NO841946L - Fremgangsmaate og apparat for skumflotasjonsseparering av bestanddeler i en partikkelholdig oppslemning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår generelt en fremgangsmåte og et

apparat for fIotasjonsseparering av kullpartikler og lig-

nende materialer, og mer spesielt en forbedret fremgangsmåte og et forbedret annarat for anrikning av kull v\ed flotasjons-separering av et skum dannet med et sprøytemunnstykke som gir en spiralformet åpen strøm, slik at malte kullpartikler kan skilles fra forurensninger som er tilknyttet disse, som f.eks. aske og svovel.

Kull er et usedvanlig verdifullt naturlig forekommende råmateriale i USA på grunn av at det er tilgjengelig i forholdsvis rikelige mengder. Det er blitt anslått at USA har

mer energi bundet i form av kull enn i kombinerte naturlige forråd av petroleum, naturgass, skiferolje og tjæresand.

Den nylige energiknapphet sammen med tilgjengeligheten av omfattende kullreserver og de fortsatte usikkerheter hva gjelder tilgjengeligheten av råolje, har gjort det av den største viktighet at forbedrede metoder utvikles for å om-vandle kull til en mer nyttig energikilde.

En rekke kjente prosesser for skumfIotasjonsseparering av

en oppslemning av partikkelformig materiale er basert på konstruksjoner hvor luft innføres i den flytende oppslemning av partikkelformig materiale, f.eks. gjennom en porøs cellebunn eller en hul propellaksel, for derved å danne et overflateskum. Disse kjente metoder er forholdsvis ueffektive, spesielt når store mengder partikkelformig materiale behandles. Disse metoder er generelt ueffektive til å tilveiebringe et til-strekkelig kontaktareal mellom det partikkelformige materiale og skumningsluften. Som et resultat at dette har store energi-mengder vært nødvendige for å danne skummet. Dessuten vil skumfIotasjonsmetoder som tillater bobler å stige opp i oppslemningen, kunne oppfange og føre forurensninger, som aske,

over i den skummede oppslemning, og det erholdte anrikede partikkelformige produkt vil derfor ofte inneholde større mengder forurensninger enn nødvendig.

Metoder er blitt foreslått og utprøves for anrikning av kull, rensing av kull for å befri dette for forurensninger,

som aske eller svovel, før forbrenning av kullet eller efter at det er blitt forbrent. Ifølge en nylig utviklet metode for

anrikning og som her betegnes som kjemisk overflatebehandling, blir råkull pulverisert til en findelt partikkelstørrelse og derefter kjemisk behandlet. Ifølge denne metode blir det behandlede kull derefter skilt fra aske og svovel, og et anriket eller renset kullprodukt blir fjernet. Mer detaljert blir ved den ovennevnte kjemiske overflatebehandlingsprosess kullet først befridd for bergarter og lignende og derefter pulverisert til en partikkelstørrelse av 48-300 mesh. De store overflater av de malte kullpartikler blir derefter gjort hydrofobe og oleofile ved hjelp av en polymerisasjons-reaksjon. Svovel- og mineralskeforurensningene som er til-stede i kullet, holder seg hydrofile og skilles fra det behandlede kullprodukt i et vannvasketrinn. I dette trinn benyttes olje- og vannsepareringsmetoder, og kullpartiklene som er blitt gjort hydrofobe, kan ved utvinningen flyte på en vandig fase som inneholder hydrofile forurensninger.

I US patentskrifter 4347126 og 4347121 er lignende anordninger beskrevet for anrikning av kull ved flotasjons-separering av kullpartikler fra forurensninger som er forbundet med disse, som aske eller svovel. Ifølge disse anordninger er et primært hult sprøytestrålemunnstykke anordnet over en fIotasjonstank med et vannbad og sprøyter inn en oppslemning gjennom en luftningssone og inn i vannets overflate. Sprøyte-operasjonen fører til at det på vannoverflaten dannes et skum hvori en vesentlig mengde av partikkelformig materiale flyter, mens andre bestanddeler i oppslemningen synker ned i vannbadet. Ved hjelp av en skumningsanordning blir skummet skummet av fra vannoverflaten i form av et renset eller anriket produkt. Det benyttes også et resirkuleringstrinn hvor partikkelformig materiale som ikke flyter efter at det er blitt sprøytet ut gjennom det primære sprøytemunnstykke, blir resirkulert til et ytterligere hult resirkuleringsstrålesprøytemunnstykke slik at det fås en ny mulighet for å gjenvinne de resirkulerte partikler.

En type av sprøytemunnstykke som for tiden anvendes ved

en kullanrikningspr.osess av den i disse patentskrifter beskrevne type, er et fullstrålemunnstykke, som tilgjengelig i handelen fra Spraying Systems, Co., Wheaton, Illinois. Flere problemer har oppstått med denne spesielle munnstykkekonstruk-

sjon, innbefattende et gjentatt forekommende problem med tilstopping av munnstykket. Tanklokk, filtreringssystemer,

større munnstykker og usedvanlig stor påpasselighet og hyppig rensing har vært nødvendige for å motvirke dette problem.

Fullstrålemunnstykket erkarakterisert ved

at det omfatter en rekke små åpninger som fører til at det dannes et vesentlig mottrykk over hvert munnstykke under bruk av dette. Laboratorieforsøk har påvist at denne type munnstykkekonstruksjon fører til at det dannes et for høyt mottrykk i systemet, og dette førte til omfattende avvik i prøvningsresultatene med dette og til redusert kapasitet. Denne type av munnstykke i form av en hul kjegle med det

høye mottrykk over munnstykket, er også utsatt for sterk slitasje på grunn av dets konstruksjon.

Den munnstykketype som gir en spiralformet åpen strøm og som det tas sikte på å anvende i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse, er tilgjengelig i handelen fra en rekke produsenter og er utført i en rekke forskjellige typer av materialer, innbefattende polypropylen eller woframcarbider. Forsøksresultatene som her er beskrevet, ble oppnådd ved anvendelse av et spiralmunnstykke fra Bete Fog Nozzle, Inc., Greenfield, Massachusetts 01301. Selv om munnstykker av denne type er blitt anvendt kommersielt i en rekke forskjellige industriforetak, er de ikke blitt anvendt for skumfIotasjonsseparering eller på en måte som ligner på den måte som gjelder den foreliggende oppfinnelse.

Den foreliggende oppfinnelse angår et apparat for skumfIotasjonsseparering av bestanddelene i en oppslemning som inneholder partikkelformig materiale, og apparatet er særpreget ved at det omfatter en fIotasjonstank, minst ett spiralsprøyte-munnstykke som gir åpen strøm og er anordnet over flotasjonstanken for ved et forholdsvis lavt mottrykk over munnstykket å sprøyte en oppslemning inneholdende det partikkelformige materiale i form av findelte små dråper med et utvidende dusj-mønster slik at det partikkelformige materiale blir dispergert gjennom en luftningssone med øket tverrsnittsareal og inn i overflaten av en væske i tanken for å danne en skumfase på overflaten av denne hvori en mengde av det partikkelformige materiale flyter, og en anordning for å regulere den agitering som dannes av det nevnte i det minste ene spiralsprøytemunn-stykke slik at det fås en turbulenssone som strekker seg i en begrenset avstand under overflaten av en væske i tanken. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte ved skumfIotasjonsseparering av bestandelene i en oppslemning som inneholder partikkelformig materiale, og fremgangsmåten er særpreget ved at den omfatter de trinn at det under et forholdsvis lavt mottrykk sprøytes en oppslemning som inneholder partikkelformig materiale, gjennom i det minste et spiralsprøytemunnstykke som gir åpen strøm og er innrettet for å bevirke et utvidende dusjmønster av findelte små dråper, slik at det partikkelformige materiale dispergeres gjennom en luftningssone med øket tverrsnittsareal inn i en væskeoverflate for på overflaten å danne et skum hvori en mengde av det partikkelformige materiale flyter, den agitering som dannes at det nevnte i det minste ene sprøytemunnstykke reguleres slik at det fås en turbulenssone som strekker seg til en begrenset avstand under væskeoverflaten, og skummet fjernes fra væskeoverflaten.

Det tilveiebringes ifølge oppfinnelsen en fremgangsmåte hvor oppslemningen sprøytes gjennom en luftningssone hvori vesentlig større luftmengder absorberes av de sprøytede små dråper av oppslemningen som utgjøres av mer findelte små dråper enn de sem dannes ved anvendelse av kjente munnstykker. Større luftmengder blir derfor innført i skummet på en måte som er helt forskjellig fra og fordelaktig i forhold til kjente forsøk. Fordelene ved denne måte å danne skum på gjør at anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt egnede for skumfIotasjonsseparering av oppslemninger som inneholder en vesentlig andel av partikkelformig materiale. Det større frie gjennomstrømningsareale i et spiralsprøytemunn-stykke som gir åpen strømning, tillater i virkeligheten oppslemninger som inneholder partikler med større størrelse,- å kunne sprøytes gjennom munnstykket uten problemer forbundet med blokkering av dette. De tilsatte luftmengder fører til at en mer oppadflytende oppslemning av partikkelformig materiale blir sprøytet inn i vannoverflaten i en mindre dybde i en grunnere turbulenssone, hvilket fører til større turbulens i denne.

Det tilveiebringes ved den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte og et apparat for skumfIotasjonsseparering av bestanddelene i en oppslemning som inneholder partikkel-

formig materiale. Ifølge denne anrodning er minst ett spiral-sprøytemunnstykke som gir åpen strømning, anordnet over en fIotasjonstank som inneholder et væskebad, og ved hjelp av sprøytemunnstykker sprøytes, med et utvidende dusjmønster av findelte små dråper, en tilførselsoppslemning som inneholder partikkelformig materiale, gjennom en luftningssone inn i væskens overflate. Sprøyteoperasjonen fører til at det på væskeoverflaten dannes et skum hvori en mengde av det partikkelformige materiale flyter, slik at skummet som inneholder det partikkelformige materiale, kan fjernes fra vannoverflaten i form av et fraskilt produkt.

Spiralmunnstykket av den type som gir åpen strømning og

som her er beskrevet, byr på en rekke tydelige fordeler sammenlignet med kjente standard, hule stråletypemunnstykker. Spiralmunnstykket er ikke særpreget ved at det har en rekke

små åpninger, men er snarere slik konstruert at det gir en åpen strømning som fører til enøket kapasitet av utsprøytet oppslemning med et dusjmønster i form av en hul kjegle uten vesentlig trykkfall over munnstykket. Det lavere arbeidstrykk og elimineringen av en rekke små åpninger fører til en vesentlig redusert slitasjehastighet sammenlignet med kjente munnstykker. Denne fordel er betydelig når arten av det sprøytede materiale tas i betraktning, dvs. en oppslemning av partikkelformig materiale. Dessuten eliminerer den åpne strømningsutformning av spiralmunnstykket muligheten for blokkering av dette i langt sterkere grad enn ved kjente typer av munnstykker, og den gjør det også mulig å sprøyte større partikler gjennom munnstykket uten problemer med blokkering av dette.

I overensstemmelse med ytterligere detaljer angående den foreliggende oppfinnelse er sprøytemunnstykket fortrinnsvis av en hul kjegletype som avgrenser ca. 50 o dusjmønster. Dessuten blir oppslemningen fortrinnsvis tilført munnstykket innen et trykkområde av 0,14-1,76, mer foretrukket 0,70-1,41 kg/cm 2. Den foreliggende oppfinnelse er av spesiell nytte ved en kullanrikningsprosess for skumfIotasjonsseparering av en oppslemning av kullpartikler og tilknyttede forurensninger. Den foreliggende oppfinnelse utføres på en måte som er mer effektiv enn vanlig kjente anordninger, på grunn av den sær-pregede måte som skummet dannes på når oppslemningen sprøytes gjennom en luftningssone.

Fordelene ved den foreliggende oppfinnelse ved skumflota-sjonsseparering under utnyttelse av et forbedret spiralmunnstykke vil lettere bli forstått av fagmannen i forbindelse med den nedenstående detaljerte beskrivelse av en foretrukken ut-førelsesform vurdert sammen med de ledsagende tegninger hvor like elementer er gitt de samme henvisningstall på de forskjellige tegninger, hvorav

Fig. 1 er et oppriss av en skjematisk eksempelvis ut-førelsesform av en fIotasjonsanordning laget i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 er et oppriss av en utførelsesform av et sprøyte-munnstykke av spiraltypen som kan anvendes for utførelsen av den foreliggende oppfinnelse, Fig. 3 viser flere kurver for kullgjenvinning av "Illinois ROM" kull, avsatt som funksjon av munnstykketrykk, og den viser de betydelig forbedrede resultater som kan oppnås i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 4-7 er kurver som viser askeprosenten i forhold til kullutvinningsprosenten for "Indiana Refuse", Wyoming ROM, Alabama — fIotasjonstilførselsmateriale og West Virginia-kull av fIotasjonspåmatningstypen, idet alle forsøk ble ut-ført ved et munnstykketrykk av 1,125 kg/cm<2>(manometertrykk). De nedenstående tabeller 1 - 4 er datatabeller som innbefatter siktanalyse og forskjellige munnstykkeforsøk og understøtter kurven på Fig. 3 som gjelder "Illinois ROM"-kull, Tabellene 5 og 6 viser siktanalyse og datatabeller for munnstykkesammenligning, avsatt som kurven på Fig. 4 i forbindelse med "Indiana Refuse"-kull, Tabellene 7 og 8 viser siktanalyse og datatabeller for munnstykkesammenligninger, avsatt i form av kurven på Fig. 5

hva gjelder "Wyoming ROM"-kull,

Tabellene 9 og 10 viser siktanalyser og datatabeller for munnstykkesammenligninger, avsatt i form av kurven på Fig. 6 hva gjelder fIotasjonspåmatningskull fra Alabama, og

Tabell 13 viser en datatabell for munnstykkesammenligninger erholdt ved forsøk utført med fIotasjonspåmatningskull fra West Virginia og kull fra Illinois i grubeutvunnet tilstand.

Apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er til-passet for separering av en lang rekke forskjellige faststoff-fluidumstrømmer ved at det dannes en faststoffholdig skumfase, og de er egnede for separering av en lang rekke typer av partikkelformig materiale. Den foreliggende oppfinnelse er imidlertid her beskrevet i forbindelse med en kullanrikningsprosess. Under mer detaljert henvisning til tegningene viser således Fig. 1 en første utførelsesform 10 av den foreliggende oppfinnelse med en fIotasjonstank 12 som er fylt med vann opp til et nivå 14. Under bruk blir en oppslemning av finmalte kullpartikler, tilknyttede forurensninger og, om ønsket, ytterligere tilsetningsmidler, som monomere kjemiske initiatorer, kjemiske katalysatorer eller hydrocarbonfluida, sprøytet gjennom minst ett spiralmunnstykke 16 som gir åpen strømning og er anordnet i en viss avstand over vannivået i tanken 12. Ifølge alternative utførelsesformer kan to eller flere munnstykker anvendes for å sprøyte oppslemning og/eller hvilke som helst andreønskede bestanddeler inn i tanken.

Strømmen av behandlet kull blir under trykk pumpet gjennom en manifold til sprøytemunnstykket 16 hvori de dannede skjærkrefter forårsaker at den flokkulerte kulloppslemning blir sprøytet i form av findelte dråper slik at de med stor kraft i form av stråler blir presset inn i massen av et kon-tinuerlig vannbad i tanken 12 under dannelse av skum 17.

Store skjærkrefter oppstår i munnstykket 16, og de dispergerte partikler kommer med stor kraft inn i overflaten av vannet og bryter opp kull-olje-vann-flokkulatene, slik at aske fra mellom-rommene mellom kullflokkulatene blir fuktet med vann og fri-gjort og kullflokkulatene brutt ned slik at eksponerte overflater av aske innført i vannet blir skilt fra de floterte kullpartikler og synker ned i vannbadet. De findelte kull-partiklers overflater vil nu inneholde luft som er blitt absorbert på de atomiserte partikler og hvorav en stor del blir oppfanget ved sprøyting av oppslemningen gjennom en luftningssone 19, slik at luft blir sorbert i den sprøytede oppslemning. De kombinerte virkninger på det behandlede kull forårsaker at det flokkulerte kull får redusert tilsynelatende densitet og flyter som et skum 17 på vannbadets overflate.

Den hydrofile aske holder seg på plass i vannhovedfasen og

er tilbøyelig til å bunnavsettes i tanken 12 under innvirkning av tyngden. Tanken 12 ifølge Fig. 1 kan være en vanlig skum-fIotasjonstank som er tilgjengelig i handelen fra KOM-LINE-Sanderson Engineering Co., Peapack, New York,ng modifisert som angitt nedenfor. Flotasjonstanken kan også innbefatte et noe standard utstyr som ikke er vist på tegningene, som en væskenivåføl er- og -styresystem og et temperaturfølings- og

-styresystem.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på et skum-dannelsesprinsipp hvor oppslemningen blir sprøytet gjennom en luftningssone slik at vesentlig større luftmengder blir sorbert av de sprøytede findelte oppslemningsdråper. Luft blir således innført i oppslemningen på en særpreget måte slik at skummet dannes. Fordelene ved denne måte å danne skum på gjør at den foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for skumfIotasjonsseparering av oppslemninger som inneholder en vesentlig andel av partikkelformig materiale .

Partiklene i det flytende skum dannet ved hjelp av munnstykket 16, kan fjernes fra vannets overflate, f.eks. ved hjelp av et avskumningsarrangement 28 hvor et endeløst transport-belte 30 fører med seg en rekke avskumningsplater 32 som er anordnet i avstand fra hverandre og henger ned fra beltet. Avskumningsplatene er dreibart festet til transportbeltet slik at de kan tippes i to retninger i forhold til beltet, og beltets nedre løp er anordnet over og parallelt med vannoverflaten i tanken. Platene 32 skummer det erholdte skum av fra vannoverflaten i en første retning 34 henimot en overflate 36 som fortrinnsvis skråner oppad og strekker seg fra vannoverflaten til en oppsamlingstank 38 anorndet på én side av fIotasjonstanken, slik at avskumningsplatene 32 skummer skummet av fra vannover flaten, opp langs overflaten 36 og inn i oppsamlingstanken 38 .

Ifølge den viste utførelsesform arbeider avfallsinn-retningen ved bunnen av tanken i en retning 40 som forløper fra en innkommende strøm 42 til en avløpsstrøm 26, mens av-skumningsanjordningen på toppen av tanken arbeider i en retning 34 som er motsatt retningene for anordningen for å ta hånd om avfall. Selv om den viste utførelsesform viser en motstrøms-anordning, tas det ifølge oppfinnelsen sikte på å anvende alternative utførelsesformer, f.eks. med tverr- og medstrøms-strømning.

Selv om det her ikke er detaljert beskrevet, vil en resirkuleringsanordning lignende dem som er beskrevet i US patentskrifter 4347126 og 4347217 også kunne anvendes i til-knytning til den foreliggende oppfinnelse, hvor en resirkuler-ingsmetode anvendes for ytterligere å forbedre utbyttet i forhold til kjente anordninger. Ved resirkuleringsmetoden blir kullpartikler som ikke flyter efter at de er blitt sprøytet gjennom sprøytemunnstykket 16 som i denne sammenheng kan betegnes som et primært sprøytemunnstykke for denne utførelses-form, resirkulert til et ytterligere resirkuleringssprøyte-munnstykke for at kullpartiklene skal kunne gjennomløpe en annen utvinningssyklus.

Fig. 2 viser et oppriss av en utførelsesform av et sprøytemunnstykke 16 av spiraltypen som gir åpen strømning og som anvendes ifølge oppfinnelsen. Spiralmunnstykket omfatter en øvre gjenget seksjon 46 og en nedre spiralformet omhyllet seksjon 48. Den øvre seksjon er gjengbart forbundet med en egnet tilførselsledning hvorfra oppslemningen med partikkelformig materiale pumpes gjennom en øvre sylindrisk boring 50 til den omsluttede nedre spiralseksjon 48 hvori diameteren for spiralviklingene avtar tiltagende henimot bunnen. Dette er vist ved hjelp av den større øvre diameter Dl i det øvre parti og den reduserte diameter D2 i det nedre parti.

Under bruk av spiralsprøytemunntykket blir oppslemningen med partikkelformig materiale pumpet gjennom den øvre sylindriske boring 50 inn i den omsluttede nedre spiralseksjon 48 hvori, efterhvert som den innvendige diameter D avtar, omhyllingens skarpe innvendige og øvre kant 4 2 skjærer den sylindriske oppslemningsstrøms ytre diameterparti og leder denne langs den øvre omhyllingsoverflate 54 radialt utad og nedad. Denne skjæring av den sentrale oppslemningsstrøm foretas progressivt gjennom munnstykket efterhvert som den innvendige diameter D avtar progressivt henimot dets bunn.

Den sentrale oppslemningsstrøm gjennom munnstykket er

åpen, slik at muligheten for tilstopping i dette blir sterkt redusert, og den sentrale strøm har en nedad avsmalnende,

omvendt kjegleform hvis nederste punkt ender nær munnstykkets bunn. Det erholdte dusjmønster er et hult, kjegleformig mønster som ifølge den her beskrevne utførelsesform danner et 50° hult, kjegleformig mønster. Selvfølgelig vil så vel smalere som videre dusjmønstere kunne utnyttes for alternative utførelsesformer i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Dessuten vil spiralmunnstykket med åpen strømning redusere mottrykket over munnstykket i forhold til kjente munnstykker med en rekke små åpninger, og dette fører til høyere oppslemnings-strømningshastigheter gjennom munnstykket og til sterkere luftning av oppslemningen ved det samme arbeidstrykk. Alternativt vil spiralmunnstykket med åpen strømning kunne anvendes ved lavere trykk samtidig med oppnåelse av de samme oppslemnings-strømningshastigheter gjennom dette, i forhold til teknikkens stand.

Hvert munnstykke kan tippes med en vinkel i forhold til

en vertikal (dvs. munnstykkets stilling i forhold til væske-overf latenivået) , slik at det virker slik at det retter strømmen av skum henimot avskumningsanordningen 28. Innfalls-vinkelen synes imidlertid ikke å være av kritisk betydning, og den vertikale anordning som er vist på Fig. 1 kan være å foretrekke for at det skal kunne oppstå en tilstand som best bidrar til agitering og skumdannelse på vannoverflaten. Det synes å være av betydning at agiteringen som dannes av munn-stykkedusjene,avgrenser en turbulenssone som strekker seg i begrenset avstand under vannoverflatenivået. Blant andre midler kan turbulenssonens dybde reguleres ved å variere tilførsels-trykket for oppslemningen i tilførselsmanifoldene og også munn-stykkenes avstand over vannoverflaten. Ifølge en utførelses-

form gir en turbulenssone som strekker seg fra 2,54 til 5,1 cm under vannoverflaten, en meget god agitering og skumdannelse selv om avstanden er avhengig av en rekke variable, som f.eks. tankens størrelse eller mediumet i tanken etc, og derfor kan variere betraktelig ved andre utførelsesformer.

Anvendelsen av det forbedrede hule spiralmunnstykke

i henhold til den foreliggende oppfinnelse fører til en mer effektiv anrikningsprosess, hvilket er blitt bevist ved de forsøksresultater som er avsatt på Fig. 3-7 og understøttet av dataene i de nedenstående tabeller 1-13.

I de nedenstående tabeller er den anrikning som oppnås med

et kjent hulstrålemunnstykke, som beskrevet i US patentskrift 4347126 og er tilgjengelig i handelen fra Spraying Systems Co., Wheaton, Illinois, modell SS 305HC, sammenlignet med to typer av spiralmunnstykker som er tilgjengelige fra Bete Fog Nozzle, Inc., Greenfield, Massachusetts. To typer av spiralmunnstykkekonstruksjon, dvs. en 60° fulikjeglespiral, modell TF-12 NN, og en 50° hulkjeglespiral, modell TF-12N,

og en hul fullstrålekjeglemunnstykkemodell SS 3050 HS, ble prøvet og vurdert hva gjelder den gjenvundne kullmengde ved å variere munnstykketrykkene innen et vidt område.

De resultater som er vist på Fig. 3, viser at kon-struksjonen med hulkjeglespiral ga den høyeste utvinning ved hvert undersøkt'trykk. Disse munnstykker ble også prøvet og vurdert i forbindelse med fire forskjellige kulltyper, og det fremgår av kvalitets/utvinningskurvene på Fig. 4-7 at spiralmunnstykket ga høyere kullutvinninger enn fullstrålemunnstykket i alle fire tilfeller.

De høyere kullutvinninger som er blitt muliggjort med spiralmunnstykket, ble oppnådd sammen med lavere oljenivåer ved hvert sammenligningsforsøk utført med hver av de forskjellige kullkvaliteter.

Renseeffektiviteten med spiralmunnstykket ble påvist

å være bedre enn med fullstrålemunnstykket for såvel kull fra West Virginia som fra Illinois ved to forsøk som var beregnet å skulle vise askefjernelseseffekten i forhold til fIotasjonstidens lengde. For begge kullkvaliteter ga

spiralmunnstykket like eller lavere askefjernelseseffekter ved høyere utvinninger i løpet av en kortere fIotasjonstid (Tabell 13).

Grunnene til at dette nye munnstykke er overlegent,

beror på dets enkle konstruksjon. Spiralformen gir en finere atomisering enn fullstrålen, og diameteren for den frie kanal er 42% større. Derved fås en høyere kapasitet som forårsaker sterkere luftning som fører til flotasjon av mer kull. Sprøytevinkelen for spiralmunnstykket er videre,

og dette gjør det mulig å fange opp mer luft. Denne økede luftning tillater skarpt reduserte reagenskonsentrasjoner og fIotasjonstider. Spiralmunnstykket har ingen innvendige deler som begrenser strømningen eller forårsaker tilstopping, og på grunn av dets enkelhet kan det støpes istedenfor å

måtte maskinbehandles, hvorved fremstillingsomkostningene for munnstykket reduseres. Disse munnstykker er tilgjengelige fra flere produsenter i over 40 forskjellige materialer varierende fra propylen til wolframcarbid.

To spiralmunnstykkekonstruksjoner er tilgjengelige,

dvs. et munnstykke som gir en hul kjegledusj med en dusjvinkel på 50° eller 120°-, og et munnstykke som gir et full-kjegledusjmønster med en dusjvinkel på 60°, 90° eller 120°. Begge typer av spiralkonstruksjoner med den snevreste dusjvinkel var de munnstykker som ble prøvet i forhold til fullstrålemunnstykket. Selv om flere selskaper fremstiller spiralmunnstykker, var de spesielle spiralmunnstykker som ble prøvet, laget av Bete Fog Nozzle, Inc. Greenfield, MA. Anrikningsprosessen ved forsøkene ble utført i overensstemmelse med den generelle lære som er fremsatt i US patentskrift 4304573. Forsøkene ble utført så identisk med hverandre som mulig under anvendelse av den samme anrikningsmetode og det samme utstyr med en Ramoy-pumpe og kuleventiler, bortsett fra munnstykkene, og med de samme typer av kull og reagenser, som tallolje, 75% nr. 6 brenselolje/25% nr. 2 brenselolje, kobbernitratoppløsning, f^C^ og 2-ethylhexanol (skumnings-middel). Ved alternative anrikningsprosesser vil andre kjemiske reagenser kunne anvendes, f.eks. butoxyethoxy-propanol (BEP) eller methylisobutylcarbinol (MIBC) som skum-

ningsmiddel.

I tabellene 1, 5, 7, 9 og 11 antyder tallene generelt mengden (prosenten) av materiale som holder seg over et siktfilter med den angitte maskestørrelse, mens den siste negative (-) innføring antyder materialet som passerte en 44yum sikt (325 mesh)• I tabellene 2 og 3 er munnstykke-trykket angitt i parentes over kg/tonn oljetallene angitt i venstre kolonne. I tabellene 2, 3 , 4, 6 , 8, 10 og 12 gjelder kg/tonn oljekonsentrasjonskolonnene kg/tonn for en blanding av 75% nr. 6 brenselolje og 25% nr. 2 brenselolje.

I tabellene 6, 8, 10 og 12 gjelder kolonnene kg/tonn skum-ningsmiddel kg/tonn av skumningsmidlet 2-ethylhexanol.

Kullet som ble anvendt for den opprinnelige bedømmelse var Illinois nr. 6 kullsømkull (S-4200) i grubeutvunnet tilstand, angitt på Fig. 3 og i tabellene 1-4. En siktanalyse av det malte tilførselsmateriale er gjengitt i tabell 1. Fullstrålemunnstykket (HC-3050) og hulkjeglespiralmunnstykket (TF-12N) ble først undersøkt ved trykk av 0,14, 0,35, 0,70, I, 13 og 1,55 kg/cm 2 (manometertrykk). Alle andre variable

ble holdt konstant. Tre forsøk ble utført med hvert munnstykke ved hvert trykk. Den rekkefølge som forsøkene ble utført med,var vilkårlig. Enkeltforsøk ble derefter utført med fulikjeglespiralmunnstykket (TF-12NN) for Illinois-

kull ved de forskjellige angitte trykknivåer.

Andre kulltyper ble også vurdert ved sammenligning av hulkjeglespiralmunnstykket og standard fullstrålemunnstykket. Disse andre typer av forsøkskull innbefattet avfall fra et kull av mellomkvalitet fra Indiana (S-4245), angitt i forbindelse med Fig. 4 og tabellene 5 og 6, et kull av lav kvalitetet i grubeutvunnet tilstand fra Wyoming (S-3950),

i forbindelse med Fig. 5 og tabellene 7 og 8, og to flotasjons-tilførselsprøver av kull av høy kvalitet, hvorav det ene var fra Alabama (AFT-14), i forbindelse med Fig. 6 og tabellene 9 og 10, og det annet fra West Virginia (S-4261), i forbindelse med Fig. 7 og tabellene 11 og 12. Siktanalyser av disse malte kullkvaliteter er gjengitt i tabellene 1, 5, 7, 9 og II. Kvalitet/utvinningskurver ble trukket opp for hvert av disse kull ved å variere brenseloljekonsentrasjonene for hver prøvning. Alle andre variable ble holdt konstant.

Hulkjeglespiralmunnstykket (TF-12N) viste seg å være

det for tiden ved anrikningsmetoder anvendte fullstrålemunnstykke (HC-3050) langt overlegent. Det er grafisk vist på Fig. 3 og ved dataene gjengitt i tabellene 2, 3 og 4 at hulkjeglespiralmunnstykket ga høyere kullutvinninger enn de to andre munnstykker, og mest tydelig i forhold til standard fullstrålemunnstykket ved hvert trykk som ble prøvet. Dessuten ga for hver undersøkt kullkvalitet spiralmunnstykket høyere kullutvinninger ved anvendelse av halv-parten av oljekonsentrasjonene, sammenlignet med fullstrålemunnstykket. Spiralmunnstykket ga også bedre kvalitets/ utvinningskurver for de mange kulltyper, hvilket er vist på Fig. 4, 5 , 6 og 7 hvor kurver er blitt avsatt på basis av data fra tabellene 6, 8, 10 og 12.

Luftningsmengden som ble oppnådd ved anvendelse av spiralmunnstykket, ga to til tre ganger mer skum sammenlignet med fullstrålemunnstykket. Dette høyere luftningsnivå for-årsakes av den større kapasitet, den høyere uttømningshastig-het og den videre dusjvinkel. Skumningsmiddelkonsentra-sjonene ble ved anvendelse av begge munnstykker funnet å

være sammenlignbare. En annen fordel ved denneøkede luftning var at fIotasjonstidene kunne reduseres med en tredjedel.

Claims (12)

1. Apparat for skumf Iotas jonsseparering av bestanddelene i en oppslemning som inneholder partikkelformig materiale, karakterisert ved at det omfatter a. en fIotasjonstank, b. minst ett spiralsprøytemunnstykke med åpen strømning anordnet over fIotasjonstanken for ved et forholdsvis lavt mottrykk over munnstykket å sprøyte en tilførsels-oppslemning som inneholder det partikkelformige materiale, i form av findelte små dråper med et utvidende dusj-mønster, slik at det partikkelformede materiale dispergeres gjennom en luftningssone med økende tverrsnittsareal, inn i overflaten til en væske i tanken for på dens overflate å danne en skumfase hvori en mengde av det par-tikkelf ormige materiale flyter, og c. en anordning for å regulere agiteringen som dannes av det nevnte i det minste ene spiralsprøytemunnstykke, slik at det fås en turbulenssone som strekker seg til en begrenset avstand under overflaten av væske i tanken.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det i det minste ene spiralsprøytemunnstykke er anordnet i en gitt avstand over overflaten til en væske i tanken.

3.. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det nevnte i det minste ene spiralsprøytemunnstykke sprøyter en hulkjeglemønster-dusj inn i væskeoverflaten i tanken.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at spiralsprøytemunnstykket innbefatter et i det vesentlige 50° spiralsprøytemunnstykke med åpen strømning.

5. Apparat ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det innbefatter en anordning for å mate det nevnte i det minste ene sprøyte-munnstykke med oppslemning under et trykk av 0,14-1,76 kg/cm <2> (manometertrykk).

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at det innbefatter en anordning for å mate det nevnte i det minste ene sprøyte-munnstykke med oppslemning under et trykk av 0,7 0-1,41 kg/cm 2(manometertrykk).

7. Apparat ifølge krav 1-6, karakterisert ved at det innbefatter en anordn ing for å jnate det i det minste ene spiralsprøytemunn-stykke med en oppslemning av kullpartikler, tilknyttede forurensninger og overflatebehandlingskjemikalier for kullpartiklene, og en anordning for å skumme av skum som er blitt ansamlet på overflaten av en væske i tanken, under be-nyttelse av apparatet for anrikning av kull.

8. Fremgangsmåte ved skumfIotasjonsseparering av bestanddelene i en oppslemning som inneholder partikkelformig materiale, karakterisert ved at a. en tilførselsoppslemning som inneholder partikkelformig materiale, sprø ytes ved et forholdsvis lavt mottrykk gjennom minst ett spiralsprøytemunnstykke med åpen strømning som er innrettet for å gi et utvidende dusj-mønster av fine små dråper, slik at det partikkelformige materiale blir dispergert i en luftningssone medø kende tverrsnittsareal og inn i en væskeoverflate for på overflaten å danne et skum hvori en mengde av det partikkelformige materiale flyter, b. agiteringen dannet av det nevnte i det minste ene sprøyte-munnstykke reguleres slik at det fås en turbulenssone som strekker seg i en begrenset avstand under væskeoverflaten, og c. skummet fjernes fra væskeoverflaten.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at sprøytetrinnet innbefatter det trinn at sprøytingen foretas gjennom minst ett i det vesentlige 50° spiralsprøytemunnstykke med åpen strømning slik at det fås et 50° hulkjernedusjmønster.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at oppslemningen til-føres til sprøytemunnstykket ved et trykk av 0,14-1,76 kg/cm 2.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at oppslemningen tilføres til sprøytemunnstykket under et trykk av 0,70-1,41 kg/cm 2.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 8-11, karakterisert ved at det til sprøytemunn-stykket tilføres en oppslemning av kullpartikler, tilknyttede forurensninger og overflatebehandlingskjemikalier for kullpartiklene, idet prosessen anvendes for anrikning av kull.