RU2332263C2 - Центробежная пневматическая машина для флотации и обессеривания мелкого угля - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к машинам для флотации полезных ископаемых, и может быть использовано в угольной промышленности и черной металлургии, а также на рудных обогатительных фабриках. Центробежная пневматическая машина для флотации и обессеривания мелкого угля включает цилиндроконический корпус с фланцами. В нижней конической части корпуса расположена цилиндроконическая подставка для пенного продукта, выполненная из износостойкого материала с возможностью перемещения по вертикальной оси посредством механизма винт-гайка, размещенного в пустотелом цилиндре с выпускным патрубком для предотвращения разбрызгивания сгущенного продукта, выполненном из износостойкого материала. В верхней конической части корпуса расположена труба для удаления пены со вставляемыми в нее сменными вставками. На ее верхнем конце с зазором расположен цилиндрический перфорированный успокоитель. Входной патрубок выполнен в горизонтальной плоскости по дуге окружности и соединен с аэратором, имеющим сопла Лаваля, камеру для выведения пены, дополнительный аэратор, состоящий из наружного сплошного и внутреннего цилиндров, перекрытых кольцевыми крышками с фланцами с образованием воздушной камеры, разделенной вертикальными перегородками на четное число отсеков по всему периметру, внутренняя часть которых по высоте поделена на чередующиеся вырезы и сплошные части, обеспечивающие ввод мелких пузырьков воздуха, вырабатываемых соплом Лаваля, соединенным через патрубки с вентилем распределительной трубы и посредством воздухопровода сжатого воздуха с ресивером. Сопло Лаваля вставлено снизу в каждый отсек по его продольной оси и ввинчено в резьбовое отверстие нижней крышки. Аэратор своими фланцами соединен с фланцами конической части машины с помощью прокладок и болтов. Технический результат - повышение производительности флотационной машины, повышение эффективности флотации, а также возможность осуществления обессеривания мелкого угля и упрощение конструктивного выполнения машины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

При комплексной механизации добычи угля растет в нем количество угольной мелочи (содержание класса - 1 мм в добытом угле составляет 25% и выше). Уголь такой крупности обогащается в основном флотацией.

Но при угольной флотации происходит низкое снижение содержания серы в концентрате, так как минерал - угольный пирит, представляющий в угле основную массу серы, в отличие от рудного пирита, обладает отличными от последнего свойствами поверхности. Из-за углефикации поверхности частиц угольного пирита он при флотации почти также легко флотируется, как и чистый уголь. Поэтому угольные концентраты, особенно коксующихся углей, после флотации имеют даже повышенное содержание серы по сравнению с исходным углем. Использование реагентов - депрессоров пирита мало помогает. Поэтому и поныне у углеобоготителей всего мира существует техническая проблема - обессеривание флотацией мелкого угля.

Угольный пирит имеет плотность 5000 кг/м³, чистый уголь - 1300-1350 кг/м³ и порода от 1800 до 2200 кг/м³.

Разностью в плотностях разделяемых минералов при обычной флотации не воспользуются, так как в гравитационном поле ускорение силы тяжести постоянно.

В центробежных же аппаратах - центрифугах и гидроциклонах этой разностью успешно пользуются, так как в центробежном поле ускорение по радиусу (например в центрифуге) переменное. В центробежном поле центробежная сила

будет наибольшей на ободе центрифуги и наименьшей на оси ее; в гидроциклонах имеет место обратная картина. Поэтому авторы конструкций аппаратов для центробежной флотации как у нас, так и за рубежом используют в устройствах для центробежной флотации центрифуги или гидроциклоны как основу этих конструкций. Однако еще не создан надежный промышленный аппарат для центробежной флотации с целью обессеривания мелкого угля.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к машинам для флотации полезных ископаемых, в основном для флотации и обессеривния мелкого угля, и может быть использовано в угольной промышленности и черной металлургии, а также на рудных обогатительных фабриках.

Известна американская новейшая модель высокоэффективного гидроциклона с диспергированием воздуха (ASH), которая может быть использована для селективной флотации мелких частиц угля. Гидроциклон ASH состоит из двух концентрических прямовертикальных труб, головной части обычного циклона цилиндрической формы с тангенциальным вводным патрубком и трубой для слива, соединенный с отводным патрубком, согнутым под углом наверху, подставки для пенного продукта внизу. Головная часть циклона соединена с наружной трубой на фланцах и скрепляется болтами.

Подставка для пенного продукта цилиндрической формы расположена соосно корпусу во внутренней трубе с зазором и удерживается кронштейном, соединенным четырьмя стойками с нижним фланцем трубы. Внутренняя труба пористая. [Нехороший И.Х., Сипотенко А.А., Тарасова Г.Н. Основные направления развития техники и технологии обогащения углей, стр.81-85, ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Обогащение полезных ископаемых. Том 23.1989].

Гидроциклон работает следующим образом.

Питание (пульпа, обработанная реагентами) подается по касательной через обычную головную часть циклона во внутреннюю часть пористой трубы, причем создается вихревой поток определенной толщины, прилегающий к стенке трубы, оставляя воздушный столб в центре.

Диспергированный воздух вводится в вихревой поток через стенку пористой трубы, образуя мелкие воздушные пузырьки.

Гидрофобные частицы (уголь) в суспензии сталкивается с этими пузырьками и после прилипания к ним перемещаются в центр циклона.

Воздушная зона становится пенной зоной. Гидрофильные частицы в основном остаются в суспензионной фазе, которая выпускается в виде вихревого слоя через кольцевое отверстие для сгущенного продукта между стенкой пористой трубы и подставкой для пенного продукта.

Пенная фаза стабилизируется и сдерживается подставкой для пенного продукта как сгущенный продукт и таким образом движется к головной части циклона и выпускается в виде сливного продукта через трубу.

Разницу в давлении между подставкой и выпускным отверстием пенного продукта можно контролировать, причем она является фактической движущей силой осевого перемещения пенной фазы. Кроме того, при нормально идущем процессе концентрация твердых частиц по массе наиболее высока в центре пенной зоны и снижается по радиусу до концентрации суспензионной фазы. Это является важной особенностью флотационного процесса в гидроциклоне, который контролируется конструктивными и эксплуатационными параметрами.

Предыдущие эксперименты показали, что система ASH фактически функционирует при ограниченных условиях, когда кольцевое отверстие обычно меньше толщины вихревого слоя, таким образом обеспечивается разница в давлении, необходимом для перемещения пены.

В силу того, что мелкие частицы минерального вещества (породы) остаются в суспензии, вода, направляемая на сливной поток (пены), должна контролироваться на минимальном уровне. Это можно осуществить, применяя оптимальное соотношение площади сливного отверстия и отверстия для сгущенного продукта при соответствующей скорости воздушного потока. Для сведения к минимуму транспортировки мелких частиц породы в сливной поток (вместе с транспортной водой) рекомендуется небольшая площадь сливного отверстия.

Эти выводы, влияющие на технологический процесс разделения минералов, не полностью учтены в конструкции гидроциклона системы ASH, что является его недостатком.

Предложенная конструкция гидроциклона системы ASH не позволяет удалить породную мелочь, попавшую в пену. Кроме того, как показали опыты по обогащению угля в гидроциклоне системы ASH, при обогащении в одну стадию он выдает малозольные отходы. Значит требуется вторая стадия его обогащения.

Наиболее близкой к изобретению является «Центробежная пневматическая флотационная машина» (патент №2051754, автор Э.П.Ячушко).

В центробежной пневматической флотационной машине, включающей цилиндроконический корпус с фланцами, расположенные в его цилиндрической части наружную сплошную и внутреннюю перфорированную стенки, образующие воздушную камеру, в которой размещена пористая перегородка, трубу для удаления пенного продукта, входной патрубок, выполненный в горизонтальной плоскости в форме дуги окружности с перегородкой, установленной с возможностью перемещения, внутренняя перфорированная стенка выполнена из торцевых колец с углублениями и колосников, изготовленных из износостойкого материала, при этом колосники закреплены своими концами в углублениях торцевых колец, торцевые кольца соединены с фланцами цилиндрической части корпуса, колосники в поперечном сечении выполнены в форме последовательно сопряженных трапеции и двух прямоугольников, большие стороны которых взаимно перпендикулярны, при этом колосники установлены с образованием щели, имеющей зигзагообразное сечение. Машина также снабжена цилиндроконической подставкой для пенного продукта, аэратором с соплами Лаваля и камерой для выведения пены, при этом цилиндроконическая подставка для пенного продукта выполнена из износостойкого материала и установлена в нижней конической части корпуса с возможностью перемещения по вертикальной оси. Машина снабжена также цилиндрическим перфорированным успокоителем пульпы, установленным с зазором на конце трубы для удаления пенного продукта, с целью облегчения регулировки технологического процесса она снабжена приспособлениями для изменения внутреннего диаметра трубы для удаления пенного продукта из набора цилиндрических вставок.

Машина обладает следующими недостатками:

1. Она снабжена разнотипными аэраторами, что усложняет ее конструкцию.

2. Усложнена конструкция входного патрубка в гидроциклон.

Целью изобретения является снабжение машины однотипными аэраторами, диспергаторами воздуха в которых являются сопла Лаваля, упрощение конструкции машины, все это улучшит процесс флотации за счет улучшения его гидро- и аэродинамических параметров, главное то, что машина позволяет обессеривать мелкий уголь.

Достигается это тем, что центробежная пневматическая машина для флотации и обессеривания мелкого угля снабжена однотипными аэраторами с диспергаторами воздуха в виде сопел Лаваля, при этом дополнительный аэратор включает наружный сплошной цилиндр и внутренний цилиндр с перфорациями, причем оба они перекрыты кольцевыми крышками с фланцами, которыми они скрепляются с фланцами конических частей корпуса с помощью прокладок и болтов. Между цилиндрами образуется воздушная камера, разделенная вертикальными прямоугольными перегородками на четное число отсеков по всему периметру, в каждый воздушный отсек по его продольной оси в нижнюю кольцевую крышку в отверстие с резьбой ввинчивается сопло Лаваля, соединенное через патрубки с вентилем с распределительной трубой, соединенной через воздухопровод сжатого воздуха с ресивером.

На чертеже изображена машина для флотации и обессеривання мелкого угля. Центробежная пневматическая машина для флотации и обессеривания мелкого угля состоит из корпуса 1, содержащего верхнюю цилиндроконическую часть 2 с фланцем 8 с перфорированной трубой 18 для удаления пенного продукта. Труба 18 имеет четыре круглых отверстия 25 для выпуска газов, обычно скапливающихся внутри части 2, среднюю часть, включающую наружный сплошной цилиндр 5 и внутренний цилиндр 4 с перфорациями, причем оба они перекрыты кольцевыми крышками с фланцами, верхняя крышка имеет позицию 6, а нижняя - 7. Между цилиндрами 4 и 5 образуется воздушная камера, разделенная вертикальными прямоугольными перегородками на четное число отсеков по всему периметру. В каждый отсек по его продольной оси в нижней крышке делается отверстие с резьбой, куда ввинчивается сопло Лаваля 20, соединенное через патрубок 21, вентиль 22 и патрубок 23 с распределительной трубой 24 сжатого воздуха, соединенной с ресивером, на чертеже не показанном, фланцами верхней крышки 6 и нижней крышки 7 цилиндры 4 и 5 скрепляются с фланцами конических частей 2 и 3 корпуса 1 с помощью прокладок и болтов, позиция болтов не указана. Цилиндры 4 и 5 с соплами Лаваля 20 выполняют роль дополнительного аэратора в машине.

В дополнительном аэраторе цилиндр 4 выполняется с перфорациями, достаточными для пропуска воздушных пузырьков, вырабатываемых соплами Лаваля 20.

К цилиндроконической части 2 тангенциально присоединен входной патрубок 34 прямоугольной формы, выполненный в горизонтальной плоскости по дуге окружности.

С входным патрубком 34 соединяется на фланцах аэратор 19 пульпы, имеющий цилиндроконическую форму, к его цилиндрической части на бобышках прикреплены два сопла Лаваля 20, одно из которых присоединено тангенциально, а другое - по центральной оси к торцевой части. В цилиндрическую часть аэратора 19 входит тангенциально патрубок 35, через который подается пульпа с реагентами.

В нижней конической части 3 с фланцем 9 по оси корпуса 1 расположена с зазором относительно внутреннего цилиндра 4 подставка 10 цилиндроконической формы, пустотелая для пенного продукта. Она выполняется из износостойкого материала. Подставка 10 закрепляется на пустотелом цилиндре 11 с помощью винта 12, пропущенного через гайку 13, скрепленную с днищем цилиндра 11. Внутри подставки 10 в ее нижней части закреплена бобышка 14 с внутренней резьбой такого же шага, как и резьба винта 12, куда входит своим концом винт 12. Для предотвращения винта 12 от износа за счет абразивного воздействия твердых частиц сгущенных хвостов винт защищен колпаком 15 цилиндроконической формы, который скрепляется сваркой с нижней частью подставки 10 и полым цилиндром 15, который скрепляется сваркой с днищем цилиндра 11. Винт 12 заканчивается штурвалом 16. Сгущенные хвосты из машины попадают внутрь цилиндра 11 и через цилиндрический патрубок 17, соединенный с ним сваркой, выдаются из машины. Цилиндрическая часть подставки 10 выполняется диаметром большим, чем внутренний диаметр перфорированной трубы 18.

С помощью механизма «винт-гайка» подставка 10 для пенного продукта может перемещаться «вверх-вниз», изменяя кольцевую щель для выпуска сгущенных хвостов из машины, тем самым изменяя количество его выпуска. Цилиндр 11 крепится к конусу 3 сваркой. Внутренний цилиндр 4, цилиндроконический колпак 15, цилиндр 11 с патрубком 17, также как и аэратор 19, входной патрубок 34 изготовляются из износостойкого материала, например марганцовистой стали. Внутренняя поверхность конических частей 2 и 3 футеруется от износа.

Так как гидродинамика потоков пульпы в машине-гидроциклоне носит не совсем упорядоченный характер, то в слив вместе с пеной выносятся и мелкие породные частицы, и для отделения пены от породных частиц, уходящих с транспортной водой из машины, она имеет камеру 26 для выведения пены прямоугольнопирамидальной формы с наклонным днищем, переходящим в горизонтальное днище в своей передней части. Она имеет переднюю торцевую стенку 27, не доходящую до горизонтального днища, имея с ним зазор, который перекрывается плоским шибером 28. В горизонтальном днище имеется цилиндрический патрубок 29, через который из камеры 26 удаляется жидкий осадок. Этот патрубок 29 может перекрываться шланговым затвором или задвижкой.

Камера 26 имеет желоб 30 для пены. Пена подается в желоб 30 скребковым пекогоном 31. Подача пены с транспортной водой из машины осуществляется через трубу 18 для удаления пены, причем ее верхний конец должен входить в пенный слой камеры 26, чтобы уменьшить сопротивление входу слива в камеру. Для уменьшения турбулентности пульпы в камере 26 на верхнем конце трубы 18 закрепляется с зазором по периметру цилиндрический перфорированный успокоитель 32 пульпы. Машина снабжается комплектом сменных вставок 33, к примеру, 3-х типоразмеров. Они должны иметь диаметр несколько меньший, чем внутренний диаметр трубы 18, равный ей по длине, и соединяются с трубой 18 с помощью байонетного соединения. Эти вставки 33 протачиваются на конус, чтобы уменьшить сопротивление входу слива в камеру 26, они должны иметь такие же круглые отверстия, как и труба 18, и эти отверстия должны совмещаться между собой.

Центробежная пневматическая машина для флотации и обессеривания мелкого угля работает следующим образом.

Пульпа, обработанная реагентами в агрегате для подготовки пульпы или контактном чане, располагаемых выше машины на 8-12 метров, по трубе через патрубок 35 самотеком тангенциально поступает в цилиндрическую часть смесительной камеры аэратора 19, куда через сопла Лаваля 20 подается сжатый воздух.

Истекая из них со сверхзвуковой скоростью во вращающуюся пульпу, он почти мгновенно диспергируется на мелкие воздушные пузырьки, к которым прилипают угольные частицы.

Насыщенная пузырьками воздуха пульпа через входной патрубок 34, изогнутый по дуге окружности, по касательной поступает в цилиндрическую часть машины, где благодаря дополнительному аэратору подвергается дополнительному насыщению мелкими воздушными пузырьками из отсеков, куда сжатый воздух подается через сопла Лаваля 20. Угольные частицы встречаются с воздушными пузырьками и флотируют.

При пуске машины в работу и тангенциальном вводе пульпы в дополнительный аэратор у внутренних стенок цилиндра 4 образуется вихревой поток определенной толщины, прилегающий к внутренней поверхности цилиндра 4, оставляя воздушный столб в центре, и выпускается через кольцевую щель между внутренней поверхностью конической части 3 и конической частью подставки 10 и далее через цилиндр 11 и патрубок 17 удаляется из машины.

По мере минерализации воздушных пузырьков они под действием центробежной силы, возникающей при вращении пульпы, движутся к оси машины, заменяя воздушный столб пенным слоем, поддерживаемым подставкой 10 для пенного продукта.

Так как в гидроциклоне, в отличие от центрифуг, центробежная сила наибольшая в центре по радиусу, то частицы, слабо закрепившиеся на пузырьках, в том числе частицы угольного пирита, имеющие плотность, превышающую плотность угольных частиц в 3,7-3,8 раза, а также породные частицы будут отбрасываться от воздушных пузырьков и двигаться в сторону поверхности внутреннего цилиндра 4 и по спирали выходить из машины через кольцевое отверстие внизу.

Разницу в давлении между подставкой 10 и выпускным отверстием трубы 18 для слива можно контролировать, причем она является фактической движущей силой осевого перемещения пенной фазы благодаря разнице в давлении между подставкой для пенного продукта 10 и выпускным отверстием сливной трубы 18, так как они находятся на разных уровнях по высоте.

Через трубу 18 для удаления пены она вместе с транспортной водой через кольцевой успокоитель 32 поступает в камеру 26 для выведения пены. Благодаря кольцевому успокоителю 32 скорость ввода пены в камеру 26 снижается, значит снижается турбулентность пульпы. Таким образом, в камере создаются ламинарные условия для выпадения в осадок мелких породных частиц, попавших в камеру вместе с транспортной водой. По наклонному днищу жидкий осадок движется к выходу. Уровень пульпы в камере регулируется плоским шибером 28, который перекрывает зазор между торцевой стенкой 27 и горизонтальным днищем камеры. Жидкий осадок через патрубок 29 удаляется из машины. В случае его приемлемой зольности он присаживается к пене, которая поступает в желоб 30 для пены с помощью скребкового пеногона 31.

Количество транспортной воды, поступающей из машины в камеру 26, можно регулировать с помощью сменных вставок 33, которые могут вставляться в трубу 18 для удаления пены во время работы машины.

Осуществление обессеривания мелкого угля в машине достигается с использованием эффективных реагентов-депрессоров поверхности угольного пирита, причем реагент-депрессор должен подаваться в аппарат для подготовки пульпы или в контактный чан.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой машины в сравнении с прототипом состоит в том, что в ней используются однотипные аэраторы с соплами Лаваля, для ее работы не требуется насос и упрощена конструкция дополнительного аэратора, наличие в машине камеры для выведения пены обеспечивает повышение качества концентрата, использование сменных вставок разного диаметра в трубе для удаления пенного продукта обеспечивает регулирование технологического процесса в машине с учетом изменения расхода реагентов, веденное в оптимальных условиях процесса в машине.

Claims (2)

1. Центробежная пневматическая машина для флотации и обессеривания мелкого угля, включающая цилиндроконический корпус с фланцами, расположенную в его нижней конической части цилиндроконическую подставку для пенного продукта, выполненную из износостойкого материала с возможностью перемещения по вертикальной оси посредством механизма винт-гайка, размещенного в пустотелом цилиндре с выпускным патрубком для предотвращения разбрызгивания сгущенного продукта, выполненном из износостойкого материала, расположенную в верхней конической части корпуса трубу для удаления пены со вставляемыми в нее сменными вставками и расположенным с зазором на ее верхнем конце цилиндрическим перфорированным успокоителем, входной патрубок, выполненный в горизонтальной плоскости по дуге окружности и соединенный с аэратором, имеющим сопла Лаваля, камеру для выведения пены, дополнительный аэратор, состоящий из наружного сплошного и внутреннего цилиндров, перекрытых кольцевыми крышками с фланцами с образованием воздушной камеры, разделенной вертикальными перегородками на четное число отсеков по всему периметру, в каждый отсек вставлено сопло Лаваля по его продольной оси, сопло Лаваля через патрубки с вентилем соединено с распределительной трубой и посредством воздухопровода сжатого воздуха с ресивером и ввинчено в резьбовое отверстие нижней крышки, причем аэратор своими фланцами соединен с фланцами конических частей машины с помощью прокладок и болтов, для пропуска сопла Лаваля в фланце нижней конической части делается круглое отверстие.

2. Центробежная пневматическая машина для флотации по п.1, отличающаяся тем, что винт механизма винт-гайка защищен от износа колпаком цилиндроконической формы и полым цилиндром.