ES2612057T3 - Proceso y aparato para separación de burbujas adsorbentes - Google Patents

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Abstract

Un proceso de separación de burbujas adsorbentes del tipo que incluye la flotación de espuma en donde la espuma flotante fluye sobre una superficie líquida a un lavadero de recolección, en donde la mejora comprende: dirigir al menos una porción de burbujas ascendentes y hacer caer las partículas desprendidas al perímetro de una cámara flotante con uno o más deflectores para provocar el re-contacto de dichas partículas desprendidas con dichas burbujas ascendentes; y obligar a la espuma flotante a fluir sobre la superficie líquida hasta una región de área superficial reducida antes de desbordar en el lavadero de recolección.

Description

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DESCRIPCION
Proceso y aparato para separacion de burbujas adsorbentes Antecedentes
La separacion de burbujas adsorbentes (que incluye la flotacion de espuma, flotacion, fraccionamiento de burbujas, flotacion de aire disuelto y eliminacion de disolvente) es un proceso en el cual un material molecular, coloidal o particulado es adsorbido selectivamente a la superficie de las burbujas de gas que se elevan a traves de un lfquido, y de este modo se concentra o se separa. Un tipo de uso comun de proceso de separacion de burbujas adsorbentes es la flotacion de espuma en donde los aglomerados de burbujas-partfculas se acumulan sobre la superficie lfquida como espuma flotante. La espuma con partfculas adsorbidas (es decir, unidas o recolectadas) se trata de una de varias formas para colapsar la espuma y aislar el material. Vease, por ejemplo, Flotation Science and Engineering, K. A. Mattis, Editor, paginas 1 a 44, Marcel Dekker, Nueva York, NY, 1995; y Adsorptive Bubble Separation Techniques, Robert Lemlich, Editor, paginas 1 a 5, Academic Press, Nueva York, NY, 1972.
Este importante proceso se utiliza comercialmente en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo: aislamiento de minerales y metales de una suspension de mineral-agua, deshidratacion de microalgas, levadura o celdas bacterianas, eliminacion de aceite del agua, eliminacion de cenizas del carbon, eliminacion de partfculas en corrientes de tratamiento de aguas residuales, purificacion de agua potable y eliminacion de tinta y adhesivos durante el reciclaje del papel. En la mayona de las aplicaciones, es necesario anadir reactivos, conocidos como "colectores", que selectivamente hacen que una o mas de las especies de partfculas en la alimentacion sean hidrofobas, ayudando asf en el proceso de recoleccion por las burbujas de gas. Tampoco es inusual anadir agentes espumantes para ayudar en la formacion de una espuma estable sobre la superficie del lfquido. El proceso de admision de estos diversos reactivos al sistema se conoce como acondicionamiento. La alimentacion para el proceso de separacion de burbujas adsorbentes puede ser una mezcla, dispersion, emulsion, suspension espesa o suspension de un material molecular, coloidal y/o particulado en un lfquido y se denomina en lo sucesivo dispersion de lfquido-partfculas. Cuando el lfquido es agua, como suele ser el caso, la alimentacion se puede denominar una dispersion acuosa de partfculas.
Debido a la importancia de los procesos de separacion de burbujas adsorbentes, ha habido muchos intentos de mejorar la eficiencia y selectividad de la captura de partfculas de una dispersion acuosa de partfculas con el fin de aumentar el rendimiento y la pureza del producto.
Las Patentes de Estados Unidos 4.668.382, 4.938.865, 5.332.100 y 5.188.726 describen un procedimiento y un aparato de separacion de burbujas adsorbentes (comunmente conocido como "celda Jameson") en donde una dispersion acuosa de partfcula entra en la parte superior de un conducto vertical (vertedero) y pasa a traves de una placa con orificio para formar un chorro de lfquido de alta velocidad dirigido hacia abajo. Un gas, normalmente aire introducido en el hueco del tubo descendente, se dispersa en la mezcla a medida que el chorro de lfquido impacta una columna de espuma dentro del tubo descendente. El volumen dentro del tubo descendente se denomina la zona de recoleccion donde la mayor parte de las partfculas se adsorben a la superficie de las burbujas. La dispersion de gas-lfquido-partfcula resultante sale por el fondo del tubo descendente hacia la zona de separacion donde las burbujas se separan de las colas (agua y materiales no adsorbidos). En la zona de separacion, la dispersion de gas-lfquido-partfculas tiene suficiente tiempo de residencia para permitir que las diminutas burbujas con partfculas recogidas se combinen (se combinan y agrandan) y se eleven a la superficie lfquida formando una espuma flotante rica en partfculas en la zona de espuma. La espuma se recoge permitiendo que flote hacia afuera del penmetro del aparato y desborde en un lavadero abierto (colector de recoleccion). En estas patentes se preven incorporaciones de lavado de espuma en la zona de espuma mediante la introduccion de un lfquido en la espuma desde arriba, creando asf un flujo lfquido hacia abajo y lavando la ganga arrastrada (partfculas solidas no deseadas) y las partfculas no adsorbidas lejos de la espuma. Este lavado produce una espuma mas pura, y por tanto una separacion mas selectiva. En el diseno descrito en estas patentes, el lavado ocurre sobre toda la superficie de la espuma en lugar de en una region enfocada de la espuma.
Ademas, la Patente de Estados Unidos 4.668.382 cambia la configuracion de un tanque con paredes verticales a paredes convergentes, de manera que la espuma se comprime (aglomera) cuando se acumula sobre la superficie ifquida. Esto permite una profundidad de espuma mayor que la que normalmente se producina, permitiendo asf una mejor selectividad de recoleccion en la porcion de espuma que desborda al interior del lavadero de recoleccion. Sin embargo, este diseno requiere un costoso proceso de fabricacion para fabricar los lados convergentes.
La Patente Estadounidense 6.832.690 tambien describe un metodo para comprimir la espuma en una geometna compleja, mientras que la Patente Estadounidense 5.251.764 describe un complejo sistema accionado hidraulicamente. La suciedad de la superficie de la zona de la espuma puede ser problematica en estas modificaciones del diseno original de la celda de Jameson.
En las celdas de flotacion en columna, tales como las MICROCEL™, las Patentes Estadounidenses 4.981.582 y 5.167.798, La celda de columna de Deister, Patente Estadounidense 5.078.921, y la columna de Flotacion de Flujo en bucle DE multiples etapas (MSTLFLO), Patente Estadounidense 5.897.772, las zonas de recoleccion, separacion
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y espuma y el lavado de espuma se combinan en un tanque cil^ndrico alto, que es menos efectivo y mas costoso de construir. En estas celdas de flotacion de columna, la espuma en la parte superior de la columna desborda en un lavadero externo que rodea la columna. Se anade un lavadero central adicional para incrementar el area de descarga de espuma cuando es necesario conseguir una rapida eliminacion de la espuma voluminosa.
Las celdas de flotacion mecanica usan rtpicamente un mecanismo de rotor y estator para la induccion del gas, generacion de burbujas, y circulacion del Kquido proporcionando as^ la colision de burbujas y parrtculas. La relacion entre la altura del recipiente y el diametro, denominada "relacion de aspecto", vana usualmente de aproximadamente 0,7 a 2. Tfpicamente, se disponen en serie cuatro o mas celdas donde cada una tiene un mecanismo de rotor y estator centralmente montado. La dispersion de lfquido-partfculas se alimenta a la celda y el aire es aspirado dentro de la celda a traves de un agitador de eje hueco. La corriente de aire se rompe mediante el impulsor giratorio, de modo que se emiten pequenas burbujas desde el extremo de las palas del impulsor. Tambien se puede usar un soplador auxiliar para proporcionar un flujo de gas suficiente a la celda. Las burbujas ascendentes junto con partfculas unidas forman una capa de espuma en la parte superior de la superficie lfquida. La capa de espuma desborda o se desprende mecanicamente de la parte superior. Los componentes no flotantes se extraen del fondo de la celda. Las celdas de flotacion mecanica se usan a menudo en sistemas de procesamiento de minerales; sin embargo tienen la desventaja de requisitos de espacio grandes, largos tiempos de residencia de lfquido y alto consumo de energfa.
Por ejemplo, las Patentes Estadounidenses 4.425.232 y 4.800.017 describen la separacion mecanica de flotacion utilizando una celda de flotacion provista de un ensamblaje de rotor-estator sumergido en una suspension y en la cual las palas del rotor agitan la suspension mezclando a fondo los solidos y lfquido e introduciendo aire a la mezcla para aireacion y generacion de espuma sobre la superficie lfquida. Las partfculas de minerales se adhieren a las burbujas de aire portador que son naturalmente flotantes y forman la espuma, siendo este el mecanismo efectivo para la recuperacion de minerales. La espuma flotante se separa de la parte superior de la suspension junto con las partfculas minerales unidas que se recuperan cuando la espuma colapsa y se deshidrata.
En todos estos procedimientos previamente descritos, las partfculas deseadas que se han desacoplado prematuramente (es decir, desorbidas o separadas) de las burbujas se ponen en contacto ineficientemente con burbujas de gas ascendentes sobre toda el area de seccion transversal del tanque, disminuyendo asf la posibilidad de recuperarlas. Ademas, estos disenos suelen tener lavaderos de recoleccion de espuma alrededor del penmetro, lo que reduce la densidad de la espuma, ya que la espuma se extiende desde el centro hacia afuera (desde la superficie baja a la superficie alta) reduciendo asf la espuma y la selectividad del desbordamiento de espuma.
Compendio de la invencion
Se describe un proceso y aparato altamente eficiente (celda de flotacion) para aumentar la efectividad de recoleccion de burbujas y mejorar la pureza de la espuma producida en un proceso de separacion de burbujas adsorbentes, en el que los materiales hidrofobos recogidos (partfculas) se unen a las burbujas. Estos materiales rtpicamente incluyen solidos, lfquidos o ambos. Por encima de la interfaz espuma-lfquido dentro de la celda de flotacion esta la zona de espuma en donde los aglomerados de burbuja-partfcula forman una capa de espuma flotante. Por el diseno descrito aqrn, esta espuma flota naturalmente hacia un lavadero de recoleccion de espuma central abierto en el que desborda. La accion de las burbujas ascendentes en el penmetro que empuja la capa de espuma hacia la superficie reducida del centro comprime (aglomera) la espuma causando la coalescencia de burbujas y un incremento en el drenaje lfquido consiguiendo asf una concentracion creciente de materiales recolectados.
El diseno de separacion de burbujas adsorbentes mejorado puede ser utilizado en cualquier celda de flotacion forzando la espuma flotante a fluir sobre la superficie de lfquido a una region de area de superficie inferior antes de desbordarse en un lavadero de recoleccion. Este diseno de recoleccion de espuma mejorado puede utilizarse en el funcionamiento de celdas de flotacion mecanicas, celdas de flotacion neumaticas tales como la celda de Jameson, columnas de flotacion de flujo de bucle multiple y columnas de flotacion de burbujas (tambien conocidas como “columnas canadienses”) mediante el reemplazo del lavadero de recoleccion perimetral con un lavadero de recoleccion central.
Como consecuencia del diseno, la longitud del reborde del lavadero de recoleccion (referido al borde del lavadero en que la espuma se derrama) es mas corta que la longitud del penmetro del aparato de separacion. Esto contrasta con los procedimientos de la tecnica anterior en donde el lavadero de recoleccion esta situado alrededor del penmetro del aparato de manera que la longitud del reborde del lavadero es la misma longitud que el penmetro. En los disenos de la tecnica anterior en los que tambien se utiliza un lavadero central, se aumenta adicionalmente la longitud del reborde del lavadero. El diseno de la invencion es especialmente util en la recuperacion o eliminacion de bajas concentraciones de materiales hidrofobos en agua. En la recuperacion de aceite del agua, por ejemplo, es deseable concentrar el aceite en la espuma en la mayor extension posible antes de ser retirado de la celda de flotacion. Este diseno tambien es util para la deshidratacion de microalgas en cultivos de microalgas muy diluidos.
En cualquier proceso de separacion de burbujas adsorbentes, una porcion del material hidrofobo deseado no es capturada por, o es desalojado de, las burbujas ascendentes. Una mejora de rendimiento opcional en el presente diseno proporciona un medio para forzar el re-contacto de estas partfculas desprendidas con burbujas ascendentes
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en el penmetro. Esta mejora se consigue mediante el uso de un deflector en el recipiente de separacion que hace que las partmulas desprendidas fluyan hacia abajo y hacia fuera con el l^quido que drena desde la espuma para volver a contactar las burbujas ascendentes en el penmetro. Este nuevo contacto con burbujas estimula la reabsorcion del material hidrofobo deseado dando como resultado una mejor recuperacion que lo que se obtiene generalmente en la tecnica anterior.
El proceso de separacion de burbujas adsorbentes puede repetirse una o mas veces para influir en un eficiente flujo contracorriente de espuma y lfquido de drenaje para una captura de partfculas altamente eficiente. El proceso de separacion de burbujas adsorbentes puede ser operado por lotes o continuamente. La operacion continua es preferida en la mayona de las aplicaciones.
Breve descripcion de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama de bloques esquematico del proceso.
La FIG. 2 es una vista en seccion de un aparato de separacion cilmdrico en el que los conductos de introduccion de dispersion de gas-lfquido-partfcula estan dispuestos cerca del penmetro del recipiente y el lavadero de coleccion de espuma esta en el centro.
La FIG. 3 es una vista superior del aparato de la FIG. 2.
La FIG. 4 es una vista en seccion de un aparato de separacion cilmdrico en el que los conductos de introduccion de dispersion de gas-lfquido-partfcula estan dispuestos cerca del penmetro del recipiente, el lavadero de recoleccion de espuma esta en el centro y se utiliza un deflector para dirigir partmulas desprendidas de nuevo al penmetro para re-contacto con las burbujas ascendentes.
La FIG. 5 es una vista en seccion de un aparato de separacion cilmdrico en el que esta situado en el centro un unico conducto de introduccion de dispersion de gas-lfquido-partmulas y el lavadero de recoleccion de espuma central esta unido al conducto de forma anular, se utiliza un deflector para dirigir las burbujas ascendentes al penmetro.
La FIG. 6 es una ilustracion de como se puede modificar una columna de burbujas convencional con un lavadero de espuma central.
La FIG. 7 es una ilustracion de como se puede modificar una celda de flotacion mecanica con un lavadero de espuma central.
La FIG. 8 es una vista en seccion que ilustra un aparato de separacion rectangular con conductos de dispersion de gas-lfquido-partmulas dispuestos en los lavaderos diagonales y de recoleccion de espuma en las esquinas opuestas.
La FIG. 9 es una vista desde arriba del aparato rectangular de la FIG. 8.
La FIG. 10 es una vista en seccion que ilustra un sistema opcional de recoleccion de espuma asistido por vacfo y un sistema opcional de recoleccion de espuma asistido por pulverizacion.
La FIG. 11 es una vista desde arriba de una celda de flotacion cilmdrica del tipo mostrado en las FIGS. 2 y 3, que ilustra como la espuma flotante se aglomera en zonas de superficie inferior antes de derramarse en el lavadero central de espuma.
Descripcion detallada de la invencion
Como se muestra en la FIG. 1, el dispositivo de flotacion de espuma incluye una zona de generacion de burbujas 3, una zona de recoleccion 4, una zona de separacion 5 y una zona de espuma 7. Algunas o todas estas zonas pueden o no pueden ocupar el mismo recipiente. La alimentacion de dispersion de lfquido-partfcula 1 entra en el dispositivo de flotacion de espuma tanto en la zona de recoleccion 4 como en la zona de generacion de burbujas 3 o ambas, dependiendo del equipo elegido. En cualquier caso, se dispersa un gas 2 a traves de la zona de generacion de burbujas 3 y/o la zona de recoleccion 4 para producir una dispersion de gas-lfquido-partmulas. Es deseable producir un gran numero de pequenas burbujas para maximizar la superficie de gas disponible para colision con partmulas hidrofobas en un volumen dado de la dispersion de alimentacion 1.
En la zona de recoleccion 4, las partmulas hidrofobas se mezclan con las burbujas finas en condiciones que promueven el contacto mtimo para producir la dispersion de gas-lfquido-partmulas. Las burbujas chocan con las partmulas hidrofobas y forman aglomerados de burbujas y partmulas. Es deseable generar una mezcla intensa en la zona de recoleccion 4 para provocar una alta frecuencia de colisiones con el fin de lograr una alta eficiencia de captura de partmulas.
Despues de que se formen los aglomerados de burbujas y partmulas en la zona de recoleccion 4, se separan a continuacion del lfquido agotado en partmulas en la zona de separacion 5, tfpicamente por gravedad. La densidad del gas es generalmente al menos dos a tres ordenes de magnitud menor que la del lfquido. La diferencia de densidad favorece la flotacion de los aglomerados de partmulas y burbujas a la superficie del lfquido, donde los
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aglomerados se acumulan como una espuma en la zona de espuma 7.
La espuma, enriquecida en partmulas hidrofobas, desborda la zona de espuma 7 como corriente 8. La corriente de flujo inferior (colas) 6, que es el lfquido empobrecido en partmulas hidrofobas, sale del dispositivo de flotacion de espuma y puede ser tratada nuevamente en una celda de flotacion secundaria, reciclada o descartada.
La FIG. 2 muestra un aparato para la separacion de burbujas adsorbentes en el que la dispersion de gas-Kquido-partmula 10 se introduce por debajo de la superficie lfquida 11 a traves de conductos de introduccion 12 en la zona de separacion 13. El gas puede comprender aire, nitrogeno, argon, helio, dioxido de carbono, gas procedente de la combustion de material carbonoso, vapor de disolvente, dioxido de carbono de una planta de gasificacion, o combinaciones de los mismos. El gas tambien puede ser pre-saturado con lfquidos, especialmente lfquidos que estan contenidos en la dispersion de alimentacion. La dispersion de gas-lfquido-partfculas 10 puede producirse por metodos conocidos en la tecnica anterior tales como la aspiracion del gas en la dispersion de kquido-partmulas utilizando un eductor, un chorro de inmersion o un sistema agitado.
Los conductos de introduccion 12 que introducen la dispersion de gas-Kquido-partmulas 10 pueden ser verticales, tener una seccion vertical o ser esencialmente verticales de manera que contengan la columna de espuma de manera que se mantenga un vado suficiente en la parte superior del conducto para mantener una columna de al menos parte de la dispersion de gas-lfquido-partfculas en el conducto. Alternativamente (o adicionalmente), los conductos de introduccion pueden entrar en la celda de flotacion a traves del lado del recipiente. Esta realizacion puede tener tambien dos o mas conductos de introduccion 12 uniformemente espaciados cerca del penmetro del recipiente. Se prefiere tener cuatro o mas conductos de introduccion 12 uniformemente espaciados cerca del penmetro del recipiente.
La dispersion de gas-lfquido-partfculas 10 que salen de los conductos de introduccion 12 se ha creado de tal manera que la alimentacion de dispersion de lfquido-partfculas se ha puesto en contacto mtimo con el gas con suficiente energfa y durante un tiempo suficiente que se ha recogido un porcentaje aceptable del material hidrofobo en las burbujas. Los conductos de introduccion 12 pueden ser de forma cilmdrica, pero podnan usarse otras geometnas, incluyendo pero no limitandose a rectangulos, cuadrados, ovalos, triangulos y otros polfgonos. Los conductos de introduccion 12 pueden construirse a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo, pero sin limitarse a, cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta densidad (HDPE), policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro y otros metales, concreto, losa u otros materiales de construccion.
Los fondos de los conductos de introduccion 12 estan sumergidos por debajo de la superficie del lfquido 11 dentro de la zona de separacion 13 donde la dispersion de gas-lfquido-partfculas 10 que sale comienza a fundirse en burbujas 14 mas grandes y se elevan hacia la superficie lfquida 11 llevando los materiales recogidos. La zona de separacion 13 puede configurarse en cualquier forma siempre y cuando el tiempo de permanencia sea suficientemente grande para permitir la coalescencia de las burbujas y la separacion de los aglomerados de burbujas-partmulas y la corriente de lfquido. Aunque la zona de separacion 13 puede ser de forma cilmdrica, cuadrada, rectangular, hexagonal u otra, es preferible utilizar un diseno cilmdrico. La pared exterior 15 de la celda de flotacion puede estar construida a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo pero no limitado a cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta densidad (HDPE), policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro , otros metales, concreto, azulejo, tierra, piedra u otros materiales de construccion.
Los aglomerados de burbujas ascendentes-partmulas 14 se acumulan como una espuma 17 arriba de la superficie lfquida (interfaz de espuma-lfquido) 11 en la zona de espuma 16. En esta zona, la espuma sigue drenando, purificando la espuma y concentrando el material recolectado. A medida que las burbujas adicionales se elevan formando mas espuma, empujan la espuma acumulada en la superficie hacia el centro donde la porcion superior desborda el reborde del lavadero en el lavadero de recoleccion de espuma 9. Este movimiento hacia la superficie reducida del centro comprime la espuma ayudando a limpiarla y drenarla. Se puede anadir agua de lavado a la espuma desde arriba si se desea purificarla adicionalmente. Se puede utilizar cualquier lfquido adecuado para la operacion de lavado de espuma. Los lfquidos adecuados incluyen, pero no se limitan a agua, lfquidos que son nativos de la dispersion de alimentacion, soluciones de agentes de tratamiento y acondicionamiento de superficies y combinaciones de los mismos.
La espuma purificada 17 desborda en un lavadero de recoleccion central 9 que se extiende arriba del nivel de superficie del lfquido 11. El lavadero de recoleccion 9 puede ser de cualquier forma, pero es preferiblemente la misma forma geometrica que la celda de flotacion. El lavadero de recoleccion central 9 es mas preferiblemente un tubo circular o una columna hueca. El lavadero de recoleccion 9 puede estar construido a partir de cualquier material usado en la tecnica, incluyendo, pero sin limitarse a, cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta densidad (HDPE), policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro, otros metales, concreto, losa u otros materiales de construccion. La espuma y la espuma colapsada 18 drenan por el lavadero de recoleccion 9 y luego salen de la celda de flotacion a traves de la parte inferior o lateral a traves de una lmea de drenaje 19.
El lfquido de alimentacion empobrecido en partmulas hidrofobas (colas) 20 subyace el dispositivo de flotacion a traves de una lmea de colas inferior o lateral 21 y puede ser tratado nuevamente en una celda de flotacion secundaria, reciclada o descartada. El fondo de la celda de flotacion puede ser plano, hemisferico o conico. En
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procesos en los que los solidos se asientan en el fondo, se desea un fondo inclinado plano, hemisferico o conico con la lmea de cola inferior 21 para una eliminacion de solidos mejorada. El nivel de l^quido 11 dentro de la celda de flotacion puede controlarse mediante le control del flujo de Uquido a traves de la lmea de cola 21. Opcionalmente, el control de nivel de lfquido puede mantenerse convenientemente sin valvulas o dispositivos de control mediante el uso de uno o mas brazos laterales de rebosamiento o brazos oscilantes.
La FIG. 3 muestra una vista desde arriba del aparato para la separacion de burbujas adsorbentes de la FIG. 2 empleando cuatro conductos de introduccion 12.
La FIG. 4 muestra una mejora del desempeno de acuerdo a la invencion respecto del aparato para separacion por burbujas adsorbentes de las FIGs. 2 y 3. Esta mejora incluye un deflector 23 para dirigir las partmulas desprendidas para que fluyan hacia abajo y hacia afuera con el lfquido que drena desde la espuma para volver a contactar las burbujas ascendentes en el penmetro. Este nuevo contacto con las burbujas estimula la reabsorcion del material hidrofobo deseado dando como resultado una mejor recuperacion de la que se obtiene por metodos en la tecnica anterior.
Un deflector de espuma 23 dirige las burbujas 24 hacia el exterior a la separacion 25 entre el deflector 23 y la pared perimetral 26 donde luego se elevan hacia la superficie lfquida 27. Igualmente las partmulas desprendidas que se hunden se dirigen hacia el exterior por el deflector 23 hasta la separacion 25 donde se volveran a poner en contacto con burbujas ascendentes. El deflector de espuma 23 puede ser de cualquier forma que dirija las burbujas ascendentes y las partmulas hundidas a un lugar proximo al penmetro. El deflector 23 puede ser conico, plano, ahusado o inclinado y construido a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo pero sin limitarse a PVC, HDPE, policarbonato, caucho, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro, concreto, losa u otros materiales de construccion.
La FIG. 5 muestra un aparato de acuerdo a la invencion para la separacion de burbujas adsorbentes en el que la dispersion de gas-lfquido-partfculas 28 es introducida debajo de la superficie lfquida 29 a traves de un conducto de introduccion central 30 a la zona de separacion 31. Un deflector de espuma 32 dirige las burbujas 33 hacia el exterior a la separacion 34 entre el deflector 32 y la pared perimetral 35 donde luego se elevan hacia el superficie lfquida 29. Del mismo modo, las partmulas desprendidas 36 que se hunden estan dirigidas hacia fuera por el deflector 32 hasta la separacion 34 donde se volveran a poner en contacto con burbujas ascendentes. El deflector de espuma 32 puede ser de cualquier forma que dirija las burbujas ascendentes y las partmulas hundidas a un lugar proximo al penmetro. El deflector puede ser conico, plano, conico o inclinado y construido a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo pero no limitado a PVC, HDPE, policarbonato, caucho, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro, otros metales, hormigon , losa u otros materiales de construccion.
Los aglomerados de burbujas ascendentes-partmulas se acumulan, como una espuma 37, arriba de la superficie lfquida 29 en la zona de espuma 38. En esta zona, la espuma sigue drenando, purificando la espuma y concentrando el material recolectado. A medida que las burbujas adicionales se elevan formando mas espuma, empujan la espuma acumulada en la superficie hacia el centro donde la porcion superior desborda el reborde del lavadero en el lavadero de recoleccion 39. Este movimiento hacia la superficie reducida del centro comprime la espuma ayudando a limpiarla y drenarla. Se puede anadir agua de lavado a la espuma desde arriba si se desea purificarla mas.
La espuma purificada 37 desborda en un lavadero de recoleccion central 39 que se extiende arriba del nivel de superficie del lfquido 29. El lavadero de recoleccion 39 puede ser de cualquier forma, pero se prefiere que el lavadero de recoleccion 39 sea un anillo alrededor de un conducto de introduccion tubular 30. El lavadero de recoleccion 39 puede construirse a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo pero no limitado a cloruro de polivinilo (PVC), Polietileno de alta densidad (HDPE), policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro, otros metales, hormigon, losa u otros materiales de construccion. La espuma o la espuma colapsada 37 drena al lavadero de recoleccion 39 y luego sale de la celda de flotacion a traves del fondo o del lado a traves de una lmea de drenaje 40.
El lfquido de alimentacion empobrecido en partmulas hidrofobas (colas) 41 desborda por abajo del dispositivo de flotacion a traves de una lmea de cola inferior o lateral 42 y puede ser tratado nuevamente en una celda de flotacion secundaria, reciclado o descartado. El fondo de la celda de flotacion puede ser plano, hemisferico o conico. En procesos en los que los solidos se asientan en el fondo, se desea un fondo inclinado plano, hemisferico o conico con la lmea de cola inferior 42 para una mejor eliminacion de solidos. El nivel de lfquido 29 dentro de la celda de flotacion puede controlarse mediante el control del flujo de lfquido a traves de la lmea de colas 42. Opcionalmente, el nivel de ifquido 29 puede mantenerse mediante el uso de uno o mas dispositivos de autonivelacion, tal como un brazo lateral de desborde o brazo oscilante.
Uno de los parametros de diseno en el diseno de celda de flotacion es Jg (la tasa de elevacion de gas superficial), y se calcula tipicamente dividiendo el caudal de gas que entra en la celda por el area de celda. Las altas tasas de Jg (mayores de 1 cm por segundo) tfpicamente produciran alta recuperacion ya que una tasa rapida de elevacion de burbuja deja menos tiempo para que las burbujas se unan y las partmulas se desprendan. En esta corriente ascendente, la ganga y el lfquido pueden ser arrastrados en el flujo tambien. Las tasas de Jg inferiores (menos de 1
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La FIG. 6 muestra una columna de flotacion en la que la recoleccion, separacion y zona de espumas y el lavado opcional de espuma se combinan en un tanque cilmdrico alto 43. Este diseno es una mejora de la columna de burbujas convencional que tambien se conoce como la "Columna Canadiense". La seccion transversal puede ser circular, cuadrada o hexagonal. La dispersion de tiquido-particulas entra en la columna en un punto por debajo de la superficie tiquida (interfaz de espuma-tiquido) 44 a traves de la tubena 45. El gas entra en la base de la columna a traves de la tuberia 46 y se dispersa en burbujas finas, tipicamente por medio de un rociador 47 o se introduce como un tiquido aireado.
El flujo a contracorriente de gas y dispersion de alimentacion da lugar a colision de burbujas y particulas en la zona de recoleccion 48 que se define como la region por debajo del distribuidor de alimentacion 49. La zona de separacion 50 para la columna esta por encima del distribuidor de alimentacion 49 y por debajo de la interfaz de espuma - tiquido 44.
Los aglomerados de burbujas ascendentes-particulas se acumulan como una espuma 51 arriba de la superficie tiquida 44 en la zona de espuma 52. En esta zona la espuma sigue drenando, purificando la espuma y concentrando el material recolectado. A medida que las burbujas adicionales se elevan formando mas espuma, Empujan la espuma acumulada en la superficie hacia la superficie reducida del centro donde la porcion superior desborda el reborde del lavadero en el lavadero de recoleccion 53. Este movimiento hacia el centro comprime la espuma ayudando a limpiarla y drenarla. Se puede anadir agua de lavado a la espuma desde arriba si se desea purificarla adicionalmente.
La espuma purificada 51 desborda en un lavadero de recoleccion central 53 que se extiende sobre la interfaz espuma-tiquido 44. El lavadero de recoleccion 53 puede ser de cualquier forma, pero es preferiblemente la misma forma geometrica que la celda de flotacion. El lavadero de recoleccion central 53 es mas preferiblemente un tubo circular o una columna hueca. El lavadero de recoleccion 53 puede estar construido a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo, pero sin limitarse a, cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta densidad (HDPE), policarbonato, otros potimeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro y otros metales , concreto, losa u otros materiales de construccion.
La espuma o la espuma colapsada 51 drena hacia abajo del lavadero de recoleccion 53 y luego sale de la celda de flotacion a traves de la parte inferior o el lateral a traves de una tinea de drenaje 54. Las colas, empobrecidas en particulas hidrofobas, desborda por debajo de la columna a traves de una tinea de cola lateral o inferior 55 y pueden ser tratadas de nuevo en una celda de flotacion secundaria, reciclada o descartada. El fondo de la celda de flotacion puede ser plano, hemisferico o conico. En procesos en los que los solidos se asientan en el fondo, se desea un fondo inclinado plano, hemisferico o conico con la tinea de cola inferior 55 para una mejor eliminacion de solidos. El nivel de tiquido 44 dentro de la celda de flotacion puede ser controlado mediante le control del flujo de tiquido a traves de la tinea de colas 55. Opcionalmente, el nivel de tiquido 44 puede mantenerse mediante el uso de uno o mas dispositivos de nivelacion automatica, tal como un brazo lateral de desbordamiento o brazo oscilante.
La FIG. 7 muestra una celda de flotacion mecanica en la que se combinan la zona de generacion de burbuja 57, la zona de recoleccion 58, la zona de separacion 59 y la zona de espuma 60 en un unico tanque grande 56. Las celdas mecanicas emplean tipicamente un mecanismo de rotor y estator 61 para la induccion de gas, generacion de burbujas y circulacion de tiquidos que proporcionan la colision de burbujas y particulas. Tipicamente, cuatro o mas celdas similares a las de la FIG. 7, cada una de los cuales tiene un mecanismo de rotor y estator montado centralmente 61, estan dispuestas en serie para mejorar la eficiencia. Un ventilador auxiliar se instala ocasionalmente para proporcionar suficiente flujo de gas a la celda.
El gas se dispersa en burbujas finas por un impulsor giratorio 62, que sirve como generador de burbujas. El impulsor giratorio crea una zona de baja presion que induce a que el gas fluya a traves de un tubo de aspiracion 63 a la zona de recoleccion 58 donde se dispersa en burbujas finas y se mezcla con la dispersion de tiquido-particulas mientras circula en el fondo de la celda.
El mecanismo de rotor y estator, adecuadamente disenado, arrastra la cantidad adecuada de gas, la dispersa en burbujas finas y mezcla el gas con el tiquido para lograr suficiente contacto entre las particulas y las burbujas. Se necesita un buen mezclado y un tiempo de residencia de tiquido suficiente en la region de mezcla de dos fases para proporcionar una alta eficiencia de colision de burbujas y particulas y un buen comportamiento de flotacion. Los mecanismos de rotor y estator incluyen los producidos por Don-Oliver Incorporated de Millford, CT; Denver Equipment Company, que es una division de Svedala de Colorado Springs, CO.; Productos Wemco de Salt Lake City, UT; y Outomec Oy de Espoo, Finlandia.
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La dispersion de Kquido entra en la celda mecanica como una corriente de alimentacion 64 a traves de una caja de alimentacion 65. El contacto de las burbujas y partmulas resulta de la turbulencia generada por el impulsor rotativo 62. Las burbujas con partmulas unidas pasan de la zona de recoleccion 58 a la zona de separacion 59, que es relativamente quiescente, donde flotan a la superficie y se separan de la fase Kquida.
Las burbujas ascendentes se acumulan como una espuma 66 arriba de la superficie lfquida (interfaz de espuma-lfquido) 67 en la zona de espuma 60. En esta zona la espuma sigue drenando, purificando la espuma y concentrando el material recolectado. A medida que las burbujas adicionales se elevan formando mas espuma, empujan la espuma acumulada en la superficie hacia la superficie reducida del centro donde la porcion superior desborda el reborde del lavadero en el lavadero de recoleccion 68. Este movimiento hacia el centro comprime la espuma ayudando a limpiarla y drenarla. Se puede anadir agua de lavado a la espuma desde arriba si se desea purificarla mas.
La espuma purificada 66 desborda en un lavadero de recoleccion central 68 que se extiende arriba del nivel de superficie del lfquido 67. El lavadero de recoleccion 68 puede ser de cualquier forma, pero se prefiere que el lavadero de recoleccion 68 sea un anillo alrededor de un tubo de aspiracion circular 63 y el eje de rotor 69. El lavadero de recoleccion 68 puede estar construido a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo pero no limitado a PVC, HDPE, policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro, otros metales, hormigon, losas u otros materiales de construccion. La espuma o espuma colapsada drena por el lavadero de recoleccion 68 y luego sale de la celda de flotacion a traves del fondo o el lado a traves de una lmea de drenaje 70.
La fase lfquida recircula en la zona de recoleccion 58, pero finalmente sale de la celda como una corriente de flujo inferior 71 a traves de una lmea de cola inferior o lateral 72. Las colas pueden ser tratadas de nuevo en una celda de flotacion secundaria, recicladas o descartadas. El fondo de la celda de flotacion puede ser plano, hemisferico o conico. En procesos en los que los solidos se asientan en el fondo, se desea un fondo inclinado plano, hemisferico o conico con la lmea de cola inferior 72 para una eliminacion mejorada de solidos. El nivel de lfquido 67 dentro de la celda de flotacion puede ser controlado mediante el control del flujo de lfquido a traves de la lmea de colas 72. Opcionalmente, el nivel de lfquido 67 puede mantenerse mediante el uso de uno o mas dispositivos de autonivelacion, tal como un brazo lateral de desbordamiento o brazo oscilante.
La FIG. 8 muestra un ejemplo de como nuestro descubrimiento para mejorar la pureza de la espuma al hacer que la espuma se comprima en una region del area superficial inferior puede ser utilizado en geometnas alternativas de celdas de flotacion. La FIG. 8 muestra una celda de flotacion rectangular o preferentemente cuadrada en la que la dispersion de gas-lfquido-partmulas 73 se introduce por debajo de la superficie lfquida (interfaz de espuma-lfquido) 74 a traves de dos o mas conductos de introduccion 75 en la zona de separacion 76 En esta realizacion se prefiere tener dos o mas conductos de introduccion 75 uniformemente espaciados a lo largo de una diagonal del recipiente. Los conductos de introduccion 75 pueden construirse a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo, pero sin limitarse a, cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta densidad (HDPE), policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro y otros metales , concreto, losa u otros materiales de construccion.
Los fondos de los conductos de introduccion 75 estan sumergidos por debajo de la superficie del lfquido 74 dentro de la zona de separacion 76 donde la dispersion de gas-lfquido-partmulas 73 comienza a unirse en burbujas mayores y subir llevando los materiales recogidos. La zona de separacion 76 en esta realizacion es cuadrada o rectangular y de tal altura que permite la coalescencia de las burbujas y la separacion de las corrientes de espuma y lfquido. La pared exterior 77 de la celda de flotacion puede estar construida a partir de cualquier material usado en la tecnica, incluyendo pero no limitado a PVC, HDPE, policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro, otros metales, concreto, losa, tierra, piedra u otros materiales de construccion.
Los aglomerados de burbujas ascendentes-partmulas se acumulan como una espuma 78 arriba de la superficie lfquida (interfaz de espuma-lfquido) 74 en la zona de espuma 79. En esta zona la espuma sigue drenando, purificando la espuma y concentrando el material recolectado. A medida que las burbujas adicionales se elevan formando mas espuma, empujan la espuma acumulada en la superficie hacia las dos esquinas donde la porcion superior desborda el reborde de los lavaderos en los lavaderos de recoleccion 80. Este movimiento hacia las esquinas de area superficial inferior comprime la espuma ayudando a limpiarla y drenarla. Se puede anadir agua de lavado a la espuma desde arriba si se desea purificarla mas.
La espuma purificada 78 desborda en los lavaderos de recoleccion de las esquinas 80 que se extienden por encima del nivel de superficie lfquida 74. El lavadero de recoleccion 80 puede tener cualquier forma, aunque se prefieren formas que encajan firmemente en la esquina. Estas formas incluirfan cuadrado, rectangular, triangular, cuarto de cfrculo y circular. El lavadero de recoleccion 80 puede construirse a partir de cualquier material utilizado en la tecnica, incluyendo pero no limitado a PVC, HDPE, policarbonato, otros polfmeros, vidrio, fibra de vidrio, acero, hierro, otros metales, hormigon, losa u otros materiales de construccion. La espuma o espuma colapsada 78 drena a los lavaderos de recoleccion 80 y luego sale de la celda de flotacion a traves del fondo o el lado a traves de las lmeas de drenaje 81. Alternativamente, los lavaderos de recoleccion en esta realizacion rectangular tambien pueden ser exteriores a la celda de flotacion mediante el uso de una muesca de esquina que sirve como reborde del lavadero de recoleccion de espuma.
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El Kquido de alimentacion empobrecido en partmulas hidrofobas (colas) 82 desborda por debajo del dispositivo de flotacion a traves de una lmea de cola inferior o lateral 83 y puede ser tratado nuevamente en una celda de flotacion secundaria, reciclado o descartado. El fondo de la celda de flotacion puede ser plano, hemisferico o conico. En procesos en los que los solidos se asientan en el fondo, se desea un fondo inclinado plano, hemisferico o conico con la lmea de cola inferior 83 para una eliminacion de solidos mejorada. El nivel de lfquido 74 dentro de la celda de flotacion puede controlarse mediante el control del flujo de lfquido a traves de la lmea de colas 83. Opcionalmente, el control de nivel de lfquido puede mantenerse convenientemente sin valvulas o dispositivos de control mediante el uso de uno o mas brazos laterales de rebosamiento o brazos oscilantes.
La FIG. 9 muestra una vista desde arriba de la realizacion de la celda de flotacion de la FIG. 8 empleando tres conductos de introduccion 75. En el proceso la dispersion de alimentacion comprende partmulas y un fluido portador, usualmente agua. Las partmulas pueden comprender partmulas solidas o gotitas lfquidas, o combinaciones de las mismas. Los ejemplos de las partmulas solidas incluyen, pero no se limitan a minerales, ganga, microorganismos, carbon, tintas, pigmentos o combinaciones de los mismos. Los ejemplos de gotitas lfquidas incluyen, pero no se limitan a disolventes organicos, disolventes de extraccion de metales, colorantes, tintas, aceites, hidrocarburos, combustibles, trigliceridos, carotenoides, productos naturales, biodiesel u otros fluidos que estan por encima de su punto de fusion y por debajo de su punto de ebullicion en la presion y temperatura del sistema. Los ejemplos practicos de las dispersiones de alimento que requieren la separacion incluyen pero no se limitan a minerales y ganga, dispersiones acuosas de microorganismos (microalgas, bacterias, hongos y/o virus), dispersiones acuosas de gotitas de aceite y partmulas no deseadas, dispersiones acuosas de trigliceridos , carbon y materiales no deseados (por ejemplo, cenizas), partmulas en corrientes de tratamiento de aguas residuales y tintas y/o adhesivos en papel para reciclaje, o combinaciones de los mismos. Los microorganismos de la alimentacion pueden estar vivos o muertos, enteros o rotos. El aparato y el procedimiento de esta invencion son especialmente utiles para la concentracion (deshidratacion) de celulas de microalgas rotas y componentes celulares de microalgas en agua. Se pueden introducir aditivos para facilitar la flotacion de celulas de microorganismos tales como alumbre, cloruro ferrico, poli-electrolitos, polfmeros y otros floculantes conocidos en la tecnica. El lfquido de transporte puede ser agua, salmuera, agua de mar, soluciones acuosas, medios de cultivo para las microalgas o reactivos o una combinacion de cualquiera de estos.
En la ingeniena de procesos bioqmmicos, la separacion de burbujas adsorbentes encuentra utilidad en el aislamiento o concentracion de productos naturales valiosos como los que se producen, por ejemplo, por microalgas. Frecuentemente en tales aplicaciones el organismo o producto bioqmmico deseado esta presente en muy baja concentracion. En tales casos es necesario por lo tanto alimentar grandes volumenes de una dispersion acuosa muy diluida del material deseado. Vease, por ejemplo, "Harvesting of Algae by forth flotation", G. V. Levin, et al., Applied and Environmental Microbiology, volumen 10, paginas 169-175 (1962). Las Patentes de Estados Unidos 5.776.349 y 5.951.875 describen el uso de una celda de Jameson para deshidratar una dispersion acuosa de celulas de microalgas rotas.
Las microalgas pueden ser cualquier especie de microalgas que uno desee separar del lfquido portador. Estas especies incluyen, pero no se limitan a Anabaena, Ankistrodesmus falcatus, Arthrospira (Espirulina) obliquus, Arthrospira (Espirulina) platensis, Botryococcus braunii, Chaetoceros gracilis, Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella vulgaris, Chlorella pyrenoidosa, Chlorococcum littorale, Cyclotella cryptica, Dunaliella bardawil, Dunaliella sauna, Dunaliella tertiolecta, Dunaliella viridis, Euglena gracilis, Haematococcus pluvialis, Isochrysis galbana, Nannochloris, Nannochloropsis sauna, Navicula saprophila, Neochloris oleoabundans, Nitzschia laevis, Nitzschia alba, Nitzschia communis, Nitzschia paleacea, Nitzschia closterium, Nostoc commune, Nostoc flagellaforme, Pleurochrysis carterae, Porphyridium cruentum, Prymnesium, Pseudochoricystis ellipsoidea, Scenedesmus obliquus, Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus acutus, Scenedesmus dimorphus, Skeletonema costatum, Spirogyra, Espirulina, Synechoccus, Amphora, Fragilaria, Schizochytrium, Rhodomonas, y variedades geneticamente modificadas de estas especies de microalgas. Debe entenderse que una razon adicional para la separacion de microalgas puede ser limpiar el lfquido portador, en lugar de solo con el proposito de concentrar la biomasa de microalgas.
En aplicaciones de procesamiento de minerales, la dispersion de alimentacion se acondiciona usando tratamientos de qmmica superficial como son conocidos en la tecnica que hacen que el mineral deseado sea hidrofobo. Cuando la dispersion de alimentacion se pone en contacto con gas, los materiales hidrofobos se unen y se elevan con las burbujas. El material de ganga indeseado fluye entonces hacia abajo con el lfquido. Esta invencion es tambien util en aquellos casos en los que el material no deseado se vuelve hidrofobo y se elimina con la espuma. En tales casos, el flujo inferior contiene el material deseado.
Debido a la dificultad en el transporte de espuma en conductos y tubenas, es fundamental colapsar la espuma purificada en el lavadero de recoleccion. La espuma purificada que desborda en el lavadero de recoleccion se colapsa naturalmente o se trata en una de las diversas formas conocidas en la tecnica para colapsar la espuma y aislar el material concentrado. Con espumas mas persistentes, se deben tomar medidas mas agresivas para colapsarlas. El uso de pulverizadores de espuma en el lavadero de recoleccion de espuma es comun en la tecnica anterior. El lfquido utilizado para los pulverizadores puede ser agua o cualquier otro lfquido. Con el fin de no diluir el material recogido, la parte lfquida de la espuma colapsada puede ser recirculada a traves de las boquillas de pulverizacion. Es importante que las boquillas de pulverizacion sean de un diseno para evitar el atascamiento. El aire o el gas seleccionado de los utilizados para la creacion de la espuma tambien se puede utilizar para romper la
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espuma.
Las espumas persistentes (que no se colapsan facilmente) se descomponen normalmente mediante el uso de pulverizadores de Kquido en los lavaderos de recoleccion despues de que la espuma se haya desbordado en ellos. Cuando l se deja fluir a espuma al penmetro del recipiente de separacion para su recoleccion en lavaderos, el area que necesita tratamiento es todo el penmetro del recipiente. Esta adicion de lfquido de pulverizacion puede ser grande, diluyendo asf la espuma y destruyendo parcialmente el proposito de la operacion. Esta dilucion es indeseable porque la separacion de burbujas adsorbentes se utiliza comunmente para la concentracion de un material hidrofobo. Por lo tanto, la presente invencion proporciona una mejora en que el lavadero de recoleccion central tiene un area de superficie inferior y requiere menos volumen de pulverizacion.
Los metodos qmmicos para romper la espuma son tambien conocidos en la tecnica anterior e incluyen, pero no se limitan a, el uso de antiespumantes qmmicos. Estos lfquidos antiespumantes pueden ser rociados sobre la superficie de espuma o distribuidos dentro de una almohadilla humeda que entra en contacto con la espuma mientras fluye hacia el lavadero de recoleccion de espuma. Estos metodos qmmicos son tambien aplicables para su uso en la presente invencion y el area superficial inferior del lavadero de recoleccion central puede dar lugar al uso de menos antiespumante qmmico.
Los metodos mecanicos para romper la espuma incluyen, pero no se limitan a metodos de sonicacion, objetos vibratorios o de centrifugacion en la region de la espuma, etc. Tambien se pueden usar combinaciones de tecnicas de coalescencia qmmica y mecanica para unir las burbujas y formar una region enriquecida en las partfculas a separar de la corriente lfquida. Estos metodos mecanicos son tambien aplicables para su uso en la presente invencion y la superficie inferior del lavadero de recoleccion central puede utilizar equipo mas pequeno y menos costoso.
Se describen procesos de separacion de flotacion de espuma mejorados que utilizan vado parcial (es decir, succion o corriente descendente) para arrastrar la espuma y/o de la espuma colapsada hacia y desde el lavadero de recoleccion de espuma y la lmea de drenaje de la espuma. Esta mejora ayuda en gran medida a la recoleccion de espuma (especialmente con espuma persistente) porque la espuma puede ser arrastrada por la succion a traves del sistema de recoleccion mas facilmente que puede ser drenada por gravedad o empujada. Este vado parcial o succion puede ser generado por cualquier metodo conocido en la tecnica, pero es particularmente util si se crea como resultado de la necesidad de suministrar gas para generar la dispersion de gas-lfquido-partfculas. Al suministrar el gas para la produccion de gas-lfquido-partfcula desde el hueco de un tanque que recibe la espuma recolectada y la espuma colapsada, se crea el vado parcial o la succion. Esta realizacion de recoleccion de espuma asistida por vado se ilustra en la FIG. 10 en integracion con el aparato anteriormente descrito en la FIG. 2, pero puede utilizarse en cualquier celda de flotacion utilizando un lavadero de recoleccion de espuma.
La fuente de vado para este aumento de rendimiento opcional puede ser generada por el soplador o compresor de gas 84 que proporciona el gas de flotacion 85, ya sea para rociar en la celda de flotacion o para mezclarse con la dispersion de Kquido-partmulas 86 para dar la dispersion de gas-lfquido-partfculas 87. Esto puede lograrse mediante el uso de una trampa de espuma colapsada 88 a partir de la cual el soplador de gas o compresor 84 obtiene su suministro de gas 89 a traves de la lmea de suministro 90. Alternativamente, el vado puede ser auto-generado por el uso de un aireador de aspiracion (por ejemplo, aspirador, venturi o eductor) 91 que se utiliza para crear la dispersion de gas-lfquido-partmulas 87. En el caso de los aireadores de autoaspiracion, no se necesita soplador de gas o compresor 84 sino que el vado es proporcionado por el efecto Venturi del aireador de aspiracion 91. Otros beneficios de esta realizacion de recoleccion de espuma asistida por vado son la pre-saturacion del gas de flotacion con el lfquido en uso y la capacidad de utilizar una celda de flotacion cerrada con un gas inerte.
Una segunda mejora opcional, la recoleccion de espuma asistida por pulverizacion, ilustrada en la FIG. 10, se puede usar con o sin la anterior recoleccion de espuma asistida por vado. En esta mejora opcional, se utiliza una pulverizacion para mejorar la recoleccion de espuma. La bomba 92 se utiliza para generar la pulverizacion 93 a partir de los lfquidos 94 de espuma colapsados en la trampa 88. La pulverizacion 93 lleva la espuma persistente al lavadero de recoleccion de espuma 95. El uso de lfquidos espumosos colapsados para esta pulverizacion evita la dilucion de los materiales recogidos.
En el caso de la flotacion en partmulas, donde el material de ganga es mas denso que el lfquido en la dispersion de alimentacion, se necesitara un fondo inclinado y una descarga de relleno de solidos para eliminar los solidos del recipiente de separacion. Si la velocidad de alimentacion de la dispersion de alimentacion es algo constante, esta descarga de relleno de solidos puede controlarse mediante el uso de un conjunto de valvulas pequenas para descargar desde el fondo inclinado y retirar los solidos en una suspension pesada. En otro aspecto, esta eliminacion podna ser a traves de una pequena bomba de manipulacion de solidos.
Se puede utilizar cualquier lfquido adecuado para la operacion opcional de lavado con espuma. Los lfquidos adecuados incluyen, pero no se limitan a agua, lfquidos que son nativos de la dispersion de alimentacion, soluciones de agentes de tratamiento y acondicionamiento de superficies y combinaciones de los mismos.
La FIG. 11 ilustra el efecto de aglomeracion de espuma que se produce cuando la espuma flotante viaja desde una
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zona de superficie Kquida donde se forma a una region de superficie Kquida de area inferior antes de derramarse en el lavadero de recoleccion. Esta vista superior de una celda de flotacion cilmdrica 96 del tipo mostrado en las Figs. 2 y 3 enfatiza como la espuma en, por ejemplo, la region 97 debe aglomerarse en la region 98 y luego en la region 99 antes de derramarse en el lavadero de recoleccion de espuma central 100. Las lmeas radiales imaginarias 101 y 102 y los drculos concentricos 103 y 104 se muestran solo con fines ilustrativos.
El proceso y el aparato para la separacion de burbujas adsorbentes se ilustra adicionalmente mediante los siguientes Ejemplos.
Ejemplos
Ejemplo 1: Recuperacion extractiva del refinado de extraccion de cobre.
Se construye una celda de flotacion a escala piloto con el diseno mostrado en la FIG. 5 con las dimensiones generales de la seccion de la zona de separacion cilmdrica que tiene 0,3 metros de diametro y 1,3 metros de altura. El espacio anular entre el deflector de espuma y el exterior es de 1,25 centfmetros y el diametro del reborde del lavadero de recoleccion de espuma es de 11,5 centimetres. La zona de separacion se alimenta a traves de un conducto de introduccion de 5 cm de diametro con una dispersion de alimentacion acuosa que contiene 0,02% en peso de queroseno (disolvente) con 0,005% en peso de extractante de Cyanex. La velocidad de dispersion de alimentacion es de 35 litros por minuto y el caudal de gas (aire) es de 8 litros por minuto. El Jg en la zona de separacion es 0.62 centimetros/segundo, y este muestra una tasa moderada de transporte de material recogido de la zona de separacion a la zona de espuma. El tiempo de residencia de los aglomerados de burbuja-particulas en la zona de separacion es 168 segundos, mientras que el tiempo de residencia de la espuma en la zona de espuma es 562 segundos. Noventa por ciento del queroseno alimentado a la celda de flotacion es recuperado en la espuma.
Ejemplo 2: Recuperacion extractiva del refinado de extraccion de cobre.
Se construye una celda de flotacion a escala piloto con el diseno mostrado en la FIG. 5 con las dimensiones generales de la zona de separacion cilmdrica que tiene 0,3 metros de diametro y 1,3 metros de altura. El espacio anular entre el deflector de espuma y el exterior es 1,25 centimetres y el diametro del reborde del lavadero de recoleccion de espuma es de 8,9 centimetres. la zona de separacion se alimenta a traves de un conducto de 7,5 centimetres de diametro con una dispersion de alimentacion acuosa que contiene 0,02% en peso de queroseno con 0,005% en peso de extractante de Cyanex. La velocidad de alimentacion es de 53 litros por minuto y el caudal de gas (aire) es de 13 litros por minuto. El Jg en la zona de separacion es 1 centimetro/segundo, y este muestra una alta tasa de transporte de material recogido de la zona de separacion a la zona de espuma. El tiempo de residencia de los aglomerados de burbuja-particulas en la zona de separacion es 96 segundos, mientras que el tiempo de residencia de la espuma en la zona de espuma es 321 segundos. El ochenta y cinco por ciento del queroseno alimentado a la celda de flotacion se recupera en la espuma.
Ejemplo 3: Deshidratacion de una dispersion de algas
Una celda de flotacion de tamano comercial se construye con el diseno mostrado en la FIG. 5 con las dimensiones generales de la zona de separacion cilmdrica que tiene 1.25 metros de diametro y 2,5 metros de altura. El espacio anular entre el deflector de espuma inferior y la pared exterior es 0,125 metros y el reborde de la espuma esta 0,58 metros del deflector superior de espuma. La zona de separacion se alimenta a traves de un conducto de 0,2 metros de diametro con una dispersion acuosa de gas que contiene 0,05% en peso de microalgas Dunaliella salina rotas. La velocidad de alimentacion es de 750 litros por minuto y el caudal de gas es de 190 litros por minuto. El Jg en la zona de separacion es de 0.71 centimetros/segundo, lo que muestra una alta tasa de transporte de material recogido de la zona de separacion a la zona de espuma. El tiempo de residencia de los aglomerados de burbuja-particulas en la zona de separacion es 117 segundos, mientras que el tiempo de residencia de la espuma en la zona de espuma es 390 segundos. La espuma recogida despues del colapso muestra un aumento de veinte veces en la concentracion de microalgas rotas.
Ejemplo 4: Recuperacion de mineral.
En la presente memoria se utiliza la misma celda de flotacion a escala piloto que se describe en el Ejemplo 3. Se alimenta a la zona de separacion cilmdrica desde el conducto central una suspension acuosa al 25% en peso de particulas de chalcocita mineral de sulfuro de cobre ((Cu2S) con un tamano de particula d80 de 80 micrones (es decir, 80% de las particulas son inferiores a 80 micrones). La densidad de las particulas de mineral de sulfuro de cobre es de 5,5 g/ml, y los solidos contienen 0,1% de chalcocita. Los solidos no fundidos son descargados a traves de una lmea de relleno de solidos a una velocidad de flujo de solidos mayor de 4 pies/segundo para evitar la deposicion de los solidos y el lijado de la lmea. Por lo tanto, un alto porcentaje del flujo total de lfquido fluye a traves de la valvula de alivio de solidos. El tiempo medio de residencia de las particulas de chalcocita en la zona de separacion es de 156 segundos y el tiempo medio de residencia de las particulas de chalcocita en la zona de espuma es de 520 segundos. Las particulas de chalcocita salen en el lavadero de recoleccion de espuma con 2% en peso de chalcocita y una tasa de recuperacion de un solo paso del 65%.
Ejemplo 5: Deshidratacion de una dispersion de microalgas sin ruptura.
Se construye una celda de flotacion de tamano comercial segun el Ejemplo 3. La zona de separacion se alimenta a traves de un conducto de 0,2 metros de diametro con una dispersion acuosa de gas que contiene 0,05% en peso de microalgas enteras de Dunaliella salina junto con alumbre y polfmero como se conoce en la tecnica. La velocidad de 5 alimentacion de lfquido es de 750 litros por minuto, y el caudal de gas es de 190 litros por minuto. El Jg en la zona de separacion es de 0.71 centfmetros/segundo, mostrando una alta tasa de transporte de material recogido de la zona de separacion a la zona de espuma. El tiempo de residencia del aglomerado de burbuja-partfcula en la zona de separacion es de 117 segundos, mientras que el tiempo de residencia de la espuma en la zona de espuma es de 390 segundos. La espuma recogida (despues del colapso) muestra un aumento de veinte veces en la concentracion 10 de microalgas.

Claims (21)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso de separacion de burbujas adsorbentes del tipo que incluye la flotacion de espuma en donde la espuma flotante fluye sobre una superficie Kquida a un lavadero de recoleccion, en donde la mejora comprende:
    dirigir al menos una porcion de burbujas ascendentes y hacer caer las partfculas desprendidas al penmetro de una camara flotante con uno o mas deflectores para provocar el re-contacto de dichas partfculas desprendidas con dichas burbujas ascendentes; y
    obligar a la espuma flotante a fluir sobre la superficie lfquida hasta una region de area superficial reducida antes de desbordar en el lavadero de recoleccion.
  2. 2. El proceso de acuerdo a la reivindicacion 1, que comprende:
    poner en contacto mtimamente un gas con la dispersion de lfquido-partfculas para formar una dispersion de gas-lfquido-partfcula;
    introducir la dispersion de gas-lfquido-partfculas en un recipiente en un punto por debajo de la superficie de un lfquido contenido en el mismo;
    formar burbujas en el lfquido, donde las burbujas comprenden aglomerados de gas-partfculas;
    dirigir las burbujas a la superficie del lfquido con uno o mas deflectores para formar una espuma flotante, en donde la espuma esta enriquecida en partfculas y en donde uno o mas deflectores dirigen al menos una porcion de las burbujas ascendentes y partfculas desprendidas que caen al penmetro del recipiente;
    dirigir la espuma hacia un lavadero de recoleccion de espuma en una region del area superficial inferior que la region donde se forma; y
    recolectar la espuma en el lavadero de recoleccion de espuma colapsando asf la espuma en el mismo y concentrando las partfculas en la dispersion de Kquido-partfculas.
  3. 3. El proceso de acuerdo a la reivindicacion 2, en donde el lavadero de recoleccion esta ubicado en el centro del recipiente.
  4. 4. El proceso de la reivindicacion 2, que ademas comprende: remover una porcion del lfquido de la espuma colapsada y
    reintroducir el lfquido asf retirado en el recipiente para colapsar mas la espuma recogida en el lavadero de recoleccion de espuma.
  5. 5. El proceso de la reivindicacion 2, en donde se utiliza un vacfo para empujar la espuma y espuma colapsada a traves del lavadero de recoleccion de espuma.
  6. 6. El proceso de la reivindicacion 2, en donde la dispersion de gas-lfquido-partfculas es introducida debajo de la superficie del lfquido y cerca del penmetro del recipiente y en donde la espuma es recolectada en un lavadero de recoleccion de espuma central.
  7. 7. El proceso de la reivindicacion 5, en donde el vacfo es generado por una bomba, compresor, aspirador, venturi, eductor y/o soplador usado para proporcionar gas introducido en el recipiente.
  8. 8. El proceso de la reivindicacion 2, en donde las partfculas comprenden microalgas o microalgas rotas, o una combinacion de las mismas.
  9. 9. El proceso de la reivindicacion 8 en donde las microalgas son Dunaliella.
  10. 10. El proceso de la reivindicacion 2, que ademas comprende:
    hacer colapsar la espuma en el lavadero de recoleccion de espuma mediante el uso de antiespumantes qrnmicos, aerosoles lfquidos o gaseosos, vacfo, objetos vibrantes, objetos giratorios, sonicacion o cualquier combinacion de los mismos.
  11. 11. El proceso de la reivindicacion 2, en donde las partfculas comprenden microorganismos enteros o rotos, microalgas enteras o rotas, gotitas de una fase organica, partfculas que contienen minerales, partfculas de carbon, partfculas biologicas, partfculas que se adhieren a una interfase gas-lfquido, o cualquier combinacion de las mismas.
  12. 12. El proceso de la reivindicacion 2, en donde las partfculas comprenden metales, minerales metalicos, sales, minerales, disolventes organicos, extractantes de metales, extractantes minerales, aceites, disolventes o cualquier combinacion de los mismos.
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  13. 13. El proceso de acuerdo a la reivindicacion 1, que comprende:
    Introducir un gas y una dispersion de Uquido-pardculas debajo de la superficie de un Uquido en una celda de flotacion mecanica o celda de flotacion de columna;
    formar burbujas que comprenden un aglomerado de gas-partfculas;
    dirigir las burbujas a la superficie del lfquido con uno o mas deflectores para formar una espuma flotante, en donde la espuma esta enriquecida con partfculas y en donde uno o mas deflectores dirigen al menos una porcion de las burbujas ascendentes y partfculas desprendidas que caen al penmetro de la celda;
    forzar la espuma hacia un lavadero de recoleccion de espuma ubicado centralmente; y
    recolectar la espuma permitiendo que la misma desborde en el lavadero de recoleccion.
  14. 14. El proceso de acuerdo a la reivindicacion 1, que comprende:
    utilizar un vado para arrastrar y/o hacer colapsar la espuma a traves del lavadero de recoleccion.
  15. 15. El proceso de acuerdo a la reivindicacion 1, que comprende:
    Introducir una dispersion de Kquido-partfculas en un recipiente en un punto por debajo de la superficie de un lfquido contenido en el mismo;
    introducir un gas en el recipiente en un punto por debajo del punto de introduccion de la dispersion de lfquido-partfculas;
    formar burbujas que comprenden un aglomerado de gas-partfculas;
    dirigir las burbujas a la superficie del lfquido con uno o mas deflectores para formar una espuma flotante, en donde la espuma esta enriquecida con partfculas y en donde uno o mas deflectores dirigen al menos una porcion de las burbujas ascendentes y partfculas desprendidas que caen al penmetro del recipiente;
    dirigir la espuma hacia un lavadero de recoleccion de espuma en una region del area superficial inferior que la region donde se forma; y
    recolectar la espuma en el lavadero de recoleccion de espuma.
  16. 16. El proceso de acuerdo a la reivindicacion 15, en donde el lavadero de recoleccion de espuma esta ubicado en el centro del recipiente.
  17. 17. Un dispositivo de flotacion de espuma del tipo en donde la flotacion de espuma en un recipiente fluye a un lavadero de recoleccion para la recoleccion, donde la mejora comprende:
    uno o mas deflectores en el recipiente para dirigir al menos una porcion de burbujas ascendentes y partfculas desprendidas que caen al penmetro del recipiente para provocar el re-contacto de dichas partfculas desprendidas con dichas burbujas ascendentes; y
    un lavadero de recoleccion ubicado centralmente dentro del recipiente.
  18. 18. El dispositivo de acuerdo a la reivindicacion 17, que comprende:
    Medios para el contacto mtimo de un gas con una dispersion de lfquido-partfculas gas- lfquido-partfculas;
    Un puerto para introducir la dispersion de gas-lfquido-partfculas en dicho recipiente una superficie de un lfquido contenido dentro del recipiente;
    medios para dirigir burbujas a la superficie del lfquido para formar una espuma flotante sobre el mismo, en donde los medios para dirigir las burbujas comprenden uno o mas deflectores que dirigen al menos una porcion de burbujas ascendentes y partfculas desprendidas que caen al penmetro del recipiente; y
    medios para dirigir la espuma flotante hacia un lavadero de recoleccion de espuma en una region del area superficial inferior que la region donde se forma, en donde el lavadero de recoleccion de espuma recolecta y remueve la espuma del recipiente.
  19. 19. El dispositivo de la reivindicacion 18, que comprende ademas una bomba, un compresor, un aspirador, un venturi, un eductor y/o un soplador usados para proporcionar gas introducido en el recipiente para la preparacion de burbujas para espuma y para proporcionar ademas un vado para empujar la espuma al lavadero de recoleccion y /o hacer colapsar la espuma en el mismo.
    para formar una dispersion de en un punto situado debajo de
  20. 20. El dispositivo de la reivindicacion 17, que ademas comprende:
    un dispositivo generador de vado para arrastrar y/o contraer la espuma a traves del lavadero de recoleccion.
  21. 21. El dispositivo de la reivindicacion 20, en donde el dispositivo de de generacion de vado comprende una bomba, un compresor, un aspirador, un venturi, un eductor y/o un soplador usados para proporcionar el gas introducido en el
    5 recipiente para la preparacion de burbujas para la espuma.
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