EP2500102B1 - Flotationsvorrichtung mit einem Fluidverteilerelement zum Erzeugen einer auf die Schaumsammeleinrichtung gerichteten Strömung - Google Patents

Flotationsvorrichtung mit einem Fluidverteilerelement zum Erzeugen einer auf die Schaumsammeleinrichtung gerichteten Strömung Download PDF

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EP2500102B1
EP2500102B1 EP11158298.7A EP11158298A EP2500102B1 EP 2500102 B1 EP2500102 B1 EP 2500102B1 EP 11158298 A EP11158298 A EP 11158298A EP 2500102 B1 EP2500102 B1 EP 2500102B1
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EP
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suspension
flotation
bubbles
distribution element
fluid distribution
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Robert Fleck
Gerold Franke
Lilla Grossmann
Werner Hartmann
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Primetals Technologies Germany GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a flotation device, comprising a housing with a flotation chamber for receiving a suspension and at least one inlet for the suspension, and at least one foam collecting device for receiving and discharging a foam product, which is arranged on an upper side of the housing, wherein at least one fluid distribution element for Generation of a directed towards the at least one foam collecting device flow above the at least one inlet in the flotation chamber is present.
  • the invention further relates to a method for removing a foam product formed in such a flotation device, wherein the flotation chamber is at least partially filled with suspension, the suspension being fumigated and the foam product being formed from gas bubbles and solid particles adhering thereto, which adheres to a surface of the suspension collects and is discharged via the at least one foam collecting device by means of the at least one fluid distribution element generates a flow in the direction of the at least one foam collecting device and the vertical position of the at least one fluid distribution element in the flotation is adjusted in dependence on a level of the flotation with suspension.
  • Flotation is a physical separation process for separating fine-grained mixtures of solids, such as ores and gangue, in an aqueous slurry by means of gas bubbles due to a different surface wettability of the particles contained in the suspension. It is used for the treatment of mineral resources and in the processing of preferably mineral substances used with a low to moderate content of a useful component or a valuable material, for example in the form of non-ferrous metals, iron, metals of the rare earths and / or precious metals and non-metallic mineral resources.
  • a suspension of water and fine-grained solid mixed with reagents is generally introduced into a flotation chamber via at least one nozzle arrangement.
  • the purpose of the reagents is to ensure that, in particular, the valuable particles or valuable material particles which are preferably to be separated off are made hydrophobic in the suspension become.
  • xanthates are used as reagents, in particular to selectively hydrophobize sulfidic ore particles.
  • the at least one nozzle arrangement is supplied with gas, in particular with air, which comes into contact with the hydrophobic particles in the suspension.
  • the hydrophobic particles adhere to forming gas bubbles, so that the gas bubble structures, also called aeroflocs, float and form the foam product on the surface of the suspension.
  • the foam product is discharged into a collecting container and usually thickened.
  • the quality of the foam product or the separation efficiency of the flotation process depends inter alia on the probability of collision between a hydrophobic particle and a gas bubble.
  • a preferred diameter of the gas bubbles is less than about 5 mm and is in particular in the range between 1 and 5 mm.
  • Such small gas bubbles have a high specific surface area and are therefore able to bind and take up significantly more valuable material particles, in particular ore particles, per amount of gas used than larger gas bubbles are capable of doing.
  • gas bubbles larger in diameter increase faster than gas bubbles of smaller diameter.
  • the smaller gas bubbles are collected by larger gas bubbles and combine with them to even larger gas bubbles. This reduces the available specific surface of the gas bubbles in the suspension, can be bound to the valuable particles.
  • hybrid flotation cells which represent a combination of a pneumatic flotation cell with a columnar flotation cell
  • larger particulate matter having particle diameters in the range of 50 microns and larger are not completely bound to the existing gas bubbles and thus can only be partially separated from the suspension. Fines with particle diameters in the range of 20 microns and less, however, are particularly well deposited.
  • the performance of a flotation device also depends on the efficiency of a removal of the foam product formed from the surface of the suspension. So-called dead zones often form in flotation devices in which only vertical transport processes take place between the suspension and the foam product floating thereon. The application of solid particles to be separated is reduced in the dead zones, since the bubbles of the foam product stay there too long and burst already on site. Thus, solid particles formerly bound to such a burst bubble sink back into the suspension and can not be discharged as a foam product.
  • the WO 2006/069995 A1 describes a pneumatic flotation cell having a housing comprising a flotation chamber with at least one nozzle arrangement for feeding suspension into the flotation chamber, here referred to as ejectors, furthermore with at least a feed arrangement for feeding gas into the flotation chamber, when using air aeration devices or aerators, and a collecting container for a foam product formed in the flotation.
  • the foam product is ideally pushed away by the incoming foam and runs into a foam collecting channel.
  • the US 6,095,336 and the WO 1993/20945 A1 describe flotation cells with a network of permanently installed foam collecting troughs, which are intended to remove the foam product as quickly as possible at each location of the surface of the suspension.
  • the RU 2 397 818 C1 describes a flotation device in which a gas flow is blown towards a foam collecting channel on the surface of the suspension in order to accelerate the foam product towards the foam collecting channel.
  • the US 6,926,154 B2 describes a flotation machine comprising a rotating device for foam product removal, which at least partially immersed in the foam and pushes it mechanically towards the foam collecting channel.
  • the three last-mentioned, active systems for accelerating the removal of the foam product usually have such high shear forces on the foam product that this leads to premature bursting of bubbles and thus also to a reduced yield of foam product.
  • a flotation device of the type mentioned and a method of the type mentioned are, for example, from the US 4,618,430 A known.
  • gas nozzles are arranged in the vicinity of the surface of the liquid, which eject a gas flow over the surface of the liquid and thereby promote the scum to a foam collecting device.
  • US 1 952 727 A It is known to apply to a flotation the top of the foam with a water / gas mixture. The application is for the purpose of adjusting the composition of the foam.
  • a flotation device is known in which a blower tube is disposed within the housing below the liquid level, which serves to move the foam in an associated overflow channel.
  • the blowpipe is connected to a compressed air line. A vertical adjustability of the blowpipe is not mentioned.
  • a locally optimal supply of fluid in the direction of foam product and / or suspension should take place at all times.
  • the object is achieved for the flotation device mentioned above in that at least one positioning device is provided which automatically adjusts the vertical position of the at least one fluid distribution element above the inlet in the flotation chamber as a function of a fill level of the flotation chamber with suspension such that at least one Part of a discharged from the at least one fluid distributor element fluid adjacent to the surface of the suspension flows directly into the suspension and thus below the surface of the suspension in this.
  • the object is achieved for the aforementioned method for discharging a foam product formed in a flotation device according to the invention in that the vertical position of the at least one fluid distribution element above the inlet in the flotation chamber is automatically adjusted as a function of a level of the flotation chamber with suspension such that at least part of a fluid delivered by the at least one fluid distributor element adjoins the surface of the suspension directly into the suspension and thus below the surface of the suspension flows.
  • a positioning device is to be understood on the one hand as an arrangement having a float as a positioning device, which floats on the surface of the suspension and ensures a constant, automatic positioning of the fluid distribution element to the surface of the suspension.
  • vertical height adjustment can also take place via a position device with electric drive, whereby it is also possible to vary how far a fluid distribution element should dive into the suspension at a certain filling level. As a result, different levels of immersion of a fluid distribution element in the suspension can be realized with different fill levels.
  • the flotation device has the advantage that the vertical position of the at least one fluid distribution element above the inlet into the flotation chamber is variable and thus adjustable to a level of suspension in the upper part of the flotation chamber.
  • a fluid distributor element can optimally act at the interface or across the interface between the foam and the suspension, thereby enabling a particularly gentle acceleration of the foam product in the direction of the foam collecting device. It gets through that out of one
  • Fluid distribution element fluid flowing out of the foam and / or displaced the suspension and pushed in the direction of a foam collection device This can be done at relatively low outflow velocities of the fluid, so that no bubbles burst prematurely.
  • a fluid distribution element is arranged in particular adjacent to an area in the flotation chamber, in which would be located without the fluid distribution element, a dead zone in which take place only vertical transport operations between the suspension and the foam product floating thereon.
  • the fluid either gas, especially air, can be used or a liquid, in particular water, are flowed.
  • the vertical position of the at least one fluid distribution element is adjusted such that at least a portion of a fluid discharged from the at least one fluid distribution element immediately adjacent to the surface of the suspension flows directly into the suspension.
  • fluid distribution elements for introducing gas and / or for introducing liquid can be present at the same time.
  • the flotation chamber has a vertical central axis and the at least one foam collecting device is annular and is arranged concentrically to the central axis, wherein the at least one fluid distribution element is arranged to generate a directed away from the central axis in the direction of the at least one annular foam collecting device flow.
  • a plurality of concentrically arranged annular foam collecting devices may be present, to each of which at least one fluid distributor element is assigned.
  • the circumference of the flotation chamber can have different shapes such as a rectangle, a circle, an ellipse, etc., although here the circular shape is preferred.
  • the flotation machine is preferably a pneumatic flotation cell, a columnar flotation cell or a hybrid flotation cell, in which both types are combined.
  • the at least one fluid distributor element is preferably set up to generate a flow directed radially from the central axis of the flotation chamber. This minimizes the way a bubble of the foam product must travel. The time to reach the foam collection device and thus the risk that a bubble could burst during this time is also minimized. Alternatively, however, a flow directed obliquely to a separating edge between the flotation chamber and the foam collecting device can also be generated.
  • At least one control or regulating device for controlling or regulating an outflow velocity of the fluid from the at least one fluid distribution element and / or the vertical position of the at least one fluid distribution element is present.
  • the outflow velocity of the fluid is adjustable via the volume flow of fluid and / or the fluid pressure.
  • the first sensor is preferably designed as an optical sensor.
  • An online monitoring of these properties which provide information about the quality of the foam product, allows a targeted optimization of the vertical position of a fluid distribution element or the outflow velocity of fluid.
  • the first sensor is installed in a region in which a foaming behavior can be monitored in a zone that is to be regarded as a dead zone without a fluid distributor element.
  • the outflow velocity of the fluid and / or the amount of fluid is reduced and an even gentler flow is created to treat the bubbles more gently and to extend their shelf life.
  • the aim of the scheme is to adjust the fluid flow so that a high output of foam product is achieved with maximum quality of the foam product. This point is called “optimum froth recovery” or “peak air recovery”.
  • the color of the foam product gives, for example, a statement as to how high the loading of the gas bubbles is with the recyclable material particles to be delivered. The higher the loading of the gas bubbles with valuable particles, the more intense is the color of the foam product. If the foam product is light in color, for example in sulfidic ores, it can be assumed that the outflow velocity of the fluid or the fluid flow is too great and thus the concentration of valuable particles to be discharged, for example of copper or molybdenum sulfides, too low in the foam product. An undesirable amount of gangue material is introduced into the foam product, as a result of which its quality assumes unacceptably low values.
  • the fluid flow and / or its outflow speed is reduced until the required color level of the foam product and thus the required quality are again achieved.
  • the bubble shape of individual bubbles in the foam product can also be used to control the fluid quantity and / or outflow velocity of the fluid and thus the decisive process parameters yield and quality. While in some processes a round shape of the bubbles in the foam is preferable, in other flotation processes, a polygonal bubble structure may also be optimal for the process. Depending on the particular process, therefore, the amount of fluid and / or its outflow speed is controlled so that the respective more favorable bubble shape results in terms of discharge and quality.
  • At least one second sensor for determining a filling level of the flotation chamber with suspension is present.
  • An online level measurement also enables a targeted optimization of the vertical position of a fluid distribution element or of the outflow velocity of fluid.
  • the at least one first sensor and / or the at least one second sensor is connected to the at least one control and regulating device. This allows a cost-effective, fully automatic operation of the flotation device with high foam discharge.
  • the control or regulating device thus enables optimal foam discharge at any time with changing input parameters with regard to the fill level of the flotation chamber and a quality or quality of the foam product.
  • the at least one fluid distributor element comprises an open-pored component, via which the fluid is dispensed.
  • the open-porous component is formed in particular by a foam material made of metal or plastic.
  • the fluid distribution element can also comprise a tube or a hose with fluid outlet openings, for example in the form of slots, holes or fluid-permeable membranes.
  • the at least one fluid distribution element is preferably designed such that a laminar flow is generated in the direction of the at least one foam collecting device. Vortex formations are avoided as far as possible, as these unnecessarily prolong a residence time of the foam product on the surface of the suspension and the bubbles mechanically stronger so that more bubbles burst prematurely and less foam product can be discharged overall.
  • a use of a flotation device according to the invention for flotation of solid particles from a valuable material, in particular ore mineral, from a suspension having a solids content in the range of 20 to 50% to form a foam product is preferred. Under such conditions, the efficiency of a flotation device can be significantly increased by means of at least one fluid distribution element.
  • FIG. 1 schematically shows a first flotation, comprising a housing 2 with a flotation chamber 2a for receiving a suspension S and at least one annular foam collecting device 3 for receiving and discharging a foam product SP, which is arranged on an upper side of the housing 2.
  • the housing 2 is shown for clarity in the longitudinal section.
  • the suspension S optionally with the addition of gas, is introduced via an inlet 5a into the flotation chamber 2a and mixed with gas bubbles ascending from the bottom of the flotation chamber 2a, in particular air bubbles.
  • the gas bubbles in the suspension S are formed by a gassing element 6.
  • Hydrophobic solid particles from the suspension S adhere to the gas bubbles, so that the gas bubble structures, also called aero flakes, float and form the foam product SP on the surface S0 of the suspension S.
  • the foam product SP flows via the edge of the housing (see arrows) into the foam collecting device 3. Remaining residual pulp R flows out of the flotation chamber 2 a via an outlet 5 b.
  • a fluid distribution element 4 for generating a substantially directed in the direction of the foam collecting device 3 flow in the flotation chamber 2a is present, the vertical position in the flotation chamber 2a by means of a positioning device 7 is variable.
  • the fluid distributor element 4 is arranged both above and below the boundary surface or surface S0 between suspension S and foam product SP.
  • the fluid distribution element 4 is formed from an open-pore metal foam and comprises a supply line 4a, through which the fluid is transported and on which the positioning device 7 engages.
  • the fluid distribution element 4 is set up to produce a flow directed radially away from the center axis M of the flotation chamber 2a.
  • a control or regulating device 8 is connected to a first sensor 9 for optically determining the rate of disintegration of the bubbles of the foam product SP and to a second sensor 10 for determining the level of suspension S in the flotation chamber 2a. Furthermore, the control and regulating device 8 is connected to a valve arrangement 11, via which adjust the flow rate and / or the pressure of the fluid F and consequently the outflow velocity of the fluid F from the fluid distribution element 4 as a function of the rate of disintegration of the bubbles of the foam product SP can be influenced.
  • the vertical desired position of the fluid distribution element 4 is dependent on the level and / or the decay rate on the control or regulating device of the positioning 7 transmitted, which sets the vertical target position accordingly.
  • the formation of dead zones can be reliably prevented and a high foam discharge can be achieved.
  • FIG. 2 shows a second flotation device 1 '. Same reference numerals as in FIG. 1 identify similar elements.
  • a fluid distributor element 4 in the form of an annularly arranged hose is present, which has slots on its side facing the housing 2 in order to allow the fluid F to pass in the direction of the housing 2.
  • a floating body 12 is provided, which moves together with the surface SO of the suspension S up or down.
  • the control and regulating device 8 is also connected here to a valve arrangement 11, via which the volumetric flow and / or the pressure of the fluid F are set and, as a consequence, the outflow velocity of the fluid F from the fluid distribution element 4 as a function of the rate of disintegration of the bubbles of the foam product Influence SP.
  • the formation of dead zones can be reliably prevented and a high foam discharge can be achieved.
  • FIG. 3 schematically shows a third flotation device 1 '' in longitudinal section. It is a columnar flotation cell, which is called a hybrid flotation cell when operated with air to fumigate the suspension. Same reference numerals as in the Figures 1 and 2 identify similar elements.
  • the housing 2 is widened in the upper part and there is an injection of suspension S and gas G via the inlet 5a.
  • a cylindrical insert 20 is present, which is a pneumatic Flotationsculture outside the insert 20 separates from another flotation inside the insert 20.
  • the enriched gas G suspension S is injected under high pressure in the flotation chamber 2a.
  • gas bubbles are formed, which are then used for the flotation. This mechanism is referred to as so-called flash floatation.
  • the further flotation stage operates as so-called column flotation.
  • a gassing element 6 for supplying gas G is arranged in the lower part of the flotation chamber 2a, where an outlet 5b for residual pulp R is also provided, which, for example, is designed as an aerator. This produces gas bubbles, which are suitable for binding recyclable material particles in the lower part of the flotation device 1 " .
  • a rod-shaped first fluid distribution element 4a is arranged centrally in the insert 20 and serves to introduce fluid F in the region of the surface SO of the suspension S, the fluid F flowing radially away from the central axis M.
  • An annular second fluid distributor element 4b surrounds the insert 20 and serves to introduce fluid F in the region of the surface SO of the suspension S, the fluid F flowing radially outward in the direction of the vessel 2.
  • the vertical position of the fluid distribution elements 4a, 4b is variable, which is indicated here only by double arrows.
  • the valve assembly 11 and also not shown positioning 7 are connected, has been omitted here for clarity. It is in this regard on the Figures 1 and 2 directed.
  • FIG. 4 shows the third flotation device 1 '' in the plan view, wherein the configuration of the annular foam collecting means 3, the insert 20 and the annular second fluid distribution element 4b is better visible.
  • the foam collecting device 3 has two drainage areas 3a, 3b for discharging the foam product SP.
  • FIG. 5 shows a section of a longitudinal section of a conventional flotation without Fluidvermaschinerelement, in principle similar to FIG. 3 in the upper region in which the insert 20 is located, between the center line M and the housing 2.
  • the same reference numerals as in the FIGS. 1 to 4 identify similar elements.
  • the suspected flow conditions in the foam product SP are shown.
  • two dead zones TZ 1 , TZ 2 form , in which only vertical transport processes take place between the suspension S and the foam product SP floating thereon.
  • the first of the two dead zones TZ 1 is located in the region of the center axis M.
  • the second of the two dead zones TZ 2 is formed annularly around the insert 20.
  • FIG. 6 shows the section FIG. 5
  • a first fluid distribution element 4a is rod-shaped formed and arranged in the region of the central axis M, wherein it partially dips into the suspension S.
  • a second fluid distribution element 4 b is annular and surrounds the insert 20, wherein it completely immersed in the suspension S.
  • Same reference numerals as in the FIGS. 1 to 5 identify similar elements.
  • the suspected flow conditions in the foam product SP are shown.
  • no dead zones are formed due to the fluid discharged through the fluid distribution elements 4a, 4b, in which only vertical transport processes take place between the suspension S and the foam product SP floating thereon.
  • the previously existing dead zones have now also become lifting zones HZ 1 , HZ 2 , so that considerably more foam product SP can be discharged than before.
  • the output of separated solid particles is significantly increased.
  • FIG. 7 shows a fourth flotation device 1 ''' in longitudinal section. It is a columnar flotation cell as in FIG. 3 which, when operated with air for gassing the suspension S, is called a hybrid flotation cell. Same reference numerals as in the FIGS. 1 to 6 identify similar elements.
  • An annular fluid distributor element 4 surrounds the insert 20 and serves to introduce fluid F in the region of the surface SO of the suspension S, the fluid F flowing radially outward in the direction of the vessel 2.
  • the vertical position of the fluid distribution elements 4 is variable, which is indicated here only by double arrows.
  • FIGS. 1 to 7 only examples of a flotation device according to the invention.
  • the fluid distribution element, the gassing element, the foam collection device, the insert, etc. may readily be present.
  • the number of inlets, outlets, fluid distribution elements, first and / or second sensors, gassing elements, control devices, positioning devices, etc. may be varied without departing from the spirit of the invention.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung, umfassend ein Gehäuse mit einer Flotationskammer zur Aufnahme einer Suspension und mindestens einem Einlass für die Suspension, sowie mindestens eine Schaumsammeleinrichtung zur Aufnahme und Abführung eines Schaumprodukts, welche an einer Oberseite des Gehäuses angeordnet ist, wobei weiterhin mindestens ein Fluidverteilerelement zur Erzeugung einer in Richtung der mindestens einen Schaumsammeleinrichtung gerichteten Strömung oberhalb des mindestens einen Einlasses in der Flotationskammer vorhanden ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abführen eines in einer solchen Flotationsvorrichtung gebildeten Schaumprodukts, wobei die Flotationskammer zumindest teilweise mit Suspension gefüllt wird, wobei die Suspension begast wird und sich das Schaumprodukt aus Gasbläschen und daran anhaftenden Feststoffpartikeln bildet, welches sich an einer Oberfläche der Suspension sammelt und über die mindestens eine Schaumsammeleinrichtung abgeführt wird, indem mittels des mindestens einen Fluidverteilerelements eine Strömung in Richtung der mindestens einen Schaumsammeleinrichtung erzeugt und die vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements in der Flotationskammer in Abhängigkeit von einem Füllstand der Flotationskammer mit Suspension eingestellt wird.
  • 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 Gasbläschen 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.
  • 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.
  • Die Leistung einer Flotationsvorrichtung hängt dabei auch von der Effizienz eines Abtransports des gebildeten Schaumprodukts von der Oberfläche der Suspension ab. So bilden sich in Flotationsvorrichtungen häufig sogenannte Totzonen aus, in denen lediglich vertikale Transportvorgänge zwischen der Suspension und dem darauf aufschwimmenden Schaumprodukt stattfinden. Die Ausbringung von abzuscheidenden Feststoffpartikeln ist in den Totzonen verringert, da die Bläschen des Schaumprodukts dort zu lange verweilen und bereits vor Ort zerplatzen. An ein solches zerplatztes Bläschen vormals gebundene Feststoffpartikel sinken somit wieder in die Suspension ab und können nicht als Schaumprodukt ausgetragen werden.
  • Die WO 2006/069995 A1 beschreibt eine pneumatische Flotationszelle mit einem Gehäuse, das eine Flotationskammer umfasst, mit mindestens einer Düsenanordnung zur Zuführung von Suspension in die Flotationskammer, hier als Ejektoren bezeichnet, weiterhin mit mindestens Zuführanordnung zur Zuführung von Gas in die Flotationskammer, bei Verwendung von Luft Belüftungseinrichtungen oder Aeratoren genannt, sowie einem Sammelbehälter für ein bei der Flotation gebildetes Schaumprodukt. Das Schaumprodukt wird im Idealfall von nachkommendem Schaum weggedrückt und läuft in eine Schaumsammelrinne.
  • Die US 6,095,336 und die WO 1993/20945 A1 beschreiben Flotationszellen mit einem Netzwerk aus fest installierten Schaumsammelrinnen, die das Schaumprodukt an jedem Ort der Oberfläche der Suspension möglichst schnell abführen sollen.
  • Um den Abtransport des Schaumprodukts zu verbessern, wurde in der EP 613 725 A2 sowie der DE 20 57 195 A1 bereits vorgeschlagen, das gebildete Schaumprodukt aktiv abzusaugen.
  • Die RU 2 397 818 C1 beschreibt eine Flotationsvorrichtung, bei welcher ein Gasstrom in Richtung einer Schaumsammelrinne auf die Oberfläche der Suspension geblasen wird, um das Schaumprodukt beschleunigt in Richtung der Schaumsammelrinne zu treiben.
  • Die US 6,926,154 B2 beschreibt eine Flotationsmaschine, die eine rotierende Vorrichtung zur Schaumproduktentfernung umfasst, die zumindest teilweise in den Schaum eintaucht und diesen mechanisch in Richtung Schaumsammelrinne schiebt.
  • Bei den drei zuletzt genannten, aktiven Systemen zur Beschleunigung des Abtransports des Schaumprodukts wirken meist so hohe Scherkräfte auf das Schaumprodukt ein, dass dies zu einem vorzeitigen Zerplatzen von Bläschen und damit ebenfalls zu einem verringerten Ausbringen an Schaumprodukt führt.
  • Eine Flotationsvorrichtung der eingangs genannten Art und ein Verfahren der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der US 4 618 430 A bekannt. Bei dieser Flotationsvorrichtung sind in der Nähe der Oberfläche der Flüssigkeit Gasdüsen angeordnet, die einen Gasstrom über die Oberfläche der Flüssigkeit ausstoßen und dadurch den Abschaum zu einer Schaumsammeleinrichtung fördern. Aus der US 1 952 727 A ist bekannt, bei einer Flotationsvorrichtung die Oberseite des Schaums mit einem Wasser/Gas-Gemisch zu beaufschlagen. Die Beaufschlagung erfolgt zu dem Zweck, die Zusammensetzung des Schaums einzustellen.
  • Aus der DE 26 56 477 B1 ist eine Flotationsvorrichtung bekannt, bei der innerhalb des Gehäuses unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ein Blasrohr angeordnet ist, das zur Bewegung des Schaumes in eine zugeordnete Überlaufrinne dient. Das Blasrohr ist an eine Druckluftleitung angeschlossen. Eine vertikale Verstellbarkeit des Blasrohrs ist nicht erwähnt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Flotationsvorrichtung mit verbessertem Schaumaustrag und ein Verfahren zum Abführen eines in einer solchen Flotationsvorrichtung gebildeten Schaumprodukts anzugeben. Insbesondere soll zu jeder Zeit eine örtlich optimale Zufuhr an Fluid in Richtung Schaumprodukt und/oder Suspension erfolgen.
  • Die Aufgabe wird für die eingangs genannte Flotationsvorrichtung dadurch gelöst, dass mindestens eine Positioniereinrichtung vorhanden ist, welche eingerichtet ist, die vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements oberhalb des Einlasses in der Flotationskammer automatisch in Abhängigkeit eines Füllstands der Flotationskammer mit Suspension derart einzustellen, dass zumindest ein Teil eines von dem mindestens einen Fluidverteilerelement abgegebenen Fluids angrenzend an die Oberfläche der Suspension unmittelbar in die Suspension und damit unterhalb der Oberfläche der Suspension in diese einströmt.
  • Die Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren zum Abführen eines in einer erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung gebildeten Schaumprodukts dadurch gelöst, dass die vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements oberhalb des Einlasses in der Flotationskammer in Abhängigkeit von einem Füllstand der Flotationskammer mit Suspension automatisch derart eingestellt wird, dass zumindest ein Teil eines von dem mindestens einen Fluidverteilerelement abgegebenen Fluids angrenzend an die Oberfläche der Suspension unmittelbar in die Suspension und damit unterhalb der Oberfläche der Suspension in diese einströmt.
  • Unter einer Positioniereinrichtung ist einerseits eine Anordnung mit einem Schwimmer als Positioniereinrichtung zu verstehen, der auf der Oberfläche der Suspension aufschwimmt und eine gleichbleibende, automatische Positionierung des Fluidverteilerelements zur Oberfläche der Suspension sicherstellt. Es kann alternativ aber auch eine vertikale Höhenverstellung über eine Positionseinrichtung mit elektrischen Antrieb erfolgen, wodurch es auch möglich ist, zu variieren, wie weit ein Fluidverteilerelement bei einem bestimmten Füllstand in die Suspension eintauchen soll. Hierdurch können mit unterschiedlichen Füllständen unterschiedliche Eintauchtiefen eines Fluidverteilerelements in der Suspension realisiert werden.
  • Die erfindungsgemäße Flotationsvorrichtung besitzt den Vorteil, dass die vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements oberhalb des Einlasses in die Flotationskammer veränderlich ist und somit auf einen Füllstand an Suspension im oberen Teil der Flotationskammer einstellbar ist. Dadurch kann ein Fluidverteilerelement an der Grenzfläche oder über die Grenzfläche zwischen Schaum und Suspension hinweg optimal einwirken, wodurch eine besonders schonende Beschleunigung des Schaumprodukts in Richtung Schaumsammeleinrichtung ermöglicht wird. Es wird durch das aus einem
  • Fluidverteilerelement ausströmende Fluid der Schaum und/oder die Suspension verdrängt und in Richtung einer Schaumsammeleinrichtung geschoben. Dies kann bei verhältnismäßig geringen Ausströmgeschwindigkeiten des Fluids erfolgen, so dass keine Bläschen vorzeitig zerplatzen.
  • Dabei wird ein Fluidverteilerelement insbesondere angrenzend an einen Bereich in der Flotationskammer angeordnet, in welchem sich ohne das Fluidverteilerelement eine Totzone befinden würde, in der lediglich vertikale Transportvorgänge zwischen der Suspension und dem darauf aufschwimmenden Schaumprodukt stattfinden.
  • Als Fluid kann entweder Gas, insbesondere Luft, zum Einsatz kommen oder eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, eingeströmt werden.
  • Vorzugsweise wird die vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements derart eingestellt, dass zumindest ein Teil eines von dem mindestens einen Fluidverteilerelement abgegebenen Fluids angrenzend an die Oberfläche der Suspension unmittelbar in die Suspension strömt.
  • Bei einer Verwendung von Gas wird dieses im Bereich des Schaums und/oder im Bereich der Suspension abgegeben. Dabei bilden sich zusätzliche Bläschen aus, die absinkende hydrophobe Feststoffpartikel aufnehmen und wieder nach oben tragen. Bei einer Verwendung von Flüssigkeit wird diese bevorzugt nur im Bereich der Suspension eingeströmt, da eine Flüssigkeitsaufgabe auf das Schaumprodukt zu einem unerwünschten Zerplatzen von Bläschen führen kann.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können gleichzeitig Fluidverteilerelemente zum Einbringen von Gas und/oder zum Einbringen von Flüssigkeit vorhanden sein.
  • Es hat sich bewährt, wenn die Flotationskammer eine vertikale Mittelachse aufweist und die mindestens eine Schaumsammeleinrichtung ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Mittelachse angeordnet ist, wobei das mindestens eine Fluidverteilerelement zur Erzeugung einer von der Mittelachse hinweg in Richtung der mindestens einen ringförmigen Schaumsammeleinrichtung gerichteten Strömung eingerichtet ist. Dabei können mehrere konzentrisch zueinander angeordnete ringförmige Schaumsammeleinrichtungen vorhanden sein, denen jeweils mindestens ein Fluidverteilerelement zugeordnet ist. Der Umfang der Flotationskammer kann dabei unterschiedliche Formen wie die eines Rechtecks, eines Kreises, einer Ellipse usw. aufweisen, wobei allerdings hier die Kreisform bevorzugt ist.
  • Bei der Flotationsmaschine handelt es sich bevorzugt um eine pneumatische Flotationszelle, eine säulenartige Flotationszelle oder eine Hybridflotationszelle, in der beide Arten vereint sind.
  • Das mindestens eine Fluidverteilerelement ist bevorzugt zur Erzeugung einer radial von der Mittelachse der Flotationkammer hinweg gerichteten Strömung eingerichtet. Dadurch wird der Weg, den ein Bläschen des Schaumprodukts zurücklegen muss, minimiert. Die Zeit bis zum Erreichen der Schaumsammeleinrichtung und damit die Gefahr, dass ein Bläschen währenddessen zerplatzen könnte, wird ebenfalls minimiert. Es kann alternativ aber auch eine schräg zu einer Trennkante zwischen Flotationskammer und Schaumsammeleinrichtung gerichtete Strömung erzeugt werden.
  • Insbesondere ist mindestens eine Steuer- oder Regeleinrichtung zur Steuerung oder Regelung einer Ausströmgeschwindigkeit des Fluids aus dem mindestens einen Fluidverteilerelement und/oder der vertikalen Position des mindestens einen Fluidverteilerelements vorhanden. Dabei ist die Ausströmgeschwindigkeit des Fluids über den Volumenstrom an Fluid und/oder den Fluiddruck einstellbar.
  • Weiterhin ist vorzugsweise mindestens ein erster Sensor zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft des Schaumprodukts vorhanden aus der Gruppe umfassend:
    • eine Farbe des Schaumprodukts,
    • eine Blasengröße von Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Blasenform von Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Zerfallsgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Transportgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts.
  • Dazu ist der erste Sensor bevorzugt als ein optischer Sensor ausgebildet. Eine Online-Überwachung dieser Eigenschaften, die Auskunft über die Qualität des Schaumprodukts geben, ermöglicht eine gezielte Optimierung der vertikalen Position eines Fluidverteilerelements bzw. der Ausströmgeschwindigkeit an Fluid. Insbesondere wird der erste Sensor in einem Bereich installiert, dass ein Schaumverhalten in einer - ohne Fluidverteilerelement als Totzone zu betrachtenden - Zone überwacht werden kann.
  • Wird beispielsweise festgestellt, dass zu viele Blasen bereits auf dem Weg zur Schaumsammeleinrichtung zerplatzen, wird die Ausströmgeschwindigkeit des Fluids und/oder die Menge an Fluid verringert und eine noch sanftere Strömung erzeugt, um die Blasen schonender zu behandeln und deren Haltbarkeit zu verlängern.
  • Dabei ist das Ziel der Regelung, die Fluidströmung so einzustellen, dass ein hohes Ausbringen an Schaumprodukt bei maximaler Güte des Schaumprodukts erreicht wird. Dieser Punkt wird als "optimum froth recovery" oder auch "peak air recovery" bezeichnet.
  • Die Farbe des Schaumprodukts gibt beispielsweise eine Aussage darüber, wie hoch die Beladung der Gasbläschen mit auszubringenden Wertstoffpartikeln ist. Je höher die Beladung der Gasbläschen mit Wertstoffpartikeln, desto intensiver ist die Farbe des Schaumprodukts. Bei heller Farbe des Schaumprodukts, beispielsweise bei sulfidischen Erzen, ist anzunehmen, dass die Ausströmgeschwindigkeit des Fluids oder der Fluidstrom zu groß und damit die Konzentration an auszutragenden Wertstoffpartikeln, beispielsweise aus Kupfer- oder Molybdänsulfiden, im Schaumprodukt zu niedrig ist. Es wird eine unerwünschte Menge an Gangmaterial in das Schaumprodukt eingetragen, wodurch dessen Güte unzulässig niedrige Werte annimmt.
  • Dementsprechend wird bei einem Schaumprodukt von zu heller Farbe der Fluidstrom und/oder dessen Ausströmgeschwindigkeit soweit verringert, bis der geforderte Farbgrad des Schaumprodukts und damit die geforderte Güte wieder erreicht werden.
  • Umgekehrt würde in diesem Fall bei zu intensiv gefärbtem Schaumprodukt die Fluidmenge und/oder deren Ausströmgeschwindigkeit erhöht werden, um eine möglichst hohe Ausbeute an auszutragenden Wertstoffpartikeln zu erhalten.
  • Analog deuten große Blasen im Schaumprodukt darauf hin, dass die Verweilzeit der Blasen im Schaumprodukt zu lang ist und sich aus kleinen Blasen durch Blasenkoaleszenz größere Blasen mit geringerer spezifischer Oberfläche gebildet haben, wodurch sich die Ausbeute verringert. Dementsprechend wird bei einem Vorliegen von vergleichsweise großen Blasen im Schaumprodukt die Fluidmenge und/oder Ausströmgeschwindigkeit des Fluids erhöht, um die Verweilzeit der Blasen im Schaumprodukt und damit eine Blasenkoaleszenz zu verringern, und umgekehrt.
  • Abhängig vom jeweiligen Flotationsprozess kann auch die Blasenform einzelner Bläschen im Schaumprodukt zur Steuerung der Fluidmenge und/oder Ausströmgeschwindigkeit des Fluids und damit der entscheidenden Prozessparameter Ausbeute und Güte eingesetzt werden. Während bei manchen Prozessen eine runde Form der Blasen im Schaum vorzuziehen ist, kann bei anderen Flotationsprozessen auch eine polygonale Blasenstruktur optimal für den Prozess sein. Abhängig vom jeweiligen Prozess wird daher die Fluidmenge und/oder deren Ausströmgeschwindigkeit so geregelt, dass sich die jeweils günstigere Blasenform im Hinblick auf Austrag und Güte ergibt.
  • Es hat sich weiterhin bewährt, wenn mindestens ein zweiter Sensor zur Bestimmung eines Füllstandes der Flotationskammer mit Suspension vorhanden ist. Über eine Online-Füllstandsmessung ist ebenfalls eine gezielte Optimierung der vertikalen Position eines Fluidverteilerelements bzw. der Ausströmgeschwindigkeit an Fluid möglich.
  • Bevorzugt ist der mindestens eine erste Sensor und/oder der mindestens eine zweite Sensor mit der mindestens einen Steuer- und Regeleinrichtung verbunden. Dies ermöglicht einen kostengünstigen, vollautomatischen Betrieb der Flotationsvorrichtung bei hohem Schaumaustrag.
  • Vorzugsweise wird eine Ausströmgeschwindigkeit eines von dem mindestens einen Fluidverteilerelement abgegebenen Fluids und/oder dessen Menge basierend auf mindestens einer Eigenschaft des Schaumprodukts aus der Gruppe umfassend:
    • eine Farbe des Schaumprodukts,
    • eine Blasengröße von Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Blasenform von Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Zerfallsgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Transportgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts,
    gesteuert oder geregelt.
  • Weiterhin wird bevorzugt eine vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements auf Basis mindestens einer Eigenschaft des Schaumprodukts aus der Gruppe umfassend:
    • eine Farbe des Schaumprodukts,
    • eine Blasengröße von Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Blasenform von Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Zerfallsgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts,
    • eine Transportgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts,
    gesteuert oder geregelt.
  • Die Steuer- oder Regeleinrichtung ermöglicht demnach einen zu jeder Zeit optimalen Schaumaustrag bei sich ändernden Eingangsparametern im Hinblick auf den Füllstand der Flotationskammer und eine Qualität bzw. Güte des Schaumprodukts.
  • Das mindestens eine Fluidverteilerelement umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform ein offenporöses Bauteil, über welches das Fluid abgegeben wird. Das offenporöse Bauteil ist insbesondere durch einen Schaumwerkstoff aus Metall oder Kunststoff gebildet. Alternativ kann das Fluidverteilerelement auch ein Rohr oder einen Schlauch mit Fluidaustrittsöffnungen, beispielsweise in Form von Schlitzen, Löchern oder fluiddurchlässigen Membranen umfassen.
  • Das mindestens eine Fluidverteilerelement ist dabei bevorzugt derart ausgestaltet, dass eine laminare Strömung in Richtung der mindestens einen Schaumsammeleinrichtung erzeugt wird. Wirbelbildungen werden nach Möglichkeit vermieden, da diese eine Verweilzeit des Schaumprodukts auf der Oberfläche der Suspension unnötig verlängern und die Blasen mechanisch stärker beanspruchen, so dass mehr Blasen vorzeitig zerplatzen und insgesamt weniger Schaumprodukt ausgetragen werden kann.
  • Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung zur Flotation von Feststoffpartikeln aus einem Wertstoff, insbesondere Erzmineral, aus einer Suspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 20 bis 50 % unter Ausbildung eines Schaumprodukts, ist bevorzugt. Unter derartigen Bedingungen lässt sich die Effizienz einer Flotationsvorrichtung mittels mindestens eines Fluidverteilerelements erheblich steigern.
  • Die Figuren 1 bis 7 sollen schematisch erfindungsgemäße Flotationsvorrichtungen sowie deren Funktionsweise beispielhaft erläutern. So zeigt:
    • FIG 1
    eine erste Flotationsvorrichtung;
    FIG 2
    eine zweite Flotationsvorrichtung;
    FIG 3
    eine dritte Flotationsvorrichtung im Längsschnitt;
    FIG 4
    die dritte Flotationsvorrichtung in der Draufsicht;
    FIG 5
    einen Ausschnitt aus einer Flotationsvorrichtung ähnlich zu FIG 3 mit dargestellten Totzonen;
    FIG 6
    den Ausschnitt aus FIG 5 mit zwei Fluidverteilerelementen;
    FIG 7
    eine vierte Flotationsvorrichtung im Längsschnitt.
  • FIG 1 zeigt schematisch eine erste Flotationsvorrichtung, umfassend ein Gehäuse 2 mit einer Flotationskammer 2a zur Aufnahme einer Suspension S sowie mindestens eine ringförmige Schaumsammeleinrichtung 3 zur Aufnahme und Abführung eines Schaumprodukts SP, welche an einer Oberseite des Gehäuses 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist zur besseren Übersicht im Längschnitt dargestellt. Die Suspension S wird, optional unter Zugabe von Gas, über einen Einlass 5a in die Flotationskammer 2a eingebracht und mit vom Boden der Flotationskammer 2a aufsteigenden Gasbläschen, insbesondere Luftbläschen, vermischt. Die Gasbläschen in der Suspension S werden durch ein Begasungselement 6 gebildet. Hydrophobe Feststoffpartikel aus der Suspension S haften an den Gasbläschen an, so dass die Gasbläschen-Gebilde, auch Aeroflocken genannt, aufschwimmen und an der Oberfläche S0 der Suspension S das Schaumprodukt SP bilden. Das Schaumprodukt SP fließt über den Gehäuserand (siehe Pfeile) in die Schaumsammeleinrichtung 3. Verbleibende Resttrübe R fließt über einen Auslass 5b aus der Flotationskammer 2a ab.
  • Weiterhin ist ein Fluidverteilerelement 4 zur Erzeugung einer im Wesentlichen in Richtung der Schaumsammeleinrichtung 3 gerichteten Strömung in der Flotationskammer 2a vorhanden, dessen vertikale Position in der Flotationskammer 2a mittels einer Positioniereinrichtung 7 veränderbar ist. Hier ist das Fluidverteilerelement 4 sowohl oberhalb als auch unterhalb der Grenzfläche bzw. Oberfläche S0 zwischen Suspension S und Schaumprodukt SP angeordnet. Das Fluidverteilerelement 4 ist aus einem offenporösen Metallschaum gebildet und umfasst eine Versorgungsleitung 4a, durch welche das Fluid transportiert und an welcher die Positioniereinrichtung 7 angreift. Das Fluidverteilerelement 4 ist zur Erzeugung einer radial von der Mittelachse M der Flotationskammer 2a hinweggerichteten Strömung eingerichtet.
  • Eine Steuer- oder Regeleinrichtung 8 ist mit einem ersten Sensor 9 zur optischen Bestimmung der Zerfallsgeschwindigkeit der Bläschen des Schaumprodukts SP und mit einem zweiten Sensor 10 zur Bestimmung des Füllstands an Suspension S in der Flotationskammer 2a verbunden. Weiterhin ist die Steuer- und Regeleinrichtung 8 mit einer Ventilanordnung 11 verbunden, über welches sich der Volumenstrom und/oder der Druck des Fluids F einstellen und in Folge die Ausströmgeschwindigkeit des Fluids F aus dem Fluidverteilerelement 4 in Abhängigkeit von der Zerfallsgeschwindigkeit der Bläschen des Schaumprodukts SP beeinflussen lässt.
  • Die vertikale Sollposition des Fluidverteilerelements 4 wird in Abhängigkeit des Füllstands und/oder der Zerfallsgeschwindigkeit über die Steuer- oder Regeleinrichtung der Positioniereinrichtung 7 übermittelt, welche die vertikale Sollposition entsprechend einstellt.
  • Die Ausbildung von Totzonen kann zuverlässig verhindert und ein hoher Schaumaustrag erreicht werden.
  • FIG 2 zeigt eine zweite Flotationsvorrichtung 1'. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Im Unterschied zu FIG 1 ist hier ein Fluidverteilerelement 4 in Form eines ringförmig angeordneten Schlauches vorhanden, welcher an seiner dem Gehäuse 2 zugewandten Seite Schlitze aufweist, um das Fluid F in Richtung des Gehäuses 2 hindurchtreten zu lassen. Um die vertikale Position des Fluidverteilerelement 4 im Hinblick auf den Füllstand der Flotationskammer 2a automatisch anzupassen, ist ein Schwimmkörper 12 vorgesehen, der sich gemeinsam mit der Oberfläche SO der Suspension S nach oben oder unten bewegt.
  • Die Steuer- und Regeleinrichtung 8 ist auch hier mit einer Ventilanordnung 11 verbunden, über welches sich der Volumenstrom und/oder der Druck des Fluids F einstellen und in Folge die Ausströmgeschwindigkeit des Fluids F aus dem Fluidverteilerelement 4 in Abhängigkeit von der Zerfallsgeschwindigkeit der Bläschen des Schaumprodukts SP beeinflussen lässt.
  • Die Ausbildung von Totzonen kann zuverlässig verhindert und ein hoher Schaumaustrag erreicht werden.
  • FIG 3 zeigt schematisch eine dritte Flotationsvorrichtung 1'' im Längsschnitt. Es handelt sich um eine säulenförmige Flotationszelle, die bei Betrieb mit Luft zur Begasung der Suspension als Hybridflotationszelle bezeichnet wird. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Das Gehäuse 2 ist im oberen Teil erweitert und es erfolgt eine Eindüsung von Suspension S und Gas G über den Einlass 5a. Im erweiterten oberen Teil des Gehäuses 2 ist ein zylinderförmiger Einsatz 20 vorhanden, der eine pneumatische Flotationsstufe außerhalb des Einsatzes 20 von einer weiteren Flotationsstufe im Inneren des Einsatzes 20 trennt.
  • Die mit Gas G angereicherte Suspension S wird unter hohem Druck in die Flotationskammer 2a eingedüst. Durch den Druckabfall in der Flotationskammer 2a bilden sich Gasblasen, welche dann für die Flotation genutzt werden. Dieser Mechanismus wird als sogenannte Entspannungsflotation bezeichnet.
  • Im Ausführungsbeispiel arbeitet die weitere Flotationsstufe als sogenannte Säulenflotation. Hierzu ist im unteren Teil der Flotationskammer 2a, wo auch ein Auslass 5b für Resttrübe R vorgesehen ist, eine ein Begasungselement 6 zum Zuführen von Gas G angeordnet, das bspw. als Aerator ausgebildet ist. Dieses erzeugt Gasblasen ab, welche dazu geeignet sind, Wertstoffpartikel im unteren Teil der Flotationsvorrichtung 1'' an sich zu binden.
  • Durch die Kombination dieser zwei Flotationsstufen wird eine höhere Ausbeute erzielt als bei vielen anderen Flotationszellentypen, welche nur mit einer Flotationsstufe innerhalb einer Flotationsvorrichtung arbeiten.
  • Ein stabförmig ausgebildetes erstes Fluidverteilerelement 4a ist mittig im Einsatz 20 angeordnet und dient zum Einbringen von Fluid F im Bereich der Oberfläche SO der Suspension S, wobei das Fluid F von der Mittelachse M hinweg radial ausströmt.
  • Ein ringförmig ausgebildetes zweites Fluidverteilerelement 4b umgibt den Einsatz 20 und dient zum Einbringen von Fluid F im Bereich der Oberfläche SO der Suspension S, wobei das Fluid F radial in Richtung des Gefäßes 2 ausströmt. Die vertikale Position der Fluidverteilerelemente 4a, 4b ist veränderlich, was hier lediglich durch Doppelpfeile angedeutet ist. Auf die Darstellung der Steuer- und Regeleinrichtung 8, mit welcher der erste Sensor 9, der zweite Sensor 10, die Ventilanordnung 11 und die ebenfalls nicht dargestellte Positioniereinrichtung 7 verbunden sind, wurde hier der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Es wird diesbezüglich auf die Figuren 1 und 2 verwiesen.
  • FIG 4 zeigt die dritte Flotationsvorrichtung 1'' in der Draufsicht, wobei die Ausgestaltung der ringförmigen Schaumsammlereinrichtung 3, des Einsatzes 20 und des ringförmigen zweiten Fluidverteilerelements 4b besser ersichtlich wird. Die Schaumsammlereinrichtung 3 weist zwei Ablaufbereiche 3a, 3b zum Abführen des Schaumprodukts SP auf.
  • FIG 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt einer herkömmlichen Flotationsvorrichtung ohne Fluidverteilerelement, im Prinzip ähnlich zu FIG 3 im oberen Bereich, in dem sich der Einsatz 20 befindet, zwischen der Mittellinie M und dem Gehäuse 2. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Es werden die vermuteten Strömungsverhältnisse im Schaumprodukt SP aufgezeigt. Im dargestellten Teil der Flotationskammer bilden sich zwei Totzonen TZ1, TZ2 aus, in denen lediglich vertikale Transportvorgänge zwischen der Suspension S und dem darauf aufschwimmenden Schaumprodukt SP stattfinden. Die erste der beiden Totzonen TZ1 befindet sich im Bereich der Mittelachse M. Die zweite der beiden Totzonen TZ2 ist ringförmig um den Einsatz 20 ausgebildet. Die Ausbringung von abzuscheidenden Feststoffpartikeln ist in den Totzonen TZ1, TZ2 verringert, da die Bläschen des Schaumprodukts SP dort zu lange verweilen und bereits vor Ort zerplatzen. An ein solches zerplatztes Bläschen vormals gebundene Feststoffpartikel sinken somit wieder in die Suspension S ab und können nicht als Schaumprodukt SP ausgetragen werden. In Hebezonen HZ1, HZ2 dagegen steigt ein Bläschen nach oben, gelangt in eine Transportzone TR1, TR2 und wird in dieser in Richtung der hier nicht dargestellten Schaumsammeleinrichtung 3 abtransportiert.
  • FIG 6 zeigt den Ausschnitt aus FIG 5, wobei nun allerdings zwei Fluidverteilerelemente 4a, 4b, ähnlich wie in FIG 3, vorhanden sind. Ein erstes Fluidverteilerelement 4a ist stabförmig ausgebildet und im Bereich der Mittelachse M angeordnet, wobei es zum Teil in die Suspension S eintaucht. Ein zweites Fluidverteilerelement 4b ist ringförmig ausgebildet und umgibt den Einsatz 20, wobei es vollständig in die Suspension S eintaucht. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 5 kennzeichnen gleiche Elemente. Es werden die vermuteten Strömungsverhältnisse im Schaumprodukt SP aufgezeigt. Im dargestellten Teil der Flotationskammer bilden sich aufgrund des durch die Fluidverteilerelemente 4a, 4b ausgeströmten Fluids keine Totzonen mehr aus, in denen lediglich vertikale Transportvorgänge zwischen der Suspension S und dem darauf aufschwimmenden Schaumprodukt SP stattfinden. Die vormals vorhandenen Totzonen sind nun ebenfalls zu Hebezonen HZ1, HZ2 geworden, so dass wesentlich mehr Schaumprodukt SP ausgetragen werden kann als bisher. Die Ausbringung von abzuscheidenden Feststoffpartikeln ist deutlich erhöht.
  • FIG 7 zeigt eine vierte Flotationsvorrichtung 1''' im Längsschnitt. Es handelt sich um eine säulenförmige Flotationszelle wie in FIG 3, die bei Betrieb mit Luft zur Begasung der Suspension S als Hybridflotationszelle bezeichnet wird. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 6 kennzeichnen gleiche Elemente.
  • Ein ringförmig ausgebildetes Fluidverteilerelement 4 umgibt den Einsatz 20 und dient zum Einbringen von Fluid F im Bereich der Oberfläche SO der Suspension S, wobei das Fluid F radial in Richtung des Gefäßes 2 ausströmt. Die vertikale Position der Fluidverteilerelemente 4 ist veränderlich, was hier lediglich durch Doppelpfeile angedeutet ist. Auf die Darstellung der Steuer- und Regeleinrichtung 8, mit welcher der erste Sensor 9, der zweite Sensor 10, die Ventilanordnung 11 und die ebenfalls nicht dargestellte Positioniereinrichtung 7 für die vertikale Positionsverstellung des Fluidverteilerelements 4 verbunden sind, wurde hier der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Es wird diesbezüglich auf die Figuren 1 und 2 verwiesen.
  • Dabei zeigen die Figuren 1 bis 7 lediglich Beispiele für eine erfindungsgemäße Flotationsvorrichtung. So können ohne Weiteres andere Formen hinsichtlich des Gefäßes, des Fluidverteilerelements, des Begasungselements, der Schaumsammeleinrichtung, des Einsatzes usw. vorhanden sein. Auch kann die Anzahl an Einlässen, Auslässen, Fluidverteilerelementen, ersten und/oder zweiten Sensoren, Begasungselementen, Steuer- oder Regeleinrichtungen, Positioniereinrichtungen usw. variiert werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Flotationsvorrichtung (1, 1', 1'', 1'''), umfassend ein Gehäuse (2) mit einer Flotationskammer (2a) zur Aufnahme einer Suspension (S) und mindestens einem Einlass (5a) für die Suspension (S), sowie mindestens eine Schaumsammeleinrichtung (3) zur Aufnahme und Abführung eines Schaumprodukts (SP), welche an einer Oberseite des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei weiterhin mindestens ein Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) zur Abgabe eines Fluids (F) und zur Erzeugung einer in Richtung der mindestens einen Schaumsammeleinrichtung (3) gerichteten Strömung oberhalb des mindestens einen Einlasses (5a) in der Flotationskammer (2a) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Positioniereinrichtung (7) vorhanden ist, welche eingerichtet ist, die vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements (4, 4a, 5b) oberhalb des Einlasses (5a) in der Flotationskammer (2a) automatisch in Abhängigkeit eines Füllstands der Flotationskammer (2a) mit Suspension (2a) derart einzustellen, dass zumindest ein Teil eines von dem mindestens einen Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) abgegebenen Fluids (F) angrenzend an die Oberfläche (SO) der Suspension (S) unmittelbar in die Suspension (S) und damit unterhalb der Oberfläche (SO) der Suspension (S) in diese einströmt.
  2. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationskammer (2a) eine vertikale Mittelachse (M) aufweist und die mindestens eine Schaumsammeleinrichtung (3) ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Mittelachse (M) angeordnet ist, und dass das mindestens eine Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) zur Erzeugung einer von der Mittelachse (M) hinweg in Richtung der mindestens einen ringförmigen Schaumsammeleinrichtung (3) gerichteten Strömung eingerichtet ist.
  3. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) zur Erzeugung einer radial von der Mittelachse (M) hinweg gerichteten Strömung eingerichtet ist.
  4. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuer- oder Regeleinrichtung (8) zur Steuerung oder Regelung einer Ausströmgeschwindigkeit eines Fluids (F) aus dem mindestens einen Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) und/oder der vertikalen Position des mindestens einen Fluidverteilerelements (4, 4a, 4b) vorhanden ist.
  5. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mindestens ein erster Sensor (9) zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft des Schaumprodukts (SP) vorhanden ist aus der Gruppe umfassend:
    - eine Farbe des Schaumprodukts (SP),
    - eine Blasengröße von Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Blasenform von Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Zerfallsgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Transportgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts (SP).
  6. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mindestens ein zweiter Sensor (10) zur Bestimmung eines Füllstandes der Flotationskammer (2a) mit Suspension (S) vorhanden ist.
  7. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Sensor (9) und/oder der mindestens eine zweite Sensor (10) mit der mindestens einen Steuer- oder Regeleinrichtung (8) gemäß Anspruch 4 verbunden ist.
  8. Verfahren zum Abführen eines in einer Flotationsvorrichtung (1, 1', 1", 1"') nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildeten Schaumprodukts (SP), wobei die Flotationskammer (2a) zumindest teilweise mit Suspension (S) gefüllt wird, wobei die Suspension (S) begast wird und sich das Schaumprodukt (SP) aus Gasbläschen und daran anhaftenden Feststoffpartikeln bildet, welches sich an einer Oberfläche (SO) der Suspension (S) sammelt und über die mindestens eine Schaumsammeleinrichtung (3) abgeführt wird, wobei mittels des mindestens einen Fluidverteilerelements (4, 4a, 4b) eine Strömung in Richtung der mindestens einen Schaumsammeleinrichtung (3) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements (4, 4a, 4b) in der Flotationskammer (2a) in Abhängigkeit von einem Füllstand der Flotationskammer (2a) mit Suspension (S) automatisch derart eingestellt wird, dass zumindest ein Teil eines von dem mindestens einen Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) abgegebenen Fluids (F) angrenzend an die Oberfläche (SO) der Suspension (S) unmittelbar in die Suspension (S) und damit unterhalb der Oberfläche (SO) der Suspension (S) in diese einströmt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) derart in der Flotationskammer (2a) angeordnet wird, dass eine Bildung einer Totzone (TZ1, TZ2), in der lediglich vertikale Transportvorgänge zwischen der Suspension (S) und dem darauf aufschwimmenden Schaumprodukt (SP) stattfinden, verhindert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch das mindestens eine Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) eine laminare Strömung in Richtung der mindestens einen Schaumsammeleinrichtung (3) erzeugt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausströmgeschwindigkeit eines von dem mindestens einen Fluidverteilerelement (4, 4a, 4b) abgegebenen Fluids (F) und/oder dessen Menge basierend auf mindestens einer Eigenschaft des Schaumprodukts (SP) aus der Gruppe umfassend:
    - eine Farbe des Schaumprodukts (SP),
    - eine Blasengröße von Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Blasenform von Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Zerfallsgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Transportgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts (SP),
    gesteuert oder geregelt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine vertikale Position des mindestens einen Fluidverteilerelements (4, 4a, 4b) auf Basis mindestens einer Eigenschaft des Schaumprodukts (SP) aus der Gruppe umfassend:
    - eine Farbe des Schaumprodukts (SP),
    - eine Blasengröße von Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Blasenform von Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Zerfallsgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts (SP),
    - eine Transportgeschwindigkeit der Blasen des Schaumprodukts (SP),
    gesteuert oder geregelt wird.
  13. Verwendung einer Flotationsvorrichtung (1, 1', 1", 1"') nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Flotation von Feststoffpartikeln aus einem Wertstoff, insbesondere Erzmineral, aus einer Suspension (S) mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 20 bis 50 % unter Ausbildung eines Schaumprodukts (SP).
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