Спосіб флотаційної сепарації тонкодисперсних мінералів та флотаційна машина для його реалізації

1 Спосіб флотаційної сепарації тонкодисперсних мінералів, що включає насичення мінеральної суспензії бульбашками газу, який відрізняється тим, що насичення суспензії бульбашками газу здійснюють шляхом и змішування із окремо приготовленою газо-водяною емульсією 2 Флотаційна машина для сепарації тонкодисперсних мінералів, котра включає аераційний реактор, що має вхід для оброблюваної мінеральної суспензії і з'єднаний із камерою відділення мінералізованих бульбашок, виконаної у вигляді циліндра із конічним днищем, яка відрізняється тим, що машина додатково містить генератор газо-водяної емульсії, з'єднаний із аераційним реактором, а аераційний реактор містить вхід для введення га Винахід відноситься до області розділення твердих матеріалів з використанням флотаційних процесів, зокрема, до способів і пристроїв для сепарації тонкодисперсних мінералів з метою вилучення (концентрування) цінних компонентів Проблема вилучення з руд цінних компонентів шляхом флотації в даний час стала актуальною у зв'язку із виснаженням багатих родовищ і залучення в переробку бідних і тонковкраплених руд, які вимагають подрібнення до розмірів часток менше 20мкм Відомо [Дерягин Б В , Духин С С , Рулев Н Н Микрофлотация водоочистка и обогащение - М Химия, 1986 - 160 с ] [1], що для підвищення ефективності флотації дрібних часток необхідно зменшувати розмір бульбашок Як показано в [N N Rulyov Turbulent microflotation of fine disperse minerals (The general concept) In Proceedings of Strategic Conference and Workshop Flotation & Floculation From Fundamentals to Applications 28 July - 2 August 2002, Kailua-Kona, Hawaii, pp 145152] [2], значні результати у процесі флотації тонкодисперсних мінералів можуть бути досягнуті зо-водяної емульсії і виконаний, принаймні, із двох вертикально розташованих труб, одна з яких реалізує висхідний, а інша - нисхідний потоки мінеральної суспензії, змішаної з газо-водяною емульсією 3 Флотаційна машина за п 2, яка відрізняється тим, що камера відділення мінералізованих бульбашок обладнана розташованим всередині екраном, виконаним у вигляді циліндра, котрий переходить у верхній частині в усічений конус, із розташованою всередині останнього воронкою випуску флотоконцентрату, причому вихід аераційного реактора розташований всередині екрана нижче рівня воронки 4 Флотаційна машина за пп 2, 3, яка відрізняється тим, що аераційний реактор виконаний у вигляді безлічі з'єднаних між собою вертикально розташованих труб, частина з яких реалізує ВИСХІДНІ, а ІНШІ - НИСХІДНІ потоки мінеральної суспензії, змішаної з газо-водяною емульсією тільки при використанні бульбашок розміром < 50 мкм На жаль, описані у технічній літературі способи флотації, котрі реалізуються в різних конструкціях флотаційних пристроїв, забезпечують одержання в достатніх кількостях тільки бульбашки розміром більше 200мкм, що, на думку заявника, зумовлено способом насичення мінеральної суспензії бульбашками газу Таким чином, обробка тонкодисперсних мінералів на використовуваних у даний час флотаційних установках не забезпечує високу ефективність процесу флотації внаслідок невисокого ступеня вилучення цінних компонентів При цьому конструктивне виконання флотаційних машин не забезпечує їхню надійність і ДОВГОВІЧНІСТЬ ВІДОМІ спосіб флотаційної сепарації тонкодисперсних мінералів і флотаційна машина, описані у [М Nonaka, Wastewater Treatment System Applying Aeration-Cavitation Flotation Mechanism, Separation Sci and Technology, 21 (1986) 457-474] [3] Суть способу [3] полягає в насиченні мінеральної су О (О 61704 спензм бульбашками повітря шляхом перемішування суспензії з повітрям, у процесі якого утворюються бульбашки, осадженні флотуючих часток мінералу на поверхні бульбашок із наступним відділенням флотоконцентрату Процес флотаційної сепарації реалізується у флотаційній машині, котра складається із послідовно встановлених розхідного бака для вихідної суспензії, генератора бульбашок (ГБ), трубчатого аераційного реактора (АР) і камери відділення мінералізованих бульбашок (КВМБ) Як ГБ апарат містить пристрій з кавітаційними лопатками Флотаційна машина працює в такий спосіб Суспензія мінералів із дуже великою швидкістю проходить через генератор бульбашок, у якому, власне кажучи, реалізується механічний принцип дроблення повітря, засмоктуваного в потік суспензії, що вдаряється з великою швидкістю об кавітаційні лопатки, тобто бульбашки повітря утворюються за рахунок кавітації При цьому невелика частина повітря розчиняється (внаслідок деякого надлишкового тиску в ГБ, не більш атмосфери) Суспензія, насичена бульбашками повітря, надходить у трубчатий аераційний реактор, у якому відбувається додаткове виділення мікро-бульбашок із води, що містить розчинене повітря (елемент напірної флотації), на яких відбувається флотування тонкодисперсних часток При надходженні суспензії в КВМБ мінералізовані бульбашки спливають нагору, утворюючи піну, яка розвантажується у верхній частині камери, а несфлотовані частки ВІДДІЛЯЮТЬСЯ із камери знизу Як випливає із технічної суті способу і флотаційного пристрою [3], основним недоліком є низький ступінь вилучення тонкодисперсних мінералів, що зумовлене способом кавітаційного одержання бульбашок повітря і конструкцією флотаційного пристрою, котрий реалізує даний спосіб Бульбашки, які утворюються внаслідок кавітації, занадто великі (розмір бульбашки більше 150мкм) і не придатні для флотації тонкодисперсних мінералів КІЛЬКІСТЬ же мікро-бульбашок (розмір < 50 мкм), які можна одержати в даному пристрої, занадто мала для ефективної флотації мінералів із розміром часток менш 20мкм Крім того, суспензія мінералів проходить з дуже великою швидкістю через ГБ, що руйнує його Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб флотаційної сепарації тонкодисперсних мінералів і пневматична флотаційна машина, описані в [Теория и технология флотации руд, ред О С Богданов, изд - 2, М "Недра" 1990, с 283284] [4] Відомий спосіб [4] передбачає насичення мінеральної суспензії (пульпи) бульбашками газу (повітря) шляхом диспергування газу пневматичним методом у суспензію, котра рухається з великою швидкістю При цьому, процеси диспергування газу і мінералізації диспергованих бульбашок попередньо підготовленими до флотації частками мінералу здійснюються одночасно у спеціальному пристрої - аераційному реакторі Мінералізовані бульбашки потім відокремлюються від пульпи у вигляді флотоконцентрату, а несфлотовані частки направляються у хвости Для реалізації способу відома флотаційна машина, котра складається з аераційного реактора АР, виконаного у вигляді трубопроводу, на вході в який встановлений аератор, і камери відділення мінералізованих бульбашок (КВМБ) - у вигляді циліндра з конічним днищем Циліндрична частина камери обладнана пінним жолобом і пристроєм для видалення пінного продукту (концентрату), а конічне днище камери в нижній частині обладнано пристроєм для введення суміші мінеральної суспензії і бульбашок, яка надходить із АР (вихід трубопроводу), і пристроєм для випускання хвостів Аератор виконаний у вигляді пористих тіл трубок із поліетилену низького тиску, що мають діаметр пор 15мкм і пористість 40% Пристрій працює в такий спосіб Вихідна суспензія мінералів (пульпа), що містить тонкодисперсні частки розміром < 20 мкм, надходить на вхід аераційного реактора, тобто на розташований на вході трубопроводу аератор, який служить генератором бульбашок Повітря, проходячи через пористе тіло аератора, зривається потоком мінеральної суспензії, котра обтікає пористі трубки, і насичується бульбашками повітря Поєднання малого розміру пор аератора (приблизно 15мкм) і великої швидкості обтікання його суспензією мінералів дозволяє одержувати досить дрібні, флотаційно-активні бульбашки У процесі руху через АР (трубопровід) багатофазна суміш інтенсивно перемішується, що сприяє більш ефективному осадженню флотуючих часток на поверхню бульбашок Потрапляючи в КВМБ, мінералізовані бульбашки спливають нагору, утворюючи піну Відділений від води пшоконцентрат розвантажується за допомогою пінного жолоба і пристрою для видалення пінного продукту Несфлотовані частки вивантажуються із нижньої частини камери Як показали дослідження заявника, реалізація відомого способу і пристрою [4] для флотації тонкодисперсного мінералу, наприклад, суміші кварцу і халькопіриту, забезпечує вилучення халькопіриту на рівні 35-40% Таким чином, недоліком технічного рішення [4] є невисокий ступінь вилучення тонкодисперсного мінералу, зумовлений одержанням бульбашок безпосередньо у пульпі, за допомогою пневматичного методу, що приводить до генерування бульбашок, розмір яких занадто великий (100-300мкм) і не забезпечує ефективну флотацію тонкодисперсних часток мінералу (< 20 мкм) Крім того, аератор подібного типу піддається сильному зносу внаслідок абразивної дії мінеральної суспензії, яка рухається з великою швидкістю А через малий розмір пор трубок ГБ, пред'являються підвищені вимоги до чистоти повітря, котре продувається, що знижує надійність ГБ і всього пристрою в цілому В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб флотаційної сепарації тонкодисперсних мінералів, заснований на новому принципі насичення мінеральної суспензії бульбашками газу розміром менше 50мкм, що полягає в просторовому розділенні процесів одержання бульбашок газу і мінералізації бульбашок частками флотованого мінералу, а також розробити конструкцію флотаційної машини, котра реалізує запропонова 61704 - НИСХІДНІ потоки мінеральної суспензії, змішаної із газо-водяною емульсією, дозволяє поєднати в АР два суб-процеси осадження часток на поверхні бульбашок і укрупнення бульбашок за рахунок коалесценції і/або агрегування у складні флотокомплекси, котрі складаються з великої КІЛЬКОСТІ ВИХІДНИХ бульбашок і флотаційно-активних часток, Для вирішення поставленої задачі запропонощо приводить до підвищення ступеня вилучення ваний спосіб флотаційної сепарації тонкодисперсчасток мінералу з мінеральної суспензії Заявляєм! них мінералів, що включає насичення мінеральної конструктивні особливості камери відділення мінесуспензії бульбашками газу і відділення флотокоралізованих бульбашок при попаданні в КВМБ нцентрату, у якому, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, насифлотокомплексів забезпечують їхнє швидке віддічення суспензії бульбашками газу здійснюють лення від води седиментацією, що приводить до шляхом и змішування із окремо приготовленою збільшення ступеня вилучення цінної мінеральної газо-водяною емульсією сировини (до 65%) Поставлена задача вирішується також запроЯк відомо [F Sebba, An improved generator for понованою конструкцією флотаційної машини для micron-sized bubbles Chem Ind , 1985, pp 91-92] сепарації тонкодисперсних мінералів (флотаційної [5], бульбашки розміром менше 50мкм можуть бумашини), котра включає аераційний реактор (АР), ти отримані шляхом механічного диспергування який має вхід для оброблюваної мінеральної сугазу у воді при виконанні двох основних умов 1 спензії і з'єднаний із камерою відділення мінералівисокий рівень диссипацм механічної енергії, 2 зованих бульбашок (КВМБ), виконаної у вигляді велика концентрація спінювана Використання циліндра із конічним днищем, яка, ВІДПОВІДНО ДО автономного генератора газо-водяної емульсії, за винаходу, додатково містить генератор газовинаходом, дозволяє використовувати для утвоводяної емульсії (ГГВЕ), з'єднаний із аераційним рення бульбашок менше 15% водяної фази У ререактором, а аераційний реактор містить вхід для зультаті концентрація спінювача, котрий подається введення газо-водяної емульсії і виконаний, прибезпосередньо в генератор, а не в пульпу, збільнаймні, із двох вертикально розташованих труб, шується більше, ніж у 6 разів, порівняно з и кінцеодна з яких реалізує висхідний, а інша - нисхідний вою концентрацією у пульпі У результаті витрати потоки мінеральної суспензії, змішаної із газоенергії на диспергування повітря знижується більводяною емульсією, при цьому камера відділення ше, ніж у 6 разів і при цьому вдається одержати мінералізованих бульбашок обладнана розташобульбашки розміром менше 50мкм ваним усередині останньої екраном, виконаним у вигляді циліндра, котрий переходить у верхній Слід зазначити, що одержання газо-водяної частині в усічений конус із розташованою всереемульсії в апараті, просторово розділеному з місдині останнього воронкою випуску флотоконцентцем введення мінеральної суспензії, збільшує терату, причому вихід аераційного реактора розтармін експлуатації флотаційної машини і и надійшований всередині екрана нижче рівня воронки, ність, тому що мінеральна суспензія не проходить при цьому аераційний реактор виконаний у вигляді безпосередньо через ГГВЕ і, отже, не проявляє на безлічі з'єднаних між собою вертикально розташоньому руйнівну абразивну дію При цьому заміна ваних труб, частина з яких реалізує ВИСХІДНІ, а ІНШІ простих несуттєвих робочих елементів машини, - НИСХІДНІ потоки мінеральної суспензії, змішаної із що здійснюють змішування газо-водяної емульсії і газо-водяною емульсією мінеральної суспензії, відбувається легко, без складного і важкого ремонту машини ВІДМІННИМИ ознаками заявляемого способу Спосіб реалізується таким чином Мінеральну флотаційної сепарації тонкодисперсних мінералів суспензію, що рухається з великою швидкістю, є роздільне здійснення процесів одержання бульзмішують із попередньо приготовленою газобашок газу і наступної мінералізації отриманих водяною емульсією, що містить 66-70% газу (повібульбашок частками флотованого мінералу, а татря) у вигляді бульбашок із розміром менше кож одержання бульбашок шляхом утворення га50мкм Газо-водяну емульсію готують, наприклад, зо-водяної емульсії, яка містить бульбашки газу із шляхом механічного диспергування газу (повітря) розміром не більше 50мкм, котрі забезпечують у водяному середовищі у присутності спінювача ефективну флотацію мінералів із розміром часток Отриману газо-водяну емульсію вводять у потік менше 20мкм Заявляємий процес насичення мімінеральної суспензії і мінералізація бульбашок неральної суспензії попередньо отриманими бульгазу частками мінералів відбувається у процесі башками газу у вигляді газо-водяної емульсії заодночасного перемішування та руху системи у безпечується конструктивним виконанням висхідних і нисхідних потоках При цьому відбуваелементів флотаційної машини і їхнім простороється ефективне осадження тонкодисперсних часвим розташуванням Просторове рознесення АР ток мінералів на поверхні бульбашок газу (повітта ГГВЕ по твердій фазі (мінеральним часткам), ря) Мінералізовані бульбашки відокремлюються дозволило одержати окремо стабільну, концентседиментацією у вигляді флотоконцентрату та ровану (до 66 об %) газо-водяну емульсію, що направляються на подальшу переробку, а несмістить практично всю КІЛЬКІСТЬ бульбашок із розфлотовані частки направляються у хвости міром 0,2 м/с, а довжина труб L повинна задовольняти співвідношенню LS/Q=5-100c Виконання зазначених умов при заданій витраті Q забезпечує запобіганню розшарування багатофазної (рідина/тверда фаза/газ) суміші в АР (2), велику частоту зіткнення часток з бульбашками повітря і бульбашок між собою, і, як встановив заявник, найбільш повне осадження флотуючих часток на поверхню бульбашок і укрупнення останніх до розмірів, які забезпечують їх найбільш повне відділення від води Оброблена в аераційному реакторі (2) мінеральна суспензія через вихід (10) потрапляє в камеру відділення мінералізованих бульбашок (1) у простір між екраном (6) і воронкою (7) При цьому флотокомплекси та окремі укрупнені бульбашки чи їхні агрегати легко відокремлюються від води седиментацією і виходять у вигляді флотоконцентрату через воронку (7), рівень якої розташований 8 вище виходу (10) Отриманий флотоконцентрат направляється на подальшу переробку Вода, яка містить найбільш дрібні несфлотовані частки, через переливний пристрій потрапляє в зливну камеру (11), куди одночасно з нижньої частини КВМБ (1) за допомогою відцентрового насоса (12) подається несфлотований матеріал, котрий встиг осісти Приклад виконання способу флотаційної сепарації тонкодисперсних мінералів Сепарації піддають тонкодисперсну суміш (320мкм) сульфідного мінералу халькопіриту і кварцу при масовому співвідношенні, рівному 1 9, ВІДПОВІДНО (далі суміш А) Із суміші мінералів (А) готують суспензію з використанням як збирача етилксантану натрію (SEX, виробництво фірми SENMIN) у КІЛЬКОСТІ 1 мг/г суміші Газо-водяну суспензію готують у дисковому генераторі 3, що складається з камери об'ємом 0,25дм3 і диска, який обертається усередині її, діаметром 5см У камеру подають водяний розчин (100мг/дм3) спінювача ТЕВ (виробництво фірми SENMIN) і повітря При обертанні диска зі швидкістю 6000об/хв одержують стабільну концентровану газо-водяну емульсію зі вмістом бульбашок повітря 66 об %, розмір яких не перевищує 50мкм В аераційний реактор 2 подають мінеральну суспензію (суміш А) і газо-водяну емульсію Одержують суміш, у якій концентрація по твердому складає 24 мас %, а концентрація бульбашок повітря -18об % Аераційний реактор виконаний із з'єднаних між собою вертикально розташованих труб загальною довжиною І_=21м і діаметром d=4MM При цьому, в одній половині труб реалізується висхідний потік, а в ІНШІЙ - нисхідний потік мінеральної суспензії, змішаної із газо-водяною емульсією При проходженні суміші суспензії з газоводяною емульсією по аераційному реактору відбувається мінералізація бульбашок частками халькопіриту Наведені розміри АР забезпечують 3 сумарну витрату суміші О=20дм /год при швидкості руху суміші в трубах - 0,7м/с протягом 30с Суміш з АР надходить у камеру (1) об'ємом 1,1дм3, у якій відбувається швидке, практично повне відділення мінералізованих бульбашок седиментацією Несфлотовані частки збираються внизу камери і направляються у хвости Ступінь вилучення халькопіриту складає 63% (див таблицю, приклад 4) Аналогічно описаному прикладу виконання був здійснений дослід по сепарації тонкодисперсної суміші, яка містить пірротин і кварц при масовому співвідношенні 1 9 (далі суміш Б) Ступінь вилучення пірротину складає 53% (див таблицю, приклад 10) Для визначення оптимальних параметрів процесу флотації тонкодисперсних сульфідних мінералів (халькопірит і пірротин) були здійснені досліди, аналогічно описаному прикладу, при різних довжинах АР, що визначає час контакту мінеральної суспензії і бульбашок газу, що вводяться у вигляді газо-водяної емульсії Дані наведені утабли 61704 10 Таблиця Умови сепарації Час обробки, с Довжина АР, м 5 3,5 10 7,0 20 14,0 ЗО 21,0 40 28,0 50 35,0 № п/п І 2 3 4 5 6 Ступінь вилучення мінералу, % халькопіриту (суміш А) № п/п пірротину (суміш Б) 30,0 7 20 48,0 8 32 59,0 9 45 63,0 10 53 64,0 11 54 65,0 12 55 Як випливає із даних таблиці, ступінь вилучення тонкодисперсних сульфідних мінералів (халькопіриту - найкраще флотуючого, і пірротину найгірше флотуючого) досягає свого максимального значення за 30-50 секунд для халькопіриту на рівні 63-65%, а для пірротину - 53-55% Таким чином, основною перевагою запропонованого способу флотаційної сепарації тонкодисперстних мінералів і флотаційної машини, котра реалізує спосіб, порівняно з відомими, є значне підвищення ефективності флотування тонкодисперстних мінералів (розмір часток < 20 мкм), що характеризується підвищенням у 1,6-1,8 рази ступеня вилучення цінних сульфідних мінералів, наприклад, халькопіриту і пірротину Слід зазначити, що окреме приготування суміші рідини з газом (газо-водяної емульсії} з на Комп'ютерна верстка Н Кураєва ступним введенням м в мінеральну суспензію у флотаційній машині, яка характеризується рознесенням у просторі аераційного реактора і генератора газо-водяної емульсії, дозволяє реалізувати процес сепарації у найбільш оптимальних умовах, що, у свою чергу, приводить до підвищення ДОВГОВІЧНОСТІ і надійності машини і зниження вартості одержання цінного продукту флотації До достоїнств способу флотаційної сепарації та флотаційної машини, що заявляються, можна віднести незначний час обробки мінеральної суспензії в аераційному реакторі (5-100с), що у 100 разів менший часу, необхідного для одержання таких результатів на імпеллерних флотаційних машинах Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119