JPH07502683A - 濡れた粒子を分離する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スラリー中の異なる物理的、磁気的および／または化学的特性を有す る粒子を分離する方法および装置に関する。特に、その方法および装置は、例え ば、タールサンドと分離せられたオイルや、インキと分離せられた新聞紙パルプ における如く、固体を含む水から液状ハイドロカーボンを分離するのにきわめて 効果的である。また、液体から１またはそれ以上の固体の分離や、フェリ磁性、 強磁性、および／または常磁性の特性をもつ鉱石の分離にも効果的である。

発明の背景 浮選システムは、スラリーから粒子構造を分離することに発展するプロセスエン ジニアリング技術における重要な単位操作である。浮選は、細かく散らばった粒 子の懸濁液を通して空気が泡立たせられるプロセスであり、疎水性の粒子は、気 泡への付着により、残留しているスラリーから分離される。気泡／粒子は、集ま って泡の疎水性粒子に対する粘着作用により形作られ、概してスラリーよりも密 度は小さく、このため、この集合体は、浮選容器の表面まで上昇させられる。疎 水性粒子の分離は、それゆえ、泡沫または泡の固まりの形にあるスラリーの上層 を、残留している液体から分離することにより達成される。

泡の４選における基本的なステップは、粒子が気液膜を裂くことができるのに十 分な時間の気泡／粒子の接触を含んでおり、これにより付着が達成される。この プロセスに必要な全時間は、接触時間と誘導時間との合計であり、接触時間は、 気泡／粒子の動作およびシステムの流体力学に依存する。一方、誘導時間は、泡 および粒子の表面化学特性により制御される。

しかしながら、浮選分離は、多くの適用において効果を無くさせるある制限を有 している。特に、従来、浮選は微細な粒子（直径１０ミクロン未満）の回収には あまり効果的ではないと考えられていた。これは、特に微細な鉱物の分離では重 大な制限となり得る。この低回収は、粒子のイナーシャが非常に小さいために気 液膜の粒子貫通が禁止されることで説明され、これにより結果的に泡への付着の 低率に帰する。さらに、４選は、スラリー中のハイドロカーボンの分離を達成す る方法としては、決して信頼されるものではない。

従来の４選システムのさらなる制限は、分離の成功を達成するには数分間のオー ダーでの満足すべき保持時間が必要とされることである。しかしながら、気泡／ 粒子の付着は、しばしばミリ秒のオーダーであることが示されており、それゆえ 、分離率は、他の要因よりもむしろ、はとんど泡と粒子の衝突および／または移 送により制限されることを示す。そのようにこの長い保持時間は、厳しくプラン トの能力を制限し、相対的に大きく、費用の高い設備の建設を必要とする。

空気が散布される流体遠心機（以下、”ＡＳＨ”という）は、従来の１７選シス テムの前記２つの制限を克服すべく、発展せられた。ロシア特許第６９２６３４ 号（１９７９年１０月２５日）やドイツ特許第１．１７５．６２１号（１９６４ 年８月１３日）に開示されるような初期のシステムは、渦巻き流れにおける気泡 を導くことにより遠心力場における分離を達成するのにおいて信頼される。この 概念における凝った工夫により、ＡＳＨユニットにおける幾らかの改良を開示す る米国特許第４．２７９．７４３号、第４．３９７．７４１号、第４．３９９． ０２７号、および第４．７４４．８９０号に例示されるようなものがもたらされ た。ＡＳＨは、浮選分離の原理を遠心力と合体させ、数秒のオーダーの保持時間 でより微細な粒子の分離の成功を達成する。コントロールされた高い力の領域は 、スラリーを渦巻き方式で流れさせることにより、ＡＳＨにおいて確立され、こ こで、より微細な粒子のイナーシャを増加させる。また、高密度で小径の気泡は 、スラリーを通過せられ、粒子との衝突の割合が増加する。最終結果として、固 有の泡付着時間に近い保持時間を伴った浮選率となる。

これは、従来の機械式または柱状浮選ユニットの能力の少なくとも１００〜３０ ０倍の能力に相応する。

ＡＳＨの浮選において、流体圧力エネルギーは、回転流動的動作（渦巻き動作） を生み出すのに使用される。これは、スラリーを従来の遠心機のヘッダを通して 接線方向に円筒容器の中に供給することによりなされる。一定厚さの渦巻き流れ は、容器壁に沿った円周方向に進展し、容器壁と容器底に軸方向に配置される柱 との間で作られる環状開口を通って放出される。

空気は、覆われた透過性の容器壁を通ってＡＳＨの中に導かれ、スラリーの高速 渦巻き流れによって多数の小さな泡に分割される。スラリー中の疎水性粒子は気 泡に衝突し、泡に付着し、そして泡によって放射状に移送され、円筒軸を形作る 均相となる。均相は、容器の底の柱により維持および抑制され、これにより、泡 を遠心機のヘッダの渦巻きファインダの方に上方に移動させ、溢れ出たものとし て放出される。他方、親水性粒子は、一般的にスラリー相の中に残留し、こうし て、容器壁と柱との間の環状開口を通って、スラリー相と共にそれらが放出され るまで、透過性の容器壁に沿った渦巻き方向に移動し続ける。

円筒容器の中央の均相と区別できる°渦巻き層”を形成する容器壁に沿ったスラ リーの渦巻き動作に注意することは重要である。渦巻き層の一つの重要な特性は 、容器壁と泡柱との間の下流の放出環状部に向けての正味軸方向速度を有してい ることである。渦巻き層の厚さは、一般的に、容器半径の８％〜１２％であり、 空気流量の増加および遠心機のヘッダからの軸方向距離と共に増加し、下流の放 出環状部において最大となる。

円筒容器軸に沿って形成される泡のサイズおよび動作特徴は、操作条件と供給特 性に依存する。渦巻き層と泡のコアとの間に、スラリーの遷移領域が存在し、こ こで、軸方向の正味速度は、ゼロかあるいはスラリー相と同じ方向である。後者 の条件は、泡のコアが相対的に小さいところに存在し、これにより、渦巻き層と 泡のコアとの間に道筋がスラリーで満たされる大きなギャップを残す。最も望ま しい条件は、遷移領域がごく僅かのときであり、これは、泡のコアがそれと渦巻 き層との間に殆んどスペースを残さないぐらいに十分大きいときである。

圧力降下は、泡柱と容器の頂部に軸方向に配置される渦巻きファインダ出口との 間で、泡のコア中で生じる。この圧力降下は、泡を軸方向上方に現実に動かす力 である。泡のコアにおける圧力降下に影響を与える３つの要因があり、それは、 １、下流の放出環状部へのスラリーの流れの制限、２、温圧渦巻きファインダ開 口への泡の移送の制限、および ３、渦巻き層から泡のコアへの新鮮な泡の連続的供給である。

要因１および２は、特別な適用において交互に依存し、操作中に調整され得る。

要因３は、空気流量、粒子の疎水性特性、および供給スラリー中の重量比に依存 する。

ＡＳＨの直接の有利さは、規制された動作、および透過性の容器壁土の渦巻き層 における粒子と新しく形成された気泡との間の緊密な接触である。渦巻（スラリ ーにより進展せられた高遠心力場は、泡の表面に衝突し泡に付着すべく、微細な 粒子にさらにイナーシャを与える。結果として、微細な粒子の分離が増強される 。

しかしながら、ＡＳＨは、渦巻くスラリーの速度が粒子に非常に高いイナーシャ を与えるので、粗い疎水性粒子に対しては相対的に劣った分離機であり、こうし て、これらの粒子の気泡への付着を防止する。そのように、これらの粗い粒子の 分離を達成するためには、泡／粒子の集合体が一般の流体遠心機の条件下で安定 するように、それらが相対的に強い疎水性を示すことが必要である。疎水性が十 分強くない場合には、システムは、粗い疎水性粒子はスラリーにより下流の放出 環状部へ移送され、一方、微細な粒子は、泡のコアの中に、また温圧渦巻きファ インダを通って外に移送されるという分類遠心機のいくらかの特性を示すであろ う。

研究によれば、多くの鉱物粒子の分離効率は、粒子径が１００ミクロンより大き いときは減少することが示されている。しかしながら、池の研究によれば、粒子 サイズの上限は、（上述したように）粒子の疎水性により強く影響され、これに より、１００ミクロンを越えて拡張され得る。

粗い粒子に関し、試験によれば、１００〜４００ミクロンの粒子の分離は、スラ リー圧力の増加に伴って太き（低下する。

それゆえに、もし、粒子サイズの現状の範囲を越えるサイズの粒子を効果的に分 離できる方法および装置が進展されれば、この技術に対する重要な付加となるで あろう。また、もし、増大されたスラリーの圧力（それゆえ増大された供給流量 ）が効果的な分離を維持しているかぎりは、大きな進歩が起こるであろう。方法 および装置の重要な進展は、出願人の公表された出願である１９９１年１０月１ ７日に公開された国際公開番号　Ｗｏ　９１／１５３０２に、１つのＡＳＨにお ける分離技術の独特な適用を含む粒子分離の驚異的な度合いを伴ったものとして 記載されている。

出願人の新規なＡＳＨにおける分離の原理をさらに理解する場合のガイドとして 、その公開されたＰＣＴ出願を参照することかできる。しかしながら、本願で説 明される出願人の発見により与えられる利点のさらなる理解を提供するため、大 要として、次の原理が議論される。

Ａ、泡沫浮選法 前述したように、疎水性粒子の分離は、泡沫または泡の集まりの形にあるスラリ ーの上層を、残留液体から分離することにより達成される。泡沫浮選は、粒子サ イズとその効果的な８から１０メツンユ以下に関して、プロセスの適用をもたら した。他のいかなる分離方法に関して以上に、浮選は、鉱物分離において殆んど 制限を有していない。

浮選機は、実際の分離に影響する流体力学的および機械学的条件を与える。供給 入口、容器からの選鉱くずの出口、バンク（ｂａｎｋｓ／）　、そして疎水性の あるいは機械的な泡の移動のための明らかな必要は別として、容器（ｃｅｌｌ） は、また次のものを考慮しなければならない。

１、懸濁液の発生、および沈降を防止し気泡との接触の機会を与えるための小　 粒子の分散、 ２、空気の流入、泡の形成、および泡の分散、３、粒子と泡との接触および付着 、 ４、安定した泡の形成および移動のための荒れていない表面領域、そして ５、いくつかのケースにおいては、さらなる鉱物反応力の影響に関する十分な　 混合。

浮選機において発生するさらに重要なメカニズムのいくつかを、次に記載する。

バルブ：　泡の発生；粒子／泡の相対流路；液膜分離の薄少および破裂；強力に 空気が通されるインペラの領域と、２つの領域間の激しい循環流を伴った殆んど 空気が通されない残留物；特に泡沫の動因の存在における急な速度勾配；固体の 在留時間の分布。

泡沫：　泡沫柱の選択性のある粘着性の動作から生じる濃度勾配；泡の合着；濃 度勾配は、徐々に層をなすことにより表される濃度変化および層間の２方向の質 」移送。

パルプ−泡沫　移送 相の間における２方向の固体および液体の質量移送。

空気　固体および水の双方を、パルプから泡沫まで移送する原動ノｊを証明する 。

水　空気と、粒子サイズの減少に伴って選択性なく増加する割合にあるすべての 固体により、泡沫柱の中に運ばれ、排水により泡沫およびパルプからの固体の帰 還を助ける。

泡による粒子の浮選率は、粒子と泡との衝突の確率Ｐｃ、粒子と泡との接触の確 率Ｐａ、泡に入り込む粒子付着を伴った泡の確率Ｐｆ、および浮選プロセスを通 して付着されたままの泡と粒子との確率Ｐｓの積として表現される。

Ｋ−ＰＣ−Ｐａ−Ｐｄ−Ｐｓ 大部分に関しては、付着率は、鉱物の表面特性および鉱物表面の捕獲吸収度に基 づく。付着に関する誘導時間は、粒子サイズの減少に伴って減少するということ がわかった。

誘導時間がさらに短いので、微細なサイズの粒子に関する浮選効率において観察 された低下を説明しない微細な粒子は、さらに速く浮遊しなければならない。

泡に付着したままの粒子の確率は、システムにおいて見られる乱流度に依存して いる。粒子と泡とを共に運ぶ同じ力は、それらを分離するのに用いられる。

Ｐｓ　＝１−（ｄ　／ｄ　）　であることがわかりｐ　ｐｍａＸ た。

ここで、ｄ　は粒子径であり、ｄ　は、支配的な乱流下ｐ　ｐｍａｘ で付着したまま残るであろう粒子の最大径である。その確率は、粗いサイズの粒 子に関して最低であり、微細なサイズに関しては均一に近づく。一度付前され、 付着された粒子のまま残る確率は、微細なサイズの粒子に関して非常に高い。こ れらの考慮に基づいて、微細な粒子に関して衝突の低い確率は、低い浮選の主た る理由であることがわかる。

これは、流体力学的力は、微細な粒子の浮選に関して非常に重要であることを意 味する。

衝突の確率は、粒子および泡の数およびサイズと、パルプの浮選の流体力学とに 依存する。この確率は、単一時間および単一体積における衝突の回数に直接関係 する。浮選システムにおける衝突の回数は、次の式により表される：相対速度の 二乗平均である。本方程式から、泡の数および泡と粒子との相対速度の増加によ り、衝突の回数は、与えられたパルプに関して増加され得る。

浮選率定数ｋに影響する最終要因は、泡積載量である。

泡積載量は、まだよくわかっていないが、浮選容器から粒子を運ぶ泡の能力を特 に制限する。与えられた空気にさらす率に関して供給率が増加するにつれて、泡 はもつと完全に積載されるようになる。泡が５０％より多く積載されたとき、粒 子の海上での在留時間が短くされ、付着に利用される泡の表面が減少するにした がって、Ｐｓは減少する。

正味の効果は、ｋの量の減少である。加えて、泡積載量もまた、浮選容器と共に 、泡の合着に影響を与え、ｋにおいてさらにもっと著しい効果を有する。

４選字定数に次いで、浮選容器における粒子の保持時間は、４選回収に最も重要 な影響を与える。保持時間は、浮選容器に流入あるいは流出するスラリー中の液 体の流量により（空気の維持を調整された）浮選容器の有効容積を分けることに より決定される。こうして、全３つのパラメータ、浮選容器容積、液体のスラッ シュ／スラリー流れ、および空気の維持は、浮選容器の保持時間を決定するのに 役割を果たす。従来の泡沫浮選は、２０ミクロンより小さなサイズの粒子に関し て非常に効果的であるが、浮選効率は、粒子サイズが２０ミクロンより減少する にしたがって低下する。

重力濃縮は、混合されたサイズ、形状、比重の粒子が重力あるいは遠心力により 互いに分離される方法として規定される。このプロセスの本質は、サイズおよび 形状の分類はプロセスが名付けられているところからの比重に基づく分離に加え てのプロセスの固有部分であるというほどのものである。粗いサイズの鉱物に関 して、効果的な比重分離は、開放液容器で自然に沈殿する速度あるいは粒子の浮 力を使用して長年の間可能であった。もし容器サイズが経済的な制限内のままで あれば、液容器中の粒子は、ＩＧの重力場の中で高い設定率を有しなければなら ない。より小さなサイズの十分な比重分離を伸ばすため、粒子の重力加速度は、 時折遠心力場と呼ばれる人工的な半径方向重力場に取って代わられる。遠心力場 における小さな粒子の沈殿は、重力の　ｇ“に相当する加速度が半径方向の重力 加速度に取って代わられる以外は、静的な液中に見られるものに似通っている。

現在まで、この原理の最も効果的な利用は、半径方向の重力を発生させるために 、静止した構内で液体あるいは懸濁液を回転させる装置で得られてきた。スラリ ーが螺旋状にシリンダに注入されるとき、薄層状の円周方向流れが達成され、よ り重い粒子は外方へ移動せられるであろう。この方法は、もし流れる媒体が層状 に流れるならば、さらに効果的であろう。これは、スラリー層中のすべての粒子 は、同じ角速度を有し、相互について粒子の相対移動はないことを意味する。唯 一の例外は、より重い粒子のゆっくりした外方への移動である。シリンダから離 れた後、流れは、質量によって粒子を散布することになる。より重い粒子はシリ ンダ壁に接近しており、一方、より軽い粒子は流体全体にわたり等しく拡散され る。

Ｃ０開勾配磁気分離（Ｏｐｅｎ　Ｇｒａｄｉｅｎｊ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　５ｅｐ ａｒａｔｉｏｎ開勾配磁気分離（ＯＧＭＳ）は、不均一磁場における粒子の偏り により達成される磁気分離を含む任意のプロセスを表現するのに使われる一般的 な用語である。ＯＧＭＳは、不拘−場において小さな粒子にてふるまう磁力に基 づいており、次のように記述される： Ｊ　は粒子の磁気分極、 Ｂｏは外部磁場の勾配、 μ。は媒体の透磁率である。

Ｊ　は、次のように表される： Ｊ　＝（χ／（１＋χＤ））ＢＯ（２）ここで：χは粒子の磁化率、　 Ｄは粒子の減磁要因で、Ｑ＜Ｄ＜１であり、Ｂｏ　は磁束密度である。

常磁性の粒子に関しては、Ｄくく１であり、それゆえに、Ｊ＝χＢ。であり、式 （１）は、 一 フェリおよび強磁性の粒子に関しては、χは磁場に依存するであろうし、Ｊ　は 、相対的に低い場においては、通常、飽和値Ｊ　に達する。それゆえに、式（１ ）、（２）およｓ び（３）から、磁束密度Ｂ。およびその勾配Ｂｏが十分高ければ、効率的な分離 が生じるであろうことがわかる。

何百もの違う種類の磁気分離機が、最近の２世紀間において建設されてきている 。これらの分離機においては、必要な磁気的条件は、永久磁石又は電磁石の磁場 および勾配を使用することにより、あるいは均一磁場中に、回りに磁場勾配を生 じさせる補助的な強磁性の粒子を配置することにより得られる。後者の場合にお いては、勾配は、前者におけるよりも、たいてい数オーダー高い大きさであるが 、結果的に生じる力が及ぶのは、最大磁場が限られているのでより短い範囲であ る。

開勾配磁気分離機は、第１のグループに属する。磁場およびその勾配は、磁石の 適度な配置により生まれる。力の及ぶ範囲は数センチのオーダーである。分離機 の動作原理は、粒子の線が磁化領域を通って流れ、２又はそれ以上の部分に分か れることである。粒子を屈折させる力は、たいていあまり大きくないが、場にお ける相対的に長い在留時間のミめに、粒子が磁化空間に集められることなく連続 した分離を提供する。

ＯＧＭＳの成功率は、粒子に与えられる偏向に依存する。

これは、交替で、４つの要因に依存する。

（１）　粒子自体（サイズ、磁化率、密度）；（１１）　粒子にふるまう分離力 の保持時間；（ｉｉｉ　）　不均一磁場の大きさおよび形状；そして、（１ｖ） 　磁気および非磁気の放出ポストの形状。

ある可能な形状は、鉱石の粒子の乾式分離を提供するが、ここで、粒子は磁場を 通って落下せられる。粒子が落下するにしたかい、それらは極との相対的な引力 又は斥力により逸脱し、結果として生じる鉱石の流れは、分離箱により２つ又は それ以−Ｌの成分に分割される。

湿式の磁気分離機において、ある設計では、磁石に近接した長い矩形の導管の配 置を必要とする。スラリーは、それゆえ導管を通って供給され、粒子が磁場によ り影響されるにしたがい、分離が生じる。別の型のＯＧＭＳは、相対的に大きく 広々とした作業容量において強い磁場の勾配を発生する特別設計の磁石を利用す る一連のユニツトであり、その流れの中で、スラリーは、効果的に、磁気的およ び非磁気的流れに分けられる（英国特許第１．３２２．２２９号、１９７３年７ 月４日）。

さらに別の型のＯＧＭＳは、ある断面の回りの円筒状の環状スラリー溝を備えた 螺旋状に流れる超伝導双極からなる超伝導磁石の鉱石分離機である［Ｍ、　Ｋ、 アブデルサラム、Ｉ　ＥＥＥ　磁気学に関する報告書、Ｖｏｌ、Ｍａｇ。

２３、Ｎｏ、５．１９８７年９月コ。螺旋状に流れる粒子は、遠心力のために外 方に力を受け、これは今度は、磁気を帯びた粒子における磁力により反発される 。スラリーが環状部において螺旋状に流れるとき、磁気を帯びていない粒子は半 径方向外方の遠心力を受ける。他方、磁気を帯びた粒子は、外方の遠心力に加え て内方の磁力を受ける。磁力が磁気を帯びた粒子を内方に偏向させるのに十分強 いならば、分離はこれにより達成される。

後者の設備においては、磁力は遠心力に対して反対方向に働き、それによって実 質上、装置の分離力を減じる。磁力が遠心力に等しいとき、磁気を帯びた粒子は 何ら偏向させる力を受けないので、分離は起こらない。それゆえに、必要とされ る磁力は、装置内で発生される遠心）ｊよりも実質上人きくなければならない。

発明の概要 本発明の一つの局面によれば、粒子の異なる物理的、磁気的および／または化学 的特性に基づいてスラリー中の粒子を分離する方法であり、スラリーは、このス ラリー中で混和しない固体および／または液体の粒子を含む。この方法は次の工 程を有する： 導き、このチャンバは鉛直方向に向けられ下端が閉じられると共に上端が開放さ れ、スラリー流は、開口端に向けてのチャンバ内壁に沿うスラリー流の螺旋状の 流れに発展させるため、チャンバ下端近傍に、傾斜しかつ接線方向に導かれる。

１１）チャンバ上端から下方に及ぶスラリー中に渦を発現させるために、スラリ ー流を十分な量および圧力で導く。

１１１）少な（とも上方に移動する部分の間、空気をスラリー流の中に導くが、 ここで空気はチャンバ内壁に配置されスラリー流中に移動する気泡を発現させる ための手段を通ってスラリー流に導かれる。

ｉｖ）チャンバは、少なくともより軽い疎水性粒子を気泡と結合して渦の方に内 側に移動させ、少なくともより重い粒子を螺旋状の流れの遠心力の影響下におい てチャンバ内壁の方に外側に移動させる物理的、磁気的および／または化学的特 性によって、粒子の分離を可能にするチャンバ内での在留時間を５えるのに十分 な高さを有し、流れは、チャンバーに端で渦巻きに発展する。

■）渦巻き流を開口端で外方に方向付けて開口端を取り巻く受器の中へ導き、渦 巻き流は、渦巻き流の流れが気泡が受器の周縁の方へ浮遊する機会を与える開口 端に近接する液体の水平面を持つ受器の中へ流れるように外方に渦を巻く。

ｙｉ）受器の」二部領域から外方に浮遊する気泡を捕集することにより、より重 い粒子からより軽い疎水性の粒子を伴う１７遊する気泡を分離し、一方、より重 い粒子は受器の下方に沈降し、受器の下部領域からより重い粒子を取り除いて分 離を達成する。

本発明の別の局面によれば、粒子の異なる物理的、磁気的および／または化学的 特性に基づいてスラリー中の粒子を分離する装置であり、スラリーは、このスラ リー中で混和しない固体および／または液体の粒子を含む。

この装置は鉛直方向に配された場合に、次のものを有する： １）円筒状内壁と閉じられた下端を備えた内部の円筒状チャンバを規定する円筒 状チューブ、 １１）液体スラリーが気体導入手段を通過するにしたがって、少なくとも小部分 およびその回りの拡張部分に沿って内部チャンバの中に気体の泡を導く手段を有 する内壁、１１１）内壁に関して接線方向に、かつ傾斜してスラリーの流れを導 く手段であって、傾斜して螺旋状にスラリーの流れを導くためにチャンバの下部 領域に配置されるスラリーの流れ導入手段、 ｉｖ）開口上端から溢れ出るスラリーを受けるための、チャンバの開口上端を取 り巻く受器、 Ｖ）スラリーが溢れて受器に入る場合に、流れにおけるスラリーの鉛直方向から 外側方向への滑らかな変移を促進させるだめの、滑らかにカーブしたエツジ部を 有する上端、ｖｉｌ気体導入手段によって導かれる泡によりスラリーに発生する 泡沫を捕集する手段であって、受器を取り囲み、受器の外方に浮遊する泡沫のオ ーバフローを規定する受器の回りに設けられた堰を越えて溢れ出る泡沫を集める 泡沫捕集手段、 ｖｌｌ）液体の沈降粒子の移動を可能にするために下部に出口を有する受器、 ｖｉｉｉ）捕集手段からの泡沫の移動を可能にする出口を有する泡沫捕集手段、 ｉｘ）泡沫が堰を越えて溢れ出るのを可能にすべく、受器内に液の適当な高さを 維持するための液体の流れを制御する手段を有する受器の出口。

図面の簡単な説明 本発明の望ましい実施例が図面に示されており、図１は、液体スラリー中の粒子 の分離を達成する装置の斜視図である。

図２は、図１の分離装置にスラリーを導く導管の２２線に沿う断面図である。

図３は、装置の所定の詳細を示すために破断除去された部分を伴う図１の装置の 斜視図である。

図４は、図１の装置の縦断面図である。

図５は、内部に配置されるスラリーの渦巻きを説明する図４の断面の詳細図であ る。

図６は、気体の泡のスラリー中の粒子との接触を示す図５の部分拡大図である。

図７は、分離機内部に磁場を発現させるための磁石の配置を示す本発明の別の実 施例の図である。

図８は、図７の８〜８線に沿う断面図である。

好適な実施例の詳細な説明 以下、発明の好適な態様を、実施例が示される図を用いて説明する。なお、本発 明の方法は、スラリーの流れ内に送り込まれる粒子の種類が異なる場合に、それ ぞれ異なる種類の粒子の分離を達成するために、種々の方法を取り得る。また発 明者らは、本発明の方法あるいは装置が好ましいのは、とりわけ、液状のハイド ロカーボンを含有するスラリーの分離に関してであり、そして特に好ましいのは 、アスファルトで覆われた砂についてのものなど、いわゆるアスファルトとも称 されているビチューメン（ｂｉｔｕｍｅｎ）の混合物についてであることを見出 だした。このようなタイプの分離に関する他の例に、例えば、再生紙である新聞 紙からなるパルプであるところのスラリーからインキを分離する例がある。また この方法は、水やその他の液状成分中の鉱物、石炭あるいはその他の粒子からな るもの（ｓｙｓｔｅｍ）の分離についても、等しく適用される。

また、出願人は、ＷＯ９１／　１５３０２　（ＰＣＴ　ａｐｐｌｉｃａｌｉｏｎ 　Ｗ０９１／１５３０２）にシステムを発表しているが、これとは異なり、本発 明の方法または装置では、スラリーを上方へ流しており、結果として、泡を渦の 内側であって分離チャンバの」二端開ロ部に移動させている。この意味で、流れ は気泡を連続的に浮揚させるために溢れ出されているとも言える。これゆえ、分 離作用は、受器（ｃａｔｃｈ　ｂａｓｉｎ）に溢れ出される流れに作用する遠心 力や磁力に影響される。この流れは、粒子の中から分離される粒子を付着させて 分離する泡沫を構成する泡の浮選分離の原理にしたがって流れている。

特に、図１を参照すると、装置１０は円筒形状のチャンバ１２を何しており、こ のチャンバはここでは鉛直方向に向けて配置されている。システム内へ導入され るスラリーは低圧にされており、断面が方形の導管１６を通って矢印１４の方向 に流れる。導管１６は、筒状のチャバ１２に対して接線方向に配置され、相対的 には傾斜されている。チャンバ１２の下端部１８は閉じられており、チャンバ１ ２へ導かれた全ての流体は、上方のチャンバの開口端部２０へ向けて流れる。液 体はチャンバの上側のエツジ２２から受器２４の中へと溢れる。この受器は環状 中空部２６であり、これには処理されたスラリーが満たされる。泡沫は、中央チ ャンバ２０の中心部から溢れ出し、この後、受器２４の周辺のエツジである堰２ ８を越えて流れ出し、泡沫回収器３０に回収される。受器２４には出口３２が備 えられており、水溜め（ｓｉｎｋ）から粒子を分離する。溢れた後、泡沫回収器 ３０に回収される泡沫は、導管３６により構成される出口３４を通って分集され る。出口３２に接続される導管３８にはバルブ４０が取り付けられている。この バルブ４０は、堰２８を越える泡沫のために、受器２４内の液レベルを適切な状 態に調節し維持するものである。

円筒形状の内側のチャンバ１２の周囲には、物質を収容する通風部４２　（ｐｌ ｅｎｕｍ）が形成されている。加圧された空気は入り口４６から矢印４４の方向 に導かれる。そして図２に示されるように、加圧された空気は、泡を導くために 、通気性を有するメツシュを通って、円筒形状のチャンバ１２の中を上方へ流れ るスラリーの中へと導入される。

スラリーの流れは、乱れの少ない状態で流れ導入部に注入されるのが好ましい。

層状の流れに近い状態にするために、図２に示されるように方形の導管１６には 流れをまっすぐにする仕切り（ｖｅｉｎ）を設けてもよい。この仕切りは、導管 １６の長平方向に沿って伸延されており、チャンバ１２に導入される前の流れに おける乱れを低減する。理想的には、流れは導管１６内に存在するような層状の 流れに近づく。しかしながら、あるタイプの分離においては、流れ中のゆるやか な乱れは、所望の分離作用を達成するときにはむしろ容認されるものであるとい うことを認識しておくべきである。

導管１６は、円筒形状の分離処理部（ｒｅａｃｔｏｒ）の直径との関係において 、円筒形状のチャバ１２に相対的な関係で固定されている。図３は、導管１６の 相対的な傾斜角度を、垂直方向である矢印４８．５０の方向に移動させて調節で きることを示すものである。傾斜角度のバリエーションは、円筒形状のチャンバ １２の内壁５４を上方に進む流れ５２の角度を決定する。理想的には、螺旋の流 れ５２ａのように、螺旋状の流れの下側の部分が、その下側の螺旋の上側の部分 と交わらないように調節して、螺旋の流れ５２を、チャンバ１２の内壁の円筒形 状の壁の上方に進ませる。これにより、連続的に上方へ移動する流れを、螺旋状 に流す際に、流れの中における乱れを最小限にすることが確保される。

流れを内側の円形のチャンバの上方に進める状態で、気泡に粒子を付着させて分 離するために、気泡を流れの中に導く。装置内に導かれるガスからなる気泡の導 入部の構造には種々の方法があるが、たとえば、円筒形状のチャンバの内表面を 通過するようにしてもよい。この実施例を図３を用いて説明すると、通風部４２ により目の細かいメツシュ５６を囲んでいる。空気はチューブ４６を通って、そ して加圧された状態でチャンバつまり通風部４２の内部へ導かれ、その後、空気 は穴のあるメツシュ５６を通ってゆっくりと拡散し、泡がスラリー流れの中へと 導かれる。このときの状態を図５、図６により後はど詳細に説明する。図４に示 される具体的な例から明らかなように、円筒形状のチャンバ１２の上端部２０に 出てきた流れは、受器２４の環状中空部２６の中へと流れ出す。流れを、鉛直方 向から外側へ流れる方向にスムーズに変化させるために、円筒形状のチャンバの 上端部５８は滑らかにカーブされており、これにより、流れの向きを変えるとき に流れ中に生ずる乱れを最小限にしている。流れが変化するところにおいて乱れ を最小限にすると、泡沫は渦巻く層の内側に集まるので、浮いたものはそこに存 在することとなり、矢印６ｏにより示されるようにこれにより泡は堰２８から溢 れ出す、これゆえ、より重い粒子や、スラリー中の粒子であって泡と付着しなか ったものは、矢印６２で示される下方に流れる。

堰２８を越える泡沫により運ばれる粒子は矢印６４の方向に移動されて、後の処 理工程へと送られるかあるいは廃棄される。同様に、より重い粒子も、矢印６２ の方向に沿って下方へ運ばれた後、矢印６６の方向へと移動されて、後の処理工 程へ送られるかあるいは廃棄される。このようにすると極めて簡単であるにもか かわらず効果的に所望の粒子を収集することができ、この結果、粒子は分離され 、効率よく　（効果的に）回収される。この場合、分離され回収される粒子とい うのは、気泡と共に浮いた素材中のものでもあり、また泡沫回収器３０の中へと 流れ出したものの中の素材でもあり、また受器２４内に溜められたより重い粒子 のことでもある。

図４では、分離装置としてより好ましい構造の断面を示している。円筒形状のチ ャンバ１２は円筒形状の内壁６８を何しており、この装置においてはこれは図４ に示されるように、鉛直方向に延びるように配置されている。円筒形状のチャン バの下端部１８は円形状のプレート７ｏにより閉じられており、円形のチャンバ １２の中へと導がれる全ての流体あるいは液体は、円筒形状のチャンバの開口端 部２０に向けて上方へと流れる。すでに説明したように、スラリーの流れを導び く導管１６は傾斜されており、円筒形状のチャンバ１２の円形の内壁６８により 閉じ込められているので、流れ５２は、上方に螺旋状に流れる。導管１６を傾斜 させると、螺旋状に上方に流れる流れの下側の部分を、螺旋のそれより下の流れ と交わらないよう調整することができ、これにより、流れは乱れが最小限にされ た状態で上方へ流れる。

円筒形状のチャンバの内側の表面６８に連なる符号５６で示されている細かい目 のメツシュは、通常、内側の表面６８との間では段差のない同一面で連なるよう になっている。なお、ここでは連続的に連なる内側の表面６８ａとして示されて いる。通風部４２というのは外側の筐体（ｓｈｅｌｌ）７２でもあり、細かい目 のメツシュ５６からなる中空で穴を打するシリンダを囲っている。筐体７２は環 状の通風部７４を形成するものであり、入口４６を通った加圧された空気は、こ の中へと導かれる。空気は、通風部７４がら空気が細かい目のメツシュ５６を通 ってスラリー中にゆっくり拡散される際に十分な圧力にされるようになっており 、この結果、上方に流れるスラリーの流れ５２の中へ気泡が導入される。

導管１６を通って導入されるスラリーは、少なくとも上のゾーンに、一般的には 、符号７８や８ｏで示されているような渦巻きを生じさせるのに十分な量および 速度で導入される。また十分なスラリーの量または／および速度とは、例えば、 渦巻き８ｏを円形のチャンバの上部領域７８がら、円筒形状のチャンバの下部領 域８２まで延伸させるような状態である。図４に示されるように、渦巻きの内側 の表面８４には、本来気泡が存在する。この気泡は、螺旋の流れの中心、つまり 渦巻きの内側の表面８４に向けて移動してくる。概略的に示すと、生じた環状の 気泡の層は、符号８６のことであり、そして、少なくともより重い粒子を含有す る液体であるところのスラリーの外側の層は符号８８のことである。この円筒形 状のチャンバを用いる方法により、空気を拡散させつつ含入させてスラリーに含 有される粒子を分離することが達成される。まったく驚くべきことに、本発明に より以下のことがわかった。つまり、鉛直方向に向いているスラリーの流れを外 側への流れにスムーズに変化させると、最も内側の泡沫層８６が、乱れることな く連続的になり、泡沫回収器３ｏへと溢れ出される。図４を参照すると、円筒形 状のチャンバの上側のエツジ２２というのは、キャップ（ｃａｐ）　９０により 構成される部分であり、この具体例によると、これは筐体７２に一体になってお り、内壁６８の内側の表面９２に連なっている。内側の表面９２は細かい目のメ ツシュ５６に連続的に連なっている。また、環状の通風部７４を密閉する適当な 栓材９４あるいは少なくとも通風部７４を閉じるプレート９６が備えられている 。さらに、通風部７４の下側端部は環状のプレート９８で閉じられている。筐体 ７２の素材は、滑らかに丸くなった端部１００が形成されるような形状になって いる。図４に示されるように、滑らかに丸くなった端部は、その断面が放物線形 状となっており、内側の端部１０２、上側の端部１０４そして外側の端部１０６ とを有している。筐体７２は符号１０８のような形状であり、滑らかに丸くなっ た上側の端部２２に関する縁部１１０を有している。図４に示されるように、最 も内側の層８６は、スムーズに鉛直方向から外側方向へ、つまり矢印１１２で示 される方向へ流れながら変化して移動するので、泡の層１１４は浮いた状態で堰 ２８を越え、泡沫回収器３０へと矢印６０の方向へ流れる。泡沫層１１４は受器 ２４を越えて外側に横移動するので、受器２４が保Ｈする液のレベル１１６によ り、注入される気体からなる泡を層１１４の中の方へ浮くようにし、さらに液１ １６に残っている粒子から所望の粒子を付着させて泡沫浮選する効果を向上され ている。これゆえ、受器２４の半径方向の大きさは、泡の層の分離する機能が向 上する構造であれば、種々の形状をとりうると考えられるか、受器の半径距離の 大きさは、泡沫の流れを鉛直方向から外側へ向かう方向へと変化させるための泡 沫の移動距離を越えてまで大きくすることはできない。

このようなことは、この技術分野における特殊技術をもってはじめて認識される ものであり、受器２４内の液体１１６のレベルは例えばセンサ１１８により感知 される。センサ１１８は、例えばコントローラ１２０に配線１２２を介して接続 される出力端子（ｏｌｐｕｌ）を備えている。またコントローラ１２０は出力端 子（ｏｕｔｐｕｔ）を有しており、配線１２４を介してサーボコントロールバル ブ４ｏに接続されている。一般的なフィードバック制御技術によるコントローラ １２０により、バルブ４ｏを開いたり閉じたりして、受器２４内の所望の液体表 面レベルを維持し、これにより、堰２８を越えて流れ出す泡沫の収集を最も効果 的にしている。

概略的には、図４に示されるように、流れ５２は円形のチャンバ１２中を上方に 螺旋状に進んでいる。導管１６の傾斜は、各層を調整して螺旋状の流れが交わら ないような角度になっている。しかしながら、液体の流れは、独特の流れの帯び であり、それ自体を視覚的に認識することはできない。そのかわり、流れは次第 に相互に混ざりあって環状つまり円筒形状のスラリー層を形成し、この状態で内 側の円筒形状のチャンバの内壁６８に沿って上方に移動する。

これゆえ、運転中にユニット１ｏを上がら見ると、流れについての渦巻き上の流 れが現れ、液体はチャンバの内壁を上方に流れ、上方向への流れがら外側方向へ の液体の流れへと変化する。

渦巻きは円筒形状のチャンバの上側に開いた端部１００を越えて拡がり、泡沫は 堰２８に向けて外側へと螺旋状になる。これに応じて、液体は出口３２に向けて 受器２４の下側へと螺旋状に流れる。このようにして泡沫層を上方向への流れか ら外側方向への流れへとスムーズに変化させるという、以下の実施例でも示され る長所により、まったく　。

驚いたことに、スラリー中に混在する粒子の中から所望の粒子をとても高い回収 率で回収するということが達成される。

図５においては、流れ中の気泡の発生、混合あるいは含入を示している。通風部 ７４内の加圧された空気は、細かい目のメツシュ５６を通過して移動あるいは拡 散し、メツシュの内側の表面６８ａに微細な泡１２６を発現させる。

矢印５２の方向へと上側に流れるスラリーは、容器の内壁６８ａの周囲にそって ぐるりと、厚さ１２８の部分を生じさせる。渦８０は円筒形状のチャンバの中心 に、チャンバの鉛直軸１３０に沿って延びている。スラリーの最も内側の表面は 、このため、渦の内側の表面８４ということになる。空気は細かい目のメソシュ あるいは穴のある容器の壁を通過させられて導かれ、図５あるいは図６に示され るように高速で回転するスラリーの渦により、多数の泡の中で剪断力を受ける。

細かい目のメッシュ５６により形成される泡の一般的なメカニズムは、２つの過 程からなる。空気は、符号１３２により示される穴の開いたシリンダ５６の細か い通路を通過して移動する。そして細かい穴から離れるときに、空気は、図６に 示されるように、スラリー中に小さな気泡１３４となって現れる。気泡は、その 表面張力がスラリーの流れの剪断力よりもより小さくなる状態まで成長する。泡 １２６は、いったん円筒の表面６８ａから離反させられると、スラリーと同じ速 さで、スラリー中の粒子と同じように流されはじめる。半径方向に生じる重力は （重力方向）上向きの水圧を生じさせる。これにより、泡は、スラリーの内表面 ８４の近くを、矢印１３６の方向に移動する。この泡は、２つの成分からなる速 度を有するが、それは：　１）スラリーの接線方向の速度に等しい接線方向成分 ；そして　２）浮力により生ずる半径方向の速度である。これは、泡がスラリー の運動に対して垂直に移動することを意味し、これによりスラリー中の粒子の回 収率が向上する。半径方向の重力場は、スラリーの中に比較的高い圧力を生じさ せる。泡は、円筒の中心にある渦８０に向けて比較的速い速さで移動する。泡は 粒子に衝突するので、少なくとも疎水性の粒子は泡に付着することになる。この 泡と粒子の集積物１４０は、スラリー層の内側の表面８４に向けて半径方向に運 ばれ、矢印１３８の方向へ上向きに移動する。一方、親水性の粒子１４２は、一 般的には、スラリー層の半径方向外側に残って、これにより穴のある容器の壁６ ８ａに沿って、容器の上端から吹き出されるまで渦の方法に移動し続ける。

容器壁１２の穴のある部分からなる細かい目のメツシュ５６は、種々の素材によ り製造することができる。細かい目のメツシュはある程度の剛性を有するスクリ ーン状の網であってもよく、スラリーの回転するような層状の流れを持続するよ うに、スムーズな表面６８ａであるのが好ましい。網のメツシュの種類として有 効であるのは多孔性のものである。他の素材としては、必要な構造強度は有して いるものの今のところは比較的スムーズな表面６８ａとはならない金属酸化物の 穴を有する素材を焼結したものがある。

他の穴を有する素材からなるものとして役立つものに、例えば、焼結によるもの 、穴を有するものそして多孔性となるように処理された例えば３１６ＬＳＳのよ うなステンレス材がある。

異なる性質を有する粒子１４４から粒子１４２の分離能力を高めるために、例え ば粒子が常磁性、フェリ磁性あるいは強磁性の特徴を有しているものであれば、 磁界を用いることができる。図７および図８を参照すると、磁界が、その長手方 向に沿って延びている円筒形状のチャンバ１２の中に生成される。磁界を生じさ せる磁石は、例えば通風部７４の中に取り付けることができる。この場合、４つ の磁石１４６，１４８，１５０，１５２は、図７および図８に示されるように価 え付けられる。矢印１５４で示される磁界を生じさせる磁石は、相互に４極を構 成するように配置されており、フェリ磁性あるいは強磁性の粒子を、円筒形状の チャンバ１２の内側の表面６８ａに向けて矢印１５４て示される方向に引き付け ている。

磁石の各欄は、装置の軸１３０に向けられており、配置される４極の磁石により 、構成物のない軸１３０に沿う部分に半径方向の磁界１５４を生じさせている。

そして容器の中心１３０における正味の磁界は零に等しくなっている。

なお、磁界は永久磁石により生じさせてもよく、また電磁石により生じさせても よい。磁界を有する装置の運転では、すでに説明しているように、接線方向に延 びて接続される導管１６を通って円筒形状の容器内にスラリーを導くことが要求 される。スラリーは、穴のある壁の内側の表面６８ａに接する層を形成する。空 気は、穴のある壁を通って、薄い渦の層の中へと連続的に拡散される。スラリー の中で形成される泡がスラリーの中の粒子に衝突すると、泡とスラリー中の疎水 性の粒子の集積物が形成される。スラリーの回転運動のため、そして磁界および 磁界の強さが単形方向に幾何学的配列であるために、スラリーの流れは、磁力お よび泡の流れの方向に対して常に垂直になる。一般的には、常磁性あるいは強磁 性である親水性の粒子に対して作用するする力には異なる２つの力がある。なお 、磁界の中に位置する固体の粒子の種類の影響を受ける方法もある。

固体は例えば、それらの磁気的性質により３つのカテゴリに分類することができ る： １、反磁性の粒子、これは磁界によりはね返される；２６　常磁性の粒子、これ は磁界により吸着される；そし３、強磁性の粒子、これは磁界により最も強く吸 着される。

本発明の方法では、石炭あるいは／または鉱物内から分離される固体粒子の分離 にふされしく、またこの方法は、例えば細胞（ｃｅｌｌ）、標識付けられた蛋白 質やこれらの断片などからなる生物学的な粒子であり、固体あるいは半固体の廃 物やそのようなものの分離、特に、磁性粒子が分離のプロセスにおいてかかわる 場合の分離に用いることもできる。

浮選装置の運転中、常磁性あるいは強磁性である親水性の粒子に働く力は、一般 的には、２つの力がある。これら２つの力は遠心力、ＦＣｌそして磁気的吸引力 、Ｆｍである。遠心力は、容器の穴のある壁の内側に沿って流れ６スラリーの渦 状の運動により生じる力であり、一方、磁気的吸引力は、スラリーの流れに対し て垂直に粒子に作用する４極に配置される磁石の磁力により生ずる力である。こ れら２つの力は、同じ方向、つまり円筒形状の容器の外側への半径方向に作用す る。これゆえ、親水性かつ／または磁性の粒子に作用する全体の力は、遠心力と 磁気的吸引力の総和であり、これは容器の半径方向外側に作用する。結果として 生ずるこれらの力は、これらの粒子を渦層の中に残すようにし、結果的にこれら の粒子が受器２４へと放出されるようにする。一方、疎水性であると共に反磁性 である気泡に付着される粒子に作用する力には、一般的には３つの力かある。こ れら３つの力とは： １、　静水の力、Ｆｈ　。

２、　磁気をはね返す力、Ｆｒ　；そして３、　遠心力、ＦＣｏ 静水の力は、気泡／粒子の集積物を円筒形状のものの軸に向けて半径方向内側に 向けて運ぶ力である。４極に配置される磁石により生ずる磁気をはね返す力は、 円筒形状のものの軸に向けて半径方向内側に移動するこれらの粒子に作用する。

そして第３番目の力、つまりスラリーの渦運動により生ずる遠心力は、円筒形状 のものの軸から半径方向外側へ向けて移動する粒子に作用する。疎水性であり反 磁性の粒子について、これはそれほど大きすぎるということはなく、そしてその 重力は親水性の粒子よりもより小さいという特有のものであり、静水のそして磁 気に対して反発する力は遠心力より大きい。これゆえ、これらの粒子に作用する 正味の力は、内側に向くこととなり容器の円筒形状の軸に向く。この結果、力に よりこれらの粒子は、渦の泡からなる内側層において上方に運ばれる。

以上から分かるように、本発明においては、加えて、疎水性であり反磁性である 粒子に作用する磁力に対して反発する力を用いることもでき、これにより、より 小さいサイスの疎水性の粒子をより大きなサイズの粒子と分離することが効率的 になされる。同様に、親水性であり常磁性あるいは強磁性の粒子に作用する磁気 的吸引力を加えることは、分離されないときには気泡により渦層の外に運ばれ泡 沫の中心へと取り込まれることとなるより微細な粒子を効率的に分離する。

これゆえ、気泡と共に集積物を形成する疎水性であり反磁性の粒子には、一般的 に、３つの力が作用する。つまり、気泡と粒子の集積物をスラリーの流れの内側 の表面に向けて運ぶ力であるところの静水における力あるいは浮力、Ｆｈと、磁 力に対して反発する力、Ｆ「と、半径方向の重力Ｆｃである。静水における力と 磁力に対して反発する力は粒子に対し、半径方向内側に向けて作用し、一方、遠 心力は粒子に対し、半径方向外側に向けて作用する。これら３つの力の合成力が 、半径方向内側の円筒形状の容器の中心に向けて作用する正味の力である。

上記において説明した方法は、媒体つまりスラリーの流れを層状としたときによ り効率的なものとなる。層状の流れは、全ての流れる媒体、粒子の角速度が一定 であり、粒子相互の間において意味のある運動関係がないということにより特徴 づけられる。乱れのある流れは、流れる平均的な大きさの粒子の流速（モジュー ル（ｍｏｄｕｌｉ）と方向）の配分により特徴づけられる。層流における粒子の 流速は、流れに平行であるＶｌと、流れに垂直であるＶ２の２つの成分をａする 。これら２つの成分は、渦層を形成する媒体を螺旋状に流す。渦層が円筒の上端 部まで到達すると、もはや、渦の流れは、容器の壁の中ではなく、スラリーの流 れは、螺旋状のまま外側に向く流れへと変化する。

本発明による装置は分離する粒子の種類により種々改変されるべきである。また 、この装置は、タールサンドからビチューメンを分離するときに特に効果的であ ることを見出だしている。そして、この発明によるシステムではビチューメンの 回収率は８０％以上にもなり、これと比較すると、例えば出願人の出願ＷＯ９１ ／　１５３０２　（ＰＣＴ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｗ０９１／１５３０２） に開示される分離装置の回収率は３０％程度であり相当に低い。この装置におい ては、分離された素材はエツジの頂部にとどまり、受器の工・ノジを越えて流れ 出す。この方法では、空気はスラリーの中で剪断され、ここで完全に、受器の中 で達成される浮選の段階に加えられている間、回収のために働く。また、はぼ空 気の２倍の容積で処理されるあらゆるユニット容積のスラリーは、スラリーに対 する空気の比率が相当に高いスラリーに導入されることができるということが見 出だされている。そして明細書中において折りに触れて言及しているように、も ちろんのことではあるのだが、取り扱われる粒子の種類によっては、空気に代え て他の気体を用いてもよい。さらにまた、処理を行うチャンバの直径は、分離さ れる素材の種類や、単位時間あたりに処理される量により様々な大きさになる。

テストでは、直径を、約５．　１　ｃｍ　（２１ｎｃｈｅｓ）、約１０．２ｃｍ 　（４１ｎｃｈｅｓ）　、約１５．２　ｃ　ｍ　（６１ｎｃｈｅｓ）、そしてよ り大きなものを用いており、直径が約５，１ｃｍ（２１ｎｃｈｅｓ）のチャンバ において、２．２リットル／秒というとても高いスラリー流量の割合になってい る。またこのシステムは、適当なトレーラ−や鉄道車両に搭載して移動可能にし てもよい。

以下のデータは、このシステムの効率を、例えば石炭やビチューメンなど様々な 種類の粒子の回収率で示したものである。

第１例 鉱山において、揮発性でビチューメンの石炭を１００メツシユでふるいにかけて えられる破片を得た。そして、ユニット容量力たり５（重量）％の固体を含むス ラリーを、２５００リツトル（１）のバッチで準備した。１２００ｐｐｍの灯油 と１５００ｐｐｍのＭＩＢＣ（メチル　イソブチルカルビノール）がスラリーに 加えられている。スラリーは図４に示されるチャンバ１２の内側の直径が２イン チ（ｉｎｃｈ）の直径の分離ユニットを通過するように流される。スラリーは、 １．２リットル／秒の割合で、一方、穴のある壁５６を通って流される空気は２ リットル／秒の割合である。１７選された濃縮物と選鉱くずを、それぞれ集めて 、分析する。

以下に示す表（テーブル）は、通常の運転状態の下で操作される標準的物理学的 な（ｍｅｃｈａｎｉｃｉｌ）泡沫浮選容器（ｃｅｌｌ）から回収することを比較 して平均的な性能を要約している。

第２例　−イリノイ州　第６石炭（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ　Ｎｏ、６　Ｃｏａｌ１例 ４と同じ手順であり、イリノイ州第６石炭を予めふるいにかける。以下に示す表 は、ユニット当たりの本発明の性能の要約である。

供給サンプル（５２） 生成物サンプル（６０） 倶給量＝ニニノトへ１．１０リツトルｌｓ　灯１ｔｌｆｋｅｒｏｓｅｎａ）　＝ 　２８７５ｐｐｍ空気量＝ユニットへ２リツトル１８　メチルイノブチルカルビ ノール（ＭＩＢＣＩ　＝　１１５０ｐｐｍ第３例　−タールサンド アタバスカタールサンド（Ａｔｈａｂａｓｃａ　ｔａｒ　５ａｎｓ）品等媒体で ある固形分２５％のスラリーを予め５５℃にする。そしてスラリーを、図４の直 径約５．　１　ｃｍ（２１ｎｃｈ）の分離容器に、１．７３リットル／秒の割合 で供給して通す。また空気を３．４リットル／秒で供給する。浮選される濃縮物 （６０）と選鉱くずのそれぞれの流れ（６２）の流れの割合を測定し、サンプル を集めて分析する。単位当たりの性能は以下の表に要約されている。

第４例　−黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ） 黒鉛、黄銅鉱（ｃｈａｌｃｏｐｉｒｉｔｅ）、硫鉄ニッケル鉱（ｐｅｎｆｌａｎ ｄｉｌｅ）、フィロタイト（ｐｈｙｒｏｆｉｌｅ）　と岩石質を含む固形分２７ ％のスラリーを、図４に示される内径が約１０．２ｃｍ（４”ｌＤ）のチャンバ １２に、３１ガロン／分（Ｇｐｍ）で供給する。また空気を４立方フ一ト／分（ ｃｆｍ）で供給する。以下に示す表はその平均的性能の要約である。

銅 （第４例の続き） 鉄 硫黄 炭素 本発明の望ましい実施例は、ここに詳細に記述されているか、本発明の思想、あ るいは添付される請求の範囲を逸脱することなく、本技術の当業者により種々改 変されることが理解されるであろう。

フロントページの続き （８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

Ｃ３，ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、　ＮＺ、　ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ、　ＵＳ（７２）発 明者　シュナイダ、ジャコブ　エイチ。

カナダ国、アルバータ州　ティー２ヴイ０ニス１．カルガリー、ニス、ダヴリ ュ、、セヴンティサード　ストリート

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．粒子の異なる物理的、磁気的および／または化学的特性に基づいてスラリー 中の粒子を分離する方法であり、前記スラリーは、このスラリー中で混和しない 固体および／または液体の粒子を有し、前記方法は、次の工程を有する： ｉ）円筒状の内壁を持つ円筒状チャンバの中に前記スラリーの流れを導き、この チャンバは鉛直方向に向けられ下端が閉じられると共に上端が開放され、前記ス ラリーの流れは、前記開口端に向けての前記チャンバ内壁に沿うスラリーの流れ の螺旋状流れに発展させるため、前記チャンバの前記閉じられた下端近傍に、傾 斜しかつ接線方向に導かれる。 ｉｉ）チャンバ上端から下方に及ぶ前記スラリー中に渦を発現させるために、前 記スラリーの流れを十分な流量および圧力に導く。 ｉｉｉ）少なくとも上方にチャンバを移動する部分の間、空気をスラリーの流れ の中に導くが、前記空気は、前記チャンバ内壁に配置され前記スラリーの流れ中 に移動する前記気泡を発現させるための手段を通って前記スラリーの流れに導か れる。 ｉｖ）前記チャンバは、少なくともより軽い疎水性粒子を前記気泡と結合して前 記渦の方に内側に移動させ、少なくともより重い粒子を前記螺旋状の流れの遠心 力の影響下において前記チャンバ内壁の方に外側に移動させる物理的、電気的お よび／または化学的特性によって、粒子の分離を可能にする前記チャンバ内での 在留時間を与えるのに十分な高さを有し、前記スラリーの流れは、前記チャンバ 上端で渦巻きに発展する。 ｖ）前記渦巻き流を前記開口端で外方に方向付けて前記明口端を取り巻く受器の 中へ導き、前記渦巻き流は、この渦巻き流の流れが前記気泡が前記受器の周縁の 方へ浮遊する機会を与える前記開口端に近接する液体の水平面を持つ前記受器の 中へ流れるように外方に渦を巻く。 ｖｉ）前記受器の上部領域から外方に浮遊する気泡を捕集することにより、前記 のより重い粒子からより軽い疎水性の粒子を伴う前記浮遊する気泡を分離し、一 方、前記のより重い位子は前記受器の下方に沈降し、前記受器の下部領域から前 記のより重い粒子を移動させて前記分離を達成する。
2. ２．前記チャンバ上端の滑らかにカーブした上部エッジを越える前記渦巻き流を 、この渦巻き流が鉛直方向の流れから外方向の流れに変化して外方へ渦巻くよう に導く工程をさらに有する請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記滑らかにカーブした上部エッジは、流れの方向が鉛直から外方向へ徐々 に変化せられる断面放物線形状である請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．前記チャンバ内における上方移動の主要部にわたって空気が導入される請求 の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．前記空気は、前記流れの中に微小な気泡を発現させるための細かいメッシュ を通過して導入される請求の範囲第４項に記載の方法。
6. ６．前記流れは、前記チャンバの上端から下方の前記流れが導入されるところま で前記渦を発現させるために、十分な量および圧力で導入される請求の範囲第１ 項に記載の方法。
7. ７．前記流れは、断面が方形の薄い流れとして導入される請求の範囲第６項に記 載の方法。
8. ８．前記流れは、矩形形状の導管を通って導入され、前記導管は、前記チャンバ 内壁に対し接線方向に、かつ傾斜させて配置される請求の範囲第７項に記載の方 法。
9. ９．前記導管に、流れをまっすぐにする仕切りが設けられる請求の範囲第８項に 記載の方法。
10. １０．前記流れは、前記導管内に層流を与えるための量および圧力で導入される 請求の範囲第９項に記載の方法。
11. １１．前記受器は前記下部領域に出口を有し、沈降したより重い位子は前記出口 から移動せられ、前記上部エッジに近い前記液体のレベルを維持すべく前記出口 を通る流れを制御して、鉛直方向から外方向へ流れる流れの滑らかな変移を確保 し、前記滑らかな変移は、前記渦に最も近く配置される泡が前記より重い粒子に 関して相対的な位置を保って受器内の前記液体面に浮遊するのを可能にする請求 の範囲第２項に記載の方法。
12. １２．前記浮遊する泡が、前記堰の回りに設けられた泡沫捕集器の中に溢れ出る 泡沫を表面に集める前記受器の回りに設けられた周辺の堰を越えて外方に渦巻く ことにより、泡沫が発展せられるのを可能とすることによって、前記浮遊する泡 が捕集される請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．前記流れは、前記流れを前記渦巻き流れの下側の部分で隣り合って接触さ せる角度に傾斜され、前記チャンバの内面の範囲をカバーする請求の範囲第１１ 項に記載の方法。
14. １４．ビチューメンおよびタールサンドを有するスラリーを分離する請求の範囲 第１項に記載の方法。
15. １５．鉱物の粒子を有するスラリーを分離する請求の範囲第１項に記載の方法。
16. １６．水中の液状ハイドロカーボンを有するスラリーを分離する請求の範囲第１ 項に記載の方法。
17. １７．磁場が、前記内壁の方に磁化された粒子を吸引するために前記チャンバに わたって設けられる請求の範囲第１項に記載の方法。
18. １８．粒子の異なる物理的、磁気的および／または化学的特性に基づいてスうり ー中の粒子を分離する装置であり、スラリーは、このスラリー中で混和しない固 体および／または液体の粒子を有し、前記装置は鉛直方向に配された場合に、次 のものを有する： ｉ）円筒状内壁と閉じられた下端を備えた内部の円筒状チャンバを規定する円筒 状チューブ、 ｉｉ）液体スラリーが気体導入手段を通過するにしたがって、少なくとも小部分 およびその回りの拡張部分に沿って内部チャンバの中に気体の泡を導く手段を有 する内壁、ににに）内壁に関して接線方向に、かつ傾斜してスラリーの流れを導 く手段であって、傾斜して螺旋状にスラリーの流れを導くためにチャンバの下部 領域に配置されるスラリーの流れ導入手段、 ｉｖ）開口上端から溢れ出るスラリーを受けるための、チャンバの開口上端を取 り巻く受器、 ｖ）スラリーが溢れて受器に入る場合に、流れにおけるスラリーの鉛直方向から 外側方向への滑らかな変移を促進させるための、滑らかにカーブしたエッジ部を 有する上端、ｖｉ）気体導入手段によって導かれる泡によりスラリーに発生する 泡沫を捕集する手段であって、受器を取り囲み、受器の外方に浮遊する泡沫のオ ーバフローを規定する受器の回りに設けられた堰を越えて溢れ出る泡沫を集める 泡沫捕集手段、 ｖｉｉ）液体の沈降粒子の移動を可能にするために下部に出口を有する受器、 ｖｉｉｉ）捕集手段からの泡沫の移動を可能にする出口を有する泡沫捕集手段、 ｉｘ）泡沫が堰を越えて溢れ出るのを可能にすべく、受器内に液の適当な高さを 維持するための液体の流れを制御する手段を有する受器の出口。
19. １９．前記流れ導入手段は、前記チャンバの内壁を接線方向に挿通して伸延する 断面矩形状導管を有し、当該導管は、前記チャンバの軸線に関して９０°の水平 面に関して傾斜されている請求の範囲第１８項に記載の装置。
20. ２０．前記傾斜度合いは、前記水平面に対して１０°から２５°である請求の範 囲第１９項に記載の装置。
21. ２１．気体の泡を導く手段は、前記内壁の回りに沿って設けられた細いメッシュ を有する請求の範囲第１９項に記載の装置。
22. ２２．前記細いメッシュは、前記内壁の大部分に沿って設けられている請求の範 囲第２１項に記載の装置。
23. ２３．前記円筒状チャンバは、前記細いメッシュを取り囲む高圧部により包囲さ れ、この高圧部中の気体を加圧する手段が前記内壁で気体の泡にするようにした 請求の範囲第２１項に記載の装置。
24. ２４．前記滑らかにカーブしたエッジ部は、断面が放物線状である請求の範囲第 １８項に記載の装置。
25. ２５．前記泡沫を捕集する手段は、オーバフローした泡沫を受け入れる環状溝で あり、この環状溝は泡沫の捕集を行なう泡沫の出口に向かって傾斜されている請 求の範囲第２４項に記載の装置。
26. ２６．前記受器は、出口に向かって傾斜され、内部の液面レベルを感知する手段 は、前記チャンバに沿うスラリーの流れ中、内部での望ましい液面を維持するよ うに、内部の液面高さに比例して種々の流れに制御する前記流れ制御手段に入力 するようにした請求の範囲第１８項に記載の装置。
27. ２７．前記チャンバに沿って磁場を形成する手段は、前記内壁の外部に設けられ 、前記内壁の方に磁化された粒子を引き付けるようにした請求の範囲第１８項に 記載の装置。