EP2482989A1 - Vorrichtung, damit ausgestattete flotationsmaschine, sowie verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Vorrichtung, damit ausgestattete flotationsmaschine, sowie verfahren zu deren betrieb

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EP2482989A1
EP2482989A1 EP10760327A EP10760327A EP2482989A1 EP 2482989 A1 EP2482989 A1 EP 2482989A1 EP 10760327 A EP10760327 A EP 10760327A EP 10760327 A EP10760327 A EP 10760327A EP 2482989 A1 EP2482989 A1 EP 2482989A1
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EP
European Patent Office
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gas
suspension
nozzle
mixing chamber
channels
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10760327A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Becker
Wolfgang Krieglstein
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Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP10760327A priority Critical patent/EP2482989A1/de
Publication of EP2482989A1 publication Critical patent/EP2482989A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/02—Froth-flotation processes
    • B03D1/028—Control and monitoring of flotation processes; computer models therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
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    • B01F25/30—Injector mixers
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    • B03D1/14—Flotation machines
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F2025/913—Vortex flow, i.e. flow spiraling in a tangential direction and moving in an axial direction
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    • B01F25/3125—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characteristics of the Venturi parts
    • B01F25/31252—Nozzles
    • B01F25/312522—Profiled, grooved, ribbed nozzle, or being provided with baffles

Definitions

  • the invention relates to a device for dispersing a suspension with at least one gas, in particular for a flotation machine, comprising a dispersion nozzle, one after the other in flow direction of the suspension, a tapered in the flow direction suspension nozzle, a mixing chamber into which the suspension nozzle opens, a to the Mixing chamber subsequent, in the flow direction tapered mixing tube and at least one gas supply line for supplying the at least one gas into the mixing chamber, wherein the suspension nozzle has at least a number N> 3 with the at least one gas supply line connected gas channels, which at one of the mixing chamber facing end of the Open suspension nozzle.
  • the invention also relates to a method for operating such
  • the invention further relates to a flotation machine equipped with at least one such device, to a method for operating the flotation machine and to the use thereof.
  • Flotation is a physical separation process for
  • Suspension contained particles It is used for the treatment of mineral resources and in the processing of preferably mineral substances with a low to medium
  • Flotation machines are already known.
  • WO 2006/069995 A1 describes a flotation machine with a housing, which comprises a flotation chamber, with at least one
  • Dispergierdüse here referred to as an ejector, further with at least one gassing, when using air ventilation devices or aerators called, as well as a collection container for a formed during the flotation foam product.
  • a suspension of water and fine-grained solid mixed with reagents is generally passed over at least one
  • Dispergierdüse introduced into a flotation chamber.
  • the purpose of the reagents is to ensure that, in particular, the valuable particles, which are preferably to be separated off, are rendered hydrophobic in the suspension.
  • the at least one dispersing nozzle is supplied with gas, in particular air or nitrogen, which comes into contact with the hydrophobic particles in the suspension.
  • Gassing is introduced more gas in.
  • the hydrophobic particles adhere to forming gas bubbles, so that the gas bubble structures, also called aeroflocs, float and on the surface of the suspension
  • the foam product is in a
  • Collision probability the greater the number of hydrophobic particles that adhere to a gas bubbles, rise to the surface and together with the particles form the foam product.
  • the probability of collision is influenced, inter alia, by the dispersion of suspension and gas in the dispersing nozzle. Dispergierdüsen according to FIG 1 are already in
  • FIG 2 a longitudinal section through the dispersing 1 is shown, in each of the
  • This known dispersing nozzle 1 comprises one after the other, seen in the flow direction (see arrow direction) of the suspension 2, a tapering in the flow direction
  • Suspension nozzle 3 opens, a subsequent to the mixing chamber 4, tapering in the flow direction
  • the suspension 2 is connected via a connecting piece 9 in the
  • Suspension nozzle 3 fed and occurs at the end face 3a of the suspension nozzle 3 as a free jet 8 in the mixing chamber 4 a.
  • the gas 7 fed into the mixing chamber 4 is mixed with the suspension 2 emerging from the suspension nozzle 3 and reaches the mixing tube 5, where a further dispersion of suspension 2 and gas 7 takes place.
  • At the outlet la from the dispersing 1 is a suspension. 2
  • the flotation machine 100 used with a known per se structure according to FIG 20, wherein usually the installation is carried out such that the longitudinal axis of the dispersing nozzle 1 is aligned horizontally.
  • the flotation machine 100 comprises a housing 101 with a flotation chamber 102 into which at least one dispersing nozzle 1 for supplying gas 7 and suspension 2 opens into the flotation chamber 102.
  • the housing 101 has a cylindrical housing portion 101 a, at the lower end at least one
  • Gassing arrangement 103 is arranged.
  • Foam gutter 104 with nozzle 105 for discharging the formed Foam product The upper edge of the outer wall of the housing
  • the housing 101 is located above the upper edge of the foam channel 104, whereby an overflow of the foam product on the upper edge of the housing 101 is excluded.
  • the housing 101 further has a bottom discharge opening 106. Particles of
  • Suspension 2 which are provided, for example, with an insufficiently hydrophobized surface or have not collided with a gas bubble, and hydrophilic particles sink in the direction of the bottom discharge opening 106.
  • the gassing device 103 which is connected to a gas feed 103a, additional gas 7 is blown into the cylindrical housing section 101a, so that more
  • hydrophobic particles are bound to it and ascend. Ideally, especially the hydrophilic particles continue to sink and are removed from the process via the bottom discharge opening 106. The foam product comes out of the flotation chamber
  • the suction of the gas 7 is subject to the
  • Dispersion nozzle 1 fluctuates.
  • An amount of gas 7 supplied via the at least one gas supply line 6 can be obtained
  • the arrangement of the at least one gas supply line 6 plays a decisive role with regard to the dispersion result.
  • the gas supply line 6 In the known dispersing nozzle 1 according to FIGS. 1 and 2, the gas supply line 6
  • Mixing chamber 4 are arranged. In order to prevent clogging of a gas supply line 6 by solid particles from the suspension 2, which up to 50 wt .-% in the suspension. 2 However, a gas supply line 6 is preferably arranged in the upper region of the mixing chamber 4 of the horizontally oriented dispersing 1. This can be
  • German Offenlegungsschrift No. 27 000 49 discloses a dispersing nozzle for a flotation machine, in which a water stream containing impurities to be separated off is dispersed with air. The air is displaced by a spiral air chamber in a rotational movement.
  • Dispergierdüsen for flotation operations in the aforementioned type in the suspension nozzle has gas channels, which open at the front of the suspension nozzle, are known for example from DE 42 06 715 AI.
  • Dispersing result of suspension and gas improved device comprising a dispersing nozzle and a
  • the object is with regard to the device for
  • At least one gas supply line for supplying the
  • the suspension nozzle has at least a number N> 3 with the at least one gas supply line connected gas channels, which open at one of the mixing chamber facing end side of the suspension nozzle, and wherein the device
  • each of the at least N gas channels depending on a gas control valve for metering a gas amount of the
  • Suspension is assigned by the respective gas channel supplied gas.
  • the supply of gas to be dispersed in the suspension in the region of the end face of the suspension nozzle means that a particularly uniform gas distribution takes place in the region of the surface of the free jet that is being formed and a particularly large amount of gas is uniformly sucked into the free jet.
  • a gassing pattern M is understood to mean here a gas injection that changes over time and in succession at certain time intervals in succession via specific individual gas channels or groups of gas channels.
  • a gas control valve of the device may also be such that a switching between
  • the insert is piezoelectronic
  • the gas control valves are preferably electronically controllable via at least one central control unit.
  • fumigation patterns M can be set and performed quickly and above all automatically.
  • the device according to the invention is particularly suitable for use in general on any type of flotation machine, preferably for use on pneumatic flotation machines. Here is due to the achieved higher
  • Collision probability between a gas bubbles and a particle to be separated achieved in terms of quantity and quality improved foam product.
  • the device according to the invention can also be used in other
  • Processes are used in which a suspension and at least one gas to be dispersed.
  • At least one pressurized water line for supplying water with an amount of dissolved therein, in the mixing chamber at least partially escaping gas in the suspension nozzle and / or in the mixing tube is available.
  • the gas can be in the water until the
  • Dispersing nozzle is preferably carried out at a point at which the water passes directly into the suspension or already dispersed with gas suspension. Due to the occurring at the transition between pressurized water pipe and suspension
  • a microbubble is understood as meaning a gas bubble having a diameter of ⁇ 100 ⁇ m.
  • Microbubbles is capable of producing the finest particles
  • the at least one pressurized water line can be guided through a wall of the suspension nozzle and / or the mixing tube.
  • the at least one pressurized water line may alternatively be guided into the mixing chamber, in order to open at a location within the mixing tube, which leads to a
  • the suspension nozzle is at least one
  • the at least one device comprises at least one web arranged on an inner side of the suspension nozzle facing the suspension, which extends spirally from one side of the suspension nozzle facing away from the mixing chamber to the front side of the suspension nozzle facing the mixing chamber ,
  • the at least one device which is able to set the suspension in a spiral rotation about a longitudinal center axis of the suspension nozzle, alternatively to a formation as swirl grooves or webs by at least one spiral nozzle insert and the like or a combination of such a nozzle insert with swirl grooves and / or webs, be formed.
  • the suspension nozzle has at least a number N> 8 of gas ducts which, at the end face facing the mixing chamber, of the gas channels
  • the number of gas channels can vary depending on Dimension of the suspension nozzle can be freely selected within wide limits. In order to change the gas volume to be introduced into the suspension and the inflow velocity, an optimal number and configuration of the gas channels will also be
  • the N gas channels are, viewed in the direction of the end face of the suspension nozzle, preferably arranged at a uniform distance from one another centered on at least one circular path about the longitudinal central axis of the suspension nozzle.
  • the object is achieved for the method for operating a device according to the invention, i. comprising one
  • Dispersion nozzle and further gas control valves achieved in that the at least N gas channels associated gas control valves are operated clocked such that at any time at least one gas control valve is closed and at least one other gas control valve is open, the gas supply to the suspension a gassing M following at each gas control valve temporarily interrupted.
  • a gassing pattern M is a sequence which changes in time sequence and repeats in a certain time interval in the sequence
  • the gas control valves for a maximum gas supply to the suspension are controlled so that only one gas channel is closed at any time, the gas supply to the suspension a first Begasungsmuster Ml following one after the other at each of the gas channel is temporarily interrupted. This promotes uniform intake into and distribution of the gas in the suspension. Furthermore, it has for a minimal gas supply to
  • Gassing pattern M2 is carried out sequentially and successively through each gas channel. This reliably prevents a
  • the second gassing pattern M2 is preferably formed such that in the direction of the front side of
  • Suspension nozzle seen the at least one gas sequentially by adjacent gas channels arranged side by side
  • the gassing pattern M is formed in an alternative manner such that viewed in the direction of the end face of the suspension nozzle, the at least one gas is successively supplied by adjacent groups of adjacent adjacent gas ducts. This to a
  • the gas supply can be over two or more
  • Gas control valve to be regulated. It has proven useful to supply a subset of the N gas channels via a first gas supply line with a first gas and to supply a remainder of the gas channels via a second gas supply line with a second gas different from the first gas. It can be different gases such
  • air and nitrogen are used, but other gases are usable.
  • the object is achieved for the flotation machine, in that it comprises at least one device according to the invention.
  • a foam product improved in terms of quantity and quality is achieved.
  • the discharge rate of particles to be discharged is effectively increased.
  • the flotation machine preferably comprises a housing with a flotation chamber, into which the dispersing nozzle of the at least one device opens, and at least one gassing arrangement for the further supply of gas into the flotation chamber, which is arranged in the flotation chamber below the dispersing nozzle (s).
  • the flotation machine can also have a different structure.
  • a use of a flotation machine according to the invention for segregating an ore of gangue contained in the suspension has proven itself, since a particularly effective discharge of the ore takes place.
  • Suspension is injected by means of the dispersing in the flotation and the device is operated according to the invention, wherein the mixing chamber gas is supplied via the at least one gas supply, wherein the gas control valves associated with the at least N gas channels operated in a clocked manner at least one
  • Gas control valve is closed and at least one other gas control valve is open, with the gas supply to
  • Gas control valve is temporarily interrupted.
  • FIGS. 1 to 20 are intended to illustrate the invention by way of example. So shows:
  • Dispergierdüse according to FIG 1; 3 shows a suspension nozzle in longitudinal section
  • FIG. 4 shows the suspension nozzle according to FIG. 3 seen from below;
  • FIG 6 shows the suspension nozzle according to FIG 5 in plan view
  • FIG. 7 shows the suspension nozzle according to FIG. 5 seen from below;
  • FIG. 8 shows a dispersion nozzle for the invention
  • the centers of the eight gas channels 31 lie on a circular line, wherein the Circle to the center of the suspension nozzle 3 '' centered
  • suspension nozzle 3 '' according to the figures 3 and 4 can not be replaced directly against a suspension nozzle 3 of a conventional dispersing 1 to one for the
  • the eight gas channels 31 allow a targeted introduction of gas 7 into the suspension 2 with regard to the amount of gas and / or location of the injection and / or distribution of the injection.
  • the gas channels 31 are individually supplied with gas 7 and are each connected to a gas control valve Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh (compare FIGS. 10 to 19).
  • a specific gassing pattern M can be set.
  • a gassing pattern M is understood to mean a gas injection 7 which changes over time and in sequence at certain time intervals in the sequence, via specific individual gas channels 31 or groups of gas channels 31. This will be explained in more detail below with reference to FIGS. 10 to 19.
  • Means 30 is equipped, which are able to put the suspension 2 (see also Figures 8 and 9) in a spiral rotation about a longitudinal central axis of the suspension nozzle 3 ' .
  • the required gas channels 31 have been omitted in this illustration.
  • the devices 30 are called helical grooves, as well
  • the means 30 may alternatively be formed as a swirl grooves by webs, spiral inserts and the like or a combination of such devices, possibly also in combination with swirl grooves, be formed.
  • Number, the depth and the pitch angle of the grooves are freely selectable within wide limits and limited only by the dimensions and the material of the suspension nozzle used.
  • FIG. 6 shows the suspension nozzle 3 '(without gas channels) according to FIG. 5 in plan view, the course of the four existing swirl grooves on the inner wall of the suspension nozzle
  • FIG. 7 shows the suspension nozzle 3 '(without gas channels) according to FIG. 5 from below, wherein the front side 3a' of the suspension nozzle 3 'can be seen with the swirl grooves on which the suspension 2 (see also FIGS. 8 and 9) offset from rotation Suspension nozzle 3 'emerges.
  • FIG. 8 shows a dispersion nozzle 10 for a device according to the invention in longitudinal section, which is equipped with a suspension nozzle 3 '' ', which shows the gas channels 31 and the means 30 in the form of swirl grooves, as shown in Figures 5 to 7, has.
  • the dispersing nozzle 10 is particularly suitable for use in the device according to the invention and thus for use in flotation machines or hybrid flotation cells (see FIG. 20).
  • the longitudinal section through the dispersing nozzle 10 shows in each case the flow path of suspension 2 and gas 7.
  • the dispersing 10 comprises successively, in the flow direction (see arrow) of the suspension 2, the tapering in the flow direction suspension nozzle 3 ''', a Mixing chamber 4, in which the suspension nozzle 3 ''' opens, a subsequent to the mixing chamber 4, in
  • Suspension 2 is connected via a connector 9 in the
  • the gas 7 fed into the mixing chamber 4 via the gas channels 31 is mixed with the suspension 2 emerging from the suspension nozzle 3 '".
  • Gas 7 and suspension 2 enter the mixing tube 5, where a further intensive dispersion takes place.
  • At the outlet opening 10a from the dispersing nozzle 10 is a
  • the dispersing nozzle 10 ' is likewise suitable in particular for use in flotation machines or hybrid flotation cells
  • the longitudinal section through the dispersing nozzle 10 'in each case shows the flow course of suspension 2 and gas 7a, 7b.
  • the dispersing nozzle 10 ' is, in principle, constructed as the dispersion nozzle 10 according to FIG. 8. However, different gases 7a, 7b, for example air and nitrogen, are fed into the gas channels 31 via the gas supply lines 6a, 6b.
  • the dispersion nozzle 10 has at least one
  • the dispersing nozzle 10' At the outlet opening 10a 'from the dispersing nozzle 10' is a dilute with water suspension 2 with therein particularly finely and intimately dispersed gas 7a, 7b and microbubbles before.
  • FIGS. 10 to 14 are intended to schematically illustrate a method according to the invention for operating a device according to the invention, of which, for a better overview, only the suspension nozzle is representative of the dispersion nozzle 10, 10 '
  • 3 '', 3 '' 'with N 8 gas channels 31 and the associated gas control valves Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh are shown schematically, with maximum gas supply to gas 7, 7a, 7b explain.
  • the maximum gas supply is realized simultaneously over seven of the eight existing gas channels 31, which changes over time, which of the eight gas channels
  • FIG. 10 shows the end face of a suspension nozzle 3 '' , 3 '''of a dispersion nozzle 10, 10' of the invention
  • each gas channel 31 is controlled by means of a gas control valve V.
  • the gas passage 31a is connected to a gas control valve Va which controls a gas supply of the gas 7, 7a, 7b (see FIGS. 8 and 9) into the gas passage 31a.
  • the gas passage 31b is connected to a gas control valve Vb which controls gas supply of the gas 7, 7a, 7b into the gas passage 31b.
  • the gas passage 31c is connected to a gas control valve Vc which controls gas supply of the gas 7, 7a, 7b into the gas passage 31c.
  • the gas passage 31d is connected to a gas control valve Vd, which is a
  • the gas passage 31e is connected to a gas control valve Ve, which controls gas supply of the gas 7, 7a, 7b into the gas passage 31e.
  • the gas passage 31f is connected to a gas control valve Vf which controls a gas supply of the gas 7, 7a, 7b into the gas passage 31f.
  • the gas channel 31g is with a
  • Gas control valve Vg connected, which regulates a gas supply of the gas 7, 7a, 7b in the gas passage 31g.
  • the gas passage 31h is connected to a gas control valve Vh which controls gas supply of the gas 7, 7a, 7b into the gas passage 31h.
  • Gas control valves V are preferably via a central
  • Control unit electronically controllable.
  • FIG. 10 shows the first stage of the first gassing pattern M1.
  • FIG 11 shows the after a time interval
  • Gas control valve Vb which is connected upstream of the clockwise to the gas channel 31a adjacent the gas channel 31b, opened simultaneously.
  • the remaining gas control valves Vc to Vh are
  • FIG 12 shows the after a time interval, here
  • Gas control valve Vc which is connected upstream of the adjacent clockwise to the gas channel 31b gas channel 31c, open simultaneously.
  • the following remaining gas control valves Vd to Va are opened unchanged.
  • FIG. 13 shows that after a time interval, here
  • Gas control valve Vd which is the upstream of the gas channel 31c adjacent to the gas channel 31c upstream, opened simultaneously.
  • the following remaining gas control valves Ve to Vb are opened unchanged.
  • the closed gas channel travels clockwise per time interval, so that
  • FIG. 14 shows the eighth stage of the first following after a further time interval, here for example by ls
  • the first gassing pattern Ml which on the end face 3a '', 3a '' 'of the suspension nozzle 3' ', 3' '' seen a circulation of a closed gas channel clockwise, is now complete and is repeated.
  • the following stage is identical to the first stage according to FIG. 10.
  • the first to eighth stages in succession are repeated again and again until a modified fumigation pattern M is desired.
  • FIGS. 15 to 19 are intended to schematically show a preferred one
  • a method for operating a device according to the invention with a dispersion nozzle 10, 10 'comprising a suspension nozzle 3' ', 3' '' with N 8 gas channels 31 with minimal gas supply explain.
  • gas channels 31 are also not critical here. Of course, more or fewer gas channels 31 may be present.
  • the other gas control valves Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh and thus also the gas channels 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h are closed and do not allow access of the gas 7, 7a, 7b to the mixing chamber, not shown here.
  • the valve setting according to FIG. 15 will only be of a specific, experimental nature in its optimum length Maintaining the time interval to be determined and then changing it.
  • a second gassing pattern M2 is selected, in which, in a clockwise direction, a single activation of the
  • FIG. 15 shows the first stage of the second gassing pattern M2.
  • FIG. 16 shows that after a time interval, here
  • Gas control valve Vb which is connected upstream of the clockwise to the gas channel 31a adjacent the gas channel 31b, opened simultaneously.
  • the remaining gas control valves Vc to Vh are
  • FIG. 17 shows the after a time interval, here
  • Gas control valve Vc which is connected upstream of the adjacent clockwise to the gas channel 31b gas channel 31c, open simultaneously.
  • the following remaining gas control valves Vd to Va are closed unchanged.
  • FIG. 18 shows that after a time interval, here
  • Gas control valve Vd which clockwise to the gas channel 31c adjacent gas channel 31d is connected, opened at the same time.
  • the following remaining gas control valves Ve to Vb are closed unchanged.
  • the open gas channel travels clockwise per time interval, so that in each case the gas control valve Ve, Vf, Vg is open one after the other at each time interval.
  • FIG. 19 shows the eighth stage of the second following after a further time interval, here for example from ls
  • Stage 1 Va, Ve open; Vb to Vd and Vf to Vh closed;
  • Stage 2 Vb, Vf open; Vc to Ve and Vg to Va closed;
  • Stage 3 Vc, Vg open; Vd to Vf and Vh to Vb closed;
  • Stage 4 Vd, Vh open; Ve to Vg and Va to Vc closed;
  • Step 1 Va, Vc, Ve, Vg open; Vb, Vd, Vf, Vh closed; Stage 2: Vb, Vd, Vf, Vh open; Va, Vc, Ve, Vg closed: This is followed by a repetition of the fifth
  • the gassing pattern M5 can still be varied by feeding different gases into stage 1 and stage 2, for example in stage 1 in the form of air and stage 2 in the form of nitrogen.
  • Level 1 Va open; Vb to Vh closed;
  • Stage 3 Vf open; Vg to Ve closed; Level 4 Vg open; Vh to Vf closed;
  • Stage 12 Vc open; Vd to Vb closed;
  • Stage 13 Vg open; Vh to Vf closed;
  • Stage 14 Vh open; Va to Vg closed;
  • Gas supply used gas channels and / or the selection of the injected gas via a gas channel a variety of other gassing M are possible to influence an amount and distribution of at least one gas in the suspension 2 and thus the dispersion result.
  • FIG 20 shows a
  • Flotation chamber 102 of the flotation machine 100 opens, the dispersion of suspension and gas is improved at the same or similar installation position of the dispersion nozzle 10, 10 'and thus increases the probability of collision between a gas bubbles and a particle 2 separated from the suspension. As a result, increased deposition rates and an optimal foam product can be achieved.
  • the use of the device according to the invention is not on a flotation machine in general or a
  • a device according to the invention comprising a
  • Dispersion nozzle and gas control valves can be used on flotation systems of any structure or equipment in which at least one gas in a suspension is to be finely and evenly distributed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dispergieren einer Suspension mit mindestens einem Gas, umfassend eine Dispersionsdüse, die nacheinander in Strömungsrichtung der Suspension gesehen - eine sich in Strömungsrichtung verjüngende Suspensionsdüse; - eine Mischkammer, in welche die Suspensionsdüse mündet; - ein sich an die Mischkammer anschließendes, sich in Strömungsrichtung verjüngendes Mischrohr und - mindestens eine Gaszuführleitung zum Zuführen des mindestens einen Gases in die Mischkammer, aufweist, wobei die Suspensionsdüse mindestens eine Anzahl N ≥ 3 mit der mindestens einen Gaszuführleitung verbundene Gaskanäle aufweist, die an einer der Mischkammer zugewandten Stirnseite der Suspensionsdüse münden. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Anzahl A an Gasventilen auf, wobei N = A gilt, wobei einem jeden der mindestens N Gaskanäle je ein Gasregelventil zur Dosierung einer Gasmenge des der Suspension durch den jeweiligen Gaskanal zugeführten Gases zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Flotationsmaschine mit einer derartigen Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb von Vorrichtung und Flotationsmaschine.

Description

Beschreibung
Vorrichtung, damit ausgestattete Flotationsmaschine, sowie Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dispergieren einer Suspension mit mindestens einem Gas, insbesondere für eine Flotationsmaschine, umfassend eine Dispersionsdüse, die nacheinander in Strömungsrichtung der Suspension gesehen eine sich in Strömungsrichtung verjüngende Suspensionsdüse, eine Mischkammer, in welche die Suspensionsdüse mündet, ein sich an die Mischkammer anschließendes, sich in Strömungsrichtung verjüngendes Mischrohr und mindestens eine Gaszuführleitung zum Zuführen des mindestens einen Gases in die Mischkammer, aufweist, wobei die Suspensionsdüse mindestens eine Anzahl N > 3 mit der mindestens einen Gaszuführleitung verbundene Gaskanäle aufweist, die an einer der Mischkammer zugewandten Stirnseite der Suspensionsdüse münden. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb einer solchen
Vorrichtung.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine mit mindestens einer derartigen Vorrichtung ausgestattete Flotationsmaschine, ein Verfahren zum Betreiben der Flotationsmaschine sowie deren Verwendung.
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. Flotationsmaschinen sind bereits bekannt. Die WO 2006/069995 AI beschreibt eine Flotationsmaschine mit einem Gehäuse, das eine Flotationskammer umfasst, mit mindestens einer
Dispergierdüse, hier als Ejektor 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 Flotation bzw. der pneumatischen Flotation wird generell eine mit Reagenzien versetzte Suspension aus Wasser und feinkörnigem Feststoff über mindestens eine
Dispergierdüse in eine Flotationskammer eingebracht. Die Reagenzien sollen bewirken, dass insbesondere die wertvollen, bevorzugt abzutrennenden Partikel in der Suspension hydrophob ausgebildet werden. Gleichzeitig mit der Suspension wird der mindestens einen Dispergierdüse Gas, insbesondere Luft oder Stickstoff, zugeführt, das mit den hydrophoben Partikeln in der Suspension in Berührung kommt. Mittels einer
Begasungseinrichtung wird weiteres Gas in eingebracht. 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.
Es hat sich gezeigt, dass die Qualität des Schaumprodukts bzw. der Trennerfolg des Verfahrens der Flotation oder pneumatischen Flotation unter anderem von der
Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem hydrophoben
Partikel und einem Gasbläschen abhängt. 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. Die Kollisionswahrscheinlichkeit wird dabei unter anderem durch die Dispergierung von Suspension und Gas in der Dispergierdüse beeinflusst. Dispergierdüsen gemäß FIG 1 werden bereits in
Flotationsmaschinen bzw. Hybridflotationszellen der
Anmelderin eingesetzt. In FIG 2 ist ein Längsschnitt durch die Dispergierdüse 1 gezeigt, in dem jeweils der
Strömungsverlauf von Suspension 2 und Gas 7 gezeigt sind. Diese bekannte Dispergierdüse 1 umfasst nacheinander, in Strömungsrichtung (siehe Pfeilrichtung) der Suspension 2 gesehen, eine sich in Strömungsrichtung verjüngende
Suspensionsdüse 3, eine Mischkammer 4, in welche die
Suspensionsdüse 3 mündet, ein sich an die Mischkammer 4 anschließendes, sich in Strömungsrichtung verjüngendes
Mischrohr 5 und mindestens eine Gaszuführleitung 6 zum
Zuführen des mindestens einen Gases 7 in die Mischkammer 4. Die Suspension 2 wird über ein Anschlussstück 9 in die
Suspensionsdüse 3 eingespeist und tritt an der Stirnseite 3a der Suspensionsdüse 3 als Freistrahl 8 in die Mischkammer 4 ein. Das in die Mischkammer 4 eingespeiste Gas 7 wird mit der aus der Suspensionsdüse 3 austretenden Suspension 2 vermischt und gelangt in das Mischrohr 5, wo eine weitere Dispergierung von Suspension 2 und Gas 7 erfolgt. An der Austrittsöffnung la aus der Dispergierdüse 1 liegt eine Suspension 2
dispergiert mit dem Gas 7 vor. Eine derartige Dispersionsdüse 1 wird bereits in einer
Flotationsmaschine 100 mit einem an sich bekannten Aufbau gemäß FIG 20 eingesetzt, wobei üblicherweise der Einbau derart erfolgt, dass die Längsachse der Dispergierdüse 1 horizontal ausgerichtet wird. Die Flotationmaschine 100 umfasst ein Gehäuse 101 mit einer Flotationskammer 102, in welche mindestens eine Dispergierdüse 1 zur Zuführung von Gas 7 und Suspension 2 in die Flotationskammer 102 mündet. Das Gehäuse 101 weist einen zylindrischen Gehäuseabschnitt 101a auf, an dessen unterem Ende mindestens eine
Begasungsanordnung 103 angeordnet ist.
Innerhalb der Flotationskammer 102 befindet sich eine
Schaumrinne 104 mit Stutzen 105 zum Austragen des gebildeten Schaumproduktes. Die Oberkante der Außenwandung des Gehäuses
101 befindet sich oberhalb der Oberkante der Schaumrinne 104, wodurch ein Überlauf des Schaumproduktes über die Oberkante des Gehäuses 101 ausgeschlossen ist. Das Gehäuse 101 weist weiterhin eine Bodenaustragsöffnung 106 auf. Partikel der
Suspension 2, 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 106 ab. Mittels der Begasungseinrichtung 103, welche an eine Gaszuführung 103a angeschlossen ist, wird in den zylindrischen Gehäuseabschnitt 101a zusätzliches Gas 7 eingeblasen, so dass weitere
hydrophobe Partikel daran gebunden werden und aufsteigen. Im Idealfall sinken vor allem die hydrophilen Partikel weiter ab und werden über die Bodenaustragsöffnung 106 aus dem Prozess entfernt. Das Schaumprodukt gelangt aus der Flotationskammer
102 in die Schaumrinne 104 und wird über die Stutzen 105 abgeführt und gegebenenfalls eingedickt. Dabei unterliegt der Einsaugprozess des Gases 7 in die
Suspension 2 in der Dispergierdüse 1 einer gewissen
Zufälligkeit bezüglich der Kontinuität, so dass das
Dispersionsergebnis an der Austrittsöffnung la aus der
Dispersionsdüse 1 schwankt. Eine Menge an über die mindestens eine Gaszuführleitung 6 zugeführtem Gas 7 lässt sich
lediglich durch eine Vorschaltung von Gasregelventilen steuern, wodurch die Druckverhältnisse in der Mischkammer 4 beeinflusst werden und in Folge wiederum das
Dispergierergebnis verändert wird.
Schließlich spielt auch die Anordnung der mindestens einen Gaszuführleitung 6 im Hinblick auf das Dispergierergebnis eine entscheidende Rolle. In der bekannten Dispergierdüse 1 gemäß den FIGen 1 und 2 kann die Gaszuführleitung 6
prinzipiell in jeder beliebigen Lage am Umfang der
Mischkammer 4 angeordnet werden. Um ein Verstopfen einer Gaszuführleitung 6 durch Feststoffpartikel aus der Suspension 2 zu verhindern, welche bis zu 50 Gew.-% in der Suspension 2 enthalten sind, wird eine Gaszuführungsleitung 6 allerdings bevorzugt im oberen Bereich der Mischkammer 4 der horizontal ausgerichteten Dispergierdüse 1 angeordnet. Dies kann
allerdings dazu führen, dass sich insbesondere bei geringen zugeführten Mengen an Gas 7 oder einem geringen Gasdruck des zugeführten Gases 7 durch den Auftrieb bedingt eine einzelne, große Gasblase bildet, die sich im oberen Bereich der
Mischkammer 4 absondert und sich schwer in die Suspension 2 einmischen lässt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 27 000 49 ist eine Dispergierdüse für eine Flotationsmaschine bekannt, bei der ein abzutrennende Verunreinigungen enthaltender Wasserstrom mit Luft dispergiert wird. Die Luft wird dabei durch eine spiralförmige Luftkammer in eine Rotationsbewegung versetzt.
Dispergierdüsen für Flotationsvorgänge in der eingangs genannten Bauart, bei die Suspensionsdüse Gaskanäle aufweist, die an der Stirnseite der Suspensionsdüse münden, sind beispielsweise aus der DE 42 06 715 AI bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hinsichtlich des
Dispergierergebnisses von Suspension und Gas verbesserte Vorrichtung umfassend eine Dispergierdüse sowie ein
dahingehend verbessertes Verfahren zu deren Betrieb
bereitzustellen.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Flotationsmaschine mit einer höheren Ausbeute bereitzustellen und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung zum
Dispergieren einer Suspension mit mindestens einem Gas dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Dispergierdüse umfasst, die nacheinander in Strömungsrichtung der Suspension gesehen
- eine sich in Strömungsrichtung verjüngende Suspensionsdüse;
- eine Mischkammer, in welche die Suspensionsdüse mündet; - ein sich an die Mischkammer anschließendes, sich in
Strömungsrichtung verjüngendes Mischrohr und
- mindestens eine Gaszuführleitung zum Zuführen des
mindestens einen Gases in die Mischkammer, aufweist, wobei die Suspensionsdüse mindestens eine Anzahl N > 3 mit der mindestens einen Gaszuführleitung verbundene Gaskanäle aufweist, die an einer der Mischkammer zugewandten Stirnseite der Suspensionsdüse münden, und wobei die Vorrichtung
weiterhin eine Anzahl A an Gasventilen aufweist, wobei N = A gilt, wobei einem jeden der mindestens N Gaskanäle je ein Gasregelventil zur Dosierung einer Gasmenge des der
Suspension durch den jeweiligen Gaskanal zugeführten Gases zugeordnet ist. Die Zuführung von in der Suspension zu dispergierendem Gas im Bereich der Stirnseite der Suspensionsdüse führt dazu, dass eine besonders gleichmäßige Gasverteilung im Bereich der Oberfläche des sich ausbildenden Freistrahls erfolgt und besonders viel Gas gleichmäßig in den Freistrahl eingesaugt wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich experimentell in kürzester Zeit besonders effektive
Begasungsmuster M für eine bestimmte Suspension
identifizieren und auswählen, beispielsweise durch eine
Beurteilung des resultierenden Schaumprodukts bei einem
Einsatz der Vorrichtung an einer Flotationsmaschine. Unter einem Begasungsmuster M wird hier eine sich in zeitlicher Abfolge ändernde und in bestimmten Zeitintervallen in der Abfolge wiederholende Eindüsung von Gas über bestimmte einzelne Gaskanäle oder Gruppen von Gaskanälen verstanden.
Bei einem Gasregelventil der Vorrichtung kann es sich auch um ein solches handeln, das eine Umschaltung zwischen
unterschiedlichen Gasen ermöglicht, damit ein und derselbe Gaskanal oder ein und dieselbe Gruppe an Gaskanälen mit unterschiedlichen Gasarten bedient werden kann/können.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz piezoelektronisch
gesteuerter Gasregelventile, da diese Öffnungs- und Schließzeiten im Bereich weniger Millisekunden aufweisen und die hohen Anforderungen, die an die realisierbaren minimalen Öffnungs- und Schließzeiten bei einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gestellt werden, optimal erfüllen.
Die Gasregelventile sind vorzugsweise elektronisch über mindestens eine zentrale Steuereinheit steuerbar. So können unterschiedlichste Begasungsmuster M schnell und vor allem automatisiert eingestellt und durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Einsatz allgemein an jeglicher Art von Flotationsmaschine, bevorzugt zum Einsatz an pneumatischen Flotationsmaschinen. Hier wird aufgrund der erreichten höheren
Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Gasbläschen und einem abzutrennenen Partikel ein hinsichtlich gebildeter Menge und Qualität verbessertes Schaumprodukt erzielt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch in anderen
Prozessen verwendet werden, bei denen eine Suspension und mindestens ein Gas dispergiert werden sollen.
Um die Anzahl an Gasbläschen in der Suspension noch weiter zu erhöhen, hat es sich bewährt, wenn zusätzlich mindestens eine Druckwasserleitung zum Zuführen von Wasser mit einer Menge an darin gelöstem, in der Mischkammer zumindest teilweise entweichendem Gas in die Suspensionsdüse und/oder in das Mischrohr vorhanden ist. Das Gas kann im Wasser bis zur
Sättigungsgrenze des Gases gelöst vorliegen. Ein Einlass des Wassers mit darin gelöstem Gas in das Innere der
Dispergierdüse erfolgt bevorzugt an einer Stelle, an dem das Wasser unmittelbar in die Suspension oder bereits mit Gas dispergierte Suspension gelangt. Aufgrund des am Übergang zwischen Druckwasserleitung und Suspension auftretenden
Druckabfalls im Wasser entweicht das darin gelöste Gas zumindest teilweise und bildet Mikrogasbläschen aus, die in der Suspension dispergiert werden. Innerhalb einer Düse wirkt dabei üblicherweise, abhängig vom Ort der Suspension, ein Druck im Bereich von 1 bis 5 bar, der überwunden werden muss, wobei sich der Druck innerhalb der Düse bzw. entlang der Strömungsrichtung der Suspension in der Düse ändern kann.
Unter einem Mikrogasbläschen wird hierbei ein Gasbläschen mit einem Durchmesser von < 100 ym verstanden. Ein solches
Mikrobläschen ist in der Lage, feinste Partikel der
Suspension an sich zu binden und somit den Austrag von
Feinstpartikeln bei einer Flotation signifikant zu steigern. Dabei kann die mindestens eine Druckwasserleitung durch eine Wandung der Suspensionsdüse und/oder des Mischrohrs hindurch geführt sein. Die mindestens eine Druckwasserleitung kann alternativ auch in die Mischkammer geführt sein, um an einer Stelle innerhalb des Mischrohres zu münden, die an eine
Oberfläche eines sich von der Stirnseite der Suspensionsdüse in Richtung des Mischrohres ausbildenden, die Suspension umfassenden Freistrahls angrenzt. In beiden Fällen ist bevorzugt ein Ort der Zuspeisung zu wählen, bei dem das
Wasser unmittelbar in die Suspension eingedüst wird.
Bevorzugt ist die Suspensionsdüse mit mindestens einer
Einrichtung versehen, welche in der Lage ist, die Suspension in spiralförmige Rotation um eine Längsmittelachse der
Suspensionsdüse zu versetzen. Aufgrund der Rotationsbewegung, welche die Translationsbewegung der Suspension durch die Dispergierdüse hindurch überlagert, ergibt sich eine
vergrößerte Oberfläche an Suspension, die mit dem damit zu dispergierenden Gas in Berührung kommt. Dadurch wird die Gasmenge und Anzahl an in die Suspension eingesaugten
Gasbläschen erhöht und deren Dispergierung verbessert.
Insgesamt erhöht sich die Menge an in die Suspension
eingesaugtem Gas sowie der Dispersionsgrad erheblich im
Vergleich zu bisher üblichen Dispergierdüsen . Es hat sich bewährt, wenn die mindestens eine Einrichtung, welche in der Lage ist, die Suspension in spiralförmige
Rotation um eine Längsmittelachse der Suspensionsdüse zu versetzen, mindestens eine, an einer der Suspension zugewandten Innenseite der Suspensionsdüse angeordnete Nut umfasst, die sich spiralförmig von einer der Mischkammer abgewandten Seite der Suspensionsdüse zu der der Mischkammer zugewandten Stirnseite der Suspensionsdüse erstreckt. Eine derartige Nut wird häufig auch als Drallnut bezeichnet. Dabei kann eine Anzahl und Tiefe von derartigen Drallnuten je nach Dimension der Suspensionsdüse in weiten Grenzen frei gewählt werden. Eine optimale Anzahl und Ausgestaltung der Nuten, auch hinsichtlich deren Steigungswinkel, der bevorzugt im Bereich von 0 bis 45° liegt, kann in einfacher Weise
experimentell ermittelt werden.
In Kombination oder alternativ dazu hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Einrichtung mindestens einen, an einer der Suspension zugewandten Innenseite der Suspensionsdüse angeordneten Steg umfasst, der sich spiralförmig von einer der Mischkammer abgewandten Seite der Suspensionsdüse zur der der Mischkammer zugewandten Stirnseite der Suspensionsdüse erstreckt .
Die mindestens eine Einrichtung, welche in der Lage ist, die Suspension in spiralförmige Rotation um eine Längsmittelachse der Suspensionsdüse zu versetzen, kann alternativ zu einer Ausbildung als Drallnuten oder Stege auch durch mindestens einen spiralförmigen Düseneinsatz und dergleichen oder eine Kombination eines derartigen Düseneinsatzes mit Drallnuten und/oder Stegen, gebildet sein.
Entscheidend ist für die Ausbildung der Einrichtung vor allem, dass eine möglichst große Oberfläche des Freistrahls als Kontaktfläche zum Gas erzeugt wird und dass die
kinetische Energie des rotierenden Freistrahls zu einer erhöhten Einsaugung von Gas in die Suspension führt. Die Suspensionsdüse weist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine Anzahl N > 8 an Gaskanälen auf, die an der der Mischkammer zugewandten Stirnseite der
Suspensionsdüse münden. Die Anzahl an Gaskanälen kann je nach Dimension der Suspensionsdüse in weiten Grenzen frei gewählt werden. Um das in die Suspension einzubringende Gasvolumen und die Einströmgeschwindigkeit zu verändern, wird eine optimale Anzahl und Ausgestaltung der Gaskanäle, auch
hinsichtlich deren Durchmesser, in einfacher Weise
experimentell ermittelt.
Hierbei hat sich insbesondere eine symmetrische Anordnung der Austrittsöffnungen der Gaskanäle an der Stirnseite der
Suspensionsdüse bewährt, um eine möglichst gleichmäßige
Gasverteilung in der Mischkammer zu erzeugen. Die N Gaskanäle sind dabei, in Richtung der Stirnseite der Suspensionsdüse gesehen, bevorzugt in einem gleichmäßigen Abstand voneinander auf mindestens einer Kreisbahn um die Längsmittelachse der Suspensionsdüse zentriert angeordnet.
Die Aufgabe wird für das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, d.h. umfassend eine
Dispersionsdüse und weiterhin Gasregelventile, dadurch gelöst, dass die den mindestens N Gaskanälen zugeordneten Gasregelventile getaktet betrieben werden derart, dass zu jedem Zeitpunkt mindestens ein Gasregelventil geschlossen ist und mindestens ein weiteres Gasregelventil geöffnet ist, wobei die Gaszufuhr zur Suspension einem Begasungsmuster M folgend an jedem Gasregelventil zeitweise unterbrochen wird.
Unter einem Begasungsmuster M wird hier, wie bereits oben ausgeführt, eine sich in zeitlicher Abfolge ändernde und in bestimmten Zeitintervallen in der Abfolge wiederholende
Eindüsung von Gas über bestimmte einzelne Gaskanäle oder Gruppen von Gaskanälen verstanden. Dabei lassen sich
experimentell in kürzester Zeit besonders effektive
Begasungsmuster M für eine bestimmte Suspension
identifizieren und auswählen, beispielsweise durch eine
Beurteilung des resultierenden Schaumprodukts bei einem
Einsatz des Verfahrens in einer Flotationsmaschine. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Gasregelventile für eine maximale Gaszufuhr zur Suspension derart geregelt werden, dass zu jedem Zeitpunkt lediglich ein Gaskanal verschlossen ist, wobei die Gaszufuhr zur Suspension einem ersten Begasungsmuster Ml folgend nacheinander an jedem der Gaskanal zeitweise unterbrochen wird. Dies fördert die gleichmäßige Einsaugung in die und Verteilung des Gases in der Suspension. Weiterhin hat es sich für eine minimale Gaszufuhr zur
Suspension bewährt, die Gasregelventile derart zu regeln, dass zu jedem Zeitpunkt lediglich ein Gaskanal geöffnet ist, wobei die Gaszufuhr zur Suspension einem zweiten
Begasungsmuster M2 folgend zeitweise und nacheinander durch jeden Gaskanal erfolgt. Dies verhindert zuverlässig ein
Verstopfen von Gaskanälen durch Partikel der Suspension auch bei geringer Gaszufuhr.
Das zweite Begasungsmuster M2 wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass in Richtung der Stirnseite der
Suspensionsdüse gesehen das mindestens eine Gas nacheinander durch benachbart nebeneinander angeordnete Gaskanäle
zugeführt wird. Besonders bevorzugt ist eine Einspeisung von Gas über Gaskanäle, die im oder gegen den Uhrzeigersinn aufeinander folgen, da dies zu einer Vergleichmäßigung des Dispergiervorgangs führt.
Bevorzugt wird das Begasungsmuster M in einer alternativen Weise derart ausgebildet, dass in Richtung der Stirnseite der Suspensionsdüse gesehen das mindestens eine Gas nacheinander durch benachbarte Gruppen von benachbart nebeneinander angeordneten Gaskanälen zugeführt wird. Dies zu einer
weiteren Vergleichmäßigung des Dispergiervorgangs genutzt werden. Dabei kann die Gaszufuhr über zwei oder mehr
Gaskanäle gleichzeitig mittels eines einzelnen
Gasregelventils oder pro Gaskanal jeweils einem
Gasregelventil einem geregelt werden. Es hat sich bewährt, eine Teilmenge der N Gaskanäle über eine erste Gaszuführleitung mit einem ersten Gas zu versorgen und einen Rest der Gaskanäle über eine zweite Gaszuführleitung mit einem zum ersten Gas unterschiedlichen zweiten Gas zu versorgen. Dabei können unterschiedliche Gase wie
beispielsweise Luft und Stickstoff zum Einsatz kommen, aber auch andere Gase sind verwendbar.
Die Aufgabe wird für die Flotationsmaschine gelöst, indem diese umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet ist. Hier wird aufgrund der erreichten höheren Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Gasbläschen und einem abzutrennenden Partikel ein hinsichtlich gebildeter Menge und Qualität verbessertes Schaumprodukt erzielt. Die Austragsrate an auszutragenden Partikeln wird effektiv gesteigert .
Die Flotationsmaschine umfasst bevorzugt ein Gehäuse mit einer Flotationskammer, in welche die Dispergierdüse der mindestens einen Vorrichtung mündet, sowie mindestens eine Begasungsanordnung zur weiteren Zuführung von Gas in die Flotationskammer, die in der Flotationskammer unterhalb der Dispergierdüse (n) angeordnet ist.
Die Flotationsmaschine kann aber auch einen anderen Aufbau besitzen.
Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Flotationsmaschine zum Absondern eines in der Suspension enthaltenen Erzes von Gangart hat sich bewährt, da ein besonders effektiver Austrag des Erzes erfolgt.
Die Aufgabe wird für das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Flotationsmaschine gelöst, indem die
Suspension mittels der Dispergierdüse in die Flotationskammer eingedüst wird und die Vorrichtung erfindungsgemäß betrieben wird, wobei der Mischkammer Gas über die mindestens eine Gaszuführleitung zugeführt wird, wobei die den mindestens N Gaskanälen zugeordneten Gasregelventile getaktet betrieben werden, wobei zu jedem Zeitpunkt mindestens ein
Gasregelventil geschlossen ist und mindestens ein weiteres Gasregelventil geöffnet ist, wobei die Gaszufuhr zur
Suspension einem Begasungsmuster M folgend an jedem
Gasregelventil zeitweise unterbrochen wird.
So lässt sich durch eine gezielt ausgewählte Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine weitere Erhöhung des Austrags der Flotationsmaschine erzielen.
Die Figuren 1 bis 20 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt:
FIG 1 eine bereits bekannte Dispergierdüse für eine
Flotationsmaschine;
FIG 2 einen Längsschnitt durch die bereits bekannte
Dispergierdüse gemäß FIG 1 ; FIG 3 eine Suspensionsdüse im Längsschnitt mit
Gaskanälen, die an der Stirnseite der
Suspensionsdüse münden;
FIG 4 die Suspensionsdüse gemäß FIG 3 von unten gesehen;
FIG 5 eine Suspensionsdüse im Längsschnitt mit
Einrichtungen, welche in der Lage sind, die
Suspension in spiralförmige Rotation um eine
Längsmittelachse der Suspensionsdüse zu versetzen;
FIG 6 die Suspensionsdüse gemäß FIG 5 in der Draufsicht;
FIG 7 die Suspensionsdüse gemäß FIG 5 von unten gesehen; FIG 8 eine Dispersionsdüse für die erfindungsgemäße
Vorrichtung im Längsschnitt; FIG 9 eine weitere Dispersionsdüse für die
erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt;
FIGen 10 bis 14 schematisch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend eine Suspensionsdüse mit N = 8 Gaskanälen bei maximaler Gaszufuhr;
FIGen 15 bis 19 schematisch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend eine Suspensionsdüse mit N = 8 Gaskanälen bei minimaler Gaszufuhr; und
FIG 20 eine Flotationsmaschine im Längsschnitt.
Eine in den FIGen 1 und 2 dargestellte, bereits bekannte Dispergierdüse für eine Flotationsmaschine wurde bereits eingangs erläutert. Im Unterschied dazu ist eine Dispergierdüse für eine
erfindungsgemäße mit einer Suspensionsdüse ausgestattet, die mindestens N = 3 mit der mindestens einen Gaszuführleitung verbundene Gaskanäle aufweist, die an einer der Mischkammer zugewandten Stirnseite der Suspensionsdüse mündet.
FIG 3 zeigt eine mögliche Suspensionsdüse 3'' für eine
Dispersionsdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im
Längsschnitt mit Gaskanälen 31, die an der Stirnseite 3a'' der Suspensionsdüse 3'' münden. Über die Gaskanäle 31 wird das Gas 7 eingebracht, an der Stirnseite 3a'' der
Suspensionsdüse 3'' freigesetzt und mit der Suspension 2 dispergiert .
FIG 4 zeigt die Suspensionsdüse 3'' gemäß FIG 3 von unten, wobei die Stirnseite 3a'' der Suspensionsdüse 3'' mit insgesamt N = 8 dort mündenden Gaskanälen 31 bzw. 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h erkennbar ist. Die Mittelpunkte der acht Gaskanäle 31 liegen auf einer Kreislinie, wobei der Kreis zum Zentrum der Suspensionsdüse 3' ' zentriert
angeordnet ist.
Die Suspensionsdüse 3' ' gemäß den FIGen 3 und 4 kann nicht unmittelbar gegen eine Suspensionsdüse 3 einer herkömmlichen Dispergierdüse 1 ausgetauscht werden, um eine für die
erfindungsgemäße Vorrichtung geeignete Dispergierdüse zu erhalten. Hier ist vielmehr eine entsprechende Anbindung der einzelnen Gaskanäle 31 an eine/mehrere Gaszuführleitungen 6a, 6b erforderlich, die allerdings für einen Fachmann ohne weiteres realisierbar ist.
Die acht Gaskanäle 31 ermöglichen eine gezielte Einbringung von Gas 7 in die Suspension 2 hinsichtlich Gasmenge und/oder Ort der Eindüsung und/oder Verteilung der Eindüsung. Die Gaskanäle 31 werden einzeln mit Gas 7 versorgt und sind jeweils an ein Gasregelventil Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh (vergleiche hierzu FIGen 10 bis 19) angeschlossen. So kann mittels der acht Gaskanäle 31 ein bestimmtes Begasungsmuster M eingestellt werden. Unter einem Begasungsmuster M wird hier eine sich in zeitlicher Abfolge ändernde und in bestimmten Zeitintervallen in der Abfolge wiederholende Eindüsung von Gas 7 über bestimmte einzelne Gaskanäle 31 oder Gruppen von Gaskanälen 31 verstanden. Dies wird nachfolgend zu den FIGen 10 bis 19 näher erläutert.
FIG 5 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Suspensionsdüse 3' für eine Dispersionsdüse im Längsschnitt, die mit
Einrichtungen 30 ausgestattet ist, welche in der Lage sind, die Suspension 2 (siehe auch FIGen 8 und 9) in spiralförmige Rotation um eine Längsmittelachse der Suspensionsdüse 3' zu versetzen. Der Übersichtlichkeit halber wurden in dieser Darstellung die erforderlichen Gaskanäle 31 weggelassen. Die Einrichtungen 30 sind als spiralförmige Nuten, auch als
Drallnuten bezeichnet, ausgeführt, welche an der Innenwandung der Suspensionsdüse 3' angeordnet sind. Die Einrichtungen 30 können aber alternativ zu einer Ausbildung als Drallnuten auch durch Stege, spiralförmige Einsätze und dergleichen oder eine Kombination derartiger Einrichtungen, gegebenenfalls auch in Kombination mit Drallnuten, gebildet sein. Die
Anzahl, die Tiefe und der Steigungswinkel der Nuten sind dabei in weiten Grenzen frei wählbar und lediglich durch die Abmessungen und das Material der eingesetzten Suspensionsdüse begrenzt .
FIG 6 zeigt die Suspensionsdüse 3' (ohne Gaskanäle) gemäß FIG 5 in der Draufsicht, wobei der Verlauf der vier vorhandenen Drallnuten an der Innenwandung der Suspensionsdüse
3'erkennbar ist.
FIG 7 zeigt die Suspensionsdüse 3' (ohne Gaskanäle) gemäß FIG 5 von unten, wobei die Stirnseite 3a' der Suspensionsdüse 3' mit den Drallnuten erkennbar ist, an der die in Rotation versetzte Suspension 2 (siehe auch FIGen 8 und 9) aus der Suspensionsdüse 3' austritt.
Aufgrund der in der Suspensionsdüse 3' in Rotation versetzen Suspension 2 erfolgt in der Mischkammer 4 eine innigere
Vermischung von Gas 7 und Suspension 2. In Folge wird ein verbesserter Dispersionsgrad von Gas 7 und Suspension 2 am Austritt der Dispersionsdüse erreicht. FIG 8 zeigt eine Dispersionsdüse 10 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt, die mit einer Suspensionsdüse 3''' ausgestattet ist, die die Gaskanäle 31 zeigt und die Einrichtungen 30 in Form von Drallnuten, wie in den FIGen 5 bis 7 gezeigt, aufweist.
Die Dispergierdüse 10 eignet sich insbesondere zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und damit zum Einsatz für Flotationsmaschinen bzw. Hybridflotationszellen (siehe FIG 20) . Der Längsschnitt durch die Dispergierdüse 10 zeigt jeweils den Strömungsverlauf von Suspension 2 und Gas 7. Die Dispergierdüse 10 umfasst nacheinander, in Strömungsrichtung (siehe Pfeilrichtung) der Suspension 2 gesehen, die sich in Strömungsrichtung verjüngende Suspensionsdüse 3''', eine Mischkammer 4, in welche die Suspensionsdüse 3' ' ' mündet, ein sich an die Mischkammer 4 anschließendes, sich in
Strömungsrichtung verjüngendes Mischrohr 5 und mindestens eine Gaszuführleitung 6a, 6b zum Zuführen mindestens eines Gases 7 über die Gaskanäle 31 in die Mischkammer 4. Die
Suspension 2 wird über ein Anschlussstück 9 in die
Suspensionsdüse 3' ' ' eingespeist und tritt an der Stirnseite 3a' ' ' der Suspensionsdüse 3' ' ' als um die Längsmittelachse der Suspensionsdüse 3' ' ' rotierender Freistrahl (vergleiche FIG 2) in die Mischkammer 4 ein. Das in die Mischkammer 4 über die Gaskanäle 31 getaktet eingespeiste Gas 7 wird mit der aus der Suspensionsdüse 3''' austretenden Suspension 2 vermischt. Gas 7 und Suspension 2 gelangen in das Mischrohr 5, wo eine weitere intensive Dispergierung erfolgt. An der Austrittsöffnung 10a aus der Dispergierdüse 10 liegt eine
Suspension 2 mit darin besonders fein und innig dispergiertem Gas 7 vor.
FIG 9 zeigt eine weitere Dispersionsdüse 10' für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt, die ebenfalls mit einer Suspensionsdüse 3' ' ', wie bereits prinzipiell in FIG 8 gezeigt, ausgestattet ist.
Die Dispergierdüse 10' eignet sich ebenfalls insbesondere zum Einsatz in Flotationsmaschinen bzw. Hybridflotationszellen
(siehe FIG 20) . Der Längsschnitt durch die Dispergierdüse 10' zeigt jeweils den Strömungsverlauf von Suspension 2 und Gas 7a, 7b. Die Dispergierdüse 10' ist im Prinzip so aufgebaut wie die Dispersionsdüse 10 gemäß FIG 8. Allerdings werden hier über die Gaszuführleitungen 6a, 6b unterschiedliche Gase 7a, 7b, beispielsweise Luft und Stickstoff, in die Gaskanäle 31 eingespeist.
Im weiteren Unterschied zu der Dispergierdüse 10 gemäß FIG 8 weist die Dispersionsdüse 10' mindestens eine
Druckwasserleitung 11, 11', 11'' auf, die Wasser 12, 12', 12'' mit darin unter Druck gelöstem Gas in die Suspension 2 einspeist. In Strömungsrichtung (siehe Pfeilrichtung) der Suspension 2 gesehen erfolgt die Einspeisung dieses Wasser 12 insbesondere bereits im Bereich der Suspensionsdüse 3''', d.h. bevor die Suspension 2 in die Mischkammer 4 eintritt. Dazu wird eine Druckwasserleitung 11 durch die
Suspensionsdüse 3''' geführt. Alternativ oder in Kombination dazu kann die Einspeisung dieses Wassers 12', 12'' aber auch im Mischrohr 5' erfolgen. Dabei hat es sich bewährt, die Einspeisung in des Mischrohr 5' entweder unmittelbar im
Bereich der Oberfläche des sich ausbildenden Freistrahls (vergleiche FIG 2) vorzunehmen, wobei eine Druckwasserleitung 11' über die Mischkammer 4 in das Mischrohr 5' geführt wird und/oder die Druckwasserleitung 12'' durch die Wandung des Mischrohrs 5' hindurch geführt wird. Nach Eintritt des Wassers 12, 12', 12'' in die
Suspensionsdüse 3''' oder das Mischrohr 5', in denen ein geringerer Druck herrscht als in der jeweiligen
Druckwasserleitung 11, 11', 11'', entweicht das im Wasser 12, 12', 12'' unter Druck gelöste Gas und bildet Mikrogasbläschen aus, die innig mit der Suspension 2 dispergiert werden.
An der Austrittsöffnung 10a' aus der Dispergierdüse 10' liegt eine mit Wasser verdünnte Suspension 2 mit darin besonders fein und innig dispergiertem Gas 7a, 7b und Mikrogasbläschen vor.
Die FIGen 10 bis 14 sollen schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, von welcher zur besseren Übersicht hier stellvertretend für die Dispersionsdüse 10, 10' lediglich die Suspensionsdüse
3'', 3''' mit N = 8 Gaskanälen 31 und die damit verbundenen Gasregelventile Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh schematisch gezeigt sind, bei maximaler Gaszufuhr an Gas 7, 7a, 7b erläutern. Die maximale Gaszufuhr wird gleichzeitig über sieben der acht vorhandenen Gaskanäle 31 realisiert, wobei sich über die Zeit ändert, welcher der acht Gaskanäle
geschlossen ist. FIG 10 zeigt die Stirnseite einer Suspensionsdüse 3' ' , 3' ' ' einer Dispersionsdüse 10, 10' der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit N = 8 Gaskanälen 31 bzw. 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h. Die genaue Anzahl an Gaskanälen 31 ist hier aber nicht entscheidend. Es können selbstverständlich auch mehr oder weniger Gaskanäle 31 vorhanden sein. Dabei wird ein jeder Gaskanal 31 mittels eines Gasregelventils V gesteuert . Der Gaskanal 31a ist mit einem Gasregelventil Va verbunden, das eine Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b (vergleiche FIGen 8 und 9) in den Gaskanal 31a regelt. Der Gaskanal 31b ist mit einem Gasregelventil Vb verbunden, das eine Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b in den Gaskanal 31b regelt. Der Gaskanal 31c ist mit einem Gasregelventil Vc verbunden, das eine Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b in den Gaskanal 31c regelt. Der Gaskanal 31d ist mit einem Gasregelventil Vd verbunden, das eine
Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b in den Gaskanal 31d regelt. Der Gaskanal 31e ist mit einem Gasregelventil Ve verbunden, das eine Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b in den Gaskanal 31e regelt. Der Gaskanal 31f ist mit einem Gasregelventil Vf verbunden, das eine Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b in den Gaskanal 31f regelt. Der Gaskanal 31g ist mit einem
Gasregelventil Vg verbunden, das eine Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b in den Gaskanal 31g regelt. Der Gaskanal 31h ist mit einem Gasregelventil Vh verbunden, das eine Gaszufuhr des Gases 7, 7a, 7b in den Gaskanal 31h regelt. Die
Gasregelventile V sind vorzugsweise über eine zentrale
Steuereinheit elektronisch steuerbar.
Gemäß FIG 10 ist dabei lediglich das Gasregelventil Va und damit der Gaskanal 31a geschlossen, so dass hier kein Gas 7, 7a, 7b austritt. Die übrigen Gasregelventile Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh und damit auch die Gaskanäle 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h sind geöffnet und ermöglichen einen Zutritt des Gases 7, 7a, 7b zur hier nicht dargestellten Mischkammer. Um eine optimale Dispergierung von durch die Suspensionsdüse 3' ' , 3''' fließender Suspension 2 mit dem Gas 7, 7a, 7b zu erreichen, wird die Ventileinstellung gemäß FIG 10 jedoch nur über ein bestimmtes, experimentell in seiner optimalen Länge zu ermittelndes Zeitintervall beibehalten und dann verändert. Hier ist ein erstes Begasungsmuster Ml gewählt, bei dem im Uhrzeigersinn nacheinander eine Einzelabschaltung der
Gaskanäle 31a bis 31h bzw. der damit verbundenen Ventile Va bis Vh in gleichbleibenden Zeitintervallen erfolgt. Somit zeigt FIG 10 die erste Stufe des ersten Begasungsmusters Ml.
FIG 11 zeigt die nach einem Zeitintervall, hier
beispielsweise von ls, folgende zweite Stufe des ersten
Begasungsmusters Ml. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß FIG 10 wurde das Gasregelventil Va geschlossen und das
Gasregelventil Vb, welches dem im Uhrzeigersinn zum Gaskanal 31a benachbarten Gaskanal 31b vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die übrigen Gasregelventile Vc bis Vh sind
unverändert geöffnet. FIG 12 zeigt die nach einem Zeitintervall, hier
beispielsweise von ls, folgende dritte Stufe des ersten
Begasungsmusters Ml. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß FIG 11 wurde das Gasregelventil Vb geschlossen und das
Gasregelventil Vc, welches dem im Uhrzeigersinn zum Gaskanal 31b benachbarten Gaskanal 31c vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die nachfolgenden übrigen Gasregelventile Vd bis Va sind unverändert geöffnet.
FIG 13 zeigt die nach einem Zeitintervall, hier
beispielsweise von ls, folgende vierte Stufe des ersten
Begasungsmusters Ml. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß FIG 12 wurde das Gasregelventil Vc geschlossen und das
Gasregelventil Vd, welches dem im Uhrzeigersinn zum Gaskanal 31c benachbarten Gaskanal 31d vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die nachfolgenden übrigen Gasregelventile Ve bis Vb sind unverändert geöffnet. In den nicht gesondert dargestellten, analog durchzuführenden fünften bis siebten Stufen wandert der geschlossene Gaskanal im Uhrzeigersinn pro Zeitintervall weiter, so dass
nacheinander pro Zeitintervall jeweils das Gasregelventil Ve, Vf, Vg alleinig geschlossen ist.
FIG 14 zeigt die nach einem weiteren Zeitintervall, hier beispielsweise von ls, folgende achte Stufe des ersten
Begasungsmusters Ml. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß der siebten Stufe wurde das Gasregelventil Vg geschlossen und das Gasregelventil Vh, welches dem im Uhrzeigersinn zum
Gaskanal 31g benachbarten Gaskanal 31h vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die nachfolgenden übrigen
Gasregelventile Va bis Vf sind unverändert geöffnet.
Das erste Begasungsmuster Ml, das auf die Stirnseite 3a'', 3a''' der Suspensionsdüse 3'', 3''' gesehen ein Umlaufen eines geschlossenen Gaskanals im Uhrzeigersinn zeigt, ist nun komplett und wird wiederholt. Die nun folgende Stufe ist identisch mit der ersten Stufe gemäß FIG 10. Je Zeitintervall wird die erste bis achte Stufe in Folge nun immer wieder wiederholt, bis ein verändertes Begasungsmuster M gewünscht wird . Die FIGen 15 bis 19 sollen schematisch ein bevorzugtes
Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Dispersionsdüse 10, 10' umfassend eine Suspensionsdüse 3'', 3''' mit N = 8 Gaskanälen 31 bei minimaler Gaszufuhr erläutern .
Die genaue Anzahl an Gaskanälen 31 ist auch hier nicht entscheidend. Es können selbstverständlich auch mehr oder weniger Gaskanäle 31 vorhanden sein. Gemäß FIG 15 ist dabei lediglich das Gasregelventil Va und damit der Gaskanal 31a offen, so dass nur hier Gas 7, 7a, 7b austritt. Die übrigen Gasregelventile Vb, Vc, Vd, Ve, Vf, Vg, Vh und damit auch die Gaskanäle 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h sind geschlossen und ermöglichen keinen Zutritt des Gases 7, 7a, 7b zur hier nicht dargestellten Mischkammer. Um eine optimale Dispergierung von durch die Suspensionsdüse 3' ', 3''' fließender Suspension 2 mit der minimalen Menge an Gas 7, 7a, 7b zu erreichen, wird die Ventileinstellung gemäß FIG 15 jedoch nur über ein bestimmtes, experimentell in seiner optimalen Länge zu ermittelndes Zeitintervall beibehalten und dann verändert. Hier ist ein zweites Begasungsmuster M2 gewählt, bei dem im Uhrzeigersinn nacheinander eine Einzelzuschaltung der
Gaskanäle 31a bis 31h bzw. der damit verbundenen Ventile Va bis Vh in gleichbleibenden Zeitintervallen erfolgt. Somit zeigt FIG 15 die erste Stufe des zweiten Begasungsmusters M2.
FIG 16 zeigt die nach einem Zeitintervall, hier
beispielsweise von ls, folgende zweite Stufe des zweiten Begasungsmusters M2. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß FIG 15 wurde das Gasregelventil Va geschlossen und das
Gasregelventil Vb, welches dem im Uhrzeigersinn zum Gaskanal 31a benachbarten Gaskanal 31b vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die übrigen Gasregelventile Vc bis Vh sind
unverändert geschlossen. FIG 17 zeigt die nach einem Zeitintervall, hier
beispielsweise von ls, folgende dritte Stufe des zweiten Begasungsmusters M2. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß FIG 16 wurde das Gasregelventil Vb geschlossen und das
Gasregelventil Vc, welches dem im Uhrzeigersinn zum Gaskanal 31b benachbarten Gaskanal 31c vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die nachfolgenden übrigen Gasregelventile Vd bis Va sind unverändert geschlossen.
FIG 18 zeigt die nach einem Zeitintervall, hier
beispielsweise von ls, folgende vierte Stufe des zweiten
Begasungsmusters M2. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß FIG 17 wurde das Gasregelventil Vc geschlossen und das
Gasregelventil Vd, welches dem im Uhrzeigersinn zum Gaskanal 31c benachbarten Gaskanal 31d vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die nachfolgenden übrigen Gasregelventile Ve bis Vb sind unverändert geschlossen. In den nicht gesondert dargestellten, analog durchzuführenden fünften bis siebten Stufen wandert der offene Gaskanal im Uhrzeigersinn pro Zeitintervall weiter, so dass nacheinander pro Zeitintervall jeweils das Gasregelventil Ve, Vf, Vg alleinig offen ist.
FIG 19 zeigt die nach einem weiteren Zeitintervall, hier beispielsweise von ls, folgende achte Stufe des zweiten
Begasungsmusters M2. Ausgehend von der Ventilstellung gemäß der siebten Stufe wurde das Gasregelventil Vg geschlossen und das Gasregelventil Vh, welches dem im Uhrzeigersinn zum
Gaskanal 31g benachbarten Gaskanal 31h vorgeschaltet ist, gleichzeitig geöffnet. Die nachfolgenden übrigen
Gasregelventile Va bis Vf sind unverändert geschlossen. Das zweite Begasungsmuster M2, das auf die Stirnseite 3a'', 3a''' der Suspensionsdüse 3'', 3''' gesehen ein Umlaufen eines geöffneten Gaskanals 31 im Uhrzeigersinn zeigt, ist nun komplett und wird wiederholt. Die nun folgende Stufe ist identisch mit der ersten Stufe gemäß FIG 15. Je Zeitintervall werden die erste bis achte Stufe in Folge nun immer wieder wiederholt, bis ein verändertes Begasungsmuster M gewünscht wird .
Es ist offensichtlich, dass hier eine Vielzahl
unterschiedlicher Begasungsmuster M gewählt werden können, die sich von dem hier im Detail erläuterten ersten
Begasungsmuster Ml und zweiten Begasungsmuster M2
unterscheiden. Nachfolgend lediglich ein paar Beispiele für weitere mögliche Begasungsmuster M:
Drittes Begasungsmuster M3 :
Es sind gleichzeitig immer zwei Gaskanäle geöffnet, wobei gilt Stufe 1 Va, Vb offen; Vc bis Vh geschlossen;
Stufe 2 Vb, Vc offen; Vd bis Va geschlossen;
Stufe 3 Vc, Vd offen; Ve bis Vb geschlossen;
Stufe 4 Vd, Ve offen; Vf bis Vc geschlossen;
Stufe 5 Ve, Vf offen; Vg bis Vd geschlossen;
Stufe 6 Vf, Vg offen; Vh bis Ve geschlossen;
Stufe 7 Vg, Vh offen; Va bis Vf geschlossen;
Stufe 8 Vh, Va offen; Vb bis Vg geschlossen;
Anschließend erfolgt eine Wiederholung des dritten
Begasungsmusters M3.
Viertes Begasungsmuster M4 :
Es sind gleichzeitig immer zwei Gaskanäle geöffnet, wobei gilt
Stufe 1: Va, Ve offen; Vb bis Vd und Vf bis Vh geschlossen;
Stufe 2: Vb, Vf offen; Vc bis Ve und Vg bis Va geschlossen;
Stufe 3: Vc, Vg offen; Vd bis Vf und Vh bis Vb geschlossen;
Stufe 4: Vd, Vh offen; Ve bis Vg und Va bis Vc geschlossen;
Anschließend erfolgt eine Wiederholung des vierten
Begasungsmusters M4.
Fünftes Begasungsmuster M5 :
Es sind gleichzeitig immer vier Gaskanäle geöffnet, wobei gilt
Stufe 1: Va, Vc, Ve, Vg offen; Vb, Vd, Vf, Vh geschlossen; Stufe 2: Vb, Vd, Vf, Vh offen; Va, Vc, Ve, Vg geschlossen: Anschließend erfolgt eine Wiederholung des fünften
Begasungsmusters M5.
Das Begasungsmuster M5 kann dabei noch variiert werden, indem in Stufe 1 und Stufe 2 unterschiedliche Gase eingespeist werden, beispielsweise in Stufe 1 in Form von Luft und in Stufe 2 in Form von Stickstoff.
Sechstes Begasungsmuster M6 :
Es ist immer nur ein Gaskanal geöffnet, wobei gilt
Stufe 1: Va offen; Vb bis Vh geschlossen;
Stufe 2: Vb offen; Vc bis Va geschlossen;
Stufe 3: Vf offen; Vg bis Ve geschlossen; Stufe 4 Vg offen; Vh bis Vf geschlossen;
Stufe 5 Vc offen; Vd bis Vb geschlossen;
Stufe 6 Vd offen; Ve bis Vc geschlossen;
Stufe 7 Vh offen; Va bis Vg geschlossen;
Stufe 8 Va offen; Vb bis Vh geschlossen;
Stufe 9 Ve offen; Vf bis Vd geschlossen;
Stufe 10 : Vf offen; Vg bis Ve geschlossen;
Stufe 11 : Vb offen; Vc bis Va geschlossen;
Stufe 12 : Vc offen; Vd bis Vb geschlossen;
Stufe 13: Vg offen; Vh bis Vf geschlossen;
Stufe 14 : Vh offen; Va bis Vg geschlossen;
Stufe 15: Vd offen; Ve bis Vb geschlossen;
Stufe 16: Ve offen; Vf bis Vd geschlossen;
Anschließend erfolgt eine Wiederholung des sechsten
Begasungsmusters M6.
Für einen Fachmann ist ersichtlich, dass in Abhängigkeit von der gewählten Anzahl an Gaskanälen und/oder Abfolge von
Gaskanälen zur Gaszufuhr und/oder den gleichzeitig zur
Gaszufuhr genutzten Gaskanälen und/oder der Auswahl des über einen Gaskanal eingedüsten Gases eine Vielzahl weiterer Begasungsmuster M möglich sind, um eine Menge und Verteilung mindestens eines Gases in der Suspension 2 und somit das Dispergierergebnis zu beeinflussen.
Die bereits eingangs erläuterte FIG 20 zeigt eine
Flotationsmaschine 100 im Längsschnitt. Durch Einsatz mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Dispersionsdüse 10, 10' der Vorrichtung in die
Flotationskammer 102 der Flotationsmaschine 100 mündet, wird bei gleicher oder ähnlicher Einbaulage der Dispersionsdüse 10, 10' die Dispergierung von Suspension und Gas verbessert und damit die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Gasbläschen und einem aus der Suspension 2 abzutrennenden Partikel erhöht. In Folge sind erhöhte Abscheideraten und ein optimales Schaumprodukt erzielbar. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch nicht auf eine Flotationsmaschine allgemein oder eine
Flotationsmaschine mit einem Aufbau gemäß FIG 20 begrenzt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfassend eine
Dispersionsdüse und Gasregelventile kann an Flotationsanlagen jeglichen Aufbaus oder Anlagen eingesetzt werden, bei denen mindestens ein Gas in einer Suspension fein und gleichmäßig verteilt werden soll.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Dispergieren einer Suspension (2) mit mindestens einem Gas (7, 7a, 7b), insbesondere für eine Flotationsmaschine (100), umfassend eine Dispergierdüse (10, 10'), die nacheinander in Strömungsrichtung der Suspension (2) gesehen
- eine sich in Strömungsrichtung verjüngende Suspensionsdüse (3', 3", 3" ') ;
- eine Mischkammer (4), in welche die Suspensionsdüse (3', 3 ' ' , 3' ' ' ) mündet ;
- ein sich an die Mischkammer (4) anschließendes, sich in Strömungsrichtung verjüngendes Mischrohr (5, 5') und
- mindestens eine Gaszuführleitung (6, 6a, 6b) zum Zuführen des mindestens einen Gases (7, 7a, 7b) in die Mischkammer
(4), aufweist, wobei die Suspensionsdüse (3' ', 3' ' ') mindestens eine Anzahl N > 3 mit der mindestens einen Gaszuführleitung (6, 6a, 6b) verbundene Gaskanäle (31) aufweist, die an einer der Mischkammer (4) zugewandten Stirnseite (3a' ', 3a' ' ') der Suspensionsdüse (3' ', 3' ' ') münden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung weiterhin eine Anzahl A an Gasventilen (V) aufweist, wobei N = A gilt, wobei einem jeden der mindestens N Gaskanäle (31) je ein Gasregelventil (V) zur Dosierung einer Gasmenge des der Suspension (2) durch den jeweiligen Gaskanal (31) zugeführten Gases (7a) zugeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Druckwasserleitung (11, 11', 11' ') zum
Zuführen von Wasser (12, 12', 12'') mit einer Menge an darin gelöstem, in der Mischkammer (4) zumindest teilweise
entweichendem Gas in die Suspensionsdüse (3' ' ') und/oder in das Mischrohr (5') vorhanden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Druckwasserleitung (11, 11', 11' ') durch eine Wandung der Suspensionsdüse (3''') und/oder des
Mischrohrs (5') hindurch geführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Druckwasserleitung (11, 11', 11'') in die Mischkammer (4) geführt ist und an einer Stelle innerhalb des Mischrohres (5') mündet, die an eine Oberfläche eines sich von der Stirnseite (3a''') der Suspensionsdüse (3''') in Richtung des Mischrohres (5') ausbildenden, die Suspension (2) umfassenden Freistrahls (8) angrenzt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionsdüse (3', 3'', 3''') mit mindestens einer Einrichtung (30) versehen ist, welche in der Lage ist, die Suspension (2) in spiralförmige Rotation um eine Längsmittelachse der Suspensionsdüse (3', 3'', 3''') zu versetzen .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einrichtung (30) mindestens eine, an einer der Suspension (2) zugewandten Innenseite der
Suspensionsdüse (3', 3''') angeordnete Nut umfasst, die sich spiralförmig von einer der Mischkammer (4) abgewandten Seite der Suspensionsdüse (3', 3''') zu der der Mischkammer (4) zugewandten Stirnseite (3a', 3a''') der Suspensionsdüse (3', 3 ' ' ' ) erstreckt .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einrichtung (30) mindestens einen, an einer der Suspension (2) zugewandten
Innenseite der Suspensionsdüse (3', 3'', 3''') angeordneten Steg umfasst, der sich spiralförmig von einer der Mischkammer (4) abgewandten Seite der Suspensionsdüse (3', 3'', 3''') zu der der Mischkammer (4) zugewandten Stirnseite (3a', 3a'', 3a''')der Suspensionsdüse (3', 3'', 3''') erstreckt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionsdüse {3' ' , 3' ' ')
mindestens eine Anzahl N > 8, Gaskanäle (31) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die N Gaskanäle (31), in Richtung der Stirnseite (3' ', 3' ' ') der Suspensionsdüse (3' ', 3' ' ') gesehen, in einem gleichmäßigen Abstand voneinander auf mindestens einer Kreisbahn um die Längsmittelachse der
Suspensionsdüse (3' ', 3' ' ') zentriert angeordnet sind.
10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den mindestens N Gaskanälen (31) zugeordneten Gasregelventile (V) getaktet betrieben werden derart, dass zu jedem Zeitpunkt mindestens ein Gaskanal (31a) verschlossen ist und mindestens ein weiterer Gaskanal (31b) geöffnet ist, wobei die Gaszufuhr zur Suspension (2) einem Begasungsmuster M folgend an jedem Gaskanal (31) zeitweise unterbrochen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasregelventile (V) für eine maximale Gaszufuhr zur
Suspension (2) derart geregelt werden, dass zu jedem
Zeitpunkt lediglich ein Gaskanal (31) verschlossen ist, wobei die Gaszufuhr zur Suspension (2) einem ersten Begasungsmuster Ml folgend nacheinander an jedem der Gaskanäle (31) zeitweise unterbrochen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasregelventile (V) für eine minimale Gaszufuhr zur
Suspension (2) derart geregelt werden, dass zu jedem
Zeitpunkt lediglich ein Gaskanal (31) geöffnet ist, wobei die Gaszufuhr zur Suspension (2) einem zweiten Begasungsmuster M2 folgend zeitweise und nacheinander durch jeden Gaskanal (31) erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Begasungsmuster M2 derart ausgebildet wird, dass in Richtung der Stirnseite (3' ', 3' ' ') der Suspensionsdüse (3' ', 3' ' ') gesehen das mindestens eine Gas (7, 7a, 7b) nacheinander durch benachbart nebeneinander angeordnete
Gaskanäle (31) zugeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Begasungsmuster M derart ausgebildet wird, dass in
Richtung der Stirnseite (3' ', 3' ' ') der Suspensionsdüse (3' ', 3' ' ') gesehen das mindestens eine Gas (7, 7a, 7b)
nacheinander durch benachbarte Gruppen von benachbart
nebeneinander angeordneten Gaskanälen (31) zugeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge der N Gaskanäle (31) über eine erste Gaszuführleitung (6a) mit einem ersten Gas (7a) versorgt wird und ein Rest der Gaskanäle über eine zweite Gaszuführleitung (6b) mit einem zum ersten Gas
unterschiedlichen zweiten Gas (7b) versorgt wird.
16. Flotationsmaschine (100) umfassend mindestens eine
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
17. Flotationsmaschine nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, dass die Flotationsmaschine (100) ein Gehäuse (101) mit einer Flotationskammer (102) umfasst, in welche die Dispergierdüse (10, 10') der mindestens einen Vorrichtung mündet, sowie mindestens eine Begasungsanordnung (103) zur weiteren Zuführung von Gas in die Flotationskammer (102) umfasst, die in der Flotationskammer (102) unterhalb der Dispergierdüse (n) (10, 10') angeordnet ist.
18. Verfahren zum Betreiben einer Flotationsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension (2) mittels der Dispersionsdüse (10, 10') in die Flotationskammer (102) eingedüst wird und die
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15 betrieben wird, wobei der Mischkammer (4) Gas (7, 7a, 7b) über die mindestens eine Gaszuführleitung (6, 6a, 6b) zugeführt wird.
19. Verwendung einer Flotationsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 16 oder 17 zum Absondern eines in der Suspension (2) enthaltenen Erzes von Gangart.
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