WO2015052053A1 - Düse für eine flotationsvorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer flotationsvorrichtung - Google Patents

Düse für eine flotationsvorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer flotationsvorrichtung Download PDF

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WO2015052053A1
WO2015052053A1 PCT/EP2014/071048 EP2014071048W WO2015052053A1 WO 2015052053 A1 WO2015052053 A1 WO 2015052053A1 EP 2014071048 W EP2014071048 W EP 2014071048W WO 2015052053 A1 WO2015052053 A1 WO 2015052053A1
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WO
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flotation
closure element
outlet opening
open position
fluid
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PCT/EP2014/071048
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Robert Fleck
Werner Hartmann
Sonja Wolfrum
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/24—Pneumatic
    • B03D1/242—Nozzles for injecting gas into the flotation tank
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23122—Diffusers having elements opening under air pressure, e.g. valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3124—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow
    • B01F25/31243—Eductor or eductor-type venturi, i.e. the main flow being injected through the venturi with high speed in the form of a jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/10—Maintenance of mixers
    • B01F35/145—Washing or cleaning mixers not provided for in other groups in this subclass; Inhibiting build-up of material on machine parts using other means

Definitions

  • the invention relates to a flotation device according to the preamble of patent claim 1 and to a method for operating such a flotation device according to the preamble of patent claim 13.
  • Such flotation devices and methods of operating such flotation devices are well known in the art.
  • Such Flotati ⁇ onsvoriques serves to separate solid particles from a liquid by means of flotation.
  • the flotation device includes at least one flotation cell ⁇ for accommodating the fluid with the therein-housed ⁇ NEN solid particles.
  • the flotation device comprises at least one inflow device for introducing gas bubbles into the flotation cell.
  • the inflow device has at least one outlet opening, via which the inflow device opens into the flotation cell.
  • Flotation is an important process step for the separation of fine-grained solid particles due to their different surface wettability . In addition to the processing mineral raw materials ⁇ Lischer this process, that is, the Flota ⁇ tion process, for example, common in the paper industry for increasing the whiteness used by Farbto ⁇ nerpumble be selectively discharged.
  • Flotation processes are also used for the separation of solid and liquid (for example, oils etc.) in the treatment of water and wastewater.
  • the mixture to be separated is solid in the flotation of suspended present in an flues ⁇ stechnik, the so-called pulp.
  • the pulp In the mining sector, the pulp is also called pulp.
  • ⁇ pulp during the flotation gas bubbles entered. Due to the hydrophobicity of their surfaces, the solid particles to be separated or precipitated, which are also referred to as particles, bind to the rising gas bubbles, which accumulate at the interface with air and form a solid-laden foam there.
  • the amount of recyclable material determines the yield and quality of Pro ⁇ domestic product in foam recovered and thus the success of the flotation process.
  • de ⁇ fined gas bubble size distributions can be achieved in special nozzles that mix working gas and liquid phase with high shear rates.
  • Particularly suitable nozzle designs are nozzles which operate according to the so-called aerator principle or according to the ejector principle.
  • the chal ⁇ tion is that in particular the nozzle is clogged by solid particles penetrating at standstill of the system, un ⁇ ter circumstances, but also in normal operation, and the normal Working range of the gas and liquid pressure is not ⁇ sufficient to flush the nozzle again.
  • the generation of the desired gas bubble size distribution takes place during flotation processes either inside or outside the flotation cell.
  • the gas bubbles usually arise in conventional agitator cells by flowing gas through simple nozzles (sparger) and division by shear forces on rotating stirring blades exchange of gas and solids mixture rich to be expected.
  • the gas bubble size adjusted by the energy input of the stirrer and the gas throughput ⁇ to, but which can significantly increase the operating costs of the flotation plant addition, the generation of the gas bubble size is based mostly on pure empirdespite., since the flow field and thus the present shear rate distribution of the Flotati ⁇ onszelle are often not defined.
  • gas bubbles In the external generation of gas bubbles, air or a gas flows through porous materials (filter materials, sponges) or pinholes into the lower part of the flotation cell.
  • the gas bubbles arise at the inlet opening of the flotation cell by the prevailing shear rate field.
  • the gas bubble size can be adjusted via the gas inlet pressure and the porosity or gas outlet openings.
  • the object of the present invention is therefore to further develop a flotation device and a method for operating such a flotation device of the type mentioned above such that the risk of undesired failure of the flotation device can be kept particularly low.
  • a first aspect of the invention relates to a flotation device for separating solid particles from a liquid by means of flotation.
  • the flotation device comprises at least one flotation cell for receiving the liquid with the solid particles incorporated therein.
  • the flotation device comprises at least one inflow device for introducing gas bubbles into the flotation cell.
  • the inflow device has at least one outlet opening, via which the inflow device opens into the flotation cell.
  • the flotation comprises at least one closure element which closes between ei ⁇ ner the outlet opening closing position and at least one outlet opening releasable open position is movable.
  • the inflow device is flowed through, for example, by at least one fluid. If, for example because of a fault, there is an interruption of this flow, the outlet opening can be closed by means of the closure element.
  • the closure element is thus a means to prevent the penetration of solid particles or pulp into the inflow device in that the closure element closes the outlet opening, as soon as, for example, on the discharge opening of the at least one fluid generated back pressure falls below a predetermined or preset minimum value.
  • the inflow at least one of a gaseous fluid permeable, first channel, at least one of a liquid fluid permeable, the second channel and at least one downstream of the channels and upstream Having the outlet opening arranged mixing region, in which the gaseous fluid with the liquid fluid is to see mixing to be introduced into the flotation cell via the outlet opening gas bubbles to MI.
  • a further embodiment is characterized in that one of the channels, in particular the second channel, completely surrounds the other channel, in particular the first channel, at least in a length range of the first channel.
  • the closure element at least partially overlaps the outlet opening in the open position. This means that the training is opening and although released from the at least one fluid or fluids flowing through the two who can ⁇ , however, the closure element overlaps the off ⁇ opening. As a result, the gas bubble stream can flow out of the inflow device in the open position and exit freely laterally. In other words, the egress opening ⁇ facing end face of the closure element is flown from the gas bubble flow, so that the gas bubble flow by means of the closure element is deflected laterally.
  • the lower part of the closure element facing the outlet opening is preferably designed such that in the preferred working area of the inflow device a distance between the outlet opening and the front side of the closure element is typically from half the radius of the outlet opening to four times the radius of the outlet opening.
  • the closure element has preferably a diameter which is at least 10% greater than the diam ⁇ ser the outlet opening. To be particularly advantageous, it has been found if the Ver is closing element arranged in the closed position, outside the off ⁇ opening.
  • the closure element is shaped such that the closure element closes the outlet opening, for example, by seating on a corresponding seat in a corresponding area provided, but does not penetrate as a fit into the outlet opening, so that jamming by penetration of a small amount of solid particles also can be excluded when closed.
  • the closure element preferably has an underside facing the inflow device , which is shaped, for example, in such a way that an opening protrudes through the at least one the inflow fluid emerging dynamic pressure is sufficiently large to move the closure element from the closed position to the open position and preferably raise it to an optimal distance from the outlet opening.
  • the bottom is preferably adapted simultaneously to divert the divert at least one selected from the Einströmeinrich ⁇ tung effluent via the outlet opening and flowing into the Flota ⁇ tion cell fluid laterally in the desired manner respectively.
  • the closure element is moved under the action of gravity from the open position into the closed position.
  • the closure element exclusively under the action of gravity from the open position in the
  • the Closed position is movable.
  • the Flota ⁇ tion cell is oriented such that the VerMitele ⁇ ment is preferably moved only under the action of its own weight from the open position to the closed position, if the at least one fluid does not flow through the ⁇ outlet opening.
  • the closure element is formed for example as a floating body, which at ⁇ example by the by the flowing through the outlet opening fluid induced back pressure from the closed position moves into the open position and is held in the open position and so to speak, floats in the pulp.
  • the float can sink into the closed position due to its own weight.
  • the float or the Ver ⁇ closing element on a corresponding, predetermined mass.
  • the mass of the closure element can, for example, both by the geometry, in particular by the shape, diameter, etc. as well as adjusted by the density of the material of the Ver gleichele ⁇ ment.
  • the closure element is designed as a hollow shape.
  • At least one actuating element is provided, with ⁇ means which the closure element from the open position into the closed position is movable.
  • Betsch Trentsele- ments can at least be applied to the closure element external force to the closure member to move the closure element by means of the external force from the ⁇ Of fengnagna in the closed position a relative.
  • the external force acts in the same direction as the force of gravity or in the same direction as a component of the weight force of the Ver ⁇ circuit elements, so that the closure element by means of the operating member in addition to the weight of the Ver ⁇ circuit elements in the closed position can be moved.
  • the external force counteracts the weight force or in a direction other than the Ge ⁇ weighting force acts, so that the closure element can be moved against its own weight from the open position to the closed position.
  • the operating element is a cassettesge ⁇ right movement of the closure element, that is a ⁇ be allowed to just opening and closing this can be realized, so very safe prevent solid particles from entering or pulp in the Einström listening.
  • This embodiment is based on the idea that the can at least now ⁇ pending on the intended flow rates occur a the outlet opening fluid flowing through that the necessary force of gravity and thus the mass of the closure element for setting the optimum ⁇ ff ⁇ voltage gap has to be very large. In this case, it is above ⁇ geous to design the closure element is significantly smaller than erfor ⁇ sary, wherein the actuator is used to effect a secure closing of the closing element loading.
  • the Betschistsele ⁇ ment of the closure element has a tensioned spring element ⁇ , which acts on the closure element in the open position with a spring force.
  • the spring force By means of the spring force, the closure element from the open position in the Sch.stel ⁇ ment is movable. This allows, for example, relate compensated for moving the closure element into the closing position missing Ge ⁇ weight force by the actuating element to be hung replaced.
  • the use of a spring arrangement with a plurality of springs is conceivable in order to be able to move the closure element securely into the closed position.
  • the adaptation to different opti ⁇ male work areas by using different stei- fer springs or different levels of pneumatic and / or hydraulic actuators may take such.
  • the actuating element has a hydraulically and / or pneumatically and / or electrically operable actuator for moving the closure element from the open position to the closed ⁇ position.
  • a particularly needs ⁇ right movement of the closure element can be displayed .
  • hydraulic, pneumatic and / or electrical methods a suffi ⁇ sponding reset and closing force can be ensured that even in case of failure of the fluid flow in the Einström coupled for the closure element preserved. This can be done, for example, by using a fluid flowing from the inflow fluid independent pneumatic and / or hydraulic system.
  • a working pressure for moving the closure element, in particular from the open position into the closed position can be taken from the inflow device.
  • the at least one, the inflow ⁇ device by flowing fluid is used to move the closure element can be provided.
  • the fluid can in particular be used when a Puffervolu ⁇ men is used with Wegstensperrendem valve to avoid pressure loss in a closing device for moving the closure member from the open position to the closed position in the event of a pressure loss in a power line.
  • a corresponding feed to, for example, the Ver ⁇ closing element with the at least one Einströmeinrich ⁇ tion flowing fluid for moving the Ver gleichele- element, in particular from the open position into the Schehrstel ⁇ treatment to act on, as well as said buffer volume and optionally provided reverse blocking valve (Non-return valve) can be integrated into the inflow, so that there is a particularly compact and assembly-friendly arrangement.
  • a further embodiment is characterized in that at least one of the channels a branch channel is fluidically connected, through which the said at least flowing through a channel of fluid can be branched off and for moving the Ver ⁇ circuit elements, in particular from the closed position to the open position, the closure element with the branched and flowing through the branch channel fluid is at least indirectly acted upon.
  • the at least one fluid flowing through the inflow device is used for moving the closure element, in particular for moving it from the closed position into the open position.
  • the closure element with particularly simple Means that is with a particularly simple construction of the flotation, in particular from the closed position to the open position, are moved and at the same time have a high mass, so that a movement of the closure element from the open position to the closed position can be ensured.
  • closure element is formed of an elastic material and is movable by elastic deformation of the closure element between the closed position and the open position. This allows a particularly simple opening and
  • Closing the outlet opening can be realized.
  • the closure element is deformed, for example, by the back pressure caused by the at least one fluid in the open position and held in the open position with an optimal opening gap width.
  • the closure element can elastically, ie automatically or automatically deformed back into the closed position and thereby close the outlet preferably completely and gap-free against ingress of the surrounding ⁇ medium (pulp).
  • a second aspect of the invention relates to a method for operating a flotation device for separating solid particles from a liquid by means of flotation, comprising at least one flotation cell in which the liquid with the solid particles received therein is received and having at least one at least one outlet opening and via the outlet opening In the flotation cell opening inflow device, by means of which gas bubbles are introduced into the flotation cell.
  • the flotation device comprises at least one closure element which consists of less than at least one of the outlet opening releasing open position is moved into a closing position closing the outlet opening.
  • Advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
  • FIG. 1 shows a detail of a schematic sectional view of a flotation device for separating solid particles from a liquid, having at least one outlet opening
  • FIG. 1 showing a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal sectional view of the inflow ⁇ device according to a fourth embodiment.
  • the flotation device 10 comprises a so-called flotation cell 16, in which the liquid 14 with the solid particles 12 accommodated therein is accommodated.
  • the liquid 14 with the solid particles 12 received therein is also referred to as pulp or slurry.
  • the flotation device 10 also includes an inflow device 18 for introducing gas bubbles into the flotation cell 16 and thus into the pulp.
  • an inflow device 18 for introducing gas bubbles into the flotation cell 16 and thus into the pulp.
  • the inflow device 18 is also referred to as a nozzle device or as a nozzle, wherein it does not necessarily have to have the shape of a nozzle in the technical sense.
  • the inflow device 18 has at least one outlet opening 20, via which the inflow device 18 opens into the flotation cell 16. Via the outlet opening 20, the gas bubbles can be introduced into the flotation cell 16.
  • the Einström shark 18 has a first channel 22 and second channel 24, wherein the second channel 24 to first channel 22 at least in a wavelength range of the first channel 22 and in the circumferential direction of the first channel 11 fully surrounds ⁇ constantly.
  • the first channel 22 can be flowed through, for example, by a first, gaseous fluid or medium, wherein the second channel 24 can be flowed through by a second, liquid fluid or medium.
  • first channel 22 is connected to a first source is fluidically connected, wherein the first source provides the gaseous medium.
  • the second channel 24 is fluidly connected to a second source, the second source providing the second, liquid fluid.
  • the first fluid flowing through the first passage 22 is illustrated in FIG. 1 by a directional arrow 25, the second fluid flowing through the second passage 24 being illustrated by directional arrows 27.
  • the inflow device 18 Downstream of the channels 22, 24 and upstream of the outlet opening 20, the inflow device 18 has a mixing region 26.
  • the mixing region 26 is also referred to as a mixing zone.
  • the gaseous fluid mixes with the liquid fluid to produce the gas bubbles to be introduced into the flotation cell 16 via the exit orifice 20.
  • An outlet channel 28 of the inflow device 18 is fluidically connected to the mixing region 26, wherein the outlet opening 20 is an outlet opening of the outlet channel 28.
  • the outlet duct opens from 28 via ⁇ opening 20 in the flotation cell 16, so that the gas bubbles to flow through the exit channel 28 and can flow through the outlet opening 20 in the pulp.
  • the flotation device 10 thus based on the use of a two-component nozzle in the form of Einström listening 18. In other words, it is located in the Einström listening 18 by a so-called two-component nozzle, by means of which the gas bubbles ⁇ using a first substance in the form of the first fluid and a second substance in the form of the
  • Fluids are generated. Both substances, that is, both fluids flow into the flotation cell 16.
  • at least one feed channel of the inflow device 18 is provided, via which the first fluid and / or the second fluid is provided with a flotation aid different from the fluids.
  • the flotation aid is used to generate defined gas bubble size distributions.
  • the gas and liquid flow is combined so that defined gas bubble sizes can be generated in the mixing zone (mixing region 26) due to a generated shear field.
  • the liquid fluid that is, the liquid fluid may be water or the-housed in the flotation cell 16 ⁇ ne liquid 14 supplied, for example, the second Ka ⁇ nal 24th
  • a so-called foamer specifically reduced, whereby the in the inflow 18 (mixing nozzle) generated- bladder size distribution is maintained before entering the flotation cell 16.
  • the inflow device 18 therefore contains design measures which prevent the penetration of larger amounts of solids-laden pulp, as soon as the volume flow of the gas (gaseous fluid) and / or the liquid (liquid)
  • the tationsbacter be carried out by means of the flotation device 10 allows Flo by the adjustable Scherra ⁇ Tenfeld in combination with the controlled coalescence, among other things, the generation of very narrowly distributed gas bubble distributions. This is hardly possible, for example, in a conventional stirrer cell, since there are very high shear rates at the stirrer blade tips and in zones near the stirrer
  • pulps in flotation cells for mining since the penetration of solid particles into the nozzle body can clog them up very easily, so that, under certain circumstances, a high level of maintenance is required.
  • FIG 1 closure element In order to avoid a long downtime of the flotation apparatus 10 and the high maintenance costs, a non-illustrated in FIG 1 closure element is now provided at least wel ⁇ ches between the outlet opening 20 closed position closing and at least one the exit opening-releasing open position is movable.
  • FIG. 1 As a result, it is possible to be able to operate the type of nozzles described with reference to FIG. 1 in an environment with very high contents of solid particles in a trouble-free and low-maintenance manner, since the penetration of substances that are detrimental to the nozzle function into the inflow device 18 is prevented.
  • the interpretation of the SI ⁇ senkopfes optionally substituted with beam deflection by the closing element also allows control of the distribution Fluidge- mixed in the slurry or pulp and fill factor as well as a reduction in the Blasenkoaleszenzrate.
  • FIG 2 shows the inflow device 18 according to a second embodiment.
  • the closure element for Ver ⁇ closing and releasing the outlet opening 20 is designated 30.
  • the two fluids flowing through the outlet channel 28 and flowing into the flotation cell 16 are illustrated by directional arrows 32.
  • a double arrow 34 illustrates that the closure element 30 is translationally movable relative to the outlet channel 28 and the outlet opening 20.
  • a guide element 36 is vorgese ⁇ hen.
  • the guide member 36 defines a working space 38 in which a piston 40 is received.
  • the piston 40 is about a piston rod 42 coupled to the closure member 30, so that the piston 40 and the piston rod 42 30 move with the closing element relative to the guide member 36 translato ⁇ driven.
  • the working space 38 is divided by the piston 40 into two working chambers 44, 46.
  • the Einström wisdom 18 includes at least one branch ⁇ channel 48 which is on the one hand fluidly other hand fluidly connected to the first channel 22 and with the working chamber 46th Via the branch channel 48, the first fluid flowing through the first channel 22 can be branched off from the first channel 22 and introduced into the working chamber 46.
  • the closure element 30 is thus acted upon via the piston 40 with the first fluid, so that the closure element 30 can be moved by means of the first fluid.
  • the the ERS th channel 22 flowing through, first fluid may the Abzweigka ⁇ nal 48 - as indicated by directional arrow 50 - to pass through and act upon the piston 40, whereby the piston, the closure element 30 is moved 40 and via the piston rod 42nd
  • the open position of the shutter member 30 is ge shows ⁇ .
  • the outlet opening 20 is released, so that the gas bubbles and the fluids can flow into the Flotati ⁇ onszelle 16.
  • the closure element 30 at least partially overlaps the outlet opening 20 in the open position.
  • an underside 52 of the closure element 30 which faces in the open position of the outlet opening 20 can be flowed by the fluids and the gas bubbles and deflect them so that the fluids and the gas bubbles do not flow approximately in the flow direction in which they flow through the inlet device 18 obliquely thereto and thus flow laterally into the flotation cell 16.
  • the working chamber 44 is provided with a connection 54.
  • a fluid for example air or liquid
  • the working chamber 44 can be discharged from the working chamber 44. If the closure element 30 moves from the closed position into the open position, this leads to an increase in the volume of the working chamber 44 and a reduction in the volume of the working chamber 46.
  • the work chamber 44 via the port 54 the fluid (air or
  • Liquid are supplied.
  • the fluid which can be supplied to the working chamber 44 via the connection 54 can also be used to actively act on the closure element 30 via the piston rod 42 and the piston 40, that is to say with a force acting on the closure element 30 from outside and thus out of the open position to move into the closed position.
  • the closure element 30 can be moved under the action of gravity from the open position into the closed position.
  • the closure element 30 can be provided in a vertical direction, a preferred installation ⁇ position of the nozzle (Einström worn 18), as is illustrated in Fig. 2 If the Einström worn 18 no longer flows through the fluidically, ie, the channels 22, 24 is no longer supplied with the respective fluid, it is also no longer supplied, the Ar ⁇ Chamber of Labor 46 with the second fluid.
  • the closure element 30 is preferably moved from ⁇ finally by its own weight from the open position to the closed position.
  • the VerMele ⁇ ment 30 by a dynamic pressure, by the the caused by the passage opening 20 fluid is moved from the closed position to the open position and held in the open position.
  • Ver ⁇ closing element 30 acts at least substantially perpendicular to the outlet opening 20, there is a Düsenaus ⁇ transition performing outlet opening 20 based on the image plane of FIG 2 upper end of the nozzle.
  • the VerInstitutele ⁇ ment 30 is designed as a above the outlet opening 20 arranged floating body, which is guided guided in the guide member 36.
  • the guide element 36 he ⁇ allows a vertical movement of the float.
  • the float sinks and closes the outlet opening 20 at least as far as possible.
  • the outlet opening 20 is completely closed by the closure element 30. This is in particular ⁇ sondere important if, for example, the respective fluid flows due to a technical fault, an electrical fault, etc., at least temporarily fail.
  • the outlet opening 20 is, for example, circularly forms ⁇ . It can have an at least ⁇ substantially circular or circular cross-section also the closure element 30th
  • the cross-section and the mass of the closure element 30 are preferably designed so that the outlet opening 20 is at least largely released in an intended working area of the nozzle, so that the gas bubble stream mixed with the supplied liquid fluid can escape laterally freely.
  • This lateral deflection of the waste gas bubble stream through the floating body (closure member 30) is particularly advantageous because it can ⁇ follow a more rapid mixing of the gas bubble flow with the pulp, thus lower the coalescence of the gas bubbles is reduced to each other and the originally generated in the nozzle (inflow 18) gas bubble size distribution is maintained.
  • the exit opening 20 facing bottom 52 of the Ver ⁇ circuit elements 30 is preferably configured such that in the preferred operating range of the nozzle, a distance between the closure element 30 and the outlet opening 20 of ty ⁇ pisch legally half the radius of the outlet opening 20 up to four times the radius of the outlet opening 20 is.
  • the float preferably has a diameter that is at least 10% greater than the diameter of the Austrittsöff ⁇ opening 20. If the float (closure member 30) in its closed position, it preferably sits on the inflow 18 such that the outlet opening 20 is closed is, however, the closure member 30 does not penetrate as a fit in the outlet opening 20, so that jamming can be excluded by the penetration of small amounts of solid particles even in the closed state.
  • the underside 52 is preferably shaped such that the dynamic pressure caused by the exiting fluids, which cause, for example, a gas-water jet, is sufficiently great to lift the closure element 30 at the optimum distance from the outlet opening 20.
  • the float is adapted to deflect the gas-water jet laterally in the desired manner.
  • an active movement of the closure element 30 can also be provided from the open position into the closed position.
  • a fluid in particular a gas, et- Wa, the first fluid, or a liquid, something the second fluid, introduced into the working chamber 44, wherein the versor ⁇ supply of the working chamber 46 is terminated with the first fluid.
  • the piston 40 and the closure element 30 are moved in the direction of the outlet opening 20.
  • the piston 40 is thus a hydraulically and / or pneumatically operable actuating element, by means of which the closure element 30 can be moved from the open position into the closed position.
  • 3 shows the inflow device 18 according to a third embodiment.
  • the gas bubbles generated and by means of Einström Rhein 18 Struktur ⁇ -making in the flotation cell 16 are designated by the 56th
  • a spring element 58 is provided as the actuating element.
  • the spring element 58 is ei ⁇ neterrorism supported on the piston 40 and the other end on a Ar ⁇ Chamber of Labor 44 and the working chamber 38 bounding the bottom 60 of the guide member 36 and supported. If the closure element 30 from the
  • the spring element 58 arranged between the piston 40 and the bottom 60 is tensioned, in this case compressed. This is the case as the piston 40 moves toward the bottom 60.
  • the movement of the closure element 30 from the closed position to the ⁇ Of fenwolf is effected, for example, by the dynamic pressure which the closure element 30 inflowing fluids and gas bubbles 56 generated by the turn 20 flowing through the outlet opening and.
  • the spring element 58 is still somewhat tensioned in the closed position, so that the closure element 30 is defined and securely held in the closed position.
  • FIG. 4 shows the inflow device 18 according to a fourth embodiment, in which an active movement or mobility of the closure element 30 is provided from the closed position to the open position and / or from the open position to the closed position.
  • an electrically actuable actuating element in the form of an electric coil 62 is used as the actuating element for moving the closure element 30.
  • an electrical current is passed through the electrical coil 62.
  • an electromagnet can be represented, by means of which the shutter ⁇ element 30 for releasing and / or the closure of the outlet opening 20 ⁇ can be moved specifically and as needed.
  • the weight of the closure member 30 can not be used or not fully used to move the closure member 30 from the open position to the closed position.
  • the missing or even the movement of the VerMANele ⁇ ment 30 from the open position in the closed position opposite weight or weight component of the closure element 30 by the use of a Betuschistsele ⁇ management, in particular at least one spring and / or hydraulic, electromagnetic and / or be replaced pneumatic actuator.
  • the flap When eliminating the back pressure, the flap can automatically, that is, automatically deformed back into the closed position and thus the outlet opening 20 preferably completely and gap-free against ingress of the surrounding medium (pulp).
  • a position-independent construction ⁇ form is achieved with minimal complexity in a particularly advantageous manner.
  • Such an elastomeric flap can also be shaped in such a way that, as in the case of the floating body, an optimal lateral distribution of the gas bubbles-water mixture takes place.
  • mixed forms or combinations of the described embodiments are possible and to be regarded as disclosed in the context of the invention.
  • Gas bubbles 56 in the two-material nozzle by adjusting the gas and liquid volume flow, optionally in combination with admixed flotation reagents.
  • an internal mixing takes place in the flotation device 10.
  • the inflow of the second fluid is predetermined via the set admission pressure.
  • the first fluid is sucked in by an emerging pressure gradient according to the Venturi principle or alternately natively flowed over the set form.
  • both fluids meet, inducing a velocity gradient field (shear field).
  • the shear field leads to the break-up of the gas flow and thus to the formation of gas bubbles.
  • Gas bubble size is generally inversely proportional to the shear rate present. Therefore, the gas bubble size distribution can be controlled or adjusted in a targeted manner via the shear rate distribution and thus via the volume flow ratio of the two fluids.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung (10) zum Trennen von Feststoffpartikeln (12) von einer Flüssigkeit (14) mittels Flotation, mit: - wenigstens einer Flotationszelle (16) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (14) mit den darin aufgenommenen Feststoff¬ partikeln (12) und - wenigstens einer zumindest eine Austrittsöffnung (20) aufweisenden und über die Austrittsöffnung (20) in die Flotationszelle (16) mündenden Einströmeinrichtung (18) zum Einbringen von Gasblasen (56) in die Flotationszelle (16), wobei die Flotationsvorrichtung (10) wenigstens ein Verschlusselement (30) umfasst, welches zwischen einer die Austrittöffnung (20) verschließenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung bewegbar ist.

Description

Beschreibung
DÜSE FÜR EINE FLOTATIONSVORRICHTUNG SOWIE VERFAHREN ZUM
BETREIBEN EINER FLOTATIONSVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Flotationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.
Derartige Flotationsvorrichtungen und Verfahren zum Betreiben von solchen Flotationsvorrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt. Eine solche Flotati¬ onsvorrichtung dient zum Trennen von FeststoffPartikeln von einer Flüssigkeit mittels Flotation.
Die Flotationsvorrichtung umfasst wenigstens eine Flotations¬ zelle zum Aufnehmen der Flüssigkeit mit den darin aufgenomme¬ nen FeststoffPartikeln . Darüber hinaus umfasst die Flotati- onsvorrichtung wenigstens eine Einströmeinrichtung zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle. Die Einströmeinrichtung weist zumindest eine Austrittsöffnung auf, über welche die Einströmeinrichtung in die Flotationszelle mündet. Die Flotation ist ein wichtiger Prozessschritt zur Trennung feinkörniger Feststoffpartikel aufgrund ihrer unterschiedli¬ chen Oberflächenbenetzbarkeit. Neben der Aufbereitung minera¬ lischer Rohstoffe wird dieses Verfahren, das heißt das Flota¬ tionsverfahren, beispielsweise auch häufig in der Papierin- dustrie zur Erhöhung des Weißgrades eingesetzt, indem Farbto¬ nerpartikel selektiv ausgetragen werden. Auch bei der Wasser- und Abwasseraufbereitung werden Flotationsverfahren zur Ab- scheidung von festen und flüssigen (zum Beispiel Ölen etc.) Anteilen eingesetzt. Im Allgemeinen liegt bei der Flotation das zu trennende Feststoffgemisch suspendiert in einer Flüs¬ sigkeit, der sogenannten Trübe vor. Im Bereich des Bergbaus wird die Trübe auch Pulpe genannt. In die Trübe beziehungs¬ weise Pulpe werden während des Flotationsprozesses Gasblasen eingetragen. Die abzuscheidenden beziehungsweise zu gewinnenden Feststoffpartikel , welche auch als Partikel bezeichnet werden, binden aufgrund Hydrophobizität ihrer Oberflächen an die aufsteigenden Gasblasen, die sich an der Grenzfläche zu Luft anreichern und dort einen feststoffbeladenen Schaum bilden. Bei der Aufbereitung von Mineralien bestimmt der Gehalt an Wertstoff im gewonnen Schaum die Ausbeute und Güte an Pro¬ dukt und damit den Erfolg des Flotationsprozesses.
Hinsichtlich der Effizienz des Gesamtprozesses kommt der eingetragenen, spezifischen Gasblasenoberfläche (Blasenoberflä¬ che pro Gasvolumeneinheit) eine Schlüsselrolle zu, da diese maßgeblich die Wechselwirkung zwischen auszutragendem beziehungsweise abzuscheidendem Feststoff und Blasenwand beein- flusst. Die spezifische Blasenoberfläche ist umgekehrt pro¬ portional zur Blasengröße (Blasendurchmesser) . Daher können prinzipiell mehr Feststoffpartikel ausgetragen werden, wenn insgesamt kleinere Gasblasen in dem Feststoffgemisch verteilt sind. Jedoch dürfen die Gasblasen nicht zu klein sein, da dadurch deren Auftriebskraft zu gering werden würde, um den Feststoff auszutragen beziehungsweise von der Flüssigkeit zu trennen. Dieser Zusammenhang zeigt, dass die in die Flotationszelle eingetragene Gasblasengrößenverteilung bestmöglich auf die Eigenschaften der auszutragenden Feststoffpartikel wie die Partikelgrößenverteilung und Oberflächenhydrophobi- zität abgestimmt sein muss.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind unterschiedliche Methoden zum Erzeugen von Gasblasen definierter Größenvertei- lung bekannt. Insbesondere können in speziellen Düsen, die mit hohen Scherraten Arbeitsgas und Flüssigphase mischen, de¬ finierte Gasblasengrößenverteilungen erzielt werden. Besonders dafür geeignete Düsenbauformen sind Düsen, die nach dem sogenannten Aeratorprinzip beziehungsweise nach dem Ejektor- prinzip arbeiten. Bei diesen Düsen besteht die Herausforde¬ rung darin, dass insbesondere beim Stillstand der Anlage, un¬ ter Umständen aber auch im Normalbetrieb, die Düse durch eindringende Feststoffpartikel verstopft wird und der normale Arbeitsbereich des Gas- und Flüssigkeitsdrucks nicht aus¬ reicht, die Düse wieder freizuspülen . Dies ist insbesondere bei Düsen in Flotationsanlagen für den Bergbau von Bedeutung, da hier Pulpe mit einer Feststoffkonzentration von typischer- weise 40 bis 50% verarbeitet wird, welche bei einem Still¬ stand der Anlage in die Düse eindringen und dort verhärten kann, so dass die Düse aufwendig ausgetauscht werden muss. Es ist daher erstrebenswert, einen solchen aufwendigen Austausch der Düse beziehungsweise Einströmeinrichtung zu verhindern.
Die Erzeugung der gewünschten Gasblasengrößenverteilung erfolgt bei Flotationsprozessen entweder innerhalb oder außerhalb der Flotationszelle. Bei der internen Gasblasenerzeugung entstehen die Gasblasen meist in herkömmlichen Rührwerkzellen durch Einströmen von Gas über einfache Düsen („Sparger") und Zerteilung durch Scherkräfte an rotierenden Rührblättern. Neben der Zerteilung der Gasblasen dient das Rührwerk zur Verteilung der Gasblasen über den Flotationszellenquerschnitt, um einen guten Austausch von Gas und Feststoffgemisch zu er- reichen. Dabei kann die Gasblasengröße über den Energieeintrag des Rührwerks und über den Gasdurchsatz angepasst wer¬ den, wodurch sich jedoch die Betriebskosten der Flotationsanlage erheblich erhöhen können. Zudem beruht die Erzeugung der Gasblasengröße meist auf reiner Empirie, da das Strömungsfeld und damit die vorliegende Scherratenverteilung der Flotati¬ onszelle häufig nicht definiert sind.
Bei der externen Erzeugung von Gasblasen strömt Luft beziehungsweise ein Gas über poröse Materialien (Filtermateria- lien, Schwämme) oder Lochblenden in den unteren Teil der Flotationszelle ein. Die Gasblasen entstehen dabei an der Eintrittsöffnung der Flotationszelle durch das dort vorherrschende Scherratenfeld. Die Gasblasengröße kann dabei über den Gasvordruck und die Porosität beziehungsweise Gasaus- trittsöffnungen eingestellt werden.
Bei der Verwendung von Ejektor- oder Aeratordüsen, aber auch bei anderen Blasenerzeugern, soll das Eindringen von fest- stoffhaltiger Pulpe dadurch verhindert werden, dass ein entsprechendes Protokoll bei Inbetriebsetzung, Betrieb und
Außerbetriebsetzung der Anlage eingehalten wird. Mittels dieses Protokolls soll verhindert werden, dass Betriebszustände eintreten, während deren Pulpe in die Düsen eintritt. Das Protokoll kann entweder über eine manuelle Betriebsführung oder aber über eine automatische Betriebsführung gefahren werden. Allerdings hat es sich gezeigt, dass auch bei Einhal¬ tung eines entsprechenden Protokolls ein Fehlerfall eintreten kann, wenn beispielsweise während des Abfahrens einer Anlage Wasser- oder Gaszufluss zur Düse ausfallen, was unter anderem die Folge einer elektrischen Störung sein kann, die selbst zum Abschalten der Anlage geführt hat. Auch in solchen Fällen können Feststoffpartikel in die Einströmeinrichtung eindrin- gen, so dass diese verstopft und in der Folge zeit- und kos¬ tenaufwendig ausgetauscht werden muss. Dies kann ferner zu einem langen und unerwünschten Ausfall der Flotationsvorrichtung beziehungsweise des Verfahrens zum Betreiben der Flota¬ tionsvorrichtung führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flotationsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Flotationsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Gefahr von unterwünschten Aus- fällen der Flotationsvorrichtung besonders gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Flotationsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben . Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung zum Trennen von FeststoffPartikeln von einer Flüssigkeit mittels Flotation. Die Flotationsvorrichtung umfasst wenigstens eine Flotationszelle zum Aufnehmen der Flüssigkeit mit den darin aufgenommenen FeststoffPartikeln . Ferner um- fasst die Flotationsvorrichtung wenigstens eine Einströmeinrichtung zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle. Die Einströmeinrichtung weist dabei zumindest eine Austritts- Öffnung auf, über die die Einströmeinrichtung in die Flotationszelle mündet.
Um nun die Gefahr von langen und unerwünschten Ausfällen der Flotationsvorrichtung sowie eines zeit- und kostenaufwendigen Austauschs der Einströmeinrichtung zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Flotationsvorrichtung wenigstens ein Verschlusselement umfasst, welches zwischen ei¬ ner die Austrittsöffnung verschließenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstel- lung bewegbar ist. Zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle wird die Einströmeinrichtung beispielsweise von wenigstens einem Fluid durchströmt. Kommt es - beispielsweise aufgrund von einer Störung - zu einer Unterbrechung dieser Durchströmung, so kann die Austrittsöffnung mittels des Ver- Schlusselements verschlossen werden.
Dadurch kann vermieden werden, dass Feststoffpartikel , die in der in der Flotationszelle aufgenommenen Flüssigkeit aufge¬ nommen sind, in die Austrittsöffnung und über diese in die Einströmeinrichtung eindringen und die Einströmeinrichtung verstopfen. Ist beispielsweise die Störung behoben, so dass die Einströmeinrichtung wieder von dem wenigstens einen Fluid durchströmt werden kann, so kann die Austrittsöffnung, über welche das wenigstens eine Fluid von der Einströmeinrichtung in die Flotationszelle eintritt, freigegeben werden, so dass der Flotationsprozess beziehungsweise das Flotationsverfahren fortgesetzt werden kann, ohne die Einströmeinrichtung reinigen oder gar austauschen zu müssen. Das Verschlusselement ist somit ein Mittel, um das Eindringen von FeststoffPartikeln beziehungsweise Pulpe in die Einströmeinrichtung zu verhindern, indem das Verschlusselement die Austrittsöffnung verschließt, sobald beispielsweise ein an der Austrittsöffnung von dem wenigstens einen Fluid erzeugter Staudruck einen vorgebbaren beziehungsweise voreingestellten Mindestwert unterschreitet. Zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs der Flotationsvorrichtung ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Einströmeinrichtung wenigstens einen von einem gasförmigen Fluid durchströmbaren, ersten Kanal, wenigstens einen von einem flüssigen Fluid durchströmbaren, zweiten Kanal und wenigstens einen stromab der Kanäle und stromauf der Austrittsöffnung angeordneten Mischbereich aufweist, in welchem das gasförmige Fluid mit dem flüssigen Fluid unter Erzeugung der in die Flotationszelle über die Austrittsöffnung einzubringenden Gasblasen zu mi- sehen ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass einer der Kanäle, insbesondere der zweite Kanal, den anderen Kanal, insbesondere den ersten Kanal, zumindest in einem Län- genbereich des ersten Kanals vollständig umgibt. Hierdurch kann der Bauraumbedarf der Einströmeinrichtung gering gehalten werden. Ferner ist eine besonders vorteilhafte Vermi¬ schung der Fluide realisierbar, so dass die Feststoffpartikel besonders gut von der Flüssigkeit getrennt, das heißt abge- schieden werden können.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Ver¬ schlusselement die Austrittsöffnung in der Offenstellung zumindest teilweise überlappt. Dies bedeutet, dass die Aus- trittsöffnung zwar freigegeben ist und von dem wenigstens einen Fluid beziehungsweise den beiden Fluiden durchströmt wer¬ den kann, jedoch überlappt das Verschlusselement die Aus¬ trittsöffnung. Dadurch kann der Gasblasenstrom aus der Einströmeinrichtung in der Offenstellung ausströmen und seitlich frei austreten. Mit anderen Worten wird eine der Austritts¬ öffnung zugewandte Stirnseite des Verschlusselements von dem Gasblasenstrom angeströmt, so dass der Gasblasenstrom mittels des Verschlusselements seitlich abgelenkt wird. Diese seitli- che Ablenkung des Gasblasenstroms durch den Verschlusskörper ist insofern besonders vorteilhaft, als dadurch eine beson¬ ders schnelle Vermischung des Gasblasenstroms mit der in der Flotationszelle aufgenommenen Pulpe (Flüssigkeit mit darin aufgenommenen FeststoffPartikeln) erfolgt. Hierdurch wird die Koaleszenzrate der Gasblasen untereinander herabgesetzt und die ursprünglich in der Einströmeinrichtung erzeugte Gasbla- sengrößenverteilung bleibt erhalten. Weiterhin wird dadurch erreicht, dass der Gasblasenstrom in der Pulpe einen größeren Durchmesser erhält, als wenn er frei in eine Richtung abströ¬ men würde, wodurch ein wesentlich besserer Füllfaktor der hiermit begasten Blasensäule beziehungsweise der Flotations¬ zelle erreicht wird. Der der Austrittsöffnung zugewandte untere Teil des Verschlusselements ist vorzugsweise dabei so ausgebildet, dass im bevorzugten Arbeitsbereich der Einströmeinrichtung ein Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der Stirnseite des Verschlusselements von typisch dem halben Radius der Aus- trittsöffnung bis zum Vierfachen des Radius der Austrittsöffnung beträgt. Das Verschlusselement hat dabei bevorzugt einen Durchmesser, der mindestens 10% größer ist als der Durchmes¬ ser der Austrittsöffnung. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Ver¬ schlusselement in der Schließstellung außerhalb der Aus¬ trittsöffnung angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Verschlusselement derart geformt, dass das Verschlusselement die Austrittsöffnung beispielsweise durch Aufsitzen auf einem korrespondierenden Sitz in einem entsprechend dafür vorgesehenen Bereich verschließt, jedoch nicht als Passform in die Austrittsöffnung eindringt, so dass ein Verklemmen durch Eindringen einer geringen Menge an FeststoffPartikeln auch im geschlossenen Zustand ausgeschlossen werden kann.
Vorzugsweise weist das Verschlusselement eine der Einström¬ einrichtung zugewandte Unterseite auf, die beispielsweise derart geformt ist, dass ein durch das wenigstens eine, aus der Einströmeinrichtung austretende Fluid hervorgerufener Staudruck ausreichend groß ist, um das Verschlusselement aus der Schließstellung in die Offenstellung zu bewegen und vorzugsweise in einen optimalen Abstand zur Austrittsöffnung an- zuheben. Ferner ist die Unterseite vorzugsweise gleichzeitig dazu geeignet, das wenigstens eine aus der Einströmeinrich¬ tung über die Austrittsöffnung ausströmende und in die Flota¬ tionszelle einströmende Fluid seitlich in gewünschter Art und Weise abzulenken beziehungsweise umzulenken.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Verschlusselement unter Schwerkrafteinwirkung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar. Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass das Verschlusselement ausschließlich unter Schwerkrafteinwirkung aus der Offenstellung in die
Schließstellung bewegbar ist. Dies bedeutet, dass die Flota¬ tionszelle derart ausgerichtet ist, dass das Verschlussele¬ ment vorzugsweise ausschließlich unter Einwirkung seiner eigenen Gewichtskraft aus der Offenstellung in die Schließstel- lung bewegt wird, wenn das wenigstens eine Fluid die Aus¬ trittsöffnung nicht durchströmt. Somit sind bezogen auf das Verschlusselement äußere, auf das Verschlusselement wirkende Kräfte und/oder Momente zum Bewegen des Verschlusselements aus der Offenstellung in die Schließstellung nicht vorgesehen und nicht erforderlich. Hierbei ist das Verschlusselement beispielsweise als Schwebekörper ausgebildet, welcher bei¬ spielsweise durch den durch das die Austrittsöffnung durchströmende Fluid bewirkten Staudruck aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung gehalten wird und dabei sozusagen in der Pulpe schwebt.
Wird die Austrittsöffnung nicht mehr von dem wenigstens einen Fluid durchströmt, so kann sich der Schwebekörper in die Schließstellung aufgrund seiner eigenen Gewichtskraft absen- ken. Hierzu weist der Schwebekörper beziehungsweise das Ver¬ schlusselement eine entsprechende, vorgebbare Masse auf. Die Masse des Verschlusselements kann beispielsweise sowohl durch die Geometrie, insbesondere durch die Form, Durchmesser etc. als auch durch die Dichte des Werkstoffes des Verschlussele¬ ments entsprechend eingestellt werden. Beispielsweise ist das Verschlusselement als Hohlform ausgebildet. Durch die ent¬ sprechende Wahl der Masse kann sowohl vorzugsweise die Höhen- einstellung in der Arbeitsstellung beziehungsweise Offenstellung als auch eine ausreichende Schließkraft in der Schlie߬ stellung gewährleistet werden, wobei die Dichte des umgeben¬ den Mediums (Pulpe etc.) hinsichtlich der resultierenden Auftriebskraft des Verschlusselements zu berücksichtigen ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Betätigungselement vorgesehen, mit¬ tels welchem das Verschlusselement aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist. Mittels des Betätigungsele- ments kann wenigstens eine bezogen auf das Verschlusselement äußere Kraft auf das Verschlusselement aufgebracht werden, um das Verschlusselement mittels der äußeren Kraft aus der Of¬ fenstellung in die Schließstellung zu bewegen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die äußere Kraft in die gleiche Richtung wie die Gewichtskraft oder in die gleiche Richtung wie eine Komponente der Gewichtskraft des Ver¬ schlusselements wirkt, so dass das Verschlusselement mittels des Betätigungselements zusätzlich zur Gewichtskraft des Ver¬ schlusselements in die Schließstellung bewegt werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass die äußere Kraft entgegen der Gewichtskraft oder in eine andere Richtung als die Ge¬ wichtskraft wirkt, so dass das Verschlusselement entgegen seiner eigenen Gewichtskraft aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt werden kann.
Durch den Einsatz des Betätigungselements ist eine bedarfsge¬ rechte Bewegung des Verschlusselements, das heißt ein be¬ darfsgerechtes Öffnen und Schließen dieses, realisierbar, so dass besonders sicher vermieden werden kann, dass Feststoff- partikel beziehungsweise Pulpe in die Einströmeinrichtung eintritt . Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, dass es ab¬ hängig von den vorgesehenen Volumenstromraten des wenigstens einen die Austrittsöffnung durchströmenden Fluids vorkommen kann, dass die notwendige Gewichtskraft und damit die Masse des Verschlusselements zur Einstellung des optimalen Öff¬ nungsspalts sehr groß werden muss. In diesem Fall ist es vor¬ teilhaft, das Verschlusselement deutlich kleiner als erfor¬ derlich auszulegen, wobei das Betätigungselement zum Einsatz kommt, um ein sicheres Schließen des Verschlusselements be- wirken zu können.
Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Betätigungsele¬ ment des Verschlusselements ein gespanntes Federelement auf¬ weist, welches das Verschlusselement in der Offenstellung mit einer Federkraft beaufschlagt. Mittels der Federkraft ist das Verschlusselement aus der Offenstellung in die Schließstel¬ lung bewegbar. Hierdurch kann beispielsweise die zum Bewegen des Verschlusselements in die Schließstellung fehlende Ge¬ wichtskraft durch das Betätigungselement ausgeglichen bezie- hungsweise ersetzt werden. Ferner ist der Einsatz einer Federanordnung mit mehreren Federn denkbar, um das Verschlusselement sicher in die Schließstellung bewegen zu können. Dabei kann insbesondere die Anpassung an unterschiedliche opti¬ male Arbeitsbereiche durch den Einsatz unterschiedlich stei- fer Federn beziehungsweise unterschiedlich starker pneumatischer und/oder hydraulischer Stellglieder erfolgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Betätigungselement ein hydraulisch und/oder pneuma- tisch und/oder elektrisch betätigbares Stellglied zum Bewegen des Verschlusselements aus der Offenstellung in die Schlie߬ stellung aufweist. Hierdurch ist eine besonders bedarfsge¬ rechte Bewegung des Verschlusselements darstellbar. Bei Verwendung hydraulischer, pneumatischer und/oder elektrischer Methoden kann sichergestellt werden, dass auch bei Wegfall des Fluidstroms in der Einströmeinrichtung eine ausrei¬ chende Rückstell- und Schließkraft für das Verschlusselement erhalten bleibt. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines von dem die Einströmeinrichtung durchströmenden Fluid unabhängigen pneumatischen und/oder hydraulischen Systems erfolgen. Alternativ jedoch kann ein Arbeitsdruck zum Bewegen des Verschlusselements, insbesondere aus der Offenstellung in die Schließstellung, der Einströmeinrichtung entnommen werden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass zum Bewegen des Verschlusselements das wenigstens eine, die Einström¬ einrichtung durchströmende Fluid verwendet wird. Das Fluid kann insbesondere dann verwendet werden, wenn ein Puffervolu¬ men mit rückwärtssperrendem Ventil eingesetzt wird, um im Falle eines Druckverlusts in einer Speiseleitung einen Druckverlust in einer Schließvorrichtung zum Bewegen des Verschlusselements von der Offenstellung in die Schließstellung zu vermeiden.
Eine entsprechende Zuführung, um beispielsweise das Ver¬ schlusselement mit dem wenigstens einen die Einströmeinrich¬ tung durchströmenden Fluid zum Bewegen des Verschlussele- ments, insbesondere aus der Offenstellung in die Schließstel¬ lung, zu beaufschlagen, sowie das genannte Puffervolumen und das gegebenenfalls vorgesehene rückwärtssperrende Ventil (Rückflusssperrventil) können in die Einströmeinrichtung integriert sein, so dass sich eine besonders kompakte und mon- tagefreundliche Anordnung ergibt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mit wenigstens einem der Kanäle ein Abzweigkanal fluidisch verbunden ist, über welchen das den wenigstens einen Kanal durchströmende Fluid abzweigbar und zum Bewegen des Ver¬ schlusselements, insbesondere aus der Schließstellung in die Offenstellung, das Verschlusselement mit dem abgezweigten und den Abzweigkanal durchströmenden Fluid zumindest mittelbar beaufschlagbar ist. Bei dieser Ausführungsform wird also das wenigstens eine, die Einströmeinrichtung durchströmende Fluid zum Bewegen des Verschlusselements, insbesondere zum Bewegen aus der Schließstellung in die Offenstellung, verwendet.
Hierdurch kann das Verschlusselement mit besonders einfachen Mitteln, das heißt mit einem besonders einfachen Aufbau der Flotationsvorrichtung, insbesondere aus der Schließstellung in die Offenstellung, bewegt werden und gleichzeitig eine ho¬ he Masse aufweisen, so dass auch eine Bewegung des Ver- Schlusselements aus der Offenstellung in die Schließstellung gewährleistet werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Verschlusselement aus einem elastischen Werkstoff gebil- det und durch elastisches Verformen des Verschlusselements zwischen der Schließstellung und der Offenstellung bewegbar ist. Hierdurch kann ein besonders einfaches Öffnen und
Schließen der Austrittsöffnung realisiert werden. Während des Betriebs wird das Verschlusselement beispielsweise durch den durch das wenigstens eine Fluid hervorgerufenen Staudruck in die Offenstellung verformt und in der Offenstellung mit einer optimalen Öffnungsspaltbreite gehalten. Bei Wegfall des Stau¬ drucks kann sich das Verschlusselement elastisch, das heißt automatisch beziehungsweise selbsttätig in die Schließstel- lung zurück verformen und dadurch die Austrittsöffnung vorzugsweise vollständig und spaltfrei gegen Eindringen des um¬ gebenden Mediums (Pulpe) verschließen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Flotationsvorrichtung zum Trennen von FeststoffPartikeln von einer Flüssigkeit mittels Flotation, mit wenigstens einer Flotationszelle, in welcher die Flüssigkeit mit den darin aufgenommenen FeststoffPartikeln aufgenommen ist und mit wenigstens einer zumindest eine Austrittsöffnung aufweisenden und über die Austrittsöffnung in die Flotationszelle mündenden Einströmeinrichtung, mittels welcher Gasblasen in die Flotationszelle eingebracht werden.
Um die Gefahr eines unerwünschten Ausfalls der Flotationsvor- richtung sowie eines zeit- und kostenintensiven Austauschs der Einströmeinrichtung besonders gering zu halten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Flotationsvorrichtung wenigstens ein Verschlusselement umfasst, welches aus wenigs- tens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung in eine die Austrittsöffnung verschließenden Schließstellung bewegt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zwei- ten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorste- hend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in: FIG 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht ei- ner Flotationsvorrichtung zum Trennen von Feststoffpartikeln von einer Flüssigkeit, mit einer zumindest eine Austrittsöffnung aufweisenden
Einströmeinrichtung zum Einbringen von Gasblasen in eine Flotationszelle der Flotationsvorrichtung, wobei in FIG 1 eine erste Ausführungsform der
Einströmeinrichtung gezeigt ist;
FIG 2 eine schematische Längsschnittansicht der
Einströmeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
FIG 3 eine schematische Längsschnittansicht der
Einströmeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungs- form; und
FIG 4 eine schematische Längsschnittansicht der Einström¬ einrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform. In den FIG sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. FIG 1 zeigt eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Flotationsvor¬ richtung zum Trennen von FeststoffPartikeln 12 von einer Flüssigkeit 14 mittels Flotation. Wie aus FIG 1 erkennbar ist, umfasst die Flotationsvorrichtung 10 eine sogenannte Flotationszelle 16, in welcher die Flüssigkeit 14 mit den da- rin aufgenommenen FeststoffPartikeln 12 aufgenommen ist. Die Flüssigkeit 14 mit den darin aufgenommenen FeststoffPartikeln 12 wird auch als Trübe oder Pulpe bezeichnet.
Die Flotationsvorrichtung 10 umfasst auch eine Einströmein- richtung 18 zum Einbringen von Gasblasen in die Flotationszelle 16 und somit in die Pulpe. Mittels der Gasblasen werden die Feststoffpartikel 12 von der Flüssigkeit 14 getrennt, in¬ dem die Feststoffpartikel 12 mittels der Gasblasen an die Oberfläche der Flüssigkeit 14 befördert werden.
Die Einströmeinrichtung 18 wird auch als Düseneinrichtung oder als Düse bezeichnet, wobei sie nicht notwendigerweise die Form einer Düse im technischen Sinne aufweisen muss. Wie aus FIG 1 erkennbar ist, weist die Einströmeinrichtung 18 we- nigstens eine Austrittsöffnung 20 auf, über die die Einströmeinrichtung 18 in die Flotationszelle 16 mündet. Über die Austrittsöffnung 20 können die Gasblasen in die Flotationszelle 16 eingebracht werden. Die Einströmeinrichtung 18 weist einen ersten Kanal 22 und einen zweiten Kanal 24 auf, wobei der zweite Kanal 24 den ersten Kanal 22 zumindest in einem Längenbereich des ersten Kanals 22 und in Umfangsrichtung des ersten Kanals 11 voll¬ ständig umgibt. Der erste Kanal 22 ist beispielsweise von ei- nem ersten, gasförmigen Fluid beziehungsweise Medium durchströmbar, wobei der zweite Kanal 24 von einem zweiten, flüssigen Fluid beziehungsweise Medium durchströmbar ist. Dies bedeutet, dass der erste Kanal 22 mit einer ersten Quelle fluidisch verbunden ist, wobei die erste Quelle das gasförmige Medium bereitstellt. Der zweite Kanal 24 ist mit einer zweiten Quelle fluidisch verbunden, wobei die zweite Quelle das zweite, flüssige Fluid bereitstellt.
Das den ersten Kanal 22 durchströmende, erste Fluid ist in FIG 1 durch einen Richtungspfeil 25 veranschaulicht, wobei das den zweiten Kanal 24 durchströmende, zweite Fluid durch Richtungspfeile 27 veranschaulicht ist.
Stromab der Kanäle 22, 24 und stromauf der Austrittsöffnung 20 weist die Einströmeinrichtung 18 einen Mischbereich 26 auf. Der Mischbereich 26 wird auch als Mischzone bezeichnet. In dem Mischbereich 26 vermischt sich das gasförmige Fluid mit dem flüssigen Fluid unter Erzeugung der in die Flotationszelle 16 über die Austrittsöffnung 20 einzubringenden Gasblasen. Mit dem Mischbereich 26 ist ein Austrittskanal 28 der Einströmeinrichtung 18 fluidisch verbunden, wobei die Austrittsöffnung 20 eine Austrittsöffnung des Austrittskanals 28 ist. Dies bedeutet, dass der Austrittskanal 28 über die Aus¬ trittsöffnung 20 in die Flotationszelle 16 mündet, so dass die Gasblasen den Austrittskanal 28 durchströmen und über die Austrittsöffnung 20 in die Pulpe einströmen können. Die Flotationsvorrichtung 10 beruht somit auf der Verwendung einer Zwei-Stoff-Düse in Form der Einströmeinrichtung 18. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Einströmeinrichtung 18 um eine sogenannte Zwei-Stoff-Düse, mittels welcher die Gas¬ blasen unter Verwendung eines ersten Stoffes in Form des ers- ten Fluids und eines zweiten Stoffes in Form des zweiten
Fluids erzeugt werden. Dabei strömen beide Stoffe, das heißt beide Fluide in die Flotationszelle 16 ein. Gegebenenfalls ist wenigstens ein Zuführkanal der Einströmeinrichtung 18 vorgesehen, über welchen das erste Fluid und/oder das zweite Fluid mit einem von den Fluiden unterschiedlichen Flotationshilfsmittel versehen wird. Das Flotationshilfsmittel dient zur Erzeugung von definierten Gasblasengrößenverteilungen . In der Zwei-Stoff-Düse wird der Gas- und Flüssigkeitsstrom so zusammengeführt, dass aufgrund eines generierten Scherfeldes in der Mischzone (Mischbereich 26) definierte Gasblasengrößen erzeugt werden können. Bei dem Flüssigkeitsstrom, das heißt bei dem flüssigen Fluid kann es sich um Wasser oder die in der Flotationszelle 16 aufgenomme¬ ne Flüssigkeit 14 handeln, die beispielsweise dem zweiten Ka¬ nal 24 zugeführt wird.
Gegebenenfalls wird die Koaleszenz der gebildeten Gasblasen (Einzelblasen) durch wenigstens ein zugesetztes Flotations¬ hilfsmittel, einen sogenannten Schäumer, gezielt verringert, wodurch die in der Einströmeinrichtung 18 (Mischdüse) erzeug- te Blasengrößenverteilung vor dem Eintritt in die Flotationszelle 16 erhalten bleibt. Im Falle des Abschaltens der Flüs- sigkeits- und/oder Gasstromzufuhr zur Einströmeinrichtung 18 (Düse) könnte Pulpe von der Flotationszelle 16, d.h. von au¬ ßen in die Düse (Einströmeinrichtung 18) einströmen und die gas- oder flüssigkeitsführenden Bereiche der Düse verblocken, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
Die Einströmeinrichtung 18 enthält daher konstruktive Maßnahmen, welche das Eindringen von größeren Mengen an feststoff- beladener Pulpe verhindern, sobald der Volumenstrom des Gases (gasförmiges Fluid) und/oder der Flüssigkeit (flüssiges
Fluid) einen kritischen Wert unterschreitet.
Das mittels der Flotationsvorrichtung 10 durchzuführende Flo- tationsverfahren ermöglicht durch das einstellbare Scherra¬ tenfeld in Kombination mit der gesteuerten Koaleszenz unter anderem die Erzeugung von sehr eng verteilten Gasblasenverteilungen. Dies ist beispielsweise in einer herkömmlichen Rührwerkszelle kaum möglich, da an den Rührblattspitzen sehr hohe Scherraten vorliegen und in rührwerksnahen Zonen die
Scherrate deutlich abnimmt. Aufgrund der breiten Scherratenverteilung entstehen daher in herkömmlichen Verfahren eher breit verteilte Gasblasengrößenverteilungen. Die hier verwen- dete Form der Düse könnte jedoch erheblich in ihrem Potential eingeschränkt sein, wenn mit einem Umgebungsmedium (Pulpe) gearbeitet wird, welches einen hohen Anteil an FeststoffPar¬ tikeln 12 enthält. Dies kann beispielsweise bei Pulpen in Flotationszellen für den Bergbau der Fall sein, da ein Eindringen von FeststoffPartikeln in den Düsenkörper diesen sehr leicht verstopfen kann, so dass unter Umständen ein hoher Wartungsaufwand entsteht. Um einen langen Ausfall der Flotationsvorrichtung 10 und den hohen Wartungsaufwand zu vermeiden, ist nun wenigstens ein in FIG 1 nicht dargestelltes Verschlusselement vorgesehen, wel¬ ches zwischen einer die Austrittsöffnung 20 verschließenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung bewegbar ist. Dadurch ist es ermöglicht, die anhand von FIG 1 erläuterte Art von Düsen auch in einer Umgebung mit sehr hohen Gehalten an FeststoffPartikeln störungsfrei und wartungsarm betreiben zu können, da das Eindringen von der Düsenfunktion abträglichen Stoffen in die Einströmeinrichtung 18 verhindert wird. Die Auslegung des Dü¬ senkopfes gegebenenfalls mit Strahlumlenkung durch das Ver¬ schlusselement ermöglicht zudem die Steuerung der Fluidge- mischverteilung in der Trübe beziehungsweise Pulpe und des Füllfaktors sowie eine Verringerung der Blasenkoaleszenzrate .
FIG 2 zeigt die Einströmeinrichtung 18 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In FIG 2 ist das Verschlusselement zum Ver¬ schließen und Freigeben der Austrittsöffnung 20 mit 30 bezeichnet. In FIG 2 sind die beiden, den Austrittskanal 28 durchströmenden und in die Flotationszelle 16 einströmenden Fluids durch Richtungspfeile 32 veranschaulicht. Ferner ist in FIG 2 durch einen Doppelpfeil 34 veranschaulicht, dass das Verschlusselement 30 relativ zum Austrittskanal 28 und zur Austrittsöffnung 20 translatorisch bewegbar ist. Zum Führen des Verschlusselements 30 ist ein Führungselement 36 vorgese¬ hen. Das Führungselement 36 begrenzt einen Arbeitsraum 38, in dem ein Kolben 40 aufgenommen ist. Der Kolben 40 ist übe eine Kolbenstange 42 mit dem Verschlusselement 30 gekoppelt, so dass sich der Kolben 40 und die Kolbenstange 42 mit dem Ver¬ schlusselement 30 relativ zum Führungselement 36 translato¬ risch mitbewegen. Der Arbeitsraum 38 ist durch den Kolben 40 in zwei Arbeitskammern 44, 46 unterteilt.
Die Einströmeinrichtung 18 umfasst wenigstens einen Abzweig¬ kanal 48, welcher einerseits fluidisch mit dem ersten Kanal 22 und andererseits fluidisch mit der Arbeitskammer 46 verbunden ist. Über den Abzweigkanal 48 kann das den ersten Ka- nal 22 durchströmende, erste Fluid aus dem ersten Kanal 22 abgezweigt und in die Arbeitskammer 46 eingeleitet werden. Das Verschlusselement 30 wird somit über den Kolben 40 mit dem ersten Fluid beaufschlagt, so dass das Verschlusselement 30 mittels des ersten Fluids bewegt werden kann. Das den ers- ten Kanal 22 durchströmende, erste Fluid kann den Abzweigka¬ nal 48 - wie durch einen Richtungspfeil 50 angedeutet - durchströmen und den Kolben 40 beaufschlagen, wodurch der Kolben 40 und über die Kolbenstange 42 das Verschlusselement 30 bewegt wird.
In FIG 2 ist die Offenstellung des Verschlusselements 30 ge¬ zeigt. In der Offenstellung ist die Austrittsöffnung 20 freigegeben, so dass die Gasblasen und die Fluide in die Flotati¬ onszelle 16 einströmen können.
Wie aus FIG 2 erkennbar ist, überlappt das Verschlusselement 30 die Austrittsöffnung 20 in der Offenstellung zumindest teilweise. Dadurch kann ein in der Offenstellung der Austrittsöffnung 20 zugewandte Unterseite 52 des Verschlussele- ments 30 von den Fluiden und den Gasblasen angeströmt werden und diese ablenken, so dass die Fluide und die Gasblasen nicht etwa in Strömungsrichtung, in der sie die Einströmeinrichtung 18 durchströmen, sondern schräg dazu und somit seitlich in die Flotationszelle 16 einströmen.
Wie aus FIG 2 ferner erkennbar ist, ist die Arbeitskammer 44 mit einem Anschluss 54 versehen. Bewegt sich das Verschluss¬ element 30 aus der Schließstellung in Richtung der Offenstel- lung beziehungsweise in die Offenstellung, so geht damit eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammer 46 und eine Volumenverkleinerung der Arbeitskammer 44 einher. Über den Anschluss 54 kann ein in der Arbeitskammer 44 aufgenommenes Fluid, bei- spielsweise Luft oder Flüssigkeit, aus der Arbeitskammer 44 abgeleitet werden. Bewegt sich das Verschlusselement 30 aus der Schließstellung in die Offenstellung, so geht damit eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammer 44 und eine Volumenverkleinerung der Arbeitskammer 46 einher. Dabei kann der Ar- beitskammer 44 über den Anschluss 54 das Fluid (Luft oder
Flüssigkeit) zugeführt werden. Das der Arbeitskammer 44 über den Anschluss 54 zuführbare Fluid kann auch dazu verwendet werden, das Verschlusselement 30 über die Kolbenstange 42 und den Kolben 40 aktiv, das heißt mit einer von außen auf das Verschlusselement 30 wirkenden Kraft zu beaufschlagen und da¬ durch aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen .
Es kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement 30 unter Schwerkrafteinwirkung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist. Hierzu kann eine bevorzugte Einbau¬ stellung der Düse (Einströmeinrichtung 18) in senkrechter Richtung vorgesehen sein, wie es in FIG 2 veranschaulicht ist. Wird die Einströmeinrichtung 18 nicht mehr von den Flui- den durchströmt, das heißt werden die Kanäle 22, 24 nicht mehr mit dem jeweiligen Fluid versorgt, so wird auch die Ar¬ beitskammer 46 nicht mehr mit dem zweiten Fluid versorgt. In diesem Fall wird das Verschlusselement 30 vorzugsweise aus¬ schließlich durch seine eigene Gewichtskraft aus der Offen- Stellung in die Schließstellung bewegt. Die die Austrittsöff¬ nung 20 durchströmenden Fluide und vorliegend insbesondere das zweite, in die Arbeitskammer 46 einströmende Fluid bewir¬ ken, dass das Verschlusselement 30 entgegen seiner Gewichts¬ kraft aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung gehalten wird. Ist beispielsweise eine Versorgung der Arbeitskammer 46 mit dem zweiten Fluid oder dem ersten Fluid nicht vorgesehen, so kann das Verschlussele¬ ment 30 auch durch einen Staudruck, der durch die die Aus- trittsöffnung 20 durchströmenden Fluide bewirkt wird, aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung gehalten wird. Bei der in FIG 2 gezeigten senkrechten Ausrichtung der
Einströmeinrichtung 18, so dass die Gewichtskraft des Ver¬ schlusselements 30 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Austrittsöffnung 20 wirkt, befindet sich die einen Düsenaus¬ gang darstellende Austrittsöffnung 20 am bezogen auf die Bildebene von FIG 2 oberen Ende der Düse. Das Verschlussele¬ ment 30 ist dabei als ein oberhalb der Austrittsöffnung 20 angeordneter Schwebekörper ausgebildet, der in dem Führungselement 36 geführt gelagert ist. Das Führungselement 36 er¬ laubt dabei eine vertikale Bewegung des Schwebekörpers.
Wird die Düse unterhalb einer vorgegebenen Mindestdurchfluss- menge der Fluide betrieben, so sinkt der Schwebekörper ab und verschließt die Austrittsöffnung 20 zumindest weitestgehend. Bei einem Betrieb ohne jeglichen Massendurchfluss durch die Austrittsöffnung 20 wird die Austrittsöffnung 20 vollständig durch das Verschlusselement 30 verschlossen. Dies ist insbe¬ sondere wichtig, wenn beispielsweise die jeweiligen Fluid- ströme aufgrund eines technischen Defekts, einer elektrischen Störung etc. zumindest zeitweise ausfallen.
Die Austrittsöffnung 20 ist beispielsweise kreisförmig ausge¬ bildet. Dabei kann auch das Verschlusselement 30 einen zumin¬ dest im Wesentlichen kreisförmigen beziehungsweise kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt und die Masse des Verschlusselements 30 sind dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass in einem vorgesehenen Arbeitsbereich der Düse die Austrittsöffnung 20 zumindest weitestgehend freigegeben wird, so dass der mit dem zugeführten, flüssigen Fluid vermischte Gasblasenstrom seitlich frei austreten kann. Diese seitliche Ab- lenkung des Gasblasenstroms durch den Schwebekörper (Verschlusselement 30) ist besonders vorteilhaft, da dadurch eine schnellere Vermischung des Gasblasenstroms mit der Pulpe er¬ folgen kann, wodurch die Koaleszenzrate der Gasblasen unter- einander herabgesetzt wird und die ursprünglich in der Düse (Einströmeinrichtung 18) erzeugte Gasblasengrößenverteilung erhalten bleibt. Die der Austrittsöffnung 20 zugewandte Unterseite 52 des Ver¬ schlusselements 30 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass im bevorzugten Arbeitsbereich der Düse ein Abstand zwischen dem Verschlusselement 30 und der Austrittsöffnung 20 von ty¬ pischerweise dem halben Radius der Austrittsöffnung 20 bis zum Vierfachen des Radius der Austrittsöffnung 20 beträgt. Der Schwebekörper hat bevorzugt einen Durchmesser, der mindestens 10% größer ist als der Durchmesser der Austrittsöff¬ nung 20. Befindet sich der Schwebekörper (Verschlusselement 30) in seiner Schließstellung, so sitzt er vorzugsweise auf der Einströmeinrichtung 18 derart auf, dass die Austrittsöffnung 20 verschlossen ist, jedoch das Verschlusselement 30 nicht als Passform in die Austrittsöffnung 20 eindringt, so dass ein Verklemmen durch Eindringen geringer Mengen an Feststoffpartikeln auch im geschlossenen Zustand ausgeschlossen werden kann .
Die Unterseite 52 ist vorzugsweise so geformt, dass der durch die austretenden Fluide, welche beispielsweise einen Gas- Wasser-Strahl bewirken, hervorgerufener Staudruck ausreichend groß ist, um das Verschlusselement 30 in den optimalen Ab¬ stand zur Austrittsöffnung 20 anzuheben. Gleichzeitig ist der Schwebekörper dazu geeignet, den Gas-Wasser-Strahl seitlich in gewünschter Art und Weise umzulenken.
Wie bereits erwähnt, kann alternativ oder zusätzlich zur zumindest im Wesentlichen passiven und durch die Gewichtskraft bewirkten Bewegung des Verschlusselements 30 aus der Offen- Stellung in die Schließstellung auch eine aktive Bewegung des Verschlusselements 30 vorgesehen sein. Zum Bewegen des Verschlusselements 30 aus der Offenstellung in die Schließstel¬ lung wird beispielsweise ein Fluid, insbesondere ein Gas, et- wa das erste Fluid, oder eine Flüssigkeit, etwas das zweite Fluid, in die Arbeitskammer 44 eingeleitet, wobei die Versor¬ gung der Arbeitskammer 46 mit dem ersten Fluid beendet wird. Hierdurch werden der Kolben 40 und das Verschlusselement 30 in Richtung der Austrittsöffnung 20 bewegt. Der Kolben 40 ist somit ein hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbares Betätigungselement, mittels welchem das Verschlusselement 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist. FIG 3 zeigt die Einströmeinrichtung 18 gemäß einer dritten Ausführungsform. In FIG 3 sind die mittels der Einströmeinrichtung 18 erzeugten und in die Flotationszelle 16 einzu¬ bringenden Gasblasen mit 56 bezeichnet. Bei der dritten Ausführungsform ist als Betätigungselement ein Federelement 58 vorgesehen. Das Federelement 58 ist ei¬ nerseits an dem Kolben 40 und andererseits an einem die Ar¬ beitskammer 44 beziehungsweise den Arbeitsraum 38 begrenzenden Boden 60 des Führungselements 36 abgestützt beziehungs- weise abstützbar. Wird das Verschlusselement 30 aus der
Schließstellung in die Offenstellung bewegt, so wird das zwischen dem Kolben 40 und dem Boden 60 angeordnete Federelement 58 gespannt, vorliegend komprimiert. Dies ist der Fall, da sich der Kolben 40 auf den Boden 60 zu bewegt. Die Bewegung des Verschlusselements 30 aus der Schließstellung in die Of¬ fenstellung wird beispielsweise durch den Staudruck bewirkt, welcher wiederum durch die die Austrittsöffnung 20 durchströmenden und das Verschlusselement 30 anströmenden Fluide und Gasblasen 56 erzeugt wird.
Dadurch, dass das Federelement 58 in der Offenstellung gespannt ist, wird das Verschlusselement 30 in seiner Offen¬ stellung über die Kolbenstange 42 und den Kolben 40 mit einer von dem gespannten Federelement 58 ausgehenden Federkraft be- aufschlagt. Das Verschlusselement 30 wird dabei jedoch durch den genannten Staudruck entgegen dieser Federkraftbeaufschlagung in der Offenstellung gehalten. Wird die Düse nicht mehr von den Fluiden durchströmt, so dass die Fluide und die Gasblasen 56 nicht mehr das Verschlussele¬ ment 30 in der Offenstellung halten können, so kann sich das Federelement 58 zumindest teilweise entspannen, so dass das Verschlusselement 30 durch die Federkraftbeaufschlagung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt wird.
Vorzugsweise ist das Federelement 58 in der Schließstellung noch etwas gespannt, so dass das Verschlusselement 30 defi- niert und sicher in der Schließstellung gehalten wird.
FIG 4 zeigt die Einströmeinrichtung 18 gemäß einer vierten Ausführungsform, bei welcher eine aktive Bewegung beziehungsweise Bewegbarkeit des Verschlusselements 30 aus der Schließ- Stellung in die Offenstellung und/oder aus der Offenstellung in die Schließstellung vorgesehen ist. Hierbei wird als Betätigungselement zum Bewegen des Verschlusselements 30 ein elektrisch betätigbares Betätigungselement in Form einer elektrischen Spule 62 verwendet. Zum Bewegen des Verschluss- elements 30 wird ein elektrischer Strom durch die elektrische Spule 62 hindurch geleitet. Durch die Spule 62 kann ein Elektromagnet dargestellt werden, mittels welchem das Verschluss¬ element 30 zur Freigabe und/oder dem Verschluss der Aus¬ trittsöffnung 20 gezielt und bedarfsgerecht bewegt werden kann.
Bei anderen Düseneinbauanordnungen als in senkrechter Ausrichtung der Düse mit der Austrittsöffnung 20 oben kann die Gewichtskraft des Verschlusselements 30 nicht oder nicht vollständig verwendet werden, um das Verschlusselement 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen. Hierbei kann die fehlende oder sogar der Bewegung des Verschlussele¬ ments 30 aus der Offenstellung in die Schließstellung gegenläufige Gewichtskraft oder Gewichtskraftkomponente des Ver- Schlusselements 30 durch die Verwendung eines Betätigungsele¬ ments, insbesondere wenigstens einer Feder und/oder eines hydraulischen, elektromagnetischen und/oder pneumatischen Betätigungselements ersetzt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Verschlusselement 30 aus einem elastischen, das heißt flexiblen Werkstoff wie beispielsweise einem Elastomer herzustellen, so dass das Verschlusselement 30 zwischen der Offenstellung und der
Schließstellung elastisch verformbar ist. Hierdurch kann beispielsweise ein Elastomer-Klappenverschluss realisiert wer¬ den. Bei einem solchen Elastomer-Klappenverschluss wird we¬ nigstens eine aus einem elastischen Material, das heißt aus einem Elastomer gebildete Klappe verwendet, die derart an der Austrittsöffnung 20 angeordnet ist, dass sie während des Be¬ triebs durch den durch den Gas-Flüssigkeits-Strom hervorgerufenen Staudruck in die Offenstellung verformt und in der Offenstellung mit einer optimalen Öffnungsspaltbreite gehalten wird .
Bei Wegfall des Staudrucks kann sich die Klappe automatisch, das heißt selbsttätig in die Schließstellung zurück verformen und dadurch die Austrittsöffnung 20 vorzugsweise vollständig und spaltfrei gegen Eindringen des umgebenden Mediums (Pulpe) verschließen. Bei Verwendung einer solchen Klappe wird in besonders vorteilhafter Art und Weise eine lageunabhängige Bau¬ form mit minimaler Komplexität erreicht. Auch lässt sich eine solche Elastomerklappe so formen, dass wiederum wie im Falle des Schwebekörpers eine optimale seitliche Verteilung des Gasblasen-Wasser-Gemisches erfolgt. Selbstverständlich sind auch Mischformen beziehungsweise Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen möglich und als im Rahmen der Erfindung mit offenbart anzusehen. Bei der Flotationsvorrichtung 10 erfolgt die Erzeugung der
Gasblasen 56 in der Zwei-Stoff-Düse durch Einstellen des Gas- und Flüssigkeitsvolumenstroms, gegebenenfalls in Kombination mit beigemischten Flotationsreagenzien. Mit anderen Worten findet bei der Flotationsvorrichtung 10 eine innere Vermi- schung statt. Dabei wird das Einströmen des zweiten Fluids über den eingestellten Vordruck vorgegeben. Je nach Betriebsweise der Düse wird das erste Fluid durch ein entstehendes Druckgefälle nach dem Venturi-Prinzip eingesaugt oder alter- nativ über den eingestellten Vordruck eingeströmt. In der Mischzone treffen beide Fluide aufeinander, wodurch ein Geschwindigkeitsgradientenfeld (Scherfeld) induziert wird. Das Scherfeld führt zum Aufbrechen des Gasstroms und somit zur Bildung von Gasblasen. Die Gasblasengröße ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zur vorliegenden Scherrate. Daher kann die Gasblasengrößenverteilung über die Scherratenverteilung und somit über das Volumenstromverhältnis der beiden Fluids gezielt gesteuert beziehungsweise eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Flotationsvorrichtung (10) zum Trennen von FeststoffPartikeln (12) von einer Flüssigkeit (14) mittels Flotation, mit: - wenigstens einer Flotationszelle (16) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (14) mit den darin aufgenommenen Feststoffpartikeln (12) und
- wenigstens einer zumindest eine Austrittsöffnung (20) aufweisenden und über die Austrittsöffnung (20) in die Flotationszelle (16) mündenden Einströmeinrichtung (18) zum Einbringen von Gasblasen (56) in die Flotationszelle (16) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flotationsvorrichtung (10) wenigstens ein Verschlussele- ment (30) umfasst, welches zwischen einer die Austrittöffnung (20) verschließenden Schließstellung und wenigstens einer die Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung bewegbar ist.
2. Flotationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einströmeinrichtung (18) wenigstens einen von einem gasförmigen Fluid durchströmbaren, ersten Kanal (22), wenigstens einen von einem flüssigen Fluid durchströmbaren, zweiten Kanal (24) und wenigstens einen stromab der Kanäle (22, 24) und stromauf der Austrittsöffnung (20) angeordneten Mischbereich (26) aufweist, in welchem das gasförmige Fluid mit dem flüs¬ sigen Fluid unter Erzeugung der in die Flotationszelle (16) über die Austrittsöffnung (20) einzubringenden Gasblassen (56) zu mischen ist.
3. Flotationsvorrichtung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
einer der Kanäle (22, 14), insbesondere der zweite Kanal (24), den anderen Kanal (22), insbesondere den ersten Kanal (22), zumindest in einem Längenbereich des anderen Kanals (22) vollständig umgibt.
4. Flotationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verschlusselement (30) die Austrittsöffnung (20) in der Offenstellung zumindest teilweise überlappt.
5. Flotationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verschlusselement (30) in der Schließstellung außerhalb der Austrittöffnung (20) angeordnet ist.
6. Flotationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verschlusselement (30) unter Schwerkrafteinwirkung aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist.
7. Flotationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Betätigungselement (40, 58) vorgesehen ist, mittels welchem das Verschlusselement (30) aus der Offenstel¬ lung in die Schließstellung bewegbar ist.
8. Flotationsvorrichtung (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betätigungselement (40, 58) wenigstens ein in der Offen¬ stellung des Verschlusselements (30) gespanntes Federelement (58) aufweist, welches das Verschlusselement (30) in der Of¬ fenstellung mit einer Federkraft beaufschlagt, mittels wel¬ cher das Verschlusselement (30) aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist.
9. Flotationsvorrichtung (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betätigungselement (40) ein hydraulisch und/oder pneuma¬ tisch und/oder elektrisch betätigbares Betätigungselement (40) zum Bewegen des Verschlusselements (30) aus der Offen¬ stellung in die Schließstellung aufweist.
10. Flotationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit wenigstens einem der Kanäle (20, 24) ein Abzweigkanal (48) fluidisch verbunden ist, über welchen das den wenigstens einen Kanal (22, 24) durchströmende Fluid abzweigbar und zum Bewegen des Verschlusselements (30), insbesondere aus der
Schließstellung in die Offenstellung, das Verschlusselement (30) zumindest mittelbar mit dem abgezweigten und den Abzweigkanal (48) durchströmenden Fluid beaufschlagbar ist.
11. Flotationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Zuführkanal vorgesehen ist, über welchen das gasförmige Fluid und/oder das flüssige Fluid mit einem von den Fluiden unterschiedlichen Flotationshilfsmittel zu verse¬ hen ist.
12. Flotationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verschlusselement (30) aus einem elastischen Werkstoff gebildet und durch elastisches Verformen des Verschlussele¬ ments (30) zwischen der Schließstellung und der Offenstellung bewegbar ist.
13. Verfahren zum Betreiben einer Flotationsvorrichtung (10) zum Trennen von FeststoffPartikeln (12) von einer Flüssigkeit (14) mittels Flotation, mit wenigstens einer Flotationszelle (16), in welcher die Flüssigkeit (14) mit den darin aufgenom- menen FeststoffPartikeln (12) aufgenommen ist und mit wenigstens einer zumindest eine Austrittsöffnung (20) aufweisenden und über die Austrittsöffnung (20) in die Flotationszelle (16) mündenden Einströmeinrichtung (18), mittels welcher Gasblasen (56) in die Flotationszelle (16) eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass
die Flotationsvorrichtung (10) wenigstens ein Verschlussele- ment (30) umfasst, welches aus wenigstens einer die Aus¬ trittsöffnung (20) freigebenden Offenstellung in eine die Austrittöffnung (20) verschließende Schließstellung bewegt wird .
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