SE1100941A1 - Förbättrad metod och anordning för skumflotation i ett kärl med omrörning - Google Patents

Abstract

En metod för att separera blandade partiklar i en flotationscell (1) som använder en fluidiseringszon (22) inom cellen där partiklar blir fluidiserade i en stilla zon av vätska som rör sig genom fluidiseringszonen (22). Den fluidiserade vätskan kan tillhandahållas av tillförselet (21) eller av återvunnen vätska från övre delar av cellen såsom från frisläppningszonen (40). Bubblor införs in till nedre delen av cellen genom en mekanisk impeller (2) vilken också bryter upp varje kanal i blandningszonen (5), eller genom separat luftning i botten av cellen eller genom införing genom ett rör för återvinning.

Description

10 15 20 25 30 35 PS54395SEOO 2 Det är välkänt att återvinningen av partiklari mekaniska celler minskar då partikelstorleken ökar. I mekaniska celler bildas bakvattenströmmar i vätskan av turbulent omröring och när turbulensens intensitet i cellen ökar skapas bakvattenströmmar med större rotationshastighet. Gasbubblorna förflyttar sig till centret av bakvattenströmmarna och roterar med dem. Större rotationshastigheter leder till större centrifugala krafter som tenderar till att medföra att partiklarna lossnar från bubblorna. Följaktligen, i mekaniska celler under nuvarande praxis, finns det en inbyggd begräsning i den maximala partikelstorleken som kan återvinnas effektivt. En inbyggd svårighet med mekaniska celler är att när som partikelstorleken ökar måste större turbulent energi tillföras för att behålla partiklarna i suspension i cellen, detta leder därmed till mindre och mindre sannolikhet för att de grova partiklarna kommer att kunna klara av att förbli fästa vid bubblorna.

Partiklar vars diameter är vid med eller över den maximala storleken som effektivt kan behandlas i mekaniska flotationsceller betraktas som "grova" partiklar. Innebörden av begreppet "grova partiklar" beror av partiklarnas densitet. För sulfid- och oxidmineraler, där densiteten kan vara mellan 2500 till 7000 kg/ma betraktas vanligtvis partiklar större än 100 till 150 mikrometer i diameter som grova partiklar. För lättare ämnen som kol, vars densitet är i intervallet 1200 till 1800 kg/ma, är grova partiklar de över 250 till 500 mikrometer.

De centrifugala krafter som verkar pà partiklar suspenderade i ett slam kan relateras till den lokala skjuvningshastigheten eller den lokala turbulenta intensiteten i flotationscellen.

För definitionssyfte antas här generella termer såsom nivàn av turbulens, den turbulenta intensiteten, energiförlusthastigheten eller medelskjuvningshastigheten vara ekvivalenta med den specifika hastigheten av tillförsel av mekanisk energi (effekt per volymsenhet) in till flotationscellens arbetsregioner eller energiförlusthastigheten mekanisk energin per volymsenhet vätska i den aktiva regionen. Som ett exempel är enligt nuvarande praxis den specifika effekttillförseln in till flotationsceller vanligtvis i storleksordningen av 3 kW per kubikmeter arbetsvolym i cellen. Den mest aktiva regionen av en mekanisk flotationscell är emellertid där kontakt mellan bubblor och partiklar sker, i regionen av impellern, vars slagvolym vanligtvis är i storleksordningen av en tiondel av flotationscellens volym. En mer realistisk uppskattning, baserat på impellerns slagvolym, av förlustshastigheten iden aktiva regionen i cellen är således 30 kW per kubikmeter. Det är uppenbart att nivån av turbulens i sådana celler är så hög att grova partiklar kopplas av från spinnande bubblor, vilket leder till làg återvinning i de grova storleksfraktionerna. För 10 15 20 25 30 35 PS54395S E00 3 att förlänga den övre gränsen för effektiv insamling av grova partiklar genom flotation är det nödvändigt att tillhandahålla en process i vilken den specifika energitillförseln är mycket lägre än den som finns i mekaniska celler.

Två viktiga begrepp avseende suspension av partiklar i omrörningstankar är den just- suspenderade impellerhastigheten och molnhöjden (Handbook of Industrial Mixing, Edward L Paul et al., Red. Wiley lnterscience, New York, 2004). Den just-suspenderade impellerhastigheten är den rotatlonshastighet av impellern som är nödvändig för att suspendera partiklar från botten av tanken så att inga partiklar blir kvar på botten i mer än 1 till 2 sekunder. När impellerhastigheten ökar till överjust-suspenderadehastigheten bildas ett välblandat homogent skikt i botten av tanken. Det har emellertid visat sig att partiklarna inte nödvändigtvis är distribuerade över hela höjden av vätskan i tanken och i vissa fall syns ett skarpt gränssnitt som separerar det homogena skiktet i botten av tanken från ett klart vätskeskikt ovan. Höjden på det homogena skiktet är känt som molnhöjd. När impellerhastigheten höjs ytterligare lyfts partiklarna högre och högre till dess att partikelkoncentrationen är enhetlig i hela kärlet. Mekaniska flotationsceller av kända utforrnningar drivs av principen att partiklarna, som skall bli svävande, är till fullo suspenderade i vätskan i flotationscellen och att partikelkoncentrationen är så enhetlig som möjligt och väsentligen oberoende av höjden inom cellen. Kända celler drivs med impellerhastigheter som är långt över det just-suspenderade värdet och innehållet i cellen är välblandat och väsentligt jämnt fördelat i kärlet. Således sträcker sig molnhöjden väsentligen till toppen av vätskeskiktet i cellen.

Föreliggande uppfinning undviker partiklarnas behov att vara fullständigt suspenderade i cellen genom impellern och även kravet att molnhöjden skall sträckas ut till toppen av vätskan i flotationscellen. Denna uppfinning har för avsikt att övervinna de inneboende nackdelarna i mekaniska celler genom att tillhandahålla en låg-energi omgivning för flotation som gynnar fastsättningen av grova partiklar till bubblor.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN l en aspekt tillhandahåller föreliggande uppfinning en metod för att separera utvalda partiklar från en blandning av partiklar i en vätska inom en flotationscell inkluderande stegen: inmatning av de blandade partiklama och vätska in till en blandningszon innehållande bubblor i en nedre del av cellen; 10 15 20 25 30 PS54395SEOO 4 omrörning av vätskan i blandningszonen för att tillhandahålla en väsentligen jämn fördelning av partiklar, vätska och bubblor i blandningszonen medan tillräckligt fluidflöde tillhandahålls uppåt genom blandningszonen in till en fluidiseringszon ovan för att förflytta de blandade partiklarna uppåt in till fluidiseringszonen; tillåta de utvalda partiklarna att fästa vid bubblor inom fluidiseringszonen och stiga till toppen av fluidiseringszonen; tillåta bubblor med vidfästa utvalda partiklar att stiga ovan fluidiseringszonen in till en frisläppningszon medan andra partiklar avlägsnas från cellen; bildande av en skumzon av bubblor och vidfästande utvalda partiklar vid toppen av frisläppningszonen; och avlägsnande av utvalda partiklar med bubblor från skumzonen.

Företrädesvis är intensiteten av omrörningen i blandningszonen begränsad så att en suspensionsmolnhöjd bildad av omrörningen inte sträcker sig över blandningszonen och in till fluidiseringszonen.

Företrädesvis är fluidiseringszonen väsentligen stilla och fri från varje turbulens genererad i blandningszonen.

Företrädesvis avlägsnas de andra partiklarna från den fluidiserade bädden Företrädesvis avlägsnas de andra partiklarna som avfall från den nedre delen av cellen.

Företrädesvis inkluderar metoden steget av att styra nivån av ett gränsskikt mellan frisläppningszonen och skumzonen.

Företrädesvis inkluderar metoden steget av att styra nivån av toppen av fluidiseringszonen.

Företrädesvis är tillräckligt fluidflöde tillhandahållet genom inmatning av de blandade partiklarna och vätskan in till blandningszonen.

Företrädesvis är tillräckligt fluidflöde åtminstone delvis tillhandahållet genom införandet av en fluidiserad vätska in till blandningszonen. 10 15 20 25 30 PS54395SEOO Företrädesvis är den fluidiserade vätskan tillhandahållen genom återvunnen vätska från frisläppningszonen in till blandningszonen.

Företrädesvis är den fluidiserade vätskan luftad innan den införs till blandningszonen.

Företrädesvis är tiliförseln av blandade partiklar införd vid eller under toppen av fluidiseringszonen.

Företrädesvis är vätskan omrörd i blandningszonen genom rotation av en mekanisk impeller inom blandningszonen.

Företrädesvis är bubblor tillhandahållna i blandningszonen genom att dra luft in till blandningszonen genom den mekaniska impellern.

Företrädesvis är bubblor in till blandningszonen tillhandahållna genom ett poröst element eller spridare. l en annan aspekt av uppfinningen tillhandahålls anordning för att separera utvalda hydrofoba partiklar från en blandning av partiklari en vätska, varvid nämnda anordning inkluderar: en flotationscell anordnad för att motta en tillförsel av en blandning av partiklar och vätska in till den nedre delen av cellen; fluidiserande medel anordnade för att tillhandahålla bubblor och fluid in till cellen i en sådan hastighet att en fluidiserad bädd av partiklar bildas i en fluidiseringszon inom cellen; omrörningsmedel manövrerbara i en blandningszon under fluidiseringszon i den nedre delen av cellen för att tillhandahålla en väsentligen enhetlig fördelning av partiklar, vätska och bubblori blandningszonen; en frisläppningszon i cellen belägen direkt ovan och förbunden med fluidisenngszonen så att utvalda hydrofoba partiklar fästa vid bubblor stigande till toppen av fluidiseringszonen svävar uppåt inom frisläppningszonen; avfallsseparationsmedel anordnade för att avlägsna icke-hydrofoba partiklar från toppen av fluidiseringszonen; och 10 15 20 25 30 35 PS54395SEOO 6 en överflödestappnlngsränna vid toppen av cellen anordnad för att avlägsna de utvalda hydrofoba partiklarna från ett skumskikt bildat ovan frisläppningszonen.

Företrädesvis är avfallsseparationsmedlen anordnade för att avlägsna icke-hydrofoba partiklar från toppen av fluidiseringszonen.

Företrädesvis är avfallsseparationsmedlen anordnade för att avlägsna icke-hydrofoba partiklar fràn under frisläppningszonen.

Företrädesvis inkluderar anordningen styrmedel av första nivå anordnade för att bibehålla positionen av gränsskiktet mellan skumzonen och frisläppningszonen inom cellen.

Företrädesvis inkluderar anordningen styrmedel av andra nivå som anordnats för att bibehålla positionen av toppen av fluidiseringszonen inom cellen.

Företrädesvis inkluderar fluidiseringsmedlet ett rör för återvinning anordnad för att avlägsna vätska ur frisläppningszonen och pumpa tillbaka den in till blandningszonen.

Företrädesvis inkluderar recirkuleringsröret en luftare som anordnats för att dispergera fina bubblor in till fluid som passerar genom röret för återvinning.

Företrädesvis inkluderar fluidiseringsmedlet ett poröst element eller spridare belägen i den lägre delen av cellen anordnad för att tillhandahålla nämnda bubblor in till cellen.

Företrädesvis inkluderar omrörningsmedlet en mekanisk impeller anordnad för att bli roterad i blandningszonen.

Företrädesvis inkluderar fluidiseringsmedlet en ihålig drivaxel för impellern anordnad för att tillhandahålla luft genom den ihåliga drivaxeln för upplösning och skjuvning till nämnda bubblor av ímpellern.

Företrädesvis inkluderar anordningen ett rör för borttagande av avfall som har ett intagsslut placerad i gränsskiktet mellan fluidiseringszonen och frisläppningszonen inom cellen. 10 15 20 25 30 35 PS54395SEO0 7 Företrädesvis har flotationscellen en region med minskad tvärsnittsarea ovanför frisläppningszonen så att skiktgashastigheten i skumskiktet som bildats ovanför frisläppningszonen är större än skiktgashastigheten i frisläppningszonen.

I en form av uppfinningen har flotationscell en region med reducerad tvärsnittsarea ovan frisläppningszonen så att skumskiktet som bildas i regionen kommer att ha ett ökat djup.

Uppfinningen tillhandahåller en anordning för separering av grova partiklar genom skumflotation i vilken kontakten mellan bubblor och partiklar äger rum i en fluidiserad bädd. Det fluidiserade mediet är dispergerat i botten av den fluidiserade bädden genom en roterande' impeller, som hjälper till att tillhandahålla ett enhetligt stigande flöde av fluidiserad vätska och bubblor och förhindrar bildandet av kanaler som kan leda till kringgående och ineffektiv användning av bubblor. Anordningen består av en upprättstående cell eller kolonn med medel för att tillhandahålla blandning och omrörning.

Ny tillförsel och luft införs in till en blandningszon i botten av kolonnen, luften blir dispergerad till små bubblor genom inverkan av impetlern. Den välblandade tillförseln och de dispergerade bubblorna stiger in till en fluidiseringszon där bubblorna fäster vid icke- vätbara partiklar och transporterar dem uppåt in till en frisläppnings- eller supernatantvätskezon och därifrån in till en skumvzon vid toppen av kärlet. Avfallet avlägsnas från ceilen genom ett rör eller port vid toppen av fluidiseringszonen. Medel är tillhandahållna för att styra positionen av toppen av frisläppningszonen till en önskad position och därmed djupet av skumskiktet i cellen. l alternativa anordningar är bädden fluidiserad av ett återcirkulerande flöde som dras ovan den fluidiserade bädden och injiceras under impellern. Det återcirkulerande flödet kan luftas för att tillhandahålla de bubblor som behövs för flotation.

Partiklarna är suspenderade av ett vertikal flöde av vatten i cellen. Skikthastigheten av vattnet är sådan att den är över partiklarnas lägsta fluidiserade hastighet men under den terminala hastigheten för en betydande del av partiklarna. När den drivs pà detta sätt bildas en vätskefluidiserad bädd. Partiklarnas vikt stöds av det stigande vattnet och i ett sådant system är nivån av turbulens mycket låg. Koncentrationen av partiklar i bädden är mycket högre än vad som förekommer i konventionella flotationsceller och följaktligen måste bubblor som stigeri bädden trycka sig förbi partiklarna, vilket gör det oundvikligt att några icke-vätbara partiklar under deras väg kommer i kontakt med dem och en fastsättning bildas. Den fluidiserade bädden är således en hög-effektiv omgivning för 10 15 20 25 30 35 PS54395SE00 8 separering av icke~vätbara från vätbara partiklar.

Partiklarna iflotationstiliförseln bibehålls i suspension av ett uppåtriktat flöde av vätska som är väsentligen enhetligt över tvärsnittet av cellen. Skiktvätskehastigheten i den vertikala riktningen är tillräckligt för att fluidisera partiklarna och hålla dem separerade från varandra. När bubblor införs i bädden av fluidiserade partiklar är de således fria att stiga i kärlet och komma i kontakt med hydrofoba partiklar som liggeri deras väg.

Vanligtvis är den volymetriska fraktionen av partiklar i en packad bädd där partiklarna rör vid och stödjer varandra inom intervallet 0,4 till 0,7. När bädden blirfluidiserad separeras partiklarna från varandra och volymfraktionen av partiklar minskar. Om bädden är enhetlig och volymfraktionen är konstant alltigenom är Reynolds tal för flödet mellan partiklarna vanligtvis väl inom den laminära strömningsordningen. Flödet är således stilla och turbulens är frånvarande. l praktiken är det dock svårt att bibehålla enhetlighet för vätskefluidiserade bäddar och vertikala kanaler tenderar att utvecklas som tillåter den suspenderade vätskan att kringgå bädden. När den en gång har bildas, erbjuder en kanal ett lågt hydraulisk motstånd till vattenflödet genom bädden än vad själva bädden gör och det vatten som skall stödja partiklari den fluidiserade bädden avleds istället till att flöda genom kanalen, vilket hindrar bädden från att vara enhetligt fluidiserad. När luftbubblor blir införda, ökar kanalbildningen ytterligare.

För att erhålla fördelarna med en fluidiserad bädd för flotation av grova partiklar är det nödvändigt att bilda bädden på ett sådant sätt att kanalbildning av gas eller vatten väsentligen elimineras. Det har visat sig att en fluidiserad bädd med enhetliga egenskaper kan uppnås genom användning av en roterande impeller eller omrörare i botten av flotationscellen. Tillförsel av slam införs nära botten av cellen och är fördelat enhetligt genom omrörningspåverkan av impellern. Utformning och drifthastighet av impellern är sådana så att en välblandad zon skapas i botten av den fluidiserade bädden men denna zon är begränsad till de nedre regionerna av bädden. Det fluidiserade vattnet kan inkluderas i tillförseln som kommer in i cellen nära impellern eller så kan det komma från återvinning av vätska som tagits från ovan den fluidiserade bädden i cellen. Bubblorna kan härledas från dispersionen av en luftström som iförs nära den roterande impellern.

Blandnings- och pumpningsegenskaperna måste tydligen vara sådana att varje turbulens som utvecklats av impellern är begränsad till regionen vid botten av den fluidiserade bädden. För detta ändamål kan impellern vara omgiven av skvalpskott som tillåter en hög 10 15 20 25 30 PS54395SE00 9 grad av blandning men förhindrar virvlande och utveckling av storskaliga cirkulationsrörelser. Den turbulens som genereras av impellern dämpas av den höga koncentrationen av partiklari den fluidiserade bädden sà att i de övre regionerna av bädden stiger bubblorna i en stilla omgivning som är bidragande till bibehällandet av fasthållningen mellan bubblor och hydrofoba partiklar.

Flotationscellen kan, för tydlighetens skull, beskrivas i termer av fyra zoner: en blandningszon, en fluidiseringszon, en frisläppningszon och ett skumskikt. I blandnlngszonen blandas nya tillförseln och bubblor och dispergeras enhetligt över cellen.

Vätskan och bubblorna passerar in till fluidiseringszonen där vätskan fluidiserar bädden och bibehåller partiklarna i suspension medan bubblorna passerar genom bädden insamlande icke-vätbara partiklar när de stiger. Ovan fluidiseringszonen är frisläppningszonen som är väsentligen endast vätska, den kan även innehålla partiklar som har blivit fångade i vakarna av stigande bubblor, som frisläpps från vakarna och faller tillbaka i den fluidiserade bädden. Vid toppen av cellen är skumzonen bildad av bubblor som transporterar sin last av fastsatta partiklar. Skummet uttöms från cellen som flotationsprodukten.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till medföljande ritningar där: FIG. 1 är en schematisk tvärsektionsvy av en flotationsanordning enligt uppfinningen, FIG. 2 är en schematisk tvärsektionsvy liknande till FIG. 1 inkluderande en luftad àtervinningsström.

FIG. 3 är en schematisk tvärsektionsvy liknande FIG. 2, visande en flotationskolonn i vilken flödesarean av fluidisenngszonen och skumzonen är olika.

FIG. 4 är en schematisk tvärsektionsvy liknande FIG. 3, visande en flotationskolonn där luften införs genom en porös spridare.

FIG. 5 är en graf visande partikelstorlek mot återvinningsprocent för fluidiserande bäddsanordning enligt uppfinningen jämfört med en konventionell mekanisk cell. 10 15 20 25 30 35 PS54395SE00 10 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORIV! AV UPPFINNINGEN, OCH VARlANTER DÄRAV FIG. 1 visar en första föredragen utföringsform av uppfinningen. En flotationscell 1 är försedd med en roterande impeller 2, vilken är fästad till en ihålig axel 3 som är fäst vid axellager 4 som är monterade i en fast position relativt till cellen 1 genom medel som inte visas. Axeln 3 roterar i ett hölje 6 in till vilket ett kontrollerat flöde av luft släpps in genom ledningen 7, vilken införs i den ihåliga axeln genom en öppning 8 och flödar nedåt axeln genom en öppning 9 intilliggande centret av impellern 2. Skvalpskott 10 är monterade på väggen för att förhindra virvlar. Uppfinningen är inte begränsad till någon viss typ av impeller eller skvalpskottsutformning, den senare kan inkludera en stator som finns i konventionella flotationsmaskiner.

Konditionerat tillförsel av slam kommer in genom inloppsröret 21 och levereras in till blandningszonen 5 i botten av cellen 1, företrädesvis under impellern 2, vilken tjänar till att dispergera den nya tillförseln in till suspensionen i botten av cellen. En fluidiserad bädd eller fluidiseringszon 22 är etablerad i cellen.

Ett rör för bortagande av avfall 23 är placerad så att dess inlopp 24 definierar den övre gränsen 25 av den fluidiserade bädden. Röret för bortagande av avfall monteras företrädesvis så att placeringen av inloppet 24 relativt cellen 1 kan justeras i vertikala och horisontella riktningar för att ändra volymen av den fluidiserade bädden och optimera cellens prestanda för en specifik malm. Fluidiserade partiklar dras bort genom röret 23 genom en hävert eller annan lämplig fluidöverföringsanordning som inte visas och töms ut som avfallet genom ledningen 26. I botten 27 av cellen är ett utloppsrör 28 och en reglerventil 29 tillhandahållna för att tillåta tömning av cellen, för att möjliggöra regelbundna uttömningar av överdimensionerade partiklar som kan ha ackumulerats över tiden i botten av cellen och också som en alternativ uttömningsöppning för avfallet.

Luftbubblor lastade med fångade partiklar stiger ut ur den fluidiserade bädden 22 till toppen av cellen där ett skumlager 30 bildas. Skummet flödar från cellen under den utskjutande kanten 31 in till tappningsrännan 32 för att tömmas ut genom utgångsröret 33 som flotationsprodukten. Skum-vätskegränsskiktet 34 bibehålls genom lämpliga medel.

Som ett exempel skulle nivån kunna avkännas av en flottör 35 vars vertikala position skulle kunna mätas av en anordning 36 som skickar en signal till ett manövreringsorgan 10 15 20 25 30 35 PS54395SEO0 11 37 som öppnar eller stänger en ventil 38 för att ändra hastigheterna för avfallsuttömning så att pulpnivån 34 bibehålls på önskad position. Uppfinningen är inte begränsad till någon särskild form av nivàreglering.

I drift kommer en lämplig konditionerad tillförsel innehållande partiklar i suspension in genom röret 21 och töms uti blandningszon 5 i närheten av impellern 2 där det blandas med innehållet vid botten i cellen 1. Ett hastighetsfält induceras i den omedelbara närheten av den roterande impellern, vilket är tillräckligt för att orsaka blandning lokalt, därvid distribueras den nya tillförseln så att den uppåtgående hastigheten av partiklar och vatten i cellen 1 är väsentligen enhetlig över ett horisontellt tvärsnitt ovan impellern.

Omfattningen av det homogena suspensionsmolnet är begränsad till närheten av impelleren. Den uppåtgàende hastigheten av vattnet i tillförseln är större än minsta fluidiseringshastigheten för partiklarna men mindre än den terminala hastigheten så att partiklarna tenderar att sedimentera i cellen bildande en expanderade fluidiserad bädd ovan impelleren, med en hög koncentration av partiklar. Bädden förflyttar sig långsamt uppåt under påverkan av det fluidiserade vattnet mot ingången 24 till röret för bortagande av avfall. På grund av förekomsten av partiklar beter sig den fluidiserade bädden som om den vore ett fluidum med medeldensitet större än den för vatten och ett väsentligt horisontellt gränsskikt 25 bildas vid gränsen mellan den fluidiserade bädden 22 och supernatant vätska i frisättningszonen 40. Viskositeten för den kompakta fluidiserade bädden är betydligt större än den för vatten så flödesfältet som genereras av impellern tenderar att upplösas snabbt och impellems påverkan tränger sig inte långt in i den fluidiserade bädden.

Luft som kommer in via ledningen 7 passerar nedåt den ihåliga axeln 3 och dispergeras i fina bubblorgenom påverkan av den roterande impelleren 2, som också distribuerar bubblorna jämnt över det horisontella tvärsnittet av cellen. Bubblorna stiger genom den fluidiserade partikelbädden. Sannolikheten för kollision mellan en hyclrofob partikel och en luftbubbla är mycket hög eftersom de stigande bubblorna måste putta bort partiklarna från deras väg när de stiger. Sannolikheten för partikelinfångning är således också hög.

Omgivningen är särskilt gynnsam för infångning av grova partiklar eftersom flödet i den fluidiserade bädden är relativt stilla. De turbulenta bakvattenströmmarna som finns i kända former av mekaniska flotationsceller, vilka tenderar att orsaka centrifugalkrafter som leder till avsläppning av grova partiklar, är väsentligen frånvarande i den fluidiserade bädden 22 ovan impelleren. Funktionen för impelleren här att tillhandahålla blandning 10 15 20 25 30 35 PS54395SE00 12 lokalt av tillförseln när den kommer in i cellen, att fördela luftflödet till bubblor och att förhindra kanalisering av vatten och luft stigande i bädden. Blandningsverkan av impelleren är begränsad till den region som omger impelleren nedre delen av den fluidiserade bädden, och sträcker sig inte in till den nedre delen av den fluidiserade bädden.

En fördel med avfallsuttömningskonfigurationen som visas i FIG. 1 är att positionen av ingången 24 till röret för borttagande av avfall bestämmer höjden av den fluidiserade bädden. I en alternativ utföringsform töms avfallet ut genom utgängsröret 28 och en reglerventil 29 i botten av cellen. Ett kontrollsystem som inte visas tillhandahålls för att bibehålla gränsskiktet 25 vid toppen av den fluidiserade bädden 22 och vätskenivån 34 vid deras önskade positioner. l en alternativ utföringsform kan nivån av gränsskiktet 25 vid toppen av den fluidiserade bädden detekteras av en flottör med lämplig densitet eller en differentiell tryckgivare lämpligt placerad i cellen. I en ytterligare alternativ utföringsform är avfallet borttaget vid vilken som helst punkt under toppen 25 av den fluidiserade bädden genom ett stigrör som inte visas, som är anslutet till utgängsröret 28 och reglerventilen 29.

En alternativ utföringsform visas i FIG. 2. Anordningen är väsentligen densamma som den som avbildas i FlG. 1, med ytterligare särdrag som tillåter återvinning av supernatantvätskan från frisläppningszonen 40 inom den fluidiserade bädden. Cellen 1 är således tillhandahållen med en utgångsöppning 50, ett rör för återvinning 51, en pump 52, och en återingàngsöppning 53. l en ytterligare föredragen utföringsform tillhandahålls en luftare 54 genom vilken luft som kommer in genom röret 55 dispergeras till fina bubblor inom återvinningsströmmen. När luftbubblor införs genom användningen av återvinningsströmmen är det inte nödvändigt att använda impelleren som medel för att tillverka små flotationsbubblor. Det har visat sig att rotationshastigheten nödvändig för att tillverka små bubblori regionen av impelleren 2 är högre än den hastighet som är nödvändig för att distribuera det fluidiserade vattnet och för att förhindra bildandet av kanaler i den fluidiserade bädden. Det är i allmänhet föredraget att driva impelleren vid den lägsta möjliga hastigheten för att spara energi och för att minimera turbulensen som genereras av impelleren i den fluidiserade bädden. Där det är möjligt är det således föredraget att använda ätervinnlngsströmmen för införsel av bubblor. Även om den alternativa utföringsformen som visas i FIG. 2 har luftintaget genom ledningen 7, ned den ihåliga axeln 3 och dispergeras genom inverkan av den roterande 10 15 20 25 30 35 PS54395SE00 13 impelleren 2 som också visas, inses det att denna del av anordningen kan utelämnas där tillräcklig luftning tillhandahålls via luftaren 54. Den har kvarlämnats i FlG. 2 för att underlätta eftersom det är möjligt att båda metoderna kan användas pà samma gång för att införa bubblor, och en liknande situation gäller för de ytterligare utföringsformerna som beskrivs senare med hänvisning till FIG. 3 och FIG. 4. l drift, kommer supernatantvätskan från frisläppningszonen 40 in genom öppningen 50 och passerar genom röret 51 för återvinning under påverkan av pumpen 52. Återvinningsflödet kommer in i botten av cellen 1, i regionen som påverkas av impelleren 2, och blandas med partiklar i blandningszonen 5 av cellen. Det sammanlagda flödet av nya tillförslar från röret 21 och återvinningsvätskan dispergeras över hela tvärsnittet av cellen och vattnet i det kombinerade flödet tränger uppåt genom den fluidiserade bädden. l avsaknad av återvinning kan flödet av ny tillförsel till flotationscellen fluktuera eller sluta helt och hållet, i dessa fall kommer tillförseln av det vatten som är nödvändigt för att suspendera partiklari den fluidiserade bädden att upphöra. Fördelen med användningen av átervinningsflödet är att ett uppflöde av vatten genom bädden kan bibehållas oberoende av flödeshastigheten av ny tillförsel och bistå vid stabil drift av bädden.

Partiklar i tillförseln tenderar att sedimentera i den fluidiserade bädden, så att supernatantvätskan i frisläppningszonen 40 har en högre andel av finare partiklar och vatten än vad som finns i tillförselströmmen. Det återvunna vattnet bistår vid verkan av impelleren i botten av cellen och också vid bibehållandet av bädden i ett fluidiserat tillstànd.

En ytterligare fördel är uppnådd om luften i form av fina bubblor dispergeras i återvinningsströmmen i en luftare 55. Återvinningsflödet kommer in i röret 51 för återvinning genom öppningen 50 som ligger ovan den fluidiserade bädden. Återvinningsströmmen kan innehålla partiklar som har blivit slammade från den fluidiserade bädden genom spolverkan av det ytterligare vattnet inkluderat i nämnda ström. l luftningsanordningen 54 kommer sådana partiklar att fästa till luftbubblor innan inträdet i den fluidiserade bädden, bistå dem att stiga genom cellen och passera intill i skumskiktet 30 för att återvinnas med flotationsprodukten. Användningen av luftning i återvinningsströmmen kommer därmed att leda till förbättrad återvinning av partiklar i cellen. Uppfinningen är inte begränsad till någon särskild luftningsanordning, av vilken det finns ett antal kända exempel tillgängliga på marknaden. För bästa resultat bör 10 15 20 25 30 PS54395S E00 14 återvlnningskretsen med luftning vara utformad för att passa de särskilda egenskaperna hos den valda luftningsanordning, med hänsyn till storleken på bubblan, uppehållstiden och interna skjuvningshastigheten. l utföringsformen som visas i FlG.1 är det nödvändigt att införa tillförsel av vätska i botten av flotationscellen så att den kan stiga och fluidisera bädden av partiklar. Det inses att i utföringsformen som visas i FIG 2 kan all återvinningsvätska tillhandahållas av återvinningsströmmen så att det är inte nödvändigt att införa nya tillförslar in till botten av flotationscellen. De nya tillförslarna kan därför komma in vid vilken som helt position.

Detta särdrag kan vara fördelaktigt vid drift av system i vilka tillförslarna innehåller några hydrofoba. partiklar som har mycket lägre densitet än det material som ska avvisas i flotationsprocessen. Sådana partiklar kan i varje fall stiga till toppen av den fluidiserade bädden. När tillförselblandningen riktas till toppen av fluidiseringszon kan avfallet avlägsnas från botten av fluidiseringszonen eller från blandningszonen.

En annan fördel med att använda en återvinningsström som visas i FIG. 2 relaterar till driftegenskaperna hos de mycket fina partiklarna i den fluidiserade bädden. Även om skiktvätskans hastighet i bädden bibehålls på ett värde som är tillräcklig för att fluidisera en väsentlig fraktion av partiklarna, skulle de mycket fina partiklarna som kan finnas i en tillförsel i praktiken tendera att bli slammade ut från den fluidiserade bädden. l utföringsformen som visas i FlG. 2 skulle sådana partiklar kunna återvinnas tillbaka till botten av den fluidiserade bädden och de skulle också ha möjlighet att komma i kontakt med luftbubblori luftningsanordningen. Återvinningsströmmen med luftning tillhandahåller således ett effektivt medel för att öka effektiviteten i infàngandet av de finaste partiklarna i en flotationstillförselström.

En del av vätskan som behövs för att fluidisera innehållet av flotationscellen 1 i FIG. 2 har tillhandahållits av återvinningsströmmen vilken passerar genom en utgångsöppning 50, ett rör för återvinning 51, en pump 52, och en återinträdesöppning 53. Det inses att användningen av en återvlnningsström är bara ett av flera sätt i vilka fluidiseringsvätska kan tillhandahållas. Vätska kan således dras från en annan del av flotationskretsen av vilken cellen är en del av eller kan bli skapad från ett färskvattenförråd. Det kan också tillföras som extra utspädningsvatten i tillförselpulpen till flotationscellen. 10 15 20 25 30 35 PS54395SE00 15 En annan föredragen utföringsform av uppfinningen visas i FIG. 3. Anordningen är väsentligen densamma som visas i FIG. 2 med det ytterligare särdraget att den horisontella tvärsnittsarean av skumzon 30 är mindre än den för fluidiseringszonen 22.

Den vertikala väggen 60 i fluidiseringszonen 22 och frisläppningszon 40 är således täckt med en konisk reduceringssektion 61 som ansluter till botten av ett andra utrymme 62 med lodräta väggar som omsluter skumzon 30. Det inses att om flödeshastigheten för gas som släpps in till flotationscellen är konstant, så blir skiktgashastigheten, som är gasflödeshastigheten dividerat med flödesomrädet, är högre i skumzon 30 än i fluidiseringszon 22. Detta särdrag tillhandahåller flexibilitet i driften av cellen, då hastighetsbehoven i de två zonerna inte behöver vara samma. Det är särskilt fördelaktigt för átervinningen av grova partiklar att driva skumzonen med relativt höga skiktgashastigheter, i intervallet 2 till 4 cm/s, medan det optimala värdet i den fluidiserade bädden kan vara i intervallet 0,5 till 1 cm/s. Genom att tillhandahålla en mindre tvärsnittsarea i skumzonen är det möjligt att bibehålla en högre gashastighet där medan den drivs med ett lägre värde i fluidiseringszonen. Reduceringen i skumarea kan också erhållas genom användning av veckling av skum vilket är en känd teknik. Även om det reducerade areasärdraget beskrivs med referens till en utföringsform som innehåller en återvunnen vätskeström som visas i FIG. 2, inses det att samma särdrag kan med fördel tillämpas på utföringsformen som visas i FIG. 1 som inte innefattar en återvinningsström.

I utföringsformerna som visas I FIG. 2 och FIG. 3, är luften dispergerad I återvinningsvätskan i luftaren 54. Den bubbliga vätskan passerar in till cellen 1 in till blandningsregion 5 i närheten av impellern. Under vissa omständigheter, till exempel när àtervinningsvätskan kan innehålla stora partiklar som potentiellt skulle kunna blockera luftaren, kan det vara föredraget att införa bubblorna genom en porös spridare eller distributör i botten av själva cellen själv. I den alternativa föredragna utföringsformen som visas i FIG. 4 är cellen försedd med ett poröst element 71. Luft under tryck svävar genom ingångsröret 72 in till distribueringskammaren 73, och sedan genom det porösa elementet 71, utströmmande till innehållet av flotationscellen I form av fina bubblori regionen 5 i närheten av impellern 2. Ett flöde av fluidiserande vätska bibehålls av cirkulationspumpen 52. Bubblorna blandas med återvinningsvätskan och stiger uppåt genom den fluidiserade bädden. I utföringsformen som visas i FIG. 4 visas huvudsärdragen av utföringsformen I FIG. 3 som har blivit bibehållna, särskilt med hänvisning till reducering i kolonnarea i skumzonen. Det inses att fördelningen av luft genom den porösa spridaren som visas I FIG. 4 med fördel kan användas i utföringsformer som visas i FIG. 1 och FIG. 2. Även om 10 15 20 25 30 35 PS54395SE00 16 medel för produktionen av fina bubblor är avbildade i FIG. 4 som en porös platta som sträcker sig väsentligen över kärlet 1, skulle andra former av spridare kunna användas, såsom rör eller ledningar med porösa väggar eller med lämpligt placerade öppningar, eller kända patentskyddade anordningar för införandet av bubblori flotationskolonner, EXEMPEL En flotationscell blev konstruerad enligt uppfinningen och drevs i batch-mode. Ett prov av högkvalitativ galenit användes som det svävande materialet och det var blandat med klassificerade kiseldioxidpartiklar som en källa av icke-svävande material. Galeniten krossades och siktades för att tillhandahålla ett prov i storleksintervallet 45 till 1400 mikrometer. Kiseldioxiden vari storleksintervallet 250 till 710 mikrometer.

Galeniten:kiseldioxid massförhållandet var 1:19 och provvolymen var 1,05 liter.

Celldiameter var 100 mm, med en skumzon av diameter 63 mm och höjd 150 mm.

Cellens totala höjd var 920 mm. Cellen var försedd med en impeller med en diameter av 70 mm som drevs vid 150 rpm, med en spetshastighet av 0,55 m/s. En tydlig övergång kunde ses genom den genomskinliga cellväggen mellan toppen av fluidiseringszon och frisläppningszonen när fluidiserad med återcirkuleringsvätska. Innehållet i cellen var fluidiserat med vätska som togs från frisläppningszonen och återvanns genom en bubblelgenerator för att komma in i cellen i blandningszonen under impellern. Xantat (45 g/ton) användes som insamlare och MlBC (25 ppm) som skumbildare. Malmen konditioneras under 15 minuter vid ett pH av 8,5 före flotation. Luften tillfördes med en hastighet av 2 l/min. Vätskenivån i cellen var bibehållen genom tillsats av tillsatsvatten vid en position 120 mm under den utskjutande kanten av cellen. Flotationsprodukten insamlades till dess att inga ytterligare partiklar syntes bli uttömda från cellen.

Resultaten av flotationsprovet visas i figur 5, i syfte att göra jämförelser, visas data för flotation av galenit i en mekanisk cell (från Jowett, A., 1980. Formation and disruption of particIe-bubble aggregates in flotation. ln Fine Particles Processing (Ed. P.

Somasundaran), sid 720-754 (American Institute of Mining and Metallurgical Engineers: New York)). Jowetts resultat är typiska data för mekaniska celler. Det kan ses att återvinningen är ganska låg för ultrafina partiklar, och då partikelstorleken ökar, ökar återvinningen till att ett maximum av 97 procent uppnås vid en storlek av 60 pm, för större storlekar minskar återvinningen snabbt. Med den fluidiserade bäddcellen enligt denna uppfinning förblev återvinningen väsentligen 95-100 procent för partikelstorlekar upp till 850 pm, bortom vilken det var en gradvis nedgång. Resultaten visar att intervallet av PS54395SEO0 17 partikelstorlekar av galenitpartiklar återvunna genom flotation kan förlängas mer än tio gånger genom användningen av en fluidiserad bädd flotationscell enligt denna uppfinning.

Claims (1)

10 15 20 25 30 35 PS54395SE00 18 PATENTKRAV 1. En metod för att separera utvalda partiklar från en blandning av partiklar i en vätska inom en flotationscell inkluderande stegen: inmatning av de blandade partiklarna och vätskan in till en blandningszon innehållande bubblor i en nedre del av cellen; omrörning av vätskan i blandningszonen för att tillhandahålla en väsentligen enhetlig fördelning av partiklar, vätska och bubblori blandningszonen medan tillräckligt fluidflöde tillhandahålls uppåt genom blandningszonen in till en fluidiseringszon ovan för att förflytta de blandade partiklarna uppåt in till fluidiseringszonen; tillåta de utvalda partiklarna att fästa vid bubblor inom fluidiseringszonen och stiga till toppen av fluidiseringszon; tillåta bubblor med vidfästande utvalda partiklar att stiga ovan fluidiseringszonen in till en frisläppningszon medan andra partiklar avlägsnas från cellen; bildande av en skumzon av bubblor och vidfästande utvalda partiklar vid toppen av frisläppningszon; och avlägsnande av de utvalda partiklarna med bubblor från skumzonen. En metod enligt krav 1, varvid intensiteten av omrörningen i blandningszonen är begränsad så att en suspensionsmolnhöjd bildad av omrörningen inte sträcker sig över blandningszonen och in till fluidiseringszonen. En metod enligt krav 1 eller 2, varvid fluidiseringszonen är väsentligen stilla och fri från varje turbulens genererad i blandningszonen. En metod enligt något av föregående krav, varvid de andra partiklarna avlägsnas från den fluidiserade bädden. En metod enligt något av kraven 1 till 3 varvid de andra partiklarna avlägsnas som avfall från den nedre delen av cellen. En metod enligt något av föregående krav, inkluderande steget av att styra nivån av ett gränsskikt mellan frisläppningszonen och skumzonen. 10 15 20 25 30 PS54395SE00 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 19 En metod enligt något av föregående krav, inkluderande steget av att styra nivån av toppen av fluidiseringszonen. En metod enligt något av kraven 1 till 7, varvid det tillräckliga fluidflödet är tillhandahållet genom inmatning av de blandade partiklarna och vätskan in till blandningszonen. En metod enligt något av kraven 1 till 7, varvid det tillräckliga fluidflödet är åtminstone delvis tillhandahållet genom införande av en fluidiserad vätska in till blandningszonen. En metod enligt krav 9, varvid den fluidiserade vätskan är tillhandahållen genom återvunnen vätska från frisläppningszonen in till blandningszonen. En metod enligt antingen krav 3 eller krav 4, varvid den fluidiserade vätskan är luftad innan den införs till blandningszonen, En metod enligt något av föregående krav, varvid tillförseln av blandade partiklar är införda vid eller under toppen av fluidiseringszonen. En metod enligt något av föregående krav, varvid vätskan är omrörd i blandningszonen genom rotation av en mekanisk impeller inom blandningszon. En metod enligt krav 13, varvid bubblor är tillhandahållna i blandningszonen genom att dra luft in till blandningszonen genom den mekaniska impellern. En metod enligt något av föregående krav, varvid bubblor är tillhandahållna in till blandningszonen genom ett poröst element eller spridare. Anordning för att separera utvalda hydrofoba partiklar från en blandning av partiklari en vätska, varvid nämnda anordning inkluderar en flotationscell anordnad för att motta en tillförsel av en blandning av partiklar och vätska in till den nedre delen av cellen; 10 15 20 25 30 35 PS54395SEOO 17. 18. 19. 20. 21. 22. 20 fluidiserande medel anordnade för att tillhandahålla bubblor och fluid in till cellen i en sådan hastighet att en fluidiserad bädd av partiklar bildas i en fluidiseringszon inom cellen; omrörningsmedel manövrerbara i en blandnlngszon under fluidiseringszon i den nedre delen av cellen för att tillhandahålla en väsentlig enhetlig fördelning av partiklar, vätska och bubblori blandningszonen; en frisläppningszon i cellen belägen direkt ovan och förbunden med fluidiseringszonen så att utvalda hydrofoba partiklar fästa vid bubblor stigande till toppen av fluidiseringszonen svävar uppåt inom frisläppningszonen, avfallsseparationsmedel anordnade för att avlägsna icke-hydrofoba partiklar från cellen; och en överflödestappningsränna vid toppen av cellen anordnad för att avlägsna de utvalda hydrofoba partiklarna från ett skumskikt bildat ovan frisläppningszonen. Anordning enligt krav 16, varvid avfallssepareringsmedlen är anordnade för att avlägsna icke-hydrofik partiklar från toppen av fluidiseringszonen. Anordning enligt krav 16, varvid avfallssepareringsmedlen är anordnade för att avlägsna icke-hydrofoba partiklar från under frisläppningszonen. Anordning enligt något av kraven 16 till 18, inkluderande styrmedel av första nivå anordnade för att bibehålla positionen av gränsskiktet mellan skumzonen och frisläppningszonen inom cellen. Anordning enligt något av kraven 16 till 19, inkluderande styrmedel av andra nivå anordnade för att bibehålla positionen av toppen av fluidiseringszonen inom cellen. Anordning enligt något av kraven 9 till 20, varvid fluidiseringsmedlen inkluderar ett rör för återvinning anordnad för att avlägsna vätska ur frisläppningszonen och pumpa tillbaka den in till blandningszonen. Anordning enligt krav 21, varvid röret för återvinning inkluderar en luftare anordnad för att dispergera fina bubblor in till fluid som passerar igenom röret för återvinning. 10 15 PS54395SEOO 23. 24. 25. 26. 27. 21 Anordning enligt något av kraven 16 till 21, varvid fluidiseringsmedlet inkluderar ett poröst element eller spridare belägen i den nedre delen av cellen anordnad för att tillhandahålla nämnda bubblor in till cellen. Anordning enligt något av kraven 16 till 23, varvid omrörningsmedlet inkluderar en mekanisk impeller anordnad för att bli roterad i blandningszonen. Anordning enligt krav 24, varvid fluidiseringsmedlet inkluderar en ihålig drivaxel för impellern anordnad för att tillhandahålla luft genom den ihåliga drivaxeln för upplösning och skjuvning till nämnda bubblor av impellern. Anordning enligt något av kraven 16 till 25, inkluderande ett rör för borttagande av avfall som har ett intagsslut placerat i gränsskiktet mellan fluidiseringszonen och frisläppningszonen inom cellen. Anordning enligt något av kraven 16 till 26, varvid flotationscellen har en region av reducerad tvärsnittsarea ovan fršsläppningszonen så att skiktgashastigheten i skumskiktet bildad ovan frisläppningszonen är större än skiktgashastigheten i frisläppningszonen.