PL170115B1 - Sposób i urzadzenie do tworzenia czasteczek gazowych PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób tw orzenia czasteczek gazowych w o srodku cieklym, znamienny tym, ze kieruje sie s tru - m ien gazu w postaci ciaglej w arstw y w zdluz pow ierzchni zakonczonej kraw edzia wylotowa, zan u rzo n a w osrodku cieklym, przy czym jednoczesnie przepuszcza sie pier- wszy stru m ien cieczy nad w arstw a gazow a i n adaje m u sie kierunek w spólbiezny do stru m ien ia gazu i zbiezny ku kraw edzi wylotowej oraz przepuszcza sie drugi s tru - m ien cieczy po przeciwnej stronie pow ierzchni i nadaje m u sie kierunek zbiezny z pierwszym strum ieniem cie- czy ku kraw edzi wylotowej oraz w arstw e gazowa rozbija sie n a czasteczki gazowe przy kraw edzi wylotowej. 5. U rzadzenie do tw orzenia czasteczek gazowych znamienne tym, ze zaw iera kom ore (32, 50, 78), w której je s t um ieszczony k o rp u s (26, 54, 74) z p o - w ierzchnia (30, 58, 84), zakonczony n a jednym k o n - cu kraw edzia wylotowa (28, 57, 86) z an u rzo n a w osrodku cieklym i w komorze (32, 50, 78) je s t um iesz- czony wlot (34, 56, 96) dla gazu, tw orzacego ciagla cienka warstwe gazowa na powierzchni (30, 58, 84), plynaca w kierunku krawedzi wylotowej (28, 57, 86) oraz wlot (36, 52, 80) dla cieczy, tworzacej n a pow ierzchni (30, 58, 84) pierwszy strum ien cieczy, przylegly i w spól- biezny do w arstw y gazu i skierow any ku kraw edzi wy- lotowej (28, 57, 86) oraz który zbiega sie przy kraw edzi wylotowej (28, 57, 86) z drugim strum ieniem cieczy, tak, ze w arstw a gazu je s t przy kraw edzi wylotowej (28, 57, 86) rozbijana na czasteczki przez sily scinajace Fig. 5 ( 5 4 ) Sposób i urzadzenie do tworzenia czasteczek gazowych ( 1 2 ) OPIS PATENTOWY ( 1 9 ) PL ( 1 1 ) 170115 (1 3 ) B1 (21) Numer zgloszenia: 299216 ( 2 2) Data zgloszenia: 25.11.1991 (86) Data i numer zgloszenia miedzynarodowego: 25.11.1991, PCT/AU91/00548 (87) Data i numer publikacji zgloszenia miedzynarodowego: 11.06.1992, W092/09360, PCT Gazette nr 13/92 (51) IntCl6: B01F3/04 B03D 1/26 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych, szczególnie, choć nie wyłącznie; gazowania cieczy lub zawiesiny w przyrządzie flotacyjnym.

Flotacja piany jest procesem stosowanym do zagęszczania wartości niskostopionych rud.

Po lub w czasie dokładnego mielenia rudy, miesza się ją z wodą, aby utworzyć zawiesinę. Dodaje

170 115 się do zawiesiny chemikalia, aby przede wszystkim doprowadzić do różnic w wartościach powierzchniowych pomiędzy obecnymi w niej różnymi gatunkami minerałów. Wtedy gazuje się obficie zawiesinę i hydrofobowe gatunki minerałów doczepiają się do pęcherzyków i unoszą się na powierzchni jako zmineralizowana piana, którą usuwa się dla dalszego przetworzenia.

Udowodniony jest fakt, że kluczowym czynnikiem w wykonaniu techniki flotacyjnej jest rozmiar, objętość i rozmieszczenie cząsteczek gazowych lub pęcherzyków powietrza, które można rozproszyć w zawiesinie.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do tworzenia cząsteczek gazowych, gdzie można łatwo kontrolować wymaganą wielkość cząsteczek gazowych i gdzie można uzyskać stosunkowo jednakowe rozmieszczenie cząsteczek gazowych bez względu na prędkość przepływu gazu wymaganą w tymże procesie.

Sposób tworzenia cząsteczek gazowych w ośrodku ciekłym według wynalazku charakteryzuje się tym, że kieruje się strumień gazu w postaci ciągłej cienkiej warstwy wzdłuż powierzchni zakończonej krawędzią wylotową, zanurzoną w ośrodku ciekłym, przy czym jednocześnie przepuszcza się pierwszy strumień cieczy nad warstwą gazową i nadaje mu się kierunek współbieżny do strumienia gazu i zbieżny ku krawędzi wylotowej oraz przepuszcza się drugi strumień cieczy po przeciwnej stronie powierzchni i nadaje mu się kierunek zbieżny z pierwszym strumieniem cieczy ku krawędzi wylotowej oraz warstwę gazową rozbija się na cząsteczki gazowe przy krawędzi wylotowej.

Korzystnie przepuszcza się strumienie cieczy o różnych prędkościach.

Korzystnie zwiększa się w kierunku krawędzi wylotowej prędkość pierwszego i drugiego strumienia cieczy wraz z warstwą gazową.

Korzystnie przepuszcza się pierwszy strumień cieczy o prędkości w granicach od 1,5 do 12 m/s oraz strumień gazu o prędkości do 340 m/s.

Urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera komorę, w której jest umieszczony korpus z powierzchnią, zakończony na jednym końcu krawędzią wylotową zanurzoną w ośrodku ciekłym i w komorze jest umieszczony wlot dla gazu, tworzącego ciągłą cienką warstwę gazową na powierzchni, płynącą w kierunku krawędzi wylotowej oraz wlot dla cieczy, tworzącej na powierzchni pierwszy strumień cieczy, przyległy i współbieżny do warstwy gazu i skierowany ku krawędzi wylotowej oraz który zbiega się przy krawędzi wylotowej z drugim strumieniem cieczy, tak, że warstwa gazu jest przy krawędzi wylotowej rozbijana na cząsteczki przez siły ścinające.

Korzystnie korpus ma kształt obrotowy oraz zawiera powierzchnię rozszerzającą się w kierunku krawędzi wylotowej mającej kształt pierścieniowego dziobka, a komora ma wylot w kształcie kolistego otworu o średnicy wylotowej nieco większej niż średnica krawędzi wylotowej przy czym pomiędzy krawędzią wylotową i wylotem w komorze jest utworzona pierścieniowa szczelina.

Korzystnie korpus zawiera wyloty rozprowadzające gaz, które są pokryte samouszczelniającym sprężystym materiałem.

Korzystnie urządzenie zawiera element regulujący przesuw korpus, zmieniający szerokość pierścieniowej szczeliny i wielkość wytwarzanych cząsteczek gazu.

Korzystnie korpus jest zbudowany z wielu elementów o kształcie wydrążonych stożków ściętych, zamocowanych koncentrycznie wewnątrz komory, a każdy wydrążony element posiada zewnętrzną powierzchnię zakończoną na jednym końcu obwodową krawędzią wylotową, która wspólnie z obwodową krawędzią wlotową cylindrycznej ściany komory tworzy pierścieniową szczelinę.

Sposób i przyrząd do tworzenia cząsteczek gazowych, zgodnie z wynalazkiem, można stosować tam, gdzie wymagane jest wydajne gazowanie cieczy, jak np. gazowanie lub nadtlenianie przy oczyszczaniu cieczy odpadów biologicznych przy zastosowaniu mikro-organizmów tlenowcowych, wstępnym gazowaniu cieczy czy uzdatnianiu węgla.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczne urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych, fig. 2A - urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 2B - urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych z fig. 2A w rzucie poziomym, fig. 3 - urządzenie do tworzenia cząsteczek

170 115 gazowych w drugim przykładzie wykonania, fig. 4 - urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych w trzecim przykładzie wykonania, fig. 5 - urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych w czwartym przykładzie wykonania, fig. 6 - urządzenie flotacyjne zawierające urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych.

Sposób tworzenia cząsteczek gazowych w ośrodku ciekłym zgodny z niniejszym wynalazkiem, jest opisany w oparciu o fig. 1. W sposobie tym stosuje się zasadę wstępnego warstwowania gazu, jak przedstawiono na fig. 1, na powierzchni 10, która może być płaska, okrągła lub stożkowa, w zależności od potrzeb. Konstrukcja przedstawiona w przekroju na fig. 1 jest częściowo lub całkowicie zanurzona w ośrodku ciekłym. Dopływ gazu poprzez przewód 12 dochodzi do powierzchni 10 poprzez wylot do przelotu gazu 14, a dzięki pierwszemu przepływowi cieczy 16 przez powierzchnię 10, tworzy on cienką warstwę gazową 18 na powierzchni 10. Powierzchnia 10 posiada krawędź wylotową 20 w kształcie dziobka, w kierunku której następuje pierwszy przepływ cieczy 16, przyległy do warstwy gazowej 18. Gdy warstwa gazowa 18 wychodzi z krawędzi wylotowej 20 powierzchni 10, rozbijana jest na cząsteczki gazowe siłą ścinania, wytworzoną przez przeniesienie pędu między cieczą 16 a warstwą gazową 18.

Jeśli trzeba, wytwarza się drugi przepływ cieczy 22, który zbiega się z pierwszym przepływem cieczy 16 przy krawędzi wylotowej 20 powierzchni 10.

Zbieganie się równoczesnych przepływów cieczy 16 i 22 uwydatnia siły ścinania wytwarzane pomiędzy warstwą gazową 18 a ośrodkami ciekłymi, gdy warstwa gazowa wychodzi z krawędzi wylotowej 20, a następnie miesza się z dwoma strumieniami cieczy 16 i 22. Zwykle dwa strumienie cieczy 16 i 22, mają odmienne prędkości i są przyspieszane w kierunku krawędzi wylotowej 20 wraz z warstwą gazową 18. Do regulacji przepływu cieczy 16 i 22 w kierunku z krawędzi wylotowej 20 służą przewody 24. Jeśli przyspieszony przepływ poddawany jest również ciągłej zmianie w kierunku zdała od powierzchni 10 wstępnego warstwowania gazu, przepływ cieczy może rozbić warstwę gazową na cząsteczki zanim dotrze do krawędzi wylotowej 20.

Nie jest konieczne, aby były dwa przepływy cieczy, gdyż jeden przepływ cieczy 16 działa z powodzeniem. W tym alternatywnym układzie, masa cieczy pod powierzchnią 10 początkowo byłaby zasadniczo niezmienna, ale gdy warstwa gazowa 18 i ciecz 16 wychodzą z powierzchni 10 przy krawędzi wylotowej 20, ciecz 22 poniżej powierzchni 10 wędrowałaby wraz ze strumieniem cieczy i cząsteczkami gazu, wychodzącymi z krawędzi wylotowej 20. Zwykle warstwa gazowa 18 ma większą prędkość niż przepływy cieczy 16 i 22.

Rozmiar cząsteczek gazowych czy pęcherzyków tworzących się przed lub przy krawędzi wylotowej 20, jest w znacznym stopniu uzależniony od względnych prędkości i jakości przepływów cieczy 16 i 22 oraz warstwy gazowej 18. Zwykle, przeciętny rozmiar pęcherzyka, to jest 0,5 mm, można uzyskać przy prędkościach przepływu cieczy około 6 metrów na sekundę przy spadku ciśnienia w zakresie 20-60 kPa, przy danej konfiguracji urządzenia. Wielkość cząsteczek gazowych, między 50 mikrom. a 2-3 mm, można uzyskać różnicując względne prędkości cieczy i gazu. Jednakże, dla stałych profilów prędkości cieczy i gazu, objętość i rozmieszczenie cząsteczek gazowych wytwarzanych zilustrowaną metodą i za pomocą tej konstrukcji, pozostają zasadniczo jednolite.

Obecnie opisane zostaną cztery typy urządzenia do tworzenia cząsteczek gazowych, przedstawione na fig. 1, 2, 3, 4 i 5.

Urządzenie przedstawione na fig. 2, składa się z cylindrycznego korpusu 26, posiadającego krawędź obwodową wybrzuszoną w kierunku na zewnątrz, zarysowującą krawędź wylotową 28. Zewnętrzna powierzchnia 30 korpusu 26 dostosowana jest do tworzenia na niej cienkiej warstwy gazowej. Korpus 26, wstępnie warstwujący gaz, wbudowany jest w komorę 32, mającą wlot 34 dla gazu i wlot 36 dla cieczy, znajdujące się w ściankach 37. Ścianki 37 komory 32 również posiadają wylot w kształcie okrągłej szczeliny, o zewnętrznej średnicy wyciekowej trochę większej niż zewnętrzna średnica krawędzi wylotowej 28. Korpus 26, wstępnie warstwujący gaz, wbudowany jest w komorę 32 o krawędzi wybrzuszonej w kierunku do zewnątrz, uzyskanej w szczelinie kolistej w ten sposób, aby utworzyła się pierścieniowa szczelina 38, pomiędzy krawędzią wylotową 28 a wewnętrznym obwodem szczeliny kolistej. W tym typie przyrządu,

170 115 korpus 26, regulowany jest śrubą 40 tak, aby zmieniać szerokość pierścieniowej szczeliny 38 według potrzeby.

Ciecz wchodzi do komory 32 przez wlot 36 tak, że kierunek strumienia cieczy jest styczny do tworzącej zewnętrznej powierzchni 30 korpusu 26, powodując efekt wirowania wokół trzonu korpusu 26. Gaz wchodzący przez wlot 34, jako że jest lżejszy, zmuszony jest do zagęszczania się wokół zewnętrznej powierzchni 30 korpusu 26, z powodu sił odśrodkowych w taki sposób, że przepływ cieczy przechodzący przez pierścieniową szczelinę 38, zmusza strumień gazu do utworzenia cienkiej warstwy na zewnętrznej powierzchni 30. Zarówno ciecz jak i gaz wciśnięte zostają przez pierścieniową szczelinę 38 i gdy warstwa gazowa wychodzi z krawędzi wylotowej 28 korpusu 26 rozbijana jest na cząsteczki gazowe, które następnie mieszają się zarówno z przepływem 42 wstępnie warstwującym ciecz, jak i wypuszczonym lub ścinającym przepływem 44.

Gaz można również wstrzyknąć do komory 32 do zewnętrznej powierzchni 30 korpusu 26, otworem lub systemowo, przez spiralkę 46 i 46a. Przy tym w alternatywnym sposobie wstrzykiwania gazu, kierunek strumienia cieczy nie musi być styczny do tworzącej zewnętrznej powierzchni 30 korpusu 26, aby spowodować efekt wirowania, ponieważ gaz można wstrzyknąć bezpośrednio na zewnętrzną powierzchnię 30 korpusu 26. Przy tym ostatnim sposobie wpuszczenia gazu na zewnętrzną powierzchnię 30 korpusu 26 wlot 47 gazu pokryty jest sprężystym lub elastycznym materiałem 48, spełniającym podwójną rolę: uszczelnienia, jak również wspomagania efektu wstępnego warstwowania. Przy poprzedniej metodzie, sprężysty materiał 48 służy jako uszczelnienie tamujące nad wlotem 34 dla gazu. Ustawienie korpusu 26, służącego do wstępnego warstwowania gazu, można regulować ręcznie i automatycznie w celu uzyskania stałych lub zmiennych wielkości cząsteczek gazowych, przy różnych współczynnikach cieczy/gazu i ciśnienia, przy których utrzymany zostaje spadek ciśnienia cieczy między wlotem a wylotem urządzenia, w takich granicach, aby otrzymać pożądaną wielkość cząsteczki gazowej i wynikające z tego parametry mieszania/turbulencji.

W drugim typie urządzenia, zilustrowanym na fig. 3, ciecz wchodzi do komory 50 również stycznie z wlotu 52 dla cieczy. Wbudowana w komorę 50 jest para części 54, wmontowana koncentrycznie, z otworami w kształcie ściętego stożka. Wloty 56 i 56a dla gazu, wprowadzają gaz do komory 50 bezpośrednio na zewnętrzne powierzchnie 58, części 54 (wstępnie warstwujące gaz) w miejscu nachylenia (gradientu), zmniejszającego się ciśnienia statycznego. Tak jak w poprzednim typie, gaz zmuszony jest do zagęszczania się wokół zewnętrznych powierzchni 58 części 54 z powodu sił odśrodkowych w ten sposób, że przepływ cieczy przez przestrzenie 62 i dalej przez szczeliny 60, zmusza strumień gazu do tworzenia cienkich warstw na zewnętrznych powierzchniach 58 części 54.

Puste części 54 zamontowane są koncentrycznie wewnątrz komory 50 w taki sposób, że zewnętrzne krawędzie wylotowe 57, części 54, wraz z krawędzią peryferalną ścianki cylindrycznej 59, komory 50, tworzą szczeliny otworowe, przez które może ujść ciecz i gaz z urządzenia w określony sposób i przy wymaganej prędkości. Warstwy gazu uformowane na zewnętrznych powierzchniach 58 części 54 zostają rozbite na cząsteczki gazowe, gdy wchodzą z krawędzi wylotowych 57, mieszając się następnie zarówno z przepływem z przestrzeni 62 wstępnie warstwującym ciecz, jak i ze ścinającym przepływem 64. Oczywiście, gaz można doprowadzać albo do jednej, albo do obydwu powierzchni 58 pustych części 54.

W przypadku, gdy ciecz wchodzi przez wlot 52, usytuowany prostopadle do ścianki cylindrycznej 59, można również wstrzyknąć gaz bezpośrednio do strumienia cieczy w komorze 50 przez kolejny wlot gazowy 66. Tak jak przy poprzednim typie, wloty 68 dla gazu można pokryć elastycznym materiałem 70, który spełnia podwójną rolę: uszczelniania tamującego i wspomagania wstępnego warstwowania. Wielkość szczelin 60 można zmieniać, regulując ustawienie części 54 wewnątrz komory 50 śrubą 72. Stąd, tak jak przy poprzednim typie, pożądaną wielkość cząsteczki gazu oraz wynikające z niej parametry mieszania/turbulencji, można kontrolować przy różnych prędkościach cieczy czy gazu, ustawiając względne pozycje części 54 (ścięto-stożkowe) i ścianki 59 komory 50 albo ręcznie, albo automatycznie.

Chociaż, jak opisano powyżej, urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych pokazane w przekroju na fig. 3 jest kształtu okrągłego lub cylindrycznego, przy małych modyfikacjach,

170 115 fig. 3 może również przedstawiać przekrój przez urządzenie o kształcie prostopadłościennym. W tym alternatywnym układzie, ścianki 59 komory 50 byłyby rzeczywiście płaskie, rozciągając się prostopadle, a części 54 byłyby w kształcie płytek płaskich również rozciągających się prostopadle. Wstępne warstwowanie powierzchni 58, w częściach 54, nie byłoby powodowane wirem powstałym przez styczny przepływ cieczy, ale raczej dzięki wtryskowi gazu bezpośrednio na powierzchnie 58 przez wloty 56 i wejścia 68 dla gazu, przy czym elastyczny materiał 70 zapewnia wzmocnione warstwowanie wstępne. Można oczywiście zastosować jedną lub więcej części 54 do tworzenia otworów 60, ze ściankami 59 komory 50 lub z przyległymi częściami. Wielkość części 54 do wstępnego warstwowania ma tę zaletę, że zapewnia zwiększoną powierzchnię wstępnego warstwowania gazu i większą elastyczność kontroli.

Część wstępnie warstwująca, o kształcie zaokrąglonym lub cylindrycznym, mająca krawędź obwodową wybrzuszoną w kierunku na zewnątrz, w kierunku przepływu, jest szczególnie korzystna, gdyż tak uformowana powierzchnia wstępnie warstwująca, ma zwiększający się obszar powierzchni obwodowej. Stąd, warstwa gazu staje się cieńsza gdy płynie ku zewnętrznie wybrzuszonej krawędzi, wzmagając dalej efekt wstępnego warstwowania.

Fig. 4 przedstawia trzeci typ urządzenia do tworzenia cząsteczek gazowych. Typ ten zawiera korpus 61 do wstępnego warstwowania gazu, o kształcie stożkowym, w którym zewnętrzna powierzchnia 63 zwęża się po krzywej do punktu 65. Zewnętrzna powierzchnia 63 ma przynajmniej jedną obwodową krawędź wylotową 67 gdzie w czasie procesu, warstwę gazu wytworzonego na powierzchni 63 można rozbić na cząstki gazowe, gdy wychodzi on z krawędzi wylotowej 67, siłami ścinania wytworzonymi pomiędzy warstwą gazu a przyległym przepływem cieczy, skierowanym ku krawędzi, o której mowa. Można zewnętrzną powierzchnię 63 wyposażyć w liczne rowki obwodowe 67, jak wyraźniej widać na powiększeniu na fig. 4, ułożone w układzie kaskadowym. Gaz kierowany jest na te części powierzchni 63 przez wloty 69 pokryte materiałem sprężystym lub elastycznym 70, jak w poprzednich typach urządzenia, aby wzmocnić skuteczność wstępnego warstwowania i zapewnić uszczelnienie tamujące.

Cały wstępnie warstwujący korpus 61 jest zwykle zanurzony w ośrodku ciekłym, np. w cieczy lub zawiesinie, i skierowany ku ujściu rurki 71 (rurka doprowadzająca ciecz), przez którą pompowana jest ciecz. Ciecz wychodząca z rurki 71 prowadzona jest na powierzchnię zewnętrzną 63 korpusu 61 i przepływa przez powierzchnię 63 kaskadowo. Ze względu na wykrzywienie zewnętrznej powierzchni 63, siły odśrodkowe powodują przepływ cieczy, aby wywrzeć ciśnienie na warstwę gazu utworzoną na każdej części powierzchni 63, co z kolei powoduje przyspieszenie warstwy gazowej w kierunku krawędzi wylotowej 67. Gdy warstwa gazu wychodzi z krawędzi wylotowej 67, siły ścinające powstałe przez transfer pędu między warstwą gazu a przepływem cieczy sprawiają, że warstwa gazowa zostaje rozbita na cząsteczki gazowe, które - ponieważ są lżejsze - odpychane są od powierzchni 63 i rozpraszane do otaczającego ośrodka ciekłego, aby zapewnić gazowanie.

Tuż pod każdą krawędzią wylotową 67, wytwarza się wir 73, powodujący drugi recyrkulacyjny przepływ cieczy, który zbiega się z powyżej opisanym przepływem przy lub w pobliżu krawędzi wylotowej 67, aby wzmocnić efekt ścinania. Typ urządzenia opisany powyżej jest szczególnie dogodny, gdyż nie wymaga dodatkowej komory lub przegród otaczających wstępnie warstwujący korpus 61 do wytwarzania odpowiedniego przepływu cieczy nad zewnętrzną powierzchnią 63.

Fig. 5 przedstawia jeszcze inny typ urządzenia gazującego, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, w którym kolisty wstępnie warstwujący korpus 74, w kształcie regulowanego pustego trzonu 76, umieszczony jest w komorze cieczowej 78 i ma wlot 80 dla cieczy w ściance obudowy 82. Trzon 76 ma część górną 90 posiadającą na zewnątrz wybrzuszoną, ścięto-stożkową powierzchnię 84, która ma krawędź wylotową 86 zarysowującą dziobek. Część 88, ścięto-stożkowej powierzchni 84, jest przystosowana do tworzenia na niej cienkiej warstwy gazu. Obudowa 82, komory cieczowej 78, jest również wyposażona w wylot dla cieczy, w kształcie szczeliny kolistej, o zewnętrznej średnicy wylotowej trochę większej niż zewnętrzna średnica krawędzi wylotowej 86. Regulowany trzon 76 jest wsuwany do obudowy 82 z powierzchnią ścięto-stożkową 84, górnej części 90, uzyskaną w szczelinie kolistej tak, aby utworzył się otwór 92 pomiędzy powierzchnią 84 a wypukłym dziobkiem 94 szczeliny kolistej, tworzącej wylot dla

170 115 cieczy w obudowie 82. W procesie użytkowania, gaz wchodzi do wlotu 96 komory gazowej 98, przechodzi przez szczeliny 100 do trzonu 76. Gaz unosi się przez pusty trzon 76 i przechodzi przez szczeliny 102 do komory 104 w obrębie części górnej 90, we wstępnie warstwującym korpusie 74. Gaz jest następnie dostarczany przez wyloty rozprowadzające 106 do miejsca 88 z powierzchnią wstępnie warstwującą, należącą do ścięto-stożkowej powierzchni 84. Wyloty rozprowadzające 106 pokryte są samo-uszczelniającym środkiem sprężynującym lub elastycznym 108, zwykle w kształcie podkładki gumowej, która odgrywa podwójną rolę: zapewnia uszczelnienie tamujące i wzmacnia efekt wstępnego warstwowania. W czasie procesu, zarówno ciecz/zawiesina jak i gaz, wciśnięte są przez otwór 92 i gdy warstwa gazu ucieka z krawędzi wylotowej 86, rozbijana jest na cząsteczki gazowe, które następnie mieszają się zarówno ze wstępnie warstwującym przepływem 110 cieczy jak i recyrkulacyjnym lub ścinającym przepływem z części 114 nad górną częścią 90. Różnica w prędkości przepływu pomiędzy zawiesiną a warstwą gazową powoduje fale przy granicy faz cieczy/gazu w otworze 92, a wygięcie wypukłego dziobka 94 ciągle zmienia kierunek przepływu, wytwarzając siły odśrodkowe, powodujące ruch cząsteczek stałych, obecnych w zawiesinie z dala od dziobka 94. Wędrujące cząsteczki stale wchodzą potem do warstwy gazowej i do wstępnie warstwującej powierzchni w części 88, w górnej części 90, również przechodzą przez rozbitą warstwę gazową po wejściu do części 114 mieszanki gazowej lub zawiesinowej ponad górną częścią 90. Stąd, każda cząsteczka stała, która przechodzi przez warstwę gazową i przyłącza się znowu do przepływu zawiesiny w części 11, bierze ze sobą cząsteczki gazu, przez co powoduje wymagane rozproszenie gazu i wpływa na wielkość pęcherzyków, wzmacniając ścinanie. Zarówno wypukły dziobek 94 jak i korpus ze wstępnie warstwującą powierzchnią w górnej części 90, pokryte są warstwą przeciwściemą, np. powłoką ceramiczną.Różnicę ciśnienia zawiesiny pomiędzy komorą cieczową 78 a częścią 114, można wyregulować od 10 kPa do 100 kPa, zmieniając wysokość trzonu 76 dzięki konstrukcji przesuwalnej, za pomocą prowadnika 116, który można wyposażyć w usuwalny rękaw 118, aby wytworzyć ścisłe uszczelnienie powietrza pomiędzy trzonem 76 a prowadnikiem 116. Układ ten zabezpieczony jest przed wtargnięciem zawiesiny przez giętkie miechy 120, wspierane przy jednym końcu przez podkładkę kompresyjną 122 i śrubę 124 na trzonie 76, a przy drugim końcu - kryzą, znajdującą się na prowadniku 116 oraz dolną płytką 126 obudowy 82. Mechanizm uruchamiający do usuwania trzonu 76 (nie jest zilustrowany) może być ręczny i automatyczny, a zabezpieczony jest przed wtargnięciem zawiesiny do gazowej komory 98 przez pusty trzon 76 środkiem samouszczelniającym zrobionym z materiału spężynującego 108. Samocentrujący pręt 128 wystaje z komory 98 przez dławik 130. Ciśnienie dopływu powietrza w komorze 98 jest zwykle równe lub trochę wyższe od ciśnienia zawiesiny w komorze cieczowej 78.

W tym typie urządzenia gazującego, wielkość pęcherzyka można kontrolować zmieniając otwór 92 jako funkcję udziału ciał stałych w zawiesinie w obrębie wartości operacyjnych, np. 0 do 75%. Dyferencjał ciśnienia między komorą 78 i częścią 114 można tak zmieniać, aby rozmiary pęcherzyków w zakresie 0,2 do 3,0 mm można było uzyskać dla prędkości zawiesiny w otworze 92 od 1,5 i 12 m na sek., a prędkości gazu w warstwie gazowej utworzonej na powierzchni 88, maksymalnie do 340 m na sek. Wynikłe tłoczenie się cząsteczek gazowych lub pęcherzyków miesza się jednolicie z dalszym przepływem zawiesiny z otworu 92 i recyrkulacyjnym przepływem 112 z części 114 mieszaniny zawiesiny/gazu, w ten sposób, aby stosunek ilości rozproszonego gazu do zawiesiny przechodzącej przez urządzenie mógł osiągnąć 6:1.

Typ urządzenia do rozpraszania gazu przedstawiony na fig. 5 wyposażony jest tylko w jeden wstępnie warstwujący korpus 74. Jednakże, aby zwiększyć obszar powierzchni wstępnie warstwującej, można dodać jedną lub więcej części do wstępnego warstwowania w formie otworu koncentrycznego do korpusu wstępnie warstwującego 74.

Opisane powyżej urządzenia do rozproszenia gazu można stosować w połączeniu z przyrządem flotacyjnym do procesów wzbogacania minerałów lub węgla, aby uzyskać lepsze działanie przy minimalnym zużyciu energii. Zostanie teraz przedstawiony przyrząd flotacyjny, zawierający urządzenie do rozpraszania gazu takie samo jak opisane powyżej.

Przyrząd flotacyjny przedstawiony na fig. 6 zawiera urządzenie do rozpraszania gazu lub gazowacz 140, taki sam jak na fig. 5, przy niższym końcu podłużnej pionowej rury 142. Gaz wstrzykiwany jest do urządzenia gazującego 140 przez wlot 141 dla gazu, a zawiesinę dopro8

170 115 wadza się do urządzenia 140 przez rurkę 143.Pionową rurę 142 można zrobić z różnego materiału, również z polipropylenowego (HDP) o wysokiej gęstości, a odcinki przewodu połączyć jeden z drugim na długość 30 metrów. Pomiędzy pionową rurą 142 a urządzeniem do rozproszenia gazu 140, jest naczynie reaktorowe 144 o większej średnicy niż pionowa rura 142. Naczynie reaktorowe 144 zwykle wytwarza się z blachy stalowej giętkiej dużej grubości, powlekając je od wewnątrz powłoką ceramiczną. Urządzenie gazujące 140 odchodzi do reaktora, wytwarzając wysokie prędkości ścinania aż do 10,0 m na sek. Pęcherzyki gazowe z uruchomionymi cząsteczkami uciekają z urządzenia gazującego 140 zwykle w kierunku promieniowym i rozpraszane są jednolicie w mieszaninie zawiesiny/gazu w reaktorze 144. Reaktor 144 jest takiego rozmiaru oraz kształtu, że ułatwia jednolite rozproszenie, ale też zapobiega ponownemu łączeniu się cząsteczek gazowych do tworzenia większych pęcherzyków, w taki sposób, że większość energii kinetycznej przepływu jest rozproszona w obrębie jego objętości. Reaktor 144 jest więc zwykle jedyną częścią przyrządu flotacyjnego, gdzie obecna jest intensywna turbulencja, a reszta przepływu w obrębie urządzenia jest w głównej mierze spokojna.

Mieszanina gazowa/zawiesinowa unosi się w górę przez pionową rurę 142 oraz przez odcinek 146 o wybrzuszonym końcu w góry pionu w taki sposób, że gdy mieszanka gzu/zawiesiny ucieka do części 148 urządzenia separacyjnego 150, zwalnia tempo wystarczająco, aby pęcherzyki gazu oddzieliły się od cieczy zawiesinowej przy ujściu odprowadzającym pionu 142. Niezwiązana ciecz zawiesinowa oddziela się od piany i ścieka do zewnętrznego naczynia 152, z którego może być albo recyrkulowana z powrotem do urządzenia gazującego 140 jako niegazowana papka linią recyrkulacyjną 154, albo usunięta jako odpady linią 156.

Przepływ mieszanki gazowej/zawiesinowej w pionowej rurze 142 jest zwykle wolny od turbulencji lub uwarstwienia i zapewnia warunki niezbędne do wydajnego zebrania minerału. Pozycje przepływu pęcherzykowatego utrzymuje się zawsze wartością wyporu powietrza aż do 85%, zwykle raczej między 50 a 70%. Prędkość mieszanki gazu/zawiesiny w pionie 142 utrzymywana jest w zakresie 0,1 - 2,0 m na sek., częściej jednak w zakresie 0,3 do 1,0 m na sek. Ze względu na niskie ciśnienie wypływu, jakie ma urządzenie gazujące 140, jako bezpośredni wynik takich wysokich wartości wyporu powietrza, równocześnie przy ciśnieniu pełnej zawiesiny kolumny przy wlocie cieczy urządzenia gazującego, wytwarza się dostarczający spadek ciśnienia, aby spowodować rozproszenie pęcherzyków gazowych i recyrkulację zawiesiny w przyrządzie flotacyjnym, do którego to celu użyta jest energia gazowa jako napęd do całego procesu. Ujście zewnętrznego naczynia 152 jest wystarczająco duże w stosunku do ujścia pionu 142, tak więc prędkość niegazowanej zawiesiny jest utrzymywana na poziomie wystarczająco niskim, aby powstrzymać ruch gazu od wejścia do obwodu recyrkulacyjnego lub do wylotu dla opadów.

Poziom papki w naczyniu zewnętrznym 152 utrzymywany jest poniżej ujścia wylotu pionu 142, dzięki układowi z przelewem utworzonemu przez linię 156 ujścia dla odpadów. Atmosferyczne ujście linii 156 dla odpadów jest tak ustawione, że poziom ponownie połączonej papki w naczyniu zewnętrznym 152 nigdy nie jest powyżej ujścia odcinka 146 (o wybrzuszonym końcu) pionu 142, a zwykle 0,05 do 0,25 m poniżej w ten sposób, że ciśnienie na dnie pionu nie zwiększa się z powodu ponownego połknięcia papki, która mogła by spowodować turbulencję, a unika się recyrkulacji w pionie.

Piana wypuszczona z pionu tworzy grubą warstwę pianową 160 unosząc się równoległym przewodem 162, połączonym z górną kryzą zewnętrznego naczynia 152. Przewód 162 dla piany można przedzielić pionowo, aby zapobiec makro cyrkulacji piany, która spowodowałaby duże straty w wartościach. Wysokość piany można zmieniać, usuwając jeden lub więcej odcinków tworzących przewód 162 dla piany lub instalując przewód o zmiennej wysokości.

Nad przewodem 162 do piany, znajduje się układ myjny 164, gdzie piana przemywana jest rozproszonym strumieniem wody zmieszanej z dodatkami od zasilania rozgałęźnego przez otwór 165. Układ myjny 164 można połączyć z układem usuwania piany 166, który zbiera końcowy koncentrat do odprowadzenia z wylotu 168 w celu zmagazynowania i dalszego przerobu.

Spadek ciśnienia zawiesiny można zmieniać zwiększając lub zmniejszając otwór wstępnego warstwowania w urządzeniu gazującym 140, w ten sposób kontrolując rozmiar pęcherzyka

170 115 w tym samym czasie co współczynnik recyrkulacji. Urządzenie flotacyjne jest zwykle tak wymiarowe, że ilość recyrkulowanej zawiesiny jest 4 do 20 razy większa niż wlot zawiesiny, co jest ważną zaletą w stosunku do obecnej procedury pojedynczego przepustu, w ten sposób zwiększając prawdopodobieństwo wartości i powodując odzyskiwanie wartości powolnej flotacji. Co więcej, ponieważ prędkość przepływu zawiesiny przez gazowacz narzucona jest wyłącznie przez spadek działającego ciśnienia, na jej wartość nie mają wpływu zmiany w przepływie podającym, gdyż recyrkulowany przepływ zawiesiny zmienia się, aby nadrobić te wartości, w ten sposób utrzymując niezmienione wartości rozproszenia gazu. Dodatkową zaletą wynikającą z wyżej wspomnianych cech jest to, że przyrząd flotacyjny wykazuje zwykle okresy krótkiego oporu, np. od 30 - 120 sek.

Alternatywną metodą podawania piany jest zastosowanie wlotów 170 u góry linii recyrkulacyjnej 154 i/lub zastosowanie rurki podającej 172 dochodzącej bezpośrednio do naczynia 152. Rurkę podającą 172 można zastosować pod warunkiem, że odprowadzenie do górnej części linii recyrkulacyjnej 154 jest całkowicie rozprężone od wejścia do linii wylotu odpadów 156. Linię recyrkulacyjną 154 można wyposażyć w zawór kontrolny 174, aby kontrolować zawiesinę wchodzącą do urządzenia gazującego 140.

Przyrząd flotacyjny na fig. 6 stosuje tylko jedno urządzenie gazujące 140, ale jeśli trzeba, można dołączyć do pionu 142 dwa lub więcej urządzeń gazujących. Każde urządzenie będzie zwykle wyposażone w swoje własne naczynie reaktorowe do rozpraszania gazu. Można wprowadzić jeden lub więcej pionów do przyrządu flotacyjnego, jeśli trzeba. Co więcej, możnaby zastosować podstawową zasadę użycia urządzenia gazującego z reaktorem i pionem wraz z konwencjonalną kolumną flotacyjną, umieszczając pion przylegle do kolumny, przy czym zagęszczona zawiesina ze spokojnej strefy kolumny tuż pod interfazą papki lub piany ma być przez nią recyrkulowana. Pion można też umieścić w kolumnie odpowiednio zmodyfikowanego przyrządu flotacyjnego.

Po szczegółowym opisie różnych typów przyrządu, metod tworzenia cząsteczek gazowych oraz różnych ulepszeń przyrządu flotacyjnego, jasne jest dla fachowców w tej dziedzinie, że liczne zmiany i modyfikacje można dokonywać w opisanych typach, inne niż te opisane powyżej, nie odstępując od podstawowych zasad wynalazku. Dla przykładu, chociaż wszystkie cztery opisane typy przyrządu tworzenia cząsteczek gazowych stosują budowę kolistą, lub cylindryczną, oczywiste jest, że powierzchnia wstępnie warstwująca gaz może mieć jakikolwiek kształt, np. płaski poprzez ukształtowanie jej na płaskiej łopatce lub płaskowniku (ostrzu), lub wielu łopatkach czy płaskownikach, przy czym najlepsze jest ukształtowanie koliste, ze względu na konstrukcję zwartą. Co więcej, oczywiste jest dla wykwalifikowanego odbiorcy tego artykułu, że urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych, według niniejszego wynalazku można zastosować w wielu innych typach przyrządu flotacyjnego i w wielu innych przypadkach, gdzie wymagane jest wydajne gazowanie ośrodka ciekłego. Wszelkie tego rodzaju zmiany i modyfikacje należy rozważać w ramach niniejszego wynalazku, którego charakter określa następujący opis i złączone rozszerzenie.

70 50 - 56 6?

Jas. 3

170 115

ί

5ϋ. <ί

170 115

170 115

170 115

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób tworzenia cząsteczek gazowych w ośrodku ciekłym, znamienny tym, że kieruje się strumień gazu w postaci ciągłej warstwy wzdłuż powierzchni zakończonej krawędzią wylotową, zanurzoną w ośrodku ciekłym, przy czym jednocześnie przepuszcza się pierwszy strumień cieczy nad warstwą gazową i nadaje mu się kierunek współbieżny do strumienia gazu i zbieżny ku krawędzi wylotowej oraz przepuszcza się drugi strumień cieczy po przeciwnej stronie powierzchni i nadaje mu się kierunek zbieżny z pierwszym strumieniem cieczy ku krawędzi wylotowej oraz warstwę gazową rozbija się na cząsteczki gazowe przy krawędzi wylotowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przepuszcza się strumienie cieczy o różnych prędkościach.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zwiększa się w kierunku krawędzi wylotowej prędkość pierwszego i drugiego strumienia cieczy wraz z warstwą gazową.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przepuszcza się pierwszy strumień cieczy o prędkości w granicach od 1,5 do 12 m/s oraz strumień gazu o prędkości do 340 m/s.
5. 5. Urządzenie do tworzenia cząsteczek gazowych znamienne tym, że zawiera komorę (32, 50, 78), w której jest umieszczony korpus (26, 54, 74) z powierzchnią (30, 58, 84), zakończony na jednym końcu krawędzią wylotową (28, 57, 86) zanurzoną w ośrodku ciekłym i w komorze (32, 50, 78) jest umieszczony wlot (34,56, 96) dla gazu, tworzącego ciągłą cienką warstwę gazową na powierzchni 58,84), płynącą w kierunku krawędzi wylotowej (28,57,86) oraz wlot (36,52,80) dla cieczy, tworzącej na powierzchni (30,58,84) pierwszy strumień cieczy, przyległy i współbieżny do warstwy gazu i skierowany ku krawędzi wylotowej (28,57,86) oraz który zbiega się przy krawędzi wylotowej (28, 57, 86) z drugim strumieniem cieczy, tak, że warstwa gazu jest przy krawędzi wylotowej (28, 57, 86) rozbijana na cząsteczki przez siły ścinające.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że korpus (26, 74) ma kształt obrotowy oraz zawiera powierzchnię (30, 84) rozszerzającą się w kierunku krawędzi wylotowej (28, 86) mającej kształt pierścieniowego dziobka, a komora (32, 78) ma wylot w kształcie kolistego otworu o średnicy wylotowej nieco większej niż średnica krawędzi wylotowej (28, 86), przy czym pomiędzy krawędzią wylotową (28, 86) i wylotem w komorze (32, 78) jest utworzona pierścieniowa szczelina (38, 92).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że korpus (26,74) zawiera wyloty (46,106) rozprowadzające gaz, które są pokryte samouszczelniąjącym sprężystym materiałem (48,108).
8. 8. U rządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zawiera element (40, 128) regulujący przesuw korpusu (26, 74), zmieniający szerokość pierścieniowej szczeliny (38, 92) i wielkość wytwarzanych cząsteczek gazu.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że korpus (54) jest zbudowany z wielu elementów o kształcie wydrążonych stożków ściętych, zamocowanych koncentrycznie wewnątrz komory (50), a każdy wydrążony element posiada zewnętrzną powierzchnię (58) zakończoną na jednym końcu obwodową krawędzią wlotową cylindrycznej ściany (59) komory (50) tworzy pierścieniową szczelinę (60).