专利名称：改进的泡沫浮选法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫浮选法和设备，其中在一浮选池中使用小的气泡，以有选择地从不需要的材料中分离出诸如粉煤或矿石的颗粒。本发明还涉及在这种泡沫浮选法中将水或稀浆分配在泡沫顶部的方法和设备。
背景技术：
在泡沫浮选法中，将要处理的材料悬浮在水中。添加一种试剂，这种试剂使待分离颗粒为疏水性的或不沾水，这样的试剂称为“捕收剂(collector)”。将气泡引入浮选池或浮选柱中的悬浮体，并通过碰撞与颗粒接触，会附着于疏水性的颗粒，并将它们携至液体表面，在液体表面形成泡沫。泡沫层流出浮选池进入泡沫溢流槽。没有粘附于气泡的颗粒以残渣流流出浮选池。不需要的颗粒通常称为脉石(在矿石中)或“灰分”(在煤炭加工中)颗粒。
泡沫浮选法通常应用在颗粒直径小于300至500微米的煤炭和矿石工业中。在某些应用中，尤其是煤炭加工中，有利的是能够回收大尺寸颗粒，其中300至2000微米范围内的颗粒则通常要使用其它工艺来分离，这些工艺利用了煤炭和灰分材料之间的密度差异。泡沫浮选法一般不用在300至500微米以上的颗粒浮选，这是因为回收该尺寸以上的有用颗粒的效率通常很低。其理由是，在常规的的浮选中，待分离和回收的颗粒必需首先要附着于气泡，这些气泡使这些颗粒上升脱离浮选池中的稀浆并进入稀浆之上的泡沫层中。
要知道的是，为了使颗粒上升，气泡和颗粒集合体的密度必需小于周围稀浆的密度，颗粒越是大，附着于颗粒的气泡的总体积也必需大，才能实现上浮。实际上，人们观察到，在大颗粒与各单个气泡或成串气泡之间形成的集合体容易被浮选池中的稀浆的湍流引起的流体机械力所散开。因此，直径大于300至500微米的颗粒即使是疏水性的，也极有可能留在稀浆中，并随着残渣中的脉石或灰分材料清理出浮选池。
改进粗颗粒浮选的一个途径是将这些粗颗粒引入浮选池顶部的泡沫层中。这些颗粒用捕收剂适当处理之后成为疏水性的，如果这样的颗粒与泡沫中的气泡接触，就极有可能留在泡沫中，并被回收到泡沫溢流槽中，而脉石或灰分材料的粗颗粒将经过泡沫进入下面的稀浆中，与残渣一起被排出。
人们在过去已尝试着将粗颗粒漂浮在泡沫中，但这些尝试有这样一个难题，即稀浆与粗颗粒一起从中心分布点引到泡沫的顶表面上。但是，这会使泡沫中的粗颗粒的分布很不均匀，而导致效率下降。
泡沫浮选法中的固有问题之一是，不需要的物质会被升入泡沫层的气泡带走。这些颗粒会迁移到离开浮选池的泡沫浓缩物中，从而降低浮选产物的质量或等级。通常而言，泡沫浓缩物中的夹带物数量与泡沫中回收的水的体积成比例。减少或消除夹带材料的一个途径是将洗水(wash water)施加到泡沫的顶部。这种洗水在泡沫层中往下排放，将不需要的颗粒冲回到浮选池中，而附着于气泡的疏水性颗粒朝上流出浮选池。
将洗水分布到浮选池中的装置一般由一浅盘构成，该浅盘钻有若干按一定间隔分布的小孔，并放置在泡沫层之上的一小段距离处。水被送到该盘中，经过这些孔形成许多从泡沫顶部落下的射流或小滴流。各种不同的型式包括可放在泡沫层之上或之内的打孔管系统。水被引导到这些管中，并流出或滴出管壁中的诸穿孔，进入泡沫或到泡沫的上面。要知道的是，任何具有穿过小孔的洗水的通道的设备都可能因为洗水中的外来颗粒而堵塞，导致洗水分布的效率下降，需要经常地维修和检查，以免堵塞或消除堵塞。
实际上，很难在洗煤机和选矿厂获得清洁工艺用水作为洗水。经常以来自浓缩器或沉淀池的溢流形式获得工艺用水，如果在该工厂中出现故障，中断了水澄清处理，再循环回到工厂的水会含有大量的细小颗粒，有时其重量多达百分之五至十。这些颗粒会沉淀在洗水输送管中的低速区域中或洗水盘中，从而堵塞使水分布到泡沫中的穿孔。有利的是提供分布洗水的工艺和设备，该工艺和设备在分布洗水时不会被小颗粒堵塞、并且能长时间运行，并不会由于小孔堵塞而出现故障。
发明公开因此，在一个方面，本发明涉及一种在泡沫浮选分离法中将颗粒分布到泡沫层中的方法，该方法包括如下步骤—在该方法中提供液体以及将液体以液流阵列的形式分布到泡沫层中或泡沫层上的设备，—将颗粒加到液流中作为分离法的一部分，以及
—将含有该颗粒的液体分布到泡沫层中或泡沫层上。
通常，颗粒包括直径至少100微米的相对粗的颗粒。
较好的是，泡沫浮选分离法具有分布着不同尺寸颗粒的供入稀浆，并且要对那些颗粒进行按尺寸分离，含有相对小的供入颗粒的那部分稀浆作为传统的供入稀浆被送到泡沫浮选分离程序中，而含有粗颗粒的尺寸相对大的颗粒被加到液体中。
较好的是，较粗颗粒具有至少300微米的直径。
较好的是，液体包括洗水。
较好的是，选择有利于颗粒附着于泡沫中的气泡的试剂，并将它们加入液体中。
较好的是，颗粒被加入液流后使液体达到所要求的状态，试剂可以包括捕收剂、起沫剂和其它浮选修正物。
在本发明的一个形式中，通过提供位于泡沫层之上的并在泡沫的至少一部分表面之上延伸的板状表面，使含有颗粒的液体分布在泡沫层中或泡沫层上，其中该方法包括如下的步骤将液体射流引导达到板状表面，使得液体分布在板状表面上，冲击指状体并以多个液流从其落下。
较好的是，板状表面设置有多个朝下延伸的指状体。
较好的是，板状表面基本水平地位于泡沫层之上，液体的射流基本上垂直地朝上引导到板状表面。
当含颗粒液体直接分布到泡沫层中时，指状体的尺寸和位置设置成在使用时指状体朝下延伸到泡沫层中。
在本发明的另一个形式中，含颗粒的液体是这样被分布到泡沫层上的—提供一可含有液体的盘，该盘在泡沫层的表面之上基本水平地延伸，该盘具有穿孔阵列，—将液体灌注或分配到盘中，使含颗粒的液体经孔排出并落到泡沫层上，以及—振动该盘，以摇动会堵在盘中孔的松散颗粒。
较好的是，选择振动的振幅和频率，使颗粒堵塞盘中孔的可能性最小。
在另一方面，本发明涉及在泡沫浮选分离法中将液体分布到泡沫层上的设备，所述设备包括一可位于泡沫层之上的板状表面和一对着该表面射出一液体射流的喷嘴，使得该液体被分布在该表面上，并冲击指状体并以多个液流从其落下。
较佳的是，板状表面设置有多个朝下延伸的指状体，被布置成在使用中分布在该表面上的液体冲击这些指状体并以多个液流从其落下。
较佳的是，指状体包括以预定阵列设置在表面上的杆或类似物。
较佳的是，该阵列预定成能在泡沫层表面上提供均匀分布的液流。
较佳的是，板状表面设置有在周边朝下延伸的凸缘，使板状表面含有从射流分布在该表面上的液体。
较佳的是，指状体由柔性材料制成，可随着泡沫层对着指状体的运动而弯曲。
在另外一个方面，本发明涉及在泡沫浮选分离法中将液体分布到泡沫层的设备，所述设备包括—一具有孔阵列的洗水盘，并位于泡沫层的表面之上；—将液体供应到洗水盘的装置；以及—可操作地连接于洗水盘的振动装置，可以预定方式振动洗水盘，以摇动液体中的可能堵塞盘中孔的任何松散颗粒。
较佳的是，洗水盘由合适的悬浮装置支承，使振动装置可振动该盘。
较佳的是，振动装置包括可旋转偏心重量的电动机。
附图简要说明虽然有可以落在本发明范围之内的任何其它形式，但下面结合附图描述本发明的一个较佳形式和其变化，附图中
图1是使用本发明的方法和设备进行粗煤浮选的泡沫浮选分离法的示意图；图2是沿本发明洗水分布设备的一个形式截取的比例放大的垂直剖面图；以及图3是图2所示的设备的仰视图。
本发明的较佳实施例我们已经揭示了有利地利用经常存在于浮选法中的洗水作为传送粗煤颗粒和将它们分布在浮选池泡沫表面上的方法。因此，当根据一尺寸基准用传统装置对浮选料进行分离时，细小颗粒被引入浮选池中，并通过目前具有的适当装置浮起，而粗颗粒与清洁用洗水混合，并被分布在泡沫表面之上。如果通过筛选进行粒析(按大小分开)，粗颗粒中在很大程度上将没有脉石或灰分泥土。粗煤颗粒附着于泡沫中的气泡，而脉石材料随洗水透过泡沫加入下面的液体层。因此，待漂浮的粗颗粒与清洁洗水相混合，以分布到泡沫顶部中或之上，是在此公开的本发明的一部分。
纵观本说明书，用词语“洗水”来描述在浮选过程中送入泡沫中的液体，在本发明的理想形式中，该供水一般包括纯洗水。但是，要认识到，在矿石加工厂提取应当是来自沉淀池和浓缩器的干净洗水，但是并不干净，并将它循环至浮选厂，作为洗水分布在浮选泡沫的表面上，这是普遍的做法。作为另一工序的一部分，粗颗粒可以分布在其它特征的液体中的泡沫之中，因此，基于上述的两个理由，要了解词语“洗水”用在本说明书中时(尽管理想的是指纯水供应)也包含具有颗粒或其它杂质的其它液体。
首先参阅图1，图中示意性地示出了一浮选厂，它被设置成在泡沫浮选法中用洗水将那些颗粒分布在泡沫层的顶面上来浮选粗颗粒。
在进入浮选工序之前，供料通过加入捕收剂、起沫剂和其它适当的试剂达到所要求的状态。至工厂的供料在1处进入，并流到一合适的粒析或筛分装置2，比较方便的是该粒析装置可以是一弧形筛或一振动筛。尺寸在粒析装置的分离点(cutpoint)之下的颗粒在3处从弧形筛排出，进入泵盒(pump box)4中，这些颗粒从泵盒4经过泵5到供料分配器6，然后进入浮选池7中。
在另一工序中，条件合适的试剂被单独地引入含有尺寸过小和过大的颗粒的颗粒流中，例如在泵盒4和15。
在分离煤炭和其它矿石时，细小的供入颗粒的直径通常小于200-300微米。
浮选池7，例如可以是一在6设置有浮选供料装置的浮选柱。空气通过在8处的通风装置注射到浮选柱中，所形成的气泡通过浮选柱上升，与待浮起的颗粒接触，并将它们带到液体层9的表面，然后进入泡沫区10。
在浮选池顶部泡沫形成了一泡沫层10，该泡沫层10溢流到槽11，并通过输出通道12排出，这和平常所知道的一样。来自浮选池7的残渣在13排出。
来自弧形筛2的溢流含有基本上脱水型式的粗颗粒。该溢流经管道14排入一池15，该溢流在该池中与洗水的水流16混合形成稀浆。该洗水较佳的是没有悬浮固体，但实际上可能含有在矿石处理厂的另一部分的工序中带出的细小固体。
悬浮在洗水中的粗颗粒经过泵17送到洗水分布管18，该管将洗水送到在浮选柱7顶部的洗水盘19。
洗水盘19可以是普通的那种，但要另外设置有连接于洗水盘的振动器20，以在使用中振动该盘。
还发现，通过振动洗水盘，可抑制或避免盘中的孔被洗水送来的粗颗粒所堵塞，从而使工序能够持续进行。振动可用任何的已知方法进行，但一般由可旋转不平衡重量的电动机提供。
或者，在本发明的一更好的形式中，可用一基本上由洗水射流构成的洗水分配器取代洗水分配盘，该洗水射流可含有或不含有悬浮颗粒，垂直地朝上对着位于泡沫层上面的平的水平的板状表面直接射去。令人惊讶地发现，垂直冲击射流径向朝外散开，形成相当薄的液体膜。如果在其道路上无障碍物，液体膜径向朝外运动至达到某自然极限，此时这种液体膜变得不稳定，在被本文被指定为R的轮廓清晰的半径处，它在重力下以一连串的射流或小滴流形式变厚和下落，分布在以射流冲击点为中心的圆周周围。
参阅图2和3，可以从图中看到，要分布到泡沫表面上的液体射流21由一输入管22引导，以在滞止点或冲击点24垂直冲击在基本平的板23的下侧。平板的外径可通过一垂直壁25而方便地受到限制。为了改进从板落下的液流分布，可在盘23中设置垂直杆26形式的朝下延伸的指状体阵列。每个杆26用作液体径向流动的障碍物，与杆碰撞的液体沿杆垂直往下流，以小射流或小滴流27的形式离开杆末端28。杆可以是很方便地形成的物体，诸如从盘23的下表面伸出的螺丝或螺栓，或是任何其它合适形状的障碍物。
原则上，杆或障碍物26应该均匀地分布在分配盘的表面上，使从冲击点24的射流原点到每一杆的径向道路畅通。但是在实际中发现，液体会围绕各障碍物流动，并在其尾流重新组合，这对上述作业没有严重的损害。
指状体可以是刚性的，或由柔性材料制成，能够随着泡沫层对着指状体的横向运动弯曲。
设置边界壁25是为了限制液体和防止因偶然扰乱液流而溅到盘边界的外面。壁25可方便地放置在大约距离冲击点24的半径与在没有滴杆26的情况下朝外运动的液体膜的自然极限半径R相同的位置上。通过选择多根杆26的数量和直径以及它们相互之间的距离，就可将入射流21中的所有液流设置成在液体膜到达边界壁25之前离开盘朝下流。
要指出的是，该系统中的最小孔是传送管22，液体通过该输送管22引导到盘。由于所有的液流必需经过该输送管，所以该方便地得出，输送管的尺寸远大于在洗水流中可能预料到的最大颗粒的尺寸。
要予以理解的是，在某些环境中，图2和3所示的一个盘不可能完全覆盖某一浮选池的泡沫。在这种情况下，可以提供多个这样的盘，以在整个浮选池区域形成基本均匀的分布。还要予以理解的是，在某些环境下，来自一个射流的液流不可能为某一浮选池提供所需的洗水，在这种情况下，可在一个或多个盘上冲击多个射流，以在整个浮选池区域提供基本均匀的分布。
尽管图2和3所示的洗水分配盘是圆形的，但要予以理解的是，该形状可以是正方形、矩形、梯形或适合应用的其它形状。当形状不是圆的时候，较理想的是距离冲击点24的最大径向距离小于最大自然径向距离R，因为否则的话，液体膜将不能到达最外面的杆。
不管是用图2和3所示的和结合图2和3描述的设备还是用设置有振动器20(图1)的传统洗水盘19用洗水分布粗颗粒，本发明的方法和设备都能使较大的粗颗粒(通常尺寸大于200-300微米)均匀地分布进入浮选池1中的泡沫层的顶面之内。
在实验条件下进行的试验显示可以很高生产率和高可燃物回收率回收煤炭颗粒。从用该设备进行的试验工作中得出的结果支持这样的观点当可漂浮的粗颗粒在洗水或其它液体中被送到泡沫的顶部并均匀地分布时，它们就很有可能变成浮选产物。
尽管相信用这种方法对尺寸为100微米和以上的粗颗粒的分布都有效，但在工业上，相对粗的颗粒是指直径至少是300微米。在下面的例子中，含有各种不同尺寸颗粒的煤炭供料被分离成直径大于500微米的颗粒和小于该尺寸的颗粒，直径大于500微米的颗粒被引导到浮选池、在泡沫的顶部，而小尺寸颗粒作为供料稀浆以传统方法被送到浮选池中。
例子根据本发明改建一工厂，将含有各种不同尺寸颗粒的煤炭供料送到该装置中。用柴油(1公斤/吨)和MIBC(甲基异丁基甲醇)起沫剂(15克/每吨供入液体)使占重量百分比为5％的煤炭的悬浮达到要求的状态。用标称筛孔为500μm的弧形筛分离供入颗粒。供入颗粒直径在500μm以上的质量占16％。粗煤在洗水中被分布在泡沫上。在浮选池中的空气表面速度(JG)是1.2厘米/秒，施加到浮选池中的洗水的表面速度(JL)是1.1厘米/秒。根据尺寸对各个液流的分析得出了表1所示的结果。粗可燃物的回收率是很高的，几乎可与低于500微米的颗粒的回收率相比。
表1
可以相信，在传统浮选法中，形成在浮选池7顶部的泡沫层10由于细小颗粒附着于泡沫中的气泡自然是一种很稳定的和坚固的泡沫，因此这种泡沫如上所述能够承受较粗颗粒和洗水的引入，因而能够支承和浮起那些较粗颗粒并连同细小颗粒进入槽11。基于这种理解，形成了这样一个在生产上很有效的工艺，使较粗颗粒连同较细小颗粒一起回收。
权利要求
1.一种在泡沫浮选分离法中将颗粒分布到泡沫层中的方法，该方法包括如下步骤—在该方法中提供液体以及将液体以液流阵列的形式分布到泡沫层中或泡沫层上的设备，—将颗粒加入液流中作为分离法的一部分，以及—将含有颗粒的液体分布到泡沫层中或泡沫层上。
2.如权利要求1所述的在泡沫浮选分离法中将颗粒分布到泡沫层中的方法，其特征在于，颗粒包括直径至少为100微米的较粗颗粒。
3.如权利要求2所述的在泡沫浮选分离法中将颗粒分布到泡沫层中的方法，其特征在于，泡沫浮选分离法具有分布着不同尺寸颗粒的供入稀浆，并且要对那些颗粒进行按尺寸分开，含有相对小的那部分供入颗粒的稀浆作为传统的供入稀浆被送到泡沫浮选分离程序中，而含有粗颗粒的尺寸的较大颗粒被加到液体中。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，较粗颗粒具有至少300微米的直径。
5.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，液体包括洗水。
6.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，选择有利于颗粒附着于泡沫中的气泡的试剂，并将它们加入液体中。
7.如权利要求中6所述的方法，其特征在于，颗粒被加入液流后使液体符合所要求的状态。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，试剂从包括包括捕收剂、起沫剂和其它浮选修正物的材料组中选择。
9.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，通过提供位于泡沫层之上的并在泡沫的至少一部分表面之上延伸的板状表面，使含有颗粒的液体分布在泡沫层中或泡沫层上，其中该方法包括如下的步骤将液体射流引导到板状表面上，使得液体分布在板状表面上，并以多个液流从其落下。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，板状表面设置有多个朝下延伸的指状体。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，板状表面基本水平地位于泡沫层之上，液体射流基本垂直朝上引导到板状表面上。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，含颗粒的液体直接分布到泡沫层中，指状体的尺寸和位置设置成在使用时指状体朝下延伸到泡沫层中。
13.如权利要求1至8中的任何一项所述的方法，其特征在于，含颗粒的液体是这样被分布到泡沫层上的—提供一可含有液体的盘，该盘在泡沫层的表面之上基本水平地延伸，该盘具有通孔阵列，—将液体灌注或分配到盘中，使含颗粒的液体经孔排出并落到泡沫层上，以及—振动该盘，以摇动可能会堵塞盘中孔的松散颗粒。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，选择振动的振幅和频率，使颗粒堵塞盘中孔的可能性最小。
15.在泡沫浮选分离法中将液体分布到泡沫层上的设备，所述设备包括一位于泡沫层之上的板状表面和一对着该表面射出液体射流的喷嘴，使得该液体被分布在该表面上，并以多个液流从其落下。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，板状表面设置有多个朝下延伸的指状体，被布置成在使用中分布在该表面上的液体冲击这些指状体，并以所述多个液流从其落下。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，指状体包括以预定阵列设置在表面上的杆或类似物。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，该阵列预定成能在泡沫层表面上提供均匀分布的液流。
19.如权利要求15至18中的任何一项所述的设备，其特征在于，板状表面设置有周边朝下延伸的凸缘，使板状表面含有从射流分布在表面上的液体。
20.如权利要求16至18中的任何一项所述的设备，其特征在于，指状体由柔性材料制成，可随着泡沫层对着指状体的运动而弯曲。
21.在泡沫浮选分离法中将液体分布到泡沫层的设备，所述设备包括—一具有孔阵列的洗水盘，位于泡沫层的表面之上；—将液体供应到洗水盘的装置；以及—可操作地连接于洗水盘的振动装置，可以预定方式振动洗水盘，以摇动液体中的可能堵塞盘中孔的任何松散颗粒。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，洗水盘由合适的悬浮装置支承，使振动装置可振动该盘。
23.如权利要求21或22所述的设备，其特征在于，振动装置包括旋转偏心重量的电动机。
全文摘要
一种通常用于分离诸如煤炭的颗粒材料的泡沫浮选法，它具有一大小混合的颗粒的供料装置(1)，在弧形筛(2)被分离成一较细颗粒流(3)和一较粗颗粒流(14)。细小颗粒以常规方式被送到浮选池(7)中，而粗颗粒与洗水(16)相混合，并通过洗水分布设备(19，20)被分布在泡沫层(10)上或泡沫层(10)中。还叙述了另一种能够处理粗颗粒的洗水分布设备。
文档编号B03B11/00GK1441705SQ01808134
公开日2003年9月10日 申请日期2001年2月15日 优先权日2000年2月15日
发明者G·J·詹姆森, N·W·A·兰伯特 申请人:纽卡塞尔大学研究合伙有限公司