EP3055071B1

EP3055071B1 - Method for producing a dispersed fluid mixture

Info

Publication number: EP3055071B1
Application number: EP14784421.1A
Authority: EP
Inventors: Robert Fleck; Werner Hartmann; Sonja Wolfrum
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2023-07-05
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: EP3055071A1; EP3055071C0; WO2015052056A1; DE102013220361A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Flotationszelle, wobei zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs wenigstens ein gasförmiges und wenigstens ein flüssiges Fluid jeweils mit einem bestimmten Volumenstrom in eine Dispergierungsvorrichtung zugeführt werden, wobei aus dem wenigstens einen gasförmigen Fluid Gasblasen gebildet werden, welche in dem wenigstens einen flüssigen Fluid dispergiert werden.The invention relates to a method for operating a flotation cell, in which, to produce a dispersed fluid mixture, at least one gaseous and at least one liquid fluid are fed into a dispersing device, each with a specific volume flow, with gas bubbles being formed from the at least one gaseous fluid, which bubbles form in the at least be dispersed in a liquid fluid.

Die Erzeugung dispergierter Fluidgemische, bestehend aus einem in einem flüssigen Fluid in Form von Gasblasen fein dispergierten gasförmigen Fluid ist in vielen Bereichen der Technik erforderlich.The generation of dispersed fluid mixtures consisting of a gaseous fluid finely dispersed in a liquid fluid in the form of gas bubbles is necessary in many areas of technology.

Die definierte Erzeugung dispergierter Fluidgemische ist für Flotationsabscheidungsprozesse, bei welchen sich die besonderen chemisch-physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Benetzbarkeit, der Oberfläche von in einer Suspension enthaltenen Feststoffpartikel zunutze gemacht wird, von großer Bedeutung. Das Prinzip der Flotationsabscheidung, welche z. B. in der Bergbau- und Papierindustrie eingesetzt wird, beruht im Wesentlichen darauf, in eine entsprechende Suspension Gasblasen einzubringen, an welche die aus der Suspension abzutrennenden Feststoffpartikel anbinden. Die Gasblasen mit den daran angebundenen Feststoffpartikeln werden an einer Grenzfläche angereichert, von welcher die Feststoffpartikel abgetrennt werden können.The defined generation of dispersed fluid mixtures is of great importance for flotation separation processes, in which the special chemical-physical properties, in particular the wettability, of the surface of solid particles contained in a suspension are used. The principle of flotation separation, which z. B. is used in the mining and paper industries, is essentially based on introducing gas bubbles into a corresponding suspension, to which bind the solid particles to be separated from the suspension. The gas bubbles with the solid particles attached to them are enriched at an interface from which the solid particles can be separated.

Die Effizienz entsprechender Flotationsabscheidungsprozesse hängt erheblich von der spezifischen Gasblasenoberfläche, d. h. der Gasblasenoberfläche pro Gasvolumeneinheit, ab, da diese die Wechselwirkung zwischen den Gasblasen und den abzutrennenden Feststoffpartikeln bestimmt. Die spezifische Gasblasenoberfläche ist umgekehrt proportional zu der Gasblasengröße, d. h. typischerweise dem Gasblasendurchmesser. Entsprechend können mit kleineren Gasblasen grundsätzlich quantitativ höhere Mengen an Feststoffpartikeln abgetrennt werden. Allerdings darf die Größe der Gasblasen nicht zu gering sein, da zu geringe Gasblasengrößen eine zu niedrige auf die Gasblasen wirkende Auftriebskraft bedingen, so dass die abzutrennenden Feststoffpartikel nicht mehr an die Grenzfläche befördert werden können. Hieraus ergibt sich, dass die gezielte Einstellung einer bestimmten Gasblasengröße bzw. Gasblasengrößenverteilung von großer Bedeutung für die Effizienz entsprechender Flotationsabscheidungsprozesse ist.The efficiency of corresponding flotation separation processes depends to a large extent on the specific gas bubble surface area, ie the gas bubble surface area per gas volume unit, since this determines the interaction between the gas bubbles and the solid particles to be separated off. The specific gas bubble surface area is inversely proportional to the gas bubble size, ie typically the gas bubble diameter. Accordingly larger amounts of solid particles can be separated with smaller gas bubbles. However, the size of the gas bubbles must not be too small, since gas bubble sizes that are too small result in the buoyancy force acting on the gas bubbles being too low, so that the solid particles to be separated can no longer be transported to the interface. From this it follows that the targeted setting of a specific gas bubble size or gas bubble size distribution is of great importance for the efficiency of corresponding flotation separation processes.

Die Erzeugung von Gasblasen respektive die Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenverteilung erfolgt bis dato insbesondere dadurch, dass ein gasförmiges Fluid durch eine Düsenvorrichtung geleitet wird. Die derart erzeugten Gasblasen werden der die abzutrennenden Feststoffpartikel enthaltenden Suspension zugeführt. Durch den Einsatz von Rührwerken werden Scherkräfte eingebracht, über welche die Gasblasengröße beeinflusst werden kann. Die Größe der Gasblasen hängt sonach im Wesentlichen von dem Gasvolumenstrom durch die Düsenvorrichtung und von den durch die Rührwerke erzeugten Scherkräften ab, so dass die Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenverteilung einen regelungs- und insbesondere energieintensiven technischen Ansatz darstellt.To date, the generation of gas bubbles or the setting of a specific gas bubble size distribution has been carried out in particular by passing a gaseous fluid through a nozzle device. The gas bubbles generated in this way are fed to the suspension containing the solid particles to be separated. The use of agitators introduces shearing forces, which can be used to influence the size of the gas bubbles. The size of the gas bubbles therefore essentially depends on the gas volume flow through the nozzle device and on the shearing forces generated by the agitators, so that the setting of a specific gas bubble size distribution represents a control-intensive and, in particular, energy-intensive technical approach.

Der Aufsatz " SPEZIELLE ENTWICKLUNG AUF DEM GEBIET DER STRAHLSAUGER FUER DIE PNEUMATISCHE FLOTATION UND ANDERE ANWENDUNGEN" (Aufbereitungstechnik 45 (2004) Nr.8-9, Seiten 26ff ) offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Flotationszelle, wobei zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs wenigstens ein gasförmiges und wenigstens ein flüssiges Fluid jeweils mit einem bestimmten Volumenstrom in eine Dispergierungsvorrichtung zugeführt werden.The essay " SPECIAL DEVELOPMENTS IN THE FIELD OF JET VACUUMS FOR PNEUMATIC FLOTATION AND OTHER APPLICATIONS" (Aufditionstechnik 45 (2004) No.8-9, pages 26ff ) discloses a method for operating a flotation cell, wherein at least one gaseous and at least one liquid fluid are each supplied with a specific volume flow rate to a dispersing device to generate a dispersed fluid mixture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs anzugeben, welches eine verbesserte Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenverteilung ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a method for producing a dispersed fluid mixture which enables improved adjustment of a specific gas bubble size distribution.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren entsprechend Anspruch 1 gelöst.The object is solved by a method according to claim 1.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sonach ein gasförmiges Fluid, kurz ein Gas, wie z. B. Luft, und ein flüssiges Fluid, kurz eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder eine, insbesondere wässrige, Suspension, jeweils mit einem bestimmten Volumenstrom in eine Dispergierungsvorrichtung zugeführt. In der Dispergierungsvorrichtung werden aus dem gasförmigen Fluid, typischerweise mittels einer Düsenvorrichtung, Gasblasen erzeugt, d. h. das gasförmige Fluid wird in einzelne Gasblasen aufgetrennt bzw. zerteilt, welche Gasblasen im Weiteren in dem flüssigen Fluid dispergiert, d. h. verteilt, werden.In the context of the method according to the invention, therefore, a gaseous fluid, briefly a gas, such as. B. Air, and a liquid fluid, briefly a liquid, such as. B. water or, in particular aqueous, suspension, each with a certain volume flow in a dispersing device. In the dispersing device, gas bubbles are generated from the gaseous fluid, typically by means of a nozzle device, ie the gaseous fluid is separated or divided into individual gas bubbles, which gas bubbles are then dispersed, ie distributed, in the liquid fluid.

Der Volumenstrom des gasförmigen Fluids kann als Gasvolumenstrom, der Volumenstrom des flüssigen Fluids als Flüssigkeitsvolumenstrom bezeichnet werden.The volume flow of the gaseous fluid can be referred to as the gas volume flow, and the volume flow of the liquid fluid as the liquid volume flow.

Die Einstellung einer gewünschten Gasblasengröße bzw. einer gewünschten Gasblasengrößenverteilung wird erfindungsgemäß durch eine gezielte Steuerung des Volumenstroms des gasförmigen Fluids, d. h. des Gasvolumenstroms, und des Volumenstroms des flüssigen Fluids, d. h. des Flüssigkeitsvolumenstroms, derart, dass ein bestimmtes Volumenstromverhältnis zwischen dem Gasvolumenstrom und dem Flüssigkeitsvolumenstrom gegeben ist bzw. sich ein bestimmtes Volumenstromverhältnis zwischen dem Gasvolumenstrom und dem Flüssigkeitsvolumenstrom einstellt, realisiert. Unter dem Volumenstromverhältnis ist sonach der Quotient aus dem Volumenstrom des gasförmigen Fluids zu dem Volumenstrom des flüssigen Fluids, oder umgekehrt, und sonach der Quotient aus dem Mengenverhältnis der in die Dispergierungsvorrichtung (pro Zeiteinheit) zugeführten Fluide zu verstehen.The setting of a desired gas bubble size or a desired gas bubble size distribution is achieved according to the invention by targeted control of the volume flow of the gaseous fluid, i. H. the gas volume flow, and the volume flow of the liquid fluid, d. H. of the liquid volume flow, such that a certain volume flow ratio between the gas volume flow and the liquid volume flow is given or a certain volume flow ratio between the gas volume flow and the liquid volume flow is established. The volume flow ratio is therefore the quotient of the volume flow of the gaseous fluid to the volume flow of the liquid fluid, or vice versa, and thus the quotient of the quantity ratio of the fluids fed into the dispersing device (per unit of time).

Das erfindungsgemäße Prinzip stellt sonach eine besondere Möglichkeit der Erzeugung von gewünschten Gasblasengrößen bzw. einer gewünschten Gasblasengrößenverteilung vor, wobei das Verhältnis aus den jeweiligen, das gasförmige und das flüssige Fluid betreffenden Volumenströmen als Regel- oder Steuergröße verwendet wird. Hierbei wird sich die Erkenntnis zunutze gemacht, dass eine gezielte Regelung bzw. Steuerung der jeweiligen Fluidvolumenströme und damit der die Gasblasengröße beeinflussenden Größen, wie insbesondere Scherraten, eine gezielte Erzeugung einer bestimmten Gasblasengröße bzw. Gasblasengrößenverteilung erlaubt.The principle according to the invention therefore provides a special possibility of generating desired gas bubble sizes or a desired gas bubble size distribution, with the ratio of the respective volume flows relating to the gaseous and liquid fluid being used as the controlled variable. Here, use is made of the knowledge that targeted regulation or control of the respective fluid volume flows and thus of the gas bubble size influencing sizes, such as shear rates in particular, allows a specific generation of a specific gas bubble size or gas bubble size distribution.

Der Begriff "Gasblasengröße" zielt dabei insbesondere auf den Durchmesser einer Gasblase ab. Unter dem Begriff "Gasblasengröße" ist stets eine mittlere, d. h. durchschnittliche Gasblasengröße der in einem bestimmten Volumen enthaltenen Gasblasen zu verstehen. Der Begriff "Gasblasengröße" ist daher als mittlere Gasblasengröße zu verstehen.The term "gas bubble size" is aimed in particular at the diameter of a gas bubble. The term "gas bubble size" is always an average, i. H. mean gas bubble size of the gas bubbles contained in a given volume. The term "gas bubble size" is therefore to be understood as the mean gas bubble size.

Es handelt sich dabei um ein regelungs- bzw. steuerungstechnisch vergleichsweise einfaches Prinzip zur Einstellung einer gewünschten Gasblasengröße respektive einer gewünschten Gasblasengrößenverteilung, welches letztlich allein einer bestimmten Regelung bzw. Steuerung entsprechender einer einer Zuführeinrichtung zugehöriger Zuführeinheiten, über welche die Fluide mit einem bestimmten Durchsatz bzw. Volumenstrom in die Dispergierungsvorrichtung zugeführt werden, bedarf.This is a comparatively simple principle in terms of regulation or control technology for setting a desired gas bubble size or a desired gas bubble size distribution, which ultimately alone is dependent on a specific regulation or control of corresponding one of a supply device associated supply units, via which the fluids are fed with a certain throughput or Volume flow are fed into the dispersing device, required.

Insbesondere ist es möglich, durch eine das Volumenstromverhältnis beeinflussende Einstellung eines bestimmten Gasvolumenstroms und/oder Flüssigkeitsvolumenstroms eine bestimmte auf den Flüssigkeitsvolumenstrom wirkende Scherrate sowie eine bestimmte Relativgeschwindigkeit zwischen dem Gasvolumenstrom und dem Flüssigkeitsvolumenstrom zu realisieren, welche Scherrate und Relativgeschwindigkeit maßgeblich für die Größe der aus dem Gasvolumenstrom zu erzeugenden Gasblasen ist.In particular, it is possible, by setting a specific gas volume flow and/or liquid volume flow that influences the volume flow ratio, to achieve a specific shear rate acting on the liquid volume flow and a specific relative speed between the gas volume flow and the liquid volume flow, which shear rate and relative speed are decisive for the size of the gas volume flow gas bubbles to be generated.

In Abhängigkeit der jeweiligen Volumenströme kann sonach ein charakteristisches Strömungsprofil der beiden Fluide bzw. Fluidvolumenströme erzeugt werden, welches Strömungsprofil die vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeiten und Scherraten, die schließlich für die Bildung und die Zerteilung der Gasblasen maßgeblich sind, bestimmt. Im Allgemeinen ist die Gasblasengröße umgekehrt proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit und Scherrate.Depending on the respective volume flows, a characteristic flow profile of the two fluids or fluid volume flows can thus be generated, which flow profile determines the prevailing flow velocities and shear rates, which are ultimately decisive for the formation and splitting of the gas bubbles. In general, gas bubble size is inversely proportional to flow velocity and shear rate.

Prinzipiell gilt daher, dass im Verhältnis kleinere Flüssigkeitsvolumenströme zu größeren Gasblasen führen, was, wie vorstehend prinzipiell erwähnt, damit zusammenhängt, dass kleinere Flüssigkeitsvolumenströme, d. h. kleinere Strömungsgeschwindigkeiten des flüssigen Fluids, zu geringeren auf den Gasvolumenstrom wirkenden Scherkräften bzw. Scherraten führen, was die Ausbildung größerer Gasblasen ermöglicht. Umgekehrt ist es sonach möglich, kleine Gasblasen durch im Verhältnis große Flüssigkeitsvolumenströme zu erzeugen.In principle, therefore, relatively smaller liquid volume flows lead to larger gas bubbles, which, as mentioned in principle above, is related to the fact that smaller liquid volume flows, i. H. Lower flow velocities of the liquid fluid lead to lower shear forces or shear rates acting on the gas volume flow, which enables the formation of larger gas bubbles. Conversely, it is therefore possible to generate small gas bubbles through relatively large liquid volume flows.

Es ist daher möglich, durch eine Erhöhung des Flüssigkeitsvolumenstroms bei konstantem Gasvolumenstrom eine Verschiebung der Gasblasengröße(nverteilung) hin zu kleineren Gasblasen zu erreichen. Ebenso ist es möglich, durch eine Erhöhung des Gasvolumenstroms bei konstantem Flüssigkeitsvolumenstrom eine Verschiebung der Gasblasengröße(nverteilung) hin zu kleineren Gasblasen zu erreichen.It is therefore possible to achieve a shift in the gas bubble size (distribution) towards smaller gas bubbles by increasing the liquid volume flow with a constant gas volume flow. It is also possible to achieve a shift in the gas bubble size (distribution) towards smaller gas bubbles by increasing the gas volume flow with a constant liquid volume flow.

Die weiter oben beschriebene Regelung bzw. Steuerung entsprechender für die Zuführung des gasförmigen Fluids und des flüssigen Fluids vorgesehener Zuführeinheiten einer Zuführeinrichtung kann über eine oder mehrere diesen zugeordnete Steuereinrichtung(en) als Teil einer Dispergierungsvorrichtung erfolgen.The above-described regulation or control of corresponding feed units provided for the feed of the gaseous fluid and the liquid fluid of a feed device can take place via one or more control device(s) assigned to them as part of a dispersing device.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Volumenstrom des gasförmigen Fluids, d. h. der Gasvolumenstrom, größer als der Volumenstrom des flüssigen Fluids, d. h. der Flüssigkeitsvolumenstrom, eingestellt. Hierdurch kann es, bedingt durch den Venturi-Effekt, möglich sein, ein Ansaugen des im Vergleich langsamer strömenden bzw. zugeführten flüssigen Fluids mittels des im Vergleich schneller strömenden bzw. zugeführten gasförmigen Fluids zu realisieren. Das gasförmige Fluid kann daher als Treibstrahl erachtet werden. Entsprechende Ansaugvorrichtungen, über welche das flüssige Fluid angesaugt wird, um in die Dispergierungsvorrichtung zu gelangen respektive durch diese zu strömen, können sonach in ihrer Leistungsaufnahme reduziert werden bzw. kann auf derartige Ansaug- oder Fördervorrichtungen gegebenenfalls sogar verzichtet werden.Within the scope of the method according to the invention, the volume flow of the gaseous fluid, ie the gas volume flow, is set to be greater than the volume flow of the liquid fluid, ie the liquid volume flow. As a result, it may be possible, due to the Venturi effect, to realize a suction of the comparatively slower flowing or supplied liquid fluid by means of the comparatively faster flowing or supplied gaseous fluid. The gaseous fluid can therefore be regarded as a propulsion jet. Corresponding suction devices, via which the liquid fluid is sucked in in order to get into the dispersing device or to flow through it, can therefore be reduced in their power consumption or such suction or conveying devices can possibly even be dispensed with.

Der Volumenstrom des flüssigen Fluids, d. h. der Flüssigkeitsvolumenstrom, liegt in einem Bereich zwischen 1 und 80%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 und 50%, des Volumenstroms des gasförmigen Fluids, d. h. des Gasvolumenstroms.The volume flow of the liquid fluid, i. H. the liquid volume flow, is in a range between 1 and 80%, in particular in a range between 5 and 50%, of the volume flow of the gaseous fluid, d. H. the gas volume flow.

Der Flüssigkeitsvolumenstrom kann sonach beispielsweise auf 6% des Gasvolumenstroms eingestellt werden. Dies ist z. B. gegeben, wenn der Gasvolumenstrom 100 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 100 Liter pro Minute, und der Flüssigkeitsvolumenstrom 6 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 6 Liter pro Minute, beträgt. In diesem Fall ist es, durch den großen quantitativen Unterschied der beiden Volumenströme, wie erwähnt, z. B. bei einem Gasvolumenstrom in Form eines Luftvolumenstroms und einem Flüssigkeitsvolumenstrom in Form eines Wasservolumenstroms, möglich, dass der Gasvolumenstrom als Triebkraft für die Ansaugung bzw. Zuführung des Flüssigkeitsvolumenstroms genutzt wird.The liquid volume flow can thus be set, for example, to 6% of the gas volume flow. This is e.g. B. given when the gas volume flow is 100 volume units per unit time, i. H. e.g. B. 100 liters per minute, and the liquid volume flow 6 volume units per unit time, i. H. e.g. B. 6 liters per minute. In this case, it is due to the large quantitative difference between the two volume flows, as mentioned, z. B. with a gas volume flow in the form of an air volume flow and a liquid volume flow in the form of a water volume flow, it is possible that the gas volume flow is used as a driving force for the suction or supply of the liquid volume flow.

Dies wäre in dem Fall, in dem der Flüssigkeitsvolumenstrom 50% des Gasvolumenstroms beträgt, was z. B. gegeben wäre, wenn der Gasvolumenstrom 100 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 100 Liter pro Minute, und der Flüssigkeitsvolumenstrom 50 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 50 Liter pro Minute beträgt, für das vorstehende genannte Beispiel entsprechender Volumenströme in der Regel nicht mehr möglich.This would be in the case where the liquid flow rate is 50% of the gas flow rate, e.g. B. would be given if the gas volume flow 100 volume units per unit time, i. H. e.g. B. 100 liters per minute, and the liquid volume flow 50 volume units per unit time, i. H. e.g. B. is 50 liters per minute, for the above example corresponding volume flows is usually no longer possible.

Bevorzugt wird das Volumenstromverhältnis zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid derart eingestellt, dass Gasblasen mit einem Durchmesser kleiner 1 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,1 und 0,9 mm, erzeugt werden. Selbstverständlich können durch eine bestimmte Regelung bzw. Steuerung der jeweiligen Volumenströme respektive deren Verhältnis zueinander prinzipiell auch Gasblasen kleiner als 0,1 mm und größer als 1 mm erzeugt werden.The volume flow ratio between the gaseous fluid and the liquid fluid is preferably adjusted in such a way that gas bubbles with a diameter of less than 1 mm, in particular in the range between 0.1 and 0.9 mm, are generated. Of course, through a specific regulation or control of the respective volume flows or their ratio In principle, gas bubbles smaller than 0.1 mm and larger than 1 mm can also be generated in relation to one another.

Für das vorstehend genannte Beispiel eines Luftvolumenstroms und eines Wasservolumenstroms, wobei der Flüssigkeitsvolumenstrom auf 6% des Gasvolumenstroms eingestellt wird, lässt sich bei einer gegebenen Geometrie einer Dispergierungsvorrichtung eine mittlere Gasblasengröße von ca. 0,5 mm erzeugen. Insbesondere ist dabei vorrichtungsseitig das Querschnittsverhältnis zwischen der Austrittsfläche einer Düsenvorrichtung, aus der die Gasblasen austreten, und der Eintrittsfläche einer der Düsenvorrichtung nachgeschalteten Mischeinrichtung, in die die Gasblasen eintreten, zu berücksichtigen.For the above-mentioned example of an air volume flow and a water volume flow, with the liquid volume flow being set to 6% of the gas volume flow, an average gas bubble size of approx. 0.5 mm can be generated with a given geometry of a dispersing device. In particular, the cross-sectional ratio between the exit surface of a nozzle device, from which the gas bubbles emerge, and the entry surface of a mixing device downstream of the nozzle device, into which the gas bubbles enter, must be taken into account on the device side.

Die Einstellung einer bestimmten Gasblasengröße ist in allen Fällen zweckmäßig auch unter Berücksichtigung der jeweiligen chemisch-physikalischen Zusammensetzung der Volumenströme sowie gegebenenfalls weiterer im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zugegebener Substanzen vorzunehmen. Sofern das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte dispergierte Fluidgemisch im Rahmen von Flotationsabscheidungsprozessen eingesetzt wird, sind selbstverständlich auch die besonderen Eigenschaften der abzutrennenden Feststoffpartikel respektive der diese enthaltenden Suspension zu berücksichtigen.In all cases, it is expedient to set a specific gas bubble size, also taking into account the respective chemical-physical composition of the volume flows and any other substances added in the context of the process according to the invention. If the dispersed fluid mixture produced with the method according to the invention is used in the context of flotation separation processes, the special properties of the solid particles to be separated or the suspension containing them must of course also be taken into account.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem gasförmigen Fluid und/oder dem flüssigen Fluid ein Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung der aus dem gasförmigen Fluid zu bildenden oder gebildeten Gasblasen zugegeben werden. Das Mittel dient sonach insbesondere dazu, Koaleszenz zwischen Gasblasen zu verhindern, d. h. zu verhindern, dass sich Gasblasen einer bestimmten Gasblasengröße zu Gasblasen mit einer im Vergleich größeren Gasblasengröße vereinen. Mithin ist es derart möglich, eine über eine entsprechende Regelung bzw. Steuerung jeweiliger Volumenströme eingestellte Gasblasengröße(nverteilung) durch die Regelung, insbesondere Reduzierung bzw. Verhinderung, von Koaleszenzeffekten weitgehend aufrechtzuerhalten.In an advantageous development of the method according to the invention, an agent for preventing coalescence formation of the gas bubbles to be formed or formed from the gaseous fluid can be added to the gaseous fluid and/or the liquid fluid. The agent therefore serves in particular to prevent coalescence between gas bubbles, ie to prevent gas bubbles of a specific gas bubble size from combining to form gas bubbles with a comparatively larger gas bubble size. It is therefore possible in this way to adjust a gas bubble size (distribution) set via a corresponding regulation or control of the respective volume flows by the regulation, in particular reduction or prevention of largely maintaining coalescence effects.

Als Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung können z. B. organische Verbindungen, insbesondere Hydroxy- oder Etherverbindungen, oder Mischungen organischer Verbindungen, insbesondere Mischungen aus Hydroxy- oder Etherverbindungen, verwendet werden. Konkret handelt es sich dabei z. B. um nicht-ionische grenzflächenaktive Substanzen, wie beispielsweise aliphatische Alkohole, wie z. B. Hexanol oder Methyl-Isobutylcarbinol, Terpenalkohole, und/oder Polyglykolether. Durch die Konzentration der Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung kann die Koaleszenz der erzeugten Gasblasen gezielt geregelt, d. h. insbesondere verhindert, werden. Die Konzentration des zugegebenen Mittels zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung in dem gasförmigen Fluid und/oder dem flüssigen Fluid kann in einem Bereich zwischen 50 und 300 ppm (parts per million), insbesondere in einem Bereich zwischen 100 und 200 ppm, liegen. Selbstverständlich kann die Konzentration in Ausnahmefällen auch unterhalb 50 ppm und/oder oberhalb 300 ppm liegen.As a means of preventing coalescence e.g. B. organic compounds, especially hydroxy or ether compounds, or mixtures of organic compounds, especially mixtures of hydroxy or ether compounds, can be used. Specifically, it is z. B. to non-ionic surfactants such as aliphatic alcohols such. B. hexanol or methyl isobutyl carbinol, terpene alcohols, and / or polyglycol ether. By concentrating the agents to prevent coalescence formation, the coalescence of the gas bubbles produced can be controlled in a targeted manner, i. H. in particular prevented. The concentration of the added anti-coalescence agent in the gaseous fluid and/or the liquid fluid may be in the range between 50 and 300 ppm (parts per million), in particular in the range between 100 and 200 ppm. In exceptional cases, of course, the concentration can also be below 50 ppm and/or above 300 ppm.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es denkbar, dass das gasförmige Fluid vor dem Vermischen mit dem flüssigen Fluid bereits in der Dispergierungsvorrichtung zu Gasblasen umgesetzt wird. Es ist also im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Prinzipien möglich, bereits ein entsprechend dispergiertes Fluidgemisch, bestehend aus in einem flüssigen Fluid dispergierten Gasblassen, in einen Reaktorbehälter, d.h. eine Flotationszelle, einzubringen und entsprechende Gasblasen nicht erst in dem Reaktorbehälter, d.h. der Flotationszelle, zu erzeugen. Letzteres ist insofern problematisch, als es bei der aus dem Stand der Technik bekannten Bildung von Gasblasen in der Suspension zunächst diffusiver Kontakte zwischen dem Gas bzw. den Gasblasen und bestimmten oberflächenaktiven Substanzen der Suspension bedarf, um die Gasblasen zu stabilisieren, wobei es zu unerwünschten Koaleszenzen kommen kann. Dadurch, dass das gasförmige Fluid erfindungsgemäß bereits vor dem Vermischen mit dem flüssigen Fluid zu Gasblasen umgesetzt werden kann, ist es sonach möglich, den Begasungsprozess definierter zu gestalten, wodurch sich beispielsweise die Effizienz eines Flotationsabscheidungsprozesses steigern lässt.In the context of the method according to the invention, it is conceivable that the gaseous fluid is already converted into gas bubbles in the dispersing device before it is mixed with the liquid fluid. It is therefore possible, in contrast to the principles known from the prior art, to introduce a correspondingly dispersed fluid mixture, consisting of gas bubbles dispersed in a liquid fluid, into a reactor vessel, ie a flotation cell, and not only to introduce corresponding gas bubbles into the reactor vessel, ie the flotation cell. The latter is problematic in that the formation of gas bubbles in the suspension, which is known from the prior art, initially requires diffusive contacts between the gas or the gas bubbles and certain surface-active substances in the suspension in order to stabilize the gas bubbles unwanted coalescence can occur. The fact that the gaseous fluid can already be converted into gas bubbles before mixing with the liquid fluid according to the invention makes it possible to design the gassing process in a more defined manner, which can increase the efficiency of a flotation separation process, for example.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Dispergierungsvorrichtung verwendet, welche eine Zuführeinrichtung mit wenigstens zwei getrennten Zuführeinheiten, welche jeweils zur Zuführung eines Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom eingerichtet sind, eine der Zuführeinrichtung nachgeschaltete Mischeinrichtung zur Vermischung der in die Zuführeinrichtung zugeführten Fluide und eine der Mischeinrichtung nachgeschaltete Verteilereinrichtung, aufweisend wenigstens eine Austrittsöffnung zum Austritt der in der Mischeinrichtung vermischten Fluide aus der Dispergierungsvorrichtung, umfasst.To carry out the method according to the invention, a dispersing device is used which has a feed device with at least two separate feed units, each of which is set up to feed a fluid with a specific volume flow, a mixing device downstream of the feed device for mixing the fluids fed into the feed device, and a mixing device downstream of the mixing device Distribution device comprising at least one outlet opening for the outlet of the fluids mixed in the mixing device from the dispersing device.

Entsprechend offenbart ist eine Dispergierungsvorrichtung, d. h. eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs, umfassend:

eine Zuführeinrichtung mit wenigstens zwei getrennten Zuführeinheiten, welche jeweils zur Zuführung eines Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom eingerichtet sind,
eine der Zuführeinrichtung nachgeschaltete Mischeinrichtung zur Vermischung der in die Zuführeinrichtung zugeführten Fluide und
eine der Mischeinrichtung nachgeschaltete Verteilereinrichtung, aufweisend wenigstens eine Austrittsöffnung zum Austritt der in der Mischeinrichtung vermischten Fluide aus der Dispergierungsvorrichtung.

Accordingly disclosed is a dispersing device, ie a device for generating a dispersed fluid mixture, comprising:

a supply device with at least two separate supply units, each of which is set up to supply a fluid with a specific volume flow,
a mixing device downstream of the feed device for mixing the fluids fed into the feed device and
a distribution device downstream of the mixing device, having at least one outlet opening for the exit of the fluids mixed in the mixing device from the dispersing device.

Die Zuführeinrichtung ist respektive die dieser zugehörigen Zuführeinheiten sind mit einer geeigneten Steuereinrichtung ausgestattet bzw. verbunden, über welche die jeweiligen Volumenströme der zuzuführenden Fluide insbesondere unabhängig voneinander, regelbar bzw. steuerbar sind.The supply device or the supply units associated with it are equipped or connected to a suitable control device, via which the respective volume flows of the fluids to be supplied can be regulated or controlled, in particular independently of one another.

Die Dispergierungsvorrichtung ist sonach insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Demzufolge gelten bezüglich der Dispergierungsvorrichtung sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren analog.The dispersing device is therefore designed in particular to carry out the method according to the invention described above. Consequently, with regard to the dispersing device, all statements made in connection with the method according to the invention apply analogously.

Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenverteilung lässt sich vorrichtungsmäßig insbesondere dadurch realisieren, wenn die Vorrichtung unter Berücksichtigung des durch nachfolgende Gleichung beschriebenen Zusammenhangs konstruiert ist: $D = R \times C \times {F_{L}}^{- 1} .$

The adjustment of a specific gas bubble size distribution described in connection with the method according to the invention can be implemented in terms of the device in particular if the device is designed taking into account the relationship described by the following equation:

D = R \times C \times {f_{L}}^{- 1} .

Dabei steht D für die mittlere Gasblasengröße, R für das Volumenstromverhältnis zwischen dem Volumenstrom des gasförmigen Fluids (Gasvolumenstrom) und dem Volumenstrom des flüssigen Fluids (Flüssigkeitsvolumenstrom), C für eine konstruktionsspezifische Konstante einer bestimmten, typischerweise in einer Zuführeinrichtung verbauten, Düseneinrichtung und F_L für den Volumenstrom des flüssigen Fluids.D stands for the mean gas bubble size, R for the volume flow ratio between the volume flow of the gaseous fluid (gas volume flow) and the volume flow of the liquid fluid (liquid volume flow), C for a design-specific constant of a specific nozzle device typically installed in a feed device and _FL for the volume flow of the liquid fluid.

Erfindungsgemäss ist es vorgesehen, dass die Mischeinrichtung wenigstens einen länglichen, insbesondere konus- oder kegelstumpfförmigen, einen Mischraum begrenzenden Mischkörper umfasst, wobei die Querschnittsfläche des Mischraums sich von dem der Zuführeinrichtung zugewandten Ende zu dem der Verteilereinrichtung zugewandten Ende, insbesondere kontinuierlich, erweitert. Der Mischraum dient einer innigen Vermischung zwischen den Gasblasen und dem flüssigen Fluid, d. h. der in dem dispergierten Fluidgemisch enthaltenen Fluide. Durch die besondere Querschnittsbemessung des Mischraums, d. h. dessen Vergrößerung in Strömungsrichtung bzw. in Richtung der der Mischeinrichtung nachgeschalteten Verteilereinrichtung, kann eine Diffusorwirkung realisiert werden, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit des dispergierten Fluidgemischs wird reduziert. Es lässt sich derart in dem dispergierten Fluidgemisch ein Gleichgewichtszustand zwischen den gebildeten Gasblasen und dem flüssigen Fluid einstellen.According to the invention, it is provided that the mixing device comprises at least one elongate, in particular conical or truncated cone-shaped, mixing body delimiting a mixing space, the cross-sectional area of the mixing space expanding, in particular continuously, from the end facing the feed device to the end facing the distribution device. The mixing chamber is used for intimate mixing between the gas bubbles and the liquid fluid, ie the fluids contained in the dispersed fluid mixture. Due to the special cross-sectional dimensioning of the mixing space, ie its enlargement in the direction of flow or in the direction of the distribution device downstream of the mixing device, a diffuser effect can be implemented, ie the flow velocity of the dispersed fluid mixture is reduced. In this way, a state of equilibrium can be established between the gas bubbles formed and the liquid fluid in the dispersed fluid mixture.

Die der Zuführeinrichtung zugehörigen Zuführeinheiten können jeweils wenigstens einen einen Zuführraum begrenzenden Zuführkörper aufweisen, wobei ein erster Zuführkörper zumindest abschnittsweise in einem zweiten Zuführkörper aufgenommen ist. Über den ersten Zuführkörper wird typischerweise das gasförmige Fluid zugeführt, über den zweiten Zuführkörper wird typischerweise das flüssige Fluid zugeführt. Gleichwohl ist es auch möglich, dass über den ersten Zuführkörper das flüssige Fluid und über den zweiten Zuführkörper das gasförmige Fluid zugeführt wird.The feed units associated with the feed device can each have at least one feed body delimiting a feed space, with a first feed body being accommodated at least in sections in a second feed body. The gaseous fluid is typically supplied via the first supply body, and the liquid fluid is typically supplied via the second supply body. It is nevertheless also possible for the liquid fluid to be supplied via the first supply body and for the gaseous fluid to be supplied via the second supply body.

Der der ersten Zuführeinheit zugehörige erste Zuführkörper kann wenigstens eine, insbesondere an einem konus- oder kegelstumpfförmigen Abschnitt vorgesehene, Düsenvorrichtung aufweisen. Die Düsenvorrichtung dient insbesondere dazu, dass in den ersten Zuführkörper zugeführte Fluid, bei welchem es sich typischerweise um das gasförmige Fluid handelt, in Gasblasen umzusetzen, d. h. derart zu zerteilen, dass sich Gasblasen bilden. Hierfür ist die Anordnung der Düsenvorrichtung an einem konus- oder kegelstumpfförmigen Abschnitt, d. h. einem Abschnitt, dessen Querschnittsfläche sich in Strömungsrichtung bzw. in Richtung der Düsenvorrichtung verringert, vorteilhaft, da das Fluid vor Eintritt in die Düsenvorrichtung beschleunigt wird, was zur Einstellung einer definierten Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Fluiden dient und somit für die Ausbildung von Gasblasen essentiell ist.The first feed body associated with the first feed unit can have at least one nozzle device, in particular provided on a conical or frustoconical section. The nozzle device serves in particular to convert the fluid fed into the first feed body, which is typically the gaseous fluid, into gas bubbles, i. H. break up in such a way that gas bubbles form. For this purpose, the arrangement of the nozzle device on a conical or frustoconical section, i. H. a section whose cross-sectional area decreases in the direction of flow or in the direction of the nozzle device, since the fluid is accelerated before it enters the nozzle device, which serves to set a defined relative speed between the two fluids and is therefore essential for the formation of gas bubbles.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. eine Prinzipdarstellung einer Dispergierungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.Further advantages, features and details of the invention result from the exemplary embodiment described below and from the drawing. The only figure shows a basic representation of a dispersing device for carrying out a method according to an exemplary embodiment of the invention.

Die in der Fig. als Prinzipdarstellung gezeigte Dispergierungsvorrichtung 1 dient der Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs und kann somit auch als Vorrichtung zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs bezeichnet werden.The dispersing device 1 shown in the figure as a schematic representation serves to generate a dispersed fluid mixture and can therefore also be referred to as a device for generating a dispersed fluid mixture.

Das dispergierte Fluidgemisch enthält ein gasförmiges Fluid, mithin ein Gas, wie z. B. Luft, Stickstoff, etc., welches in Form von Gasblasen, in einem flüssigen Fluid, mithin einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser bzw. einem Gemisch aus Wasser und weiteren Substanzen, dispergiert bzw. verteilt ist.The dispersed fluid mixture contains a gaseous fluid, hence a gas, such as. B. air, nitrogen, etc., which in the form of gas bubbles in a liquid fluid, hence a liquid such. B. water or a mixture of water and other substances, dispersed or distributed.

Die Dispergierungsvorrichtung 1 umfasst eine Zuführeinrichtung 2, eine dieser nachgeschaltete Mischeinrichtung 3 und eine der Mischeinrichtung 3 nachgeschaltete Verteilereinrichtung 4.The dispersing device 1 comprises a feed device 2, a mixing device 3 downstream of this and a distribution device 4 downstream of the mixing device 3.

Die Zuführeinrichtung 2 umfasst zwei getrennte Zuführeinheiten 5, 6, welche jeweils zur Zuführung eines Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom ausgebildet sind. Die Zuführeinheiten 5, 6 weisen jeweils einen einen Zuführraum begrenzenden zylindrischen Zuführkörper 7, 8 auf. Ersichtlich ist der der Zuführeinheit 5 zugehörige Zuführkörper 7 abschnittsweise in dem der Zuführeinheit 6 zugehörigen Zuführkörper 8 aufgenommen. Die Zuführkörper 7, 8 haben vorzugsweise achsensymmetrische Querschnitte, z. B. in zylindrischer oder konischer (kegelstumpfförmiger) Form. Die Zuführkörper 7, 8 können jedoch auch andere Querschnittsgeometrien, wie z. B. oval oder polygonal, aufweisen.The feed device 2 comprises two separate feed units 5, 6, which are each designed to feed a fluid with a specific volume flow. The feed units 5, 6 each have a cylindrical feed body 7, 8 delimiting a feed space. As can be seen, the feed body 7 associated with the feed unit 5 is accommodated in sections in the feed body 8 associated with the feed unit 6 . The feed bodies 7, 8 preferably have axisymmetric cross-sections, e.g. B. in cylindrical or conical (truncated cone) shape. However, the feed body 7, 8 can also have other cross-sectional geometries, such as. B. oval or polygonal have.

Der der Zuführeinheit 5 zugehörige Zuführkörper 7 ist im Bereich seines der Mischeinrichtung 3 zugewandten Endes mit einem konus- oder kegelstumpfförmigen Abschnitt versehen, welcher endseitig durch eine mehrere Kanäle oder Öffnungen aufweisende Düsenvorrichtung 9 abgeschlossen ist. Die Querschnittsfläche des Abschnitts des Zuführkörpers 7 verjüngt sich demnach kontinuierlich in der durch die Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung des in den Zuführkörper 7 zugeführten Fluids, was eine Beschleunigung des durch diesen strömenden Fluids bedingt.The feed body 7 associated with the feed unit 5 is provided with a conical or truncated cone-shaped section in the region of its end facing the mixing device 3, which is closed at the end by a nozzle device 9 having a plurality of channels or openings. The cross-sectional area of the section of the feed body 7 accordingly tapers continuously in the direction of flow of the feed body 7 that is indicated by the arrows Fluid, which causes an acceleration of the fluid flowing through this.

Die Zuführeinrichtung 2 ist respektive die dieser zugehörigen Zuführeinheiten 5, 6 sind mit einer Steuereinrichtung 10 ausgestattet bzw. verbunden, über welche die jeweiligen Volumenströme der in die Zuführkörper 7, 8 zuzuführenden Fluide regelbar bzw. steuerbar ist.The feed device 2 or the feed units 5, 6 associated with it are equipped or connected to a control device 10, via which the respective volume flows of the fluids to be fed into the feed bodies 7, 8 can be regulated or controlled.

Konkret handelt es sich bei den in die Zuführkörper 7, 8 zugeführten Volumenströmen um einen Gasvolumenstrom GV und einen Flüssigkeitsvolumenstrom FV. Der Gasvolumenstrom GV wird mit einem bestimmten, über die Steuereinrichtung 10 regelbaren Volumendurchsatz über die Zuführeinrichtung 5 zugeführt, der Flüssigkeitsvolumenstrom FV wird mit einem bestimmten, über die Steuereinrichtung 10 regelbaren Volumendurchsatz über die Zuführeinrichtung 6 zugeführt.Specifically, the volume flows fed into the feed bodies 7, 8 are a gas volume flow GV and a liquid volume flow FV. The gas volume flow GV is supplied via the supply device 5 at a specific volume flow rate that can be regulated via the control device 10 , the liquid volume flow FV is supplied via the supply device 6 at a specific volume flow rate that can be regulated via the control device 10 .

Bei dem Gasvolumenstrom GV handelt es sich, wie erwähnt, um ein Gas, wie z. B. Luft, Stickstoff, etc. Bei Anwendungen in der chemischen Industrie kann der Gasvolumenstrom GV jedoch auch andere Prozessgasse enthalten. Bei dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV handelt es sich um eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und weiteren Substanzen, oder Lösungsmittel und/oder flüssige Reagenzien.As mentioned, the gas volume flow GV is a gas, such as e.g. B. air, nitrogen, etc. However, for applications in the chemical industry, the gas volume flow GV can also contain other process gases. In the liquid volume flow FV is a liquid such. B. water or a mixture of water and other substances, or solvents and / or liquid reagents.

Insbesondere in dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV können Mittel zur Verhinderung von Koaleszenzen von aus dem Gasvolumenstrom GV gebildeten Gasblasen enthalten sein. Diese Mittel entsprechen den vorstehend genannten, dem Wasser beigemischten Substanzen. Bei diesen Mitteln handelt es sich, insbesondere bei Flotationsanwendungen im Bereich des Bergbaus, typischerweise um organische Verbindungen, insbesondere Hydroxy- oder Etherverbindungen, oder Mischungen organischer Verbindungen, insbesondere Mischungen aus Hydroxy- oder Etherverbindungen. Konkret kann es sich bei diesen Mitteln um aliphatische Alkohole, wie z. B. Hexanol oder Terpenalkohole, und/oder Polyglykolether handeln. Die Konzentration der Mittel in dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 50 und 200 ppm. Anwendungsabhängig können jedoch deutlich niedrigere oder höhere Konzentrationen vorgesehen werden.In particular, the liquid volume flow FV can contain means for preventing coalescence of gas bubbles formed from the gas volume flow GV. These agents correspond to the substances mentioned above that are mixed with the water. These agents are typically organic compounds, particularly hydroxy or ether compounds, or mixtures of organic compounds, particularly mixtures of hydroxy or ether compounds, particularly in the case of flotation applications in the field of mining. Specifically, these funds can be aliphatic alcohols such. B. hexanol or terpene alcohols, and / or act polyglycol ether. The concentration of funds in the Liquid volume flow FV is typically in a range between 50 and 200 ppm. Depending on the application, however, significantly lower or higher concentrations can be provided.

Der Zuführeinrichtung 2 ist in Strömungsrichtung der Volumenströme die Mischeinrichtung 3 nachgeschaltet. Die Mischeinrichtung 3 umfasst einen vorwiegend konus- oder kegelstumpfförmigen, einen Mischraum begrenzenden Mischkörper 11. Ersichtlich erweitert sich die Querschnittsfläche des Mischkörpers 11 und sonach der Durchflussquerschnitt des durch den Mischkörper 11 begrenzten Mischraums kontinuierlich von dem der Zuführeinrichtung 2 zugewandten Ende zu dem der Verteilereinrichtung 4 zugewandten Ende. Derart wirkt der Mischkörper 11 als Diffusor, da die Strömungsgeschwindigkeit des durch diesen strömenden Fluidgemischs durch die sich erweiternde Querschnittsfläche reduziert wird. Dies begünstigt bzw. erlaubt die Ausbildung eines Gleichgewichtszustands innerhalb des Fluidgemischs, d. h. eines Gleichgewichtszustands zwischen den gebildeten Gasblasen und der Flüssigkeit.The mixing device 3 is connected downstream of the feeding device 2 in the flow direction of the volume flows. The mixing device 3 comprises a predominantly conical or truncated cone-shaped mixing body 11 delimiting a mixing space. The cross-sectional area of the mixing body 11 and thus the flow cross-section of the mixing space delimited by the mixing body 11 expands continuously from the end facing the feed device 2 to the end facing the distributor device 4 End. In this way, the mixing body 11 acts as a diffuser, since the flow rate of the fluid mixture flowing through it is reduced by the expanding cross-sectional area. This favors or allows the formation of a state of equilibrium within the fluid mixture, i. H. a state of equilibrium between the gas bubbles formed and the liquid.

Der Mischeinrichtung 3 ist in Strömungsrichtung der Volumenströme die Verteilereinrichtung 4 nachgeschaltet. Die Verteilereinrichtung 4 weist einen vorzugsweise zylindrischen Verteilerkörper 12 mit an dessen Mantelfläche umfangsmäßig verteilt gebildeten Austrittsöffnungen 13 zum Austritt des Fluidgemischs aus der Dispergierungsvorrichtung 1 auf.The distributor device 4 is connected downstream of the mixing device 3 in the flow direction of the volume flows. The distributor device 4 has a preferably cylindrical distributor body 12 with outlet openings 13 distributed circumferentially on its lateral surface for the outlet of the fluid mixture from the dispersing device 1 .

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Größe der aus dem Gasvolumenstrom GV gebildeten Gasblasen durch eine besondere über die Steuereinrichtung 10 realisierte Regelung bzw. Steuerung des Volumenstromverhältnisses zwischen dem Gasvolumenstrom GV und dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV eingestellt. Durch eine gezielte Regelung bzw. Steuerung der jeweiligen Volumenströme, d. h. insbesondere des Verhältnis dieser zueinander, kann ein weiter Bereich an Gasblasengrößen mit einer einzigen Düsenvorrichtung 9 abgedeckt werden. Es ist beispielsweise möglich, mittlere Gasblasengrößen von typischerweise ca. 50 µm zu erzeugen, indem ein bestimmter Gasvolumenstrom GV mit einem bestimmten Flüssigkeitsvolumenstrom FV kombiniert wird. Prinzipiell ist es daher denkbar, die Dispergierungsvorrichtung 1 neben dem Einsatz im Rahmen eines Flotationsabscheidungsprozesses z. B. auch in der Paperindustrie, insbesondere Papierverarbeitung, einzusetzen, da hier die Erzeugung definierter Gasblasengrößen ebenso von Vorteil ist, um kleinste Partikel, wie z. B. Farbstoffpigmente, über Flotationsprozesse abzutrennen.Within the scope of the method according to the invention, the size of the gas bubbles formed from the gas volume flow GV is adjusted by a special regulation or control of the volume flow ratio between the gas volume flow GV and the liquid volume flow FV implemented via the control device 10 . A wide range of gas bubble sizes can be covered with a single nozzle device 9 by targeted regulation or control of the respective volume flows, ie in particular the ratio of these to one another. For example, it is possible to use mean gas bubble sizes of typically approx. 50 µm by combining a certain gas volume flow GV with a certain liquid volume flow FV. In principle, it is therefore conceivable to use the dispersing device 1 in addition to being used as part of a flotation separation process, e.g. B. also in the paper industry, especially paper processing, to be used, since the generation of defined gas bubble sizes is also advantageous here in order to remove the smallest particles, such as e.g. B. dye pigments, separated by flotation processes.

Die Regelung bzw. Steuerung der Volumenströme erfolgt derart, dass der Gasvolumenstrom GV höher als der Flüssigkeitsvolumenstrom FV ist. Der Flüssigkeitsvolumenstrom FV liegt in einem Bereich zwischen 1 und 80%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 und 50%, des Gasvolumenstroms GV.The volume flows are regulated or controlled in such a way that the gas volume flow GV is higher than the liquid volume flow FV. The liquid volume flow FV is in a range between 1 and 80%, in particular in a range between 5 and 50%, of the gas volume flow GV.

Für den konkreten Fall, in dem der Flüssigkeitsvolumenstrom FV derart eingestellt wird, dass er 6% des Gasvolumenstroms GV beträgt, was z. B. gegeben ist, wenn der Gasvolumenstrom GV 100 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 100 Liter pro Minute, und der Flüssigkeitsvolumenstrom FV 6 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 6 Liter pro Minute beträgt, können bei einem Querschnittsverhältnis zwischen der Querschnittsfläche A1 der Düsenvorrichtung 9, aus welcher die Gasblasen austreten, und der Querschnittsfläche A2 des Eintrittsbereichs der Mischeinrichtung 3 von 0,2 Gasblasengrößen von ca. 0,5 mm erzeugt werden.For the specific case in which the liquid volume flow FV is set such that it is 6% of the gas volume flow GV, which z. B. is given when the gas volume flow GV 100 volume units per unit time, i. H. e.g. B. 100 liters per minute, and the liquid volume flow FV 6 volume units per unit time, i. H. e.g. B. is 6 liters per minute, gas bubble sizes of approx.

Dadurch, dass der Gasvolumenstrom GV typischerweise größer als der Flüssigkeitsvolumenstrom FV ist, kann der Gasvolumenstrom GV als Treibstrahl erachtet bzw. genutzt werden, welcher unter Ausnutzung des Venturi-Effekts ein Ansaugen des Flüssigkeitsvolumenstroms FV aus dem Zuführkörper 8 in die Zuführeinrichtung 2 und im Weiteren die Mischeinrichtung 3 ermöglicht. Ansaug- oder Fördervorrichtungen (nicht gezeigt), über welche der Flüssigkeitsvolumenstrom FV gebildet oder beschleunigt wird, können sonach in ihrer Leistungsaufnahme reduziert werden. Gegebenenfalls kann auf derartige Ansaugvorrichtungen sogar verzichtet werden.Due to the fact that the gas volume flow GV is typically greater than the liquid volume flow FV, the gas volume flow GV can be considered or used as a propulsion jet, which, using the Venturi effect, causes the liquid volume flow FV to be sucked out of the feed body 8 into the feed device 2 and then into the Mixing device 3 allows. Suction or conveying devices (not shown), via which the liquid volume flow FV is formed or accelerated, can therefore be reduced in their power consumption become. If necessary, such suction devices can even be dispensed with.

Das aus den beiden Volumenströmen, d. h. dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV und dem Gasvolumenstrom GV, in der Dispergierungsvorrichtung 1 gebildete Fluidgemisch ist in eine Suspension, enthaltend eine Flüssigkeit und aus dieser im Rahmen eines Flotationsabscheidungsprozesses abzutrennende Feststoffpartikel, einzuleiten. Bei der Suspension kann es sich z. B. um eine Trübe oder Pulpe handeln, aus welcher Feststoffpartikel als Wertstoffpartikel abzutrennen sind.The from the two volume flows, d. H. the liquid volume flow FV and the gas volume flow GV, the fluid mixture formed in the dispersing device 1 is to be introduced into a suspension containing a liquid and solid particles to be separated from this as part of a flotation separation process. The suspension can be z. B. be a sludge or pulp, from which solid particles are to be separated as valuable material particles.

Ersichtlich ist die Dispergierungsvorrichtung 1 komplett in einen Reaktorbehälter 14, d. h. eine Flotationszelle, eingetaucht. Hieraus ergibt sich, dass mit der Dispergierungsvorrichtung 1 bereits ein dispergierte Gasblasen enthaltendes Fluidgemisch in den Reaktorbehälter 14 eingebracht wird.Visible is the dispersing device 1 completely in a reactor vessel 14, d. H. a flotation cell, submerged. From this it follows that a fluid mixture containing dispersed gas bubbles is already introduced into the reactor vessel 14 with the dispersing device 1 .

Es ist also im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Prinzipien möglich, bereits ein entsprechend dispergiertes Fluidgemisch, bestehend aus in einem flüssigen Fluid dispergierten Gasblassen, in einen Reaktorbehälter 14, wie z. B. eine Flotationszelle, einzubringen und entsprechende Gasblasen nicht erst in einem Reaktorbehälter 14 zu erzeugen. Das über die Dispergierungsvorrichtung 1 realisierbare Verfahren zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs weist, bei Verwendung im Rahmen eines Flotationsabscheidungsprozesses, eine Reihe von Vorteilen auf.In contrast to the principles known from the prior art, it is therefore possible to introduce a correspondingly dispersed fluid mixture, consisting of gas bubbles dispersed in a liquid fluid, into a reactor vessel 14, such as, for. B. a flotation cell, and not only to generate corresponding gas bubbles in a reactor vessel 14. The method for generating a dispersed fluid mixture that can be implemented using the dispersing device 1 has a number of advantages when used as part of a flotation separation process.

Beispielsweise kann das über den der Verteilereinrichtung 4 zugehörigen Verteilerkörper 12 in eine Suspension einzubringende Fluidgemisch, d. h. insbesondere die in diesem enthaltenen Gasblasen, über einen breiten Querschnitt des Reaktorbehälters 14 in diesen eingebracht werden. Damit kann im Rahmen eines Flotationsabscheidungsprozesses ein intensiver Austausch zwischen den abzutrennenden Feststoffpartikeln, typischerweise Wertstoffpartikeln, und der Gasblasenoberfläche stattfinden und folglich die Effizienz des Gesamtprozesses erhöht werden.For example, the fluid mixture to be introduced into a suspension via the distributor body 12 associated with the distributor device 4, ie in particular the gas bubbles contained therein, can be introduced into the reactor vessel 14 over a wide cross-section of the latter. As part of a flotation separation process, an intensive exchange between the solid particles to be separated, typically Valuable material particles and the gas bubble surface take place and consequently the efficiency of the overall process can be increased.

Des Weiteren kann aufgrund des in dem Mischraum des der Mischeinrichtung 3 zugehörigen Mischkörpers 11 herrschenden Strömungsprofils bei gleichem Leistungseintrag, welcher sich im Wesentlichen aus den einzustellenden Druckverhältnissen ergibt, ein erheblich höherer Anteil an Feinstblasen, d. h. Gasblasen mit einer Gasblasengröße unterhalb 1 mm, gebildet werden, was wiederum eine Erhöhung der spezifischen Gasblasenoberfläche bedingt und so eine größere Menge an abgetrennten Feststoffpartikeln ermöglicht.Furthermore, due to the flow profile prevailing in the mixing chamber of the mixing body 11 associated with the mixing device 3 with the same power input, which results essentially from the pressure conditions to be set, a significantly higher proportion of fine bubbles, i. H. Gas bubbles with a gas bubble size below 1 mm are formed, which in turn causes an increase in the specific gas bubble surface and thus allows a larger amount of separated solid particles.

Ferner kann durch die mit der Dispergierungsvorrichtung 1 mögliche Ausbildung vergleichsweise eng verteilter Scherraten eine eng verteilte Gasblasengrößenverteilung erzeugt und gut reguliert werden. Dies ist beispielsweise mit aus dem Stand der Technik bekannten Rührwerken kaum möglich, da in rührwerksäußeren Bereichen, z. B. an den Rührblattspitzen, im Vergleich zu rührwerksinneren Bereichen sehr hohe Scherraten gegeben sind. Diese große Scherratenverteilung resultiert in einer Ausbildung von Gasblasen mit einer breit verteilten Gasblasengröße.Furthermore, due to the formation of comparatively narrowly distributed shear rates that is possible with the dispersing device 1, a narrowly distributed gas bubble size distribution can be generated and well regulated. This is hardly possible, for example, with agitators known from the prior art, since in areas outside the agitator, e.g. B. at the agitator blade tips, there are very high shear rates compared to areas inside the agitator. This large shear rate distribution results in the formation of gas bubbles with a widely distributed gas bubble size.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples.

Claims

Method of operating a flotation cell, wherein a dispersed fluid mixture is created by feeding at least one gaseous and at least one liquid fluid into a dispersion apparatus (1), each at a particular volume flow rate (FV, GV), to form gas bubbles from the at least one gaseous fluid that are dispersed in the at least one liquid fluid, wherein a particular gas bubble size of the gas bubbles formed from the gaseous fluid is established by virtue of a particular volume flow ratio between the gaseous fluid and the liquid fluid,
wherein the ratio of the respective flow rates relating to the gaseous and liquid fluids is used as controlled variable or manipulated variable for specific closed-loop or open-loop control,

wherein the volume flow rate (GV) of the gaseous fluid is greater than the volume flow rate (FV) of the liquid fluid, and the volume flow rate (FV) of the liquid fluid is within a range between 1% and 80%, especially within a range between 5% and 50%, of the volume flow rate (GV) of the gaseous fluid, and wherein the method is performed using the dispersion apparatus (1), said dispersion apparatus (1) comprising:
- a feed device (2) having at least two separate feed units (5, 6), each set up to supply a fluid with a particular volume flow rate,

- a mixing device (3) which is downstream of the feed device (2) and is set up to mix the fluids fed into the feed device (2), and

- a distributor device (4) which is downstream of the mixing device (3) and has at least one exit opening (13) for exit of the fluids mixed in the mixing device (3) from the dispersion apparatus (1),

- wherein the mixing device (3) comprises at least one elongated, especially frustoconical, mixing body (11) that bounds a mixing space, wherein the cross-sectional area of the mixing space increases from the end facing the feed device (2) to the end facing the distributor device (4).
Method according to Claim 1, characterized in that the volume flow ratio between the gaseous fluid and the liquid fluid is adjusted so as to create gas bubbles having a diameter less than 1 mm, especially in the range between 0.1 and 0.9 mm.
Method according to either of the preceding claims, characterized in that agents to prevent coalescence formation of the gas bubbles that have been formed or are to be formed from the gaseous fluid are added to the gaseous fluid and/or the liquid fluid.
Method according to Claim 3, characterized in that agents to prevent coalescence formation that are used are organic compounds, especially hydroxy or ether compounds, or mixtures of organic compounds, especially mixtures of hydroxy or ether compounds in particular.
Method according to Claim 3 or 4, characterized in that the concentration of the added agent to prevent coalescence formation in the gaseous fluid and/or liquid fluid is within a range between 50 and 300 g/t, especially within a range between 100 and 200 g/t.
Method according to any of the preceding claims, characterized in that the gaseous fluid is converted to gas bubbles before being mixed with the liquid fluid.
Method according to any of the preceding claims, characterized in that the gaseous fluid used is air and the liquid fluid used is a liquid, especially water, or a suspension having solid-state particles distributed in a liquid.
Method according to Claim 1, characterized in that the feed units (5, 6) each have at least one feed body (7, 8) that bounds a feed space, wherein at least sections of a first feed body (7) are accommodated in a second feed body (8).
Method according to Claim 8, characterized in that the first feed body (7) has at least one nozzle apparatus (9), especially provided in a frustoconical section.