringenden Gases oft nicht aus, um derart kleine Gasaustrittsöffnungen einer Begasungseinrichtung wieder frei zu spülen.
Umso wichtiger ist es daher, in die Suspension eingedüste Gasbläschen bereits an der Eindüsstelle daran zu hindern, sich zu großen Gasblasen zu verbinden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine dahingehend verbesserte Begasungseinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eingedüstes Gas besonders fein in der Suspension zu verteilen, und weiterhin eine Flotationszelle mit einer derartigen Begasungseinrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Begasungseinrichtung für eine Flotationszelle gelöst, mit mindestens einer Gaseindüseeinheit umfassend ein Gaszuführrohr mit einem Gasverteilerraum, in welchen die Gaszuführöffnung mündet, wobei der Gasverteiler weiterhin eine Anzahl an Gasverteilerdüsen mit jeweils mindestens einer rohrförmigen Düsenöffnung und mindestens einer Gasaustrittsöffnung umfasst, wobei eine jede Düsenöffnung einerseits mit dem Gasverteilerraum und andererseits mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung an einem dem Gaszuführrohr abgewandten Ende der Gasverteilerdüse verbunden ist, wobei die Gasverteilerdüsen in Richtung einer Längsachse L1 des Gaszuführrohrs gesehen in einem gleichmäßigen Abstand voneinander um diese Längsachse L1 angeordnet sind und eine Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung in einem Winkel α von kleiner als 90° zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs in Richtung des dem Gasverteiler abgewandten Endes des Gaszuführrohrs ausgerichtet ist.
Die Anordnung der Gasaustrittsöffnungen der Gaseindüseeinheit ermöglicht es, dass ein Gas entgegen einer Bewegungsrichtung R einer Suspension in diese besonders fein verteilt eingedüst werden kann. Dadurch ist eine innige Vermischung von Suspension und Gasbläschen gewährleistet, so dass die Ausbeute einer Flotationszelle, die mit mindestens einer erfindungsgemä-βen Begasungseinrichtung ausgestattet ist, deutlich erhöht wird.
Dabei hat es sich bewährt, wenn die Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung und die Längsachse L1 des Gaszuführrohrs in einem Winkel α im Bereich von 30° bis 70°, insbesondere in einem Winkel α von 45°, zueinander ausgerichtet sind.
Dabei können pro Gasverteilerdüse die Längsachse L2, L2' der Düsenöffnung und die Längsachse L1 des Gaszuführrohrs in einer Ebene liegen. Bevorzugt sind die Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung und die Längsachse L1 des Gaszuführrohrs zwar in einem Winkel α im Bereich von 30° bis 70°, insbesondere in einem Winkel α von 45°, zueinander ausgerichtet, jedoch nicht in einer Ebene angeordnet. Wird dabei ein Mittelpunkt der Querschnittsfläche einer der Düsenöffnungen am Übergang in den Gasverteilerraum fluchtend zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs betrachtet, liegt die Gasaustrittsöffnung seitlich der Längsachse L1 des Gaszuführrohrs, wobei die Längsachse L1 des Gaszuführrohrs und die Längsachse L2, L2' der Düsenöffnung in genau dieser Ansicht insbesondere einen Winkel γ im Bereich von > 0° bis 60° begrenzen. Durch eine derart verkippte Anordnung aller Düsenöffnungen einer Gaseindüseeinheit in gleicher Richtung wird dem aus der Gaseindüseeinheit ausströmenden Gas ein Drall aufgeprägt. Dieser bewirkt eine weitere Verbesserung der Durchmischung von Gas und Suspension.
Der Gasverteiler weist bevorzugt vier Gasverteilerdüsen auf. Dadurch wird das Gas intensiv in eine Suspension eingemischt. Es können aber auch lediglich zwei, drei oder mehr als vier Gasverteilerdüsen vorgesehen sein.
Um ein Verstopfen der Gasaustrittsöffnungen durch Partikel aus der Suspension zu vermeiden, weist eine jede Gasaustrittsöffnung vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm auf. Je nachdem, welche Größe für die Gasaustrittsöffnungen gewählt wird, sind über die gesamte Höhe der Flotationskammer in der Suspension ausschließlich Gasbläschen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm vorhanden, die eine optimale Abtrennung der Wertstoffpartikel und eine hohe Ausbeute ermöglichen.
Es hat sich bewährt, wenn die Begasungseinrichtung weiterhin ein Zentralgasrohr mit einer Zentralgasöffnung umfasst, an welches sich mindestens zwei Verbindungsrohre mit jeweils einer Verbindungsgasöffnung anschließen, wobei die Verbindungsrohre in einem rechten Winkel β zu einer Längsachse LZ des Zentralgasrohrs ausgerichtet sind, wobei die Zentralgasöffnung mit den Verbindungsgasöffnungen verbunden ist, und wobei ein jedes Verbindungsrohr an seinem dem Zentralgasrohr abgewandten Ende mit mindestens einer Gaseindüseeinheit verbunden ist, wobei die Verbindungsgasöffnungen mit den Düsenöffnungen verbunden sind. Diese Ausführungsform ermöglicht ein Einsetzen der Begasungseinrichtung in eine Flotationskammer, ohne dass eine Befestigung im Bereich des Gehäuses der Flotationszelle erfolgen muss.
Vorzugsweise sind je zwei Verbindungsrohre symmetrisch zur Längsachse LZ des Zentralgasrohrs einander gegenüberliegend am Zentralgasrohr angeordnet. Diese symmetrische Ausführungsform stabilisiert die gewünschte Position der Gaseindüseeinheiten in der Flotationskammer.
Die Längsachse L1 eines Gaszuführrohrs ist bevorzugt derart in einem Winkel, insbesondere rechtem Winkel, zu einer Längsachse LV des jeweiligen Verbindungsrohrs ausgerichtet, dass eine Eindüsung von Gas über die Gasaustrittsöffnungen entgegen der Bewegungsrichtung R der Suspension in der Flotationskammer erreicht wird.
Vorzugsweise ist eine Gaseindüseeinheit dabei verschwenkbar an einem Verbindungsrohr befestigt, um eine schnelle und unkomplizierte Anpassung und Optimierung der Position der Gasaustrittsöffnungen entgegen der aktuellen Bewegungsrichtung R der Suspension in einer Flotationskammer zu gewährleisten. Dies kann durch ein in einer gewählten Position feststellbares Gelenk, das zwischen Verbindungsrohr und Gaseindüseeinheit angeordnet ist, und dergleichen realisiert sein.
Die Aufgabe wird für die Flotationszelle, insbesondere eine säulenartige Flotationszelle oder Hybridflotationszelle, umfassend ein Gehäuse mit einer Flotationskammer, mindestens eine Düsenanordnung zur Zuführung von Gas und einer Suspension in die Flotationskammer sowie mindestens einer erfindungsgemäßen Begasungseinrichtung zur weiteren Zuführung von Gas in die Flotationskammer gelöst, indem jede Gaseindüseeinheit in der Flotationskammer unterhalb der mindestens einen Düsenanordnung derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Gasaustrittsöffnungen entgegen einer lokalen Bewegungsrichtung R der Suspension im Gehäuse ausgerichtet sind, wobei die Längsachsen L1 der Gaszuführrohre in einem Winkel von 0° bis maximal 90° zur lokalen Bewegungsrichtung R der Suspension im Gehäuse ausgerichtet sind.
Die erfindungsgemäße Flotationszelle gewährleistet eine hohe Trennleistung und damit Ausbeute an Wertstoffpartikeln, da mittels der mindestens einen Begasungseinrichtung die Einstellung geeigneter Durchmesser der Gasbläschen in der gesamten Flotationskammer sowie eine besonders innige Vermischung der erzeugten Gasbläschen mit der Suspension erreicht werden kann.
Bei der Flotationszelle handelt es sich bevorzugt um eine säulenartige Flotationszelle, bei welcher ein Durchmesser der Flotationskammer um ein Vielfaches geringer ist als deren Höhe. Insbesondere handelt es sich um eine Hybridflotationszelle, welche durch eine säulenartige Flotationszelle kombiniert mit einer pneumatischen Flotationszelle gebildet ist. Dem Effekt einer Bildung von Gasblasen mit übermäßigem Durchmesser, der hier aufgrund der säulenartigen Bauweise dieser Flotationszellen verstärkt gegeben ist, wird mittels der erfindungsgemäßen Begasungseinrichtung entgegen gewirkt. Bereits bestehende Flotationszellen können in einfacher Weise mit mindestens einer erfindungsgemäßen Begasungseinrichtung ausgerüstet werden und dadurch deren Leistungsfähigkeit erhöht werden.
Das Gehäuse der Flotationszelle weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen zylindrischen Gehäuseabschnitt auf, dessen Symmetrieachse vertikal angeordnet ist.
Das optionale Zentralgasrohr wird bevorzugt senkrecht und die Verbindungsrohre werden bevorzugt horizontal in der Flotationskammer angeordnet. So ist eine Höhenverstellung der Position der Gaseindüseeinheiten innerhalb der Flotationskammer schnell und problemlos möglich.
Die Längsachsen L1 der Gaszuführrohre sind bevorzugt in einem Winkel im Bereich von 0° bis 20° zur lokalen Bewegungsrichtung R der Suspension im Gehäuse dieser entgegengerichtet angeordnet, um die Vermengung von Gasbläschen und Suspension zu intensivieren.
Diese Maßnahme(n) führen zu einer guten Verteilung des Gases und einer intensiven Durchmischung von Gas und Suspension in einer Flotationszelle.
Als Gas, das bei einer pneumatischen Flotationszelle mittels der Begasungseinrichtung und/oder der Düsenanordnung in eine Flotationskammer eingebracht wird, wird bevorzugt Luft oder Stickstoff eingesetzt.
Die Aufgabe wird weiterhin für das Verfahren zur Flotation von Wertstoffpartikeln, insbesondere Erzmineralen, aus einer Suspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 30 bis 40 % unter Ausbildung eines Schaumprodukts mittels einer erfindungsgemäßen Flotationszelle gelöst.
Die Figuren 1 bis 7 sollen beispielhaft erfindungsgemäße Begasungseinrichtungen, eine Flotationszelle und deren Funktionsweise erläutern. So zeigt

FIG 1: eine erste Begasungseinrichtung in der Vorderansicht;
FIG 2: die erste Begasungseinrichtung gemäß FIG 1 im Längsschnitt;
FIG 3: eine zweite Begasungseinrichtung im Längsschnitt;
FIG 4: die zweite Begasungseinrichtung im Querschnitt von oben;
FIG 5: eine dritte Begasungseinrichtung in dreidimensionaler Ansicht;
FIG 6: schematisch eine pneumatische Flotationszelle im Teil-Längsschnitt; und
FIG 7: eine Draufsicht auf die pneumatische Flotationszelle gemäß FIG 6.

FIG 1 zeigt eine erste Begasungseinrichtung 1 in der Vorderansicht. FIG 2 zeigt die erste Begasungseinrichtung gemäß FIG 1 in einem Längsschnitt. Die Begasungseinrichtung 1 ist hier durch eine Gaseindüseeinheit 2 gebildet, die ein Gaszuführrohr 2a mit einer Gaszuführöffnung 2a' und einen Gasverteiler 2b mit einem Gasverteilerraum 2b' umfasst, in welchen die Gaszuführöffnung 2a' mündet. Der Gasverteiler 2b umfasst weiterhin vier Gasverteilerdüsen 2c mit jeweils einer rohrförmigen Düsenöffnung 2c' und einer Gasaustrittsöffnung 2d, wobei eine jede Düsenöffnung 2c' einerseits mit dem Gasverteilerraum 2b' und andererseits mit einer Gasaustrittsöffnung 2d an einem dem Gaszuführrohr 2a abgewandten Ende der Gasverteilerdüse 2c verbunden ist. Insgesamt sind hier vier Gasverteilerdüsen 2c vorhanden, die in Richtung der Längsachse L1 des Gaszuführrohrs 2a gesehen in gleichmäßigem Abstand zueinander um diese gruppiert sind. Je zwei Gasverteilerdüsen 2c sind symmetrisch zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs 2a einander gegenüberliegend angeordnet. Eine Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung 2c' ist in einem Winkel α von 45° zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs 2a in Richtung des dem Gasverteiler 2b abgewandten Endes des Gaszuführrohrs 2a ausgerichtet. Ein in das Gaszuführrohr 2a einströmendes Gas 7 durchströmt die Gaszuführöffnung 2a', gelangt in dem Gasverteilerraum 2b' und anschließend in die Düsenöffnungen 2c', um schließlich über die Gasaustrittsöffnungen 2d auszuströmen. Beim Einsatz der Begasungseinrichtung 1 in einer Flotationszelle wird Gas 7 fein verteilt in eine zu flotierende Suspension eingedüst.
FIG 3 zeigt eine zweite Begasungseinrichtung 1' in einem Längsschnitt, die eine besonders robuste Ausführungsform aufweist. Gleiche Bezugszeichen wie in den FIGen 1 und 2 bezeichnen gleiche Elemente. Die zweite Begasungseinrichtung 1' ist hier durch eine Gaseindüseeinheit 2 gebildet, die ebenfalls ein Gaszuführrohr 2a mit einer Gaszuführöffnung 2a' und einen Gasverteiler 2b mit einem Gasverteilerraum 2b' umfasst, in welchen die Gaszuführöffnung 2a' mündet. Das Gaszuführrohr 2a ist hier allerdings einseitig verschlossen. Der Gasverteiler 2b umfasst hier vier in das geschlossene Ende des Gaszuführrohrs 2a integrierte Gasverteilerdüsen 2c mit jeweils einer rohrförmigen Düsenöffnung 2c' und einer Gasaustrittsöffnung 2d, wobei eine jede Düsenöffnung 2c' einerseits mit dem Gasverteilerraum 2b' und andererseits mit einer Gasaustrittsöffnung 2d an einem dem Gaszuführrohr 2a abgewandten Ende der Gasverteilerdüse 2b verbunden ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann hier auch ein spitz zulaufendes Gaszuführrohr 2a eingesetzt und auf dessen Spitze eine Kappe aufgesetzt und befestigt werden, wobei der Gasverteilerraum 2b', die Gasverteilerdüsen 2c mit den Düsenöffnungen 2c' sowie die Gasaustrittsöffnungen 2d sich aufgrund der Kontur der Spitze und der Kontur der, der Spitze zugewandten Seite der Kappe ergeben.
Die Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung 2c' und die Längsachse L1 des Gaszuführrohrs 2a sind, wie in den FIGen 1 und 2 gezeigt, in einem Winkel α von 45° zueinander ausgerichtet, jedoch nicht in einer Ebene angeordnet. Wird ein Mittelpunkt der Querschnittsfläche einer der Düsenöffnungen 2c am Übergang in den Gasverteilerraum 2b' fluchtend zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs 2a betrachtet, liegt die zugehörige Gasaustrittsöffnung 2d seitlich der Längsachse L1 des Gaszuführrohrs 2a , wobei die Längsachse L1 des Gaszuführrohrs 2a und die Längsachse L2, L2' der Düsenöffnung 2c in genau dieser Ansicht einen Winkel γ im Bereich von > 0° bis 60° begrenzen. Durch die derart verkippte Anordnung aller Düsenöffnungen 2c' der Gaseindüseeinheit 2 in gleicher Richtung wird einem aus der Gaseindüseeinheit 2 ausströmenden Gas 7 ein Drall aufgeprägt. Dieser bewirkt eine weitere Verbesserung der Durchmischung von Gas 7 und Suspension. Auch die Gasverteilerdüsen 2c gemäß der in den FIGen 1 und 2 gezeigten Ausführungsform können derart verkippt angeordnet werden.
FIG 4 zeigt die zweite Begasungseinrichtung 1' im Querschnitt von oben, wobei die Anordnung und Ausrichtung der Gasverteilerdüsen 2c deutlicher erkennbar ist.
FIG 5 zeigt eine dritte Begasungseinrichtung 1" in dreidimensionaler Ansicht. Die dritte Begasungseinrichtung 1" umfasst ein Zentralgasrohr 3 mit einer Zentralgasöffnung 3a, an welches sich hier vier Verbindungsrohre 4a, 4b, 4c, 4d mit jeweils einer Verbindungsgasöffnung 4a', 4b', 4c', 4d' anschließen. Dabei sind die Verbindungsrohre 4a, 4b, 4c, 4d in einem rechten Winkel β zur Längsachse LZ des Zentralgasrohrs 3 ausgerichtet. Die Zentralgasöffnung 3a ist mit den Verbindungsgasöffnungen 4a', 4b', 4c', 4d' verbunden, wobei ein jedes Verbindungsrohr 4a, 4b, 4c, 4d an seinem dem Zentralgasrohr 3 abgewandten Ende mit je einer Gaseindüseeinheit 2 (vergleiche FIGen 1 und 2) verbunden ist, und wobei die Verbindungsgasöffnungen 4a', 4b', 4c', 4d' mit den Düsenöffnungen 2c' verbunden sind. Die Gaseindüseeinheiten 2 können dabei am Verbindungsrohr 4a, 4b, 4c, 4d verschwenkbar befestigt sein (siehe Pfeile), so dass eine optimale räumliche Ausrichtung und schnelle Anpassung der Positionierung der Gasaustrittsöffnungen 2d im Hinblick auf die in einer Flotationszelle vorhandene spiralförmige Bewegungsrichtung R der Suspension im Bereich der Gasaustrittsöffnungen 2d möglich ist.
Die Gaseindüseeinheiten 2 sind dabei bevorzugt gegenüber der Ebene, in der sich die Verteilerrohre befinden, in einem Winkel von etwa 20 bis 30° nach oben ausgerichtet, sofern sich die Suspension spiralförmig von oben nach unten in der Flotationskammer 120 (vergleiche FIG 5) bewegt.
FIG 6 zeigt eine säulenartige Flotationszelle 100, hier eine Hybridflotationszelle, mit einem Gehäuse 110, das eine Flotationskammer 120 umfasst. Die linke Seite der Flotationszelle 100 ist in Vorderansicht, die rechte Seite im Schnitt dargestellt. Innerhalb der Flotationskammer 120 befindet sich eine Schaumrinne 130 mit Stutzen 131 zum Austragen des gebildeten Schaumproduktes. Die Flotationskammer 120 ist mit Düsenanordnungen 140 zur Zuführung eines Gemisches 8 aus Gas, insbesondere Luft, und einer Suspension umfassend abzutrennende Wertstoffpartikel in die Flotationskammer 120 ausgestattet. Die Suspension weist hier einen hohen Feststoffgehalt im Bereich von 30 bis 40 % auf.
Das Gehäuse 110 weist einen zylindrischen Gehäuseabschnitt 110a auf, in dessen Zentrum die dritte Begasungsanordnungen 1" gemäß FIG 5 eingesetzt ist. Das Gehäuse 110 weist weiterhin eine Bodenaustragsöffnung 150 auf. Die Oberkante der Au-βenwandung des Gehäuses 110 befindet sich oberhalb der Oberkante der Schaumrinne 130, wodurch ein Überlauf des gebildeten Schaumproduktes über die Oberkante des Gehäuses 110 ausgeschlossen ist. Partikel der Suspension, die beispielsweise mit einer nicht ausreichend hydrophobierten Oberfläche versehen sind oder nicht mit einem Gasbläschen kollidiert sind sowie hydrophile Partikel sinken in Richtung der Bodenaustragsöffnung 150 ab und werden über diese ausgetragen. Mittels der dritten Begasungseinrichtung 1" wird in den zylindrischen Gehäuseabschnitt 110a zusätzliches Gas 7, insbesondere Luft, eingeblasen, so dass weitere hydrophobe Partikel daran gebunden werden und aufsteigen.
Die Ausrichtung zumindest einiger der Gasaustrittsöffnungen 2d der jeweiligen Gaseindüseeinheiten 2 derart, dass das Gas 7 entgegen der spiralförmigen Bewegungsrichtung R der Suspension eingedüst wird, gewährleistet eine innige Vermischung von Suspension und Gasbläschen, so dass die Ausbeute der Flotationszelle 100 erhöht wird. Die Position der Gaseindüseeinheiten 2 kann dabei in Richtung der Längsachse LZ des Zentralrohrs 3 nach oben oder unten verändert und dabei optimiert werden.
Im Idealfall sinken vor allem die hydrophilen Partikel weiter ab und werden über die Bodenaustragsöffnung 150 ausgetragen. Das Schaumprodukt enthaltend die Wertstoffpartikel gelangt aus der Flotationskammer 120 in die Schaumrinne 130 und wird über die Stutzen 131 abgeführt und gegebenenfalls eingedickt.
FIG 7 zeigt die Flotationszelle 100 in der Draufsicht, wobei die Lage der dritten Begasungseinrichtung 1" in der Flotationskammer 120 ersichtlich ist.
In der Flotationszelle 100 wird idealerweise eine Suspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 30 bis 40 % umfassend Partikel mit einem maximalen Partikeldurchmesser flotiert. Der Durchmesser der Gasaustrittsöffnungen 2d liegt dabei im Bereich von 1 bis 5 mm.
Die in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Begasungseinrichtungen und Flotationszellen stellen dabei lediglich Beispiele aus einer Vielzahl an weiteren möglichen Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Begasungseinrichtungen und damit versehenen Flotationszellen dar. Ein Fachmann kann auch andere Flotationszellen mit einer oder einer geeigneten Anzahl an erfindungsgemäßen Begasungseinrichtungen ausstatten.
So können Begasungseinrichtungen 1, 1' gemäß den FIGen 1 bis 4 derart in der Flotationskammer 120 angeordnet werden, dass das Gaszuführrohr 2a am zylindrischen Gehäuseabschnitt 110a befestigt wird und die Zufuhr von Gas 7 durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt 110a hindurch erfolgt. Auch können sich für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Begasungseinrichtung geeignete Flotationszellen hinsichtlich der Ausgestaltung und Anordnung der Flotationskammer, des Schaumsammlers, der Anzahl an Düsenanordnungen zum Eindüsen von Suspension und Gas usw. unterscheiden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Weiterhin können die Begasungseinrichtungen eine andere Anzahl an Gasverteilerdüsen, Düsenöffnungen, Gasaustrittsöffnungen, Verbindungsrohren und dergleichen aufweisen, wobei deren Anordnung und Ausrichtung zueinander variieren kann.

Claims

Begasungseinrichtung (1) für eine Flotationszelle (100), mit mindestens einer Gaseindüseeinheit (2) umfassend ein Gaszuführrohr (2a) mit einer Gaszuführöffnung (2a') und einen Gasverteiler (2b) mit einem Gasverteilerraum (2b'), in welchen die Gaszuführöffnung (2a') mündet, wobei der Gasverteiler (2b) weiterhin eine Anzahl an Gasverteilerdüsen (2c) mit jeweils mindestens einer rohrförmigen Düsenöffnung (2c') und mindestens einer Gasaustrittsöffnung (2d) umfasst, wobei eine jede Düsenöffnung (2c') einerseits mit dem Gasverteilerraum (2b') und andererseits mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (2d) an einem dem Gaszuführrohr (2a) abgewandten Ende der Gasverteilerdüse (2b) verbunden ist, wobei die Gasverteilerdüsen (2c) in Richtung einer Längsachse L1 des Gaszuführrohrs (2a) gesehen in einem gleichmäßigen Abstand voneinander um diese Längsachse L1 angeordnet sind und eine Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung (2c') in einem Winkel α von kleiner als 90° zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs (2a) in Richtung des dem Gasverteiler (2b) abgewandten Endes des Gaszuführrohrs (2a) ausgerichtet ist.
Begasungseinrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Längsachse L2, L2' einer jeden Düsenöffnung (2c') zur Längsachse L1 des Gaszuführrohrs (2a) in einem Winkel α im Bereich von 30° bis 70°, insbesondere in einem Winkel α von 45°, ausgerichtet ist.
Begasungseinrichtung nach Anspruch 2,
wobei pro Gasverteilerdüse (2c) die Längsachse L2, L2' der Düsenöffnung (2c') und die Längsachse L1 des Gaszuführrohrs (2a) in einer Ebene angeordnet sind.
Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei eine jede Gasaustrittsöffnung (2d) einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm aufweist.
Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend weiterhin ein Zentralgasrohr (3) mit einer Zentralgasöffnung (3a), an welches sich mindestens zwei Verbindungsrohre (4a, 4b, 4c, 4d) mit jeweils einer Verbindungsgasöffnung (4a', 4b', 4c', 4d') anschließen, wobei die Verbindungsrohre (4a, 4b, 4c, 4d) in einem rechten Winkel β zu einer Längsachse LZ des Zentralgasrohrs (3) ausgerichtet sind, wobei die Zentralgasöffnung (3a) mit den Verbindungsgasöffnungen (4a', 4b', 4c', 4d') verbunden ist, und wobei ein jedes Verbindungsrohr (4a, 4b, 4c, 4d) an seinem dem Zentralgasrohr (3) abgewandten Ende mit mindestens einer Gaseindüseeinheit (2) verbunden ist, wobei die Verbindungsgasöffnungen (4a', 4b', 4c', 4d') mit den Düsenöffnungen (2c') verbunden sind.
Begasungseinrichtung nach Anspruch 5,
wobei je zwei Verbindungsrohre (4a, 4c; 4b, 4d) symmetrisch zur Längsachse LZ des Zentralgasrohrs (3) einander gegenüberliegend am Zentralgasrohr (3) angeordnet sind.
Begasungseinrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6,
wobei die Längsachse (L1) eines jeden Gaszuführrohrs (2a) in einem Winkel, insbesondere rechtem Winkel, zu einer Längsachse LV des jeweiligen Verbindungsrohrs (4a, 4b, 4c, 4d) ausgerichtet ist.
Flotationszelle (100), insbesondere säulenartige Flotationszelle oder Hybridflotationszelle, umfassend ein Gehäuse (110) mit einer Flotationskammer (120), mindestens eine Düsenanordnung (140) zur Zuführung von Gas und einer Suspension in die Flotationskammer (120) sowie mindestens einer Begasungseinrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur weiteren Zuführung von Gas in die Flotationskammer (120), wobei jede Gaseindüseeinheit (2) in der Flotationskammer (120) unterhalb der mindestens einen Düsenanordnung (140) derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Gasaustrittsöffnungen (2d) entgegen einer lokalen Bewegungsrichtung R der Suspension im Gehäuse (110) ausgerichtet sind, wobei die Längsachsen (L1) der Gaszuführrohre (2a) in einem Winkel von 0° bis maximal 90° zur lokalen Bewegungsrichtung R der Suspension im Gehäuse (110) ausgerichtet sind.
Flotationszelle nach Anspruch 8,
wobei das Zentralgasrohr (3) senkrecht und die Verbindungsrohre (4a, 4b, 4c, 4d) horizontal in der Flotationskammer (120) angeordnet sind.
Flotationszelle nach Anspruch 8 oder Anspruch 9,
wobei die Längsachsen L1 der Gaszuführrohre (2a) in einem Winkel im Bereich von 0° bis 20° zur lokalen Bewegungsrichtung R der Suspension im Gehäuse (110) dieser entgegengerichtet angeordnet sind.
Verfahren zur Flotation von Wertstoffpartikeln, insbesondere Erzmineralen, aus einer Suspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 30 bis 40 % unter Ausbildung eines Schaumprodukts mittels einer Flotationszelle (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10.