专利名称：用于在浮选槽内弥散气体和控制流体的浮选机构和方法
技术领域：
本发明涉及一种浮选机构，该浮选机构包含位于浮选槽内的方向元件和垂直叶片。所述方向元件是对称的，且固定在所述机构的中空轴下部中心处。根据相应的方法，由于从外边缘向外圆柱形地倾斜的方向元件，浮选机构引导气体-矿浆悬浮液，所述悬浮液沿朝着浮选槽的侧壁向下倾斜的方向形成。矿物悬浮液从所述侧壁朝浮选槽的中心向上升，所述流体从中心处转向浮选槽的边缘，且从浮选槽去除产生的泡沫。利用这种浮选机构可以形成扩展到浮选槽整个混合区的强力搅拌。
浮选槽可以是单个混合容器、串联的或并联的。它们可以是矩形或圆柱形的，处于水平或直立位置。气体经中空的混合轴到达底部的小型转子。转子转动时产生强力吸引，将气体吸入转子空间。在转子空间内矿浆与经轴排出和弥散的气泡混合。通常由垂直板形成的定子安装在转子周围，促进气体弥散，并衰减矿浆的转动。附着到气泡上的矿物颗粒从定子上升到泡沫层的表面，且从所述浮选槽进入泡沫流槽。
现在使用直立的浮选槽变得日益普遍，所述槽也是圆柱形，且通常平底。浮选机构的一个问题是积砂，即固体物质在不动层积聚在浮选槽底部。这通常是由于转子过小或效率低造成的，在这种情况下，转子的混合区没有扩展得足够远。另一共同的难题是不能从浮选槽中去除已经附着到气泡上的矿物颗粒，因为浮选槽内，尤其是在其表面和上部的流体被错误地定向或过弱，即它们不能使浮选的气泡从浮选槽中移出。
从现有技术美国专利US4078026中可知一种浮选机构，其中待弥散的气体经中空轴输送到在所述轴上转动的转子内部。转子这样设计，即在流体静压力和动压力之间保持平衡，即转子的垂直截面是向下变窄的锥形。转子具有用于矿浆和气体的不同矿浆槽。
从欧洲专利EP844911可知的所谓Svedala机构涉及一种固定在直立轴上用于混合气体和矿浆的混合器。在这种混合器中，有多个在所述周围径向布置的垂直板，且在所述板之间有在所述轴周围的水平挡板，其宽度约为每一板的一半。气体从所述挡板下方进入。在所述挡板上方的混合器部分首先产生向下流，然后在挡板处变成向外流，相应地在挡板下方的部分首先产生向上流，然后是向外流，如该专利的图3所示。混合器的叶片外边缘在其上部是直的，但下部以凹面形式向内变窄。在所述混合器周围有定子。
美国专利US5240327描述了一种混合尤其是在调节槽中的不同相的方法。这种方法，描述了在反应器中形成的区和受控的流体动力，以便实现区域分布。该专利描述了一种圆柱形、平底的直立反应器，其中有垂直的隔板，以便减轻矿浆的紊乱。除此之外，反应器具有环形的水平挡板(逆流引导部件)，以便引导垂直流，并将反应空间一分为二。该专利还描述了一种特殊的混合器，利用这种混合器可以实现所需的流体动力学。因此，由于水平引导部件和混合器的协同作用，这种装置可以在水平引导部件下方的区域形成双环形室，其中送入所述下部的矿浆首先在下面的底部环形室内涡旋，然后逐渐转换到上部环形室。由此处，良好混合的弥散液进入位于引导部件上方的平静且受控的流体区，然后经溢出孔除去。在该专利中所述的双区域模型适于通常的化学反应，尤其是矿物富集的浮选和调节。
从美国专利US5219467可知一种矿浆调节槽，从某一方面来说它是对前一专利提到的方法和设备的发展。所述设备包含结肠形(colon-like)的反应器，其中在三个不同的区域进行富集。所述反应器装有向上流引导件、水平流衰减器和混合器。在底部区域发生浮选反应，且气泡和气泡所携带的矿物颗粒从底部区域引导到设备表面。所述设备这样设计，即可以利用底部区域的强烈搅拌，而不影响上部区域的泡沫分离。
现在已经研制了一种新的浮选机构，该机构在混合器的覆盖范围内实现强力搅拌，这种搅拌延及整个下部区域或混合区。所述机构或混合器将浮选器弥散到细密的“乳状”气泡中。有利的是，可以经混合器的轴输送气体。所述混合器上下吸引矿浆，并将其有效地混合到产生的气泡中。由于其引导部件，该引导部件从外边缘圆柱形倾斜，混合器以向下的角度朝浮选槽的内壁引导所形成的气体-矿浆-固体悬浮物。本发明的浮选机构例如实现了后面所述机构的需求。并且，混合器不仅有效，而且其结构平衡、坚固，特别是简单。
本发明的浮选机构可以称作glsdl(气体-液体-固体-弥散-卷边)。本发明的设备的目的是将浮选气弥散到均匀分布在矿浆中的小细泡中，而在混合器的紧接范围内形成强烈的紊乱，即搅拌强度，这样防止粗大颗粒沉积在浮选槽底部。另一目的是在前面提及的专利中所述的浮选槽内产生所述类型的流，换言之，在从混合器到侧壁向下引导的混合器内产生环形流，相应地在混合器上方产生从混合器到侧壁向上引导的环形流。搅拌强度为每立方米矿浆几千瓦。使用现有的浮选槽结构(垂直和水平的引导部件)，一部分环形流经平静区流到上部区域，从所述上部区域矿物颗粒与气泡上升到泡沫层，并到达浮选槽周围的泡沫流槽。
根据本发明，所述浮选机构由两部分构成方向元件和直立叶片。方向元件对称，且固定在所述机构的中空轴下部的中心处。所述方向元件的中心部分，即从所述轴向外的部分是水平的圆板，该板在其外边缘以截锥形状向下折叠。向下折叠的外边缘与水平面形成角度α，可取的是在30-60度之间，且这一方向元件卷边形成实际的引导元件。垂直叶片固定在方向元件上，至少4个，最好6个。这些垂直叶片在方向元件上方、下方延伸，且侧向上最好到达方向元件的最外边缘。有利的是，垂直叶片的宽度大于方向元件的圆锥形卷边的宽度，因此叶片内边缘延伸直到水平板。而且推荐在方向元件内侧上设置水平引导板，从而将经所述轴排出的气体引导到朝向方向元件卷边的那一侧。本发明的主要特征在所附的权利要求中显而易见。
浮选机构叶片的外边缘基本上是垂直的，借此实现浮选气最有效的弥散，即在叶片下产生最大的负压。叶片内边缘在顶部是垂直的，但在底部以曲线形式变窄，这样设计的目的是使能量损失最小。所述曲线最好为圆弧形状，其中圆的中心点是叶片外边缘。向下变窄的叶片的优点是所述机构在停止之后易于重新启动，而不管在其周围沉积的矿浆。
本发明的混合/浮选机构甚至可以没有定子，但正如已经在浮选过程中发现的，这种机构在使用位于其周围的定子时也能更有效地发挥作用。在这种情况下，定子是普通的，即它包含直立的矩形板。所述定子在某种程度上减轻了所述紊乱和矿浆流，然而它没有破坏该机构的基本思想。定子的积极效果是平衡了混合区的能量分布。
进一步通过附图描述本发明，其中
图1是所渴求的且利用本发明的混合器实现的流体图，包括第四区、泡沫层，图2是本发明的浮选槽实施例的局部剖轴测图，图3是本发明的混合机构的垂直剖面图，图4是本发明的混合机构实施例的垂直剖面图，其中该机构装设具有引导板的浮选元件。
在图1中，浮选槽内的不同区域用罗马数字标记，其中区I是具有较大能量密度的混合区，区II是向上流的集中区，区III是向上流的排放和衰减区，区IV是泡沫区。
气体1经中空轴3进入基本上直立的圆柱形浮选槽2，到达本发明的浮选机构4，其中该浮选机构位于浮选槽的下部。当混合器在所述轴底部转动时，它导致产生气体进入小气泡的有效弥散，其中所述气泡混合入在混合器外侧向上和向下流动的矿浆悬浮液中。由于混合器的有效的方向影响，这种气-液-固悬浮物经围绕混合器的定子朝浮选槽的侧壁引导。所述定子通常包含矩形垂直板。本发明的混合器的高效性和混合区1内的集中是气体有效分散和矿浆与气体混合的先决条件。另外，混合器在混合区的高能量也是浮选反应的前提条件，特别是对于反应的动力学条件而言。在靠近浮选槽壁的地方，流体分成个两环流层；其中，较低的旋涡6在单元的底部环流，返回混合器下的中心部位，另一个较高的旋涡7则相应地在单元的上部环流。
部分上部旋涡7向上分支，上升为集中区2的支流8。这不仅通过混合器的强劲方向作用实现，而且借助于一个或几个水平引导元件9。在集中区II，含有粘附于气泡上的矿物颗粒的整个向上的悬浮液流在浮选槽的中心轴处汇聚集中。这种方法确保利用剩余的流体能，从而在排出和衰减区III产生从槽中心向外的足够流体，在流体层10，即区IV内也保持所述方向。流体能量平静的衰减区也是需要的，所以具体而言，与气泡一起上升的富集物传递到泡沫层，而不是被强力搅拌搅动的其他矿浆。已经上升到泡沫层的矿物颗粒移动到浮选槽周围的收集流槽11。泡沫移动的有效性和混合的正确方位被视为所述轴附近泡沫层的高度12。
矿浆的水平循环利用层叠的垂直引导部件或垂直挡板13衰减，其中至少有4个，但最好八个。此外，所述挡板最好比通常的更宽，且延伸到浮选槽的中心。需处理的矿浆14经浮选槽下部的输送单元15送入混合器的范围内。废物16经出口17从区III除去。泡沫18从流槽的底部19除去。应当指出的是，一旦它们已经被浮选出且始终保持矿物颗粒在流体中，以及将矿物颗粒从浮选槽排放到流槽是很重要。这正是由于上述的流体动力学控制，且由于在浮选槽的上部没有阻挡，即没有固体元件打破气泡而削弱它们的携带能力。
图2示出了浮选槽20的实施例，该浮选槽是直立的圆柱形，具有平底或在下边缘21处的稍圆角。附图示出了泡沫流槽22及其排放出口23。还示出了废物出口管24、水平引导元件9和垂直流挡板13。本发明的浮选机构4在浮选槽下部位于中空轴3上。混合机构被定子5包围。
图3是连接于中空轴3的本发明的浮选机构4的剖面图，该中空轴作为气体输送装置。该图包括定子5，它由矩形垂直板构成，但本发明的实施例中不必使用所述的定子。浮选机构4包含两个部分方向元件25和垂直叶片26。方向元件25对称，且在中心处连接于所述机构的中空轴4的下部。方向元件的中心部分，即从所述轴向外的部分是水平圆板27，该圆板在其外边缘以截锥的形状向下倾斜。向下倾斜的外边缘与水平面形成角α，可取的是在30-60度之间，且方向元件的这一卷边28形成实际引导部分。方向元件卷边28的直径为整个方向元件的直径的1/2-1/6。
径向连接于方向元件25的是直立叶片26，最小数目为4个，可取的是六个。直立叶片沿垂直方向在方向元件上方和下方延伸，且横向最好延伸至方向元件的最外边缘。直立叶片的宽度最好大于方向元件的锥形卷边28的宽度，因此直立叶片的内边缘29延伸到水平板。所述叶片的外边缘30基本上是垂直的，可以使浮选气最有效地弥散，即在叶片之后产生最大的负压。叶片的内边缘29在顶部垂直，但在底部3 1处以向外的曲线形式变窄，这样设计的目的是使能量损失最小化。所述曲线最好为圆弧形，其中圆的中心点32在叶片的外边缘上，可取的是在方向元件卷边28和垂直叶片30交点32上。
当气体沿中空轴向下吸引且在方向元件的中心板27下引导时，气体与进入混合器下方自由空间且朝混合器向上升的矿浆流混合。混合的气体-矿浆流平行于圆板27翻转，向外扩展。由于方向元件向下倾斜的外卷边28的影响，所述流体沿向下的斜面随意地偏转。由于在混合器的直立叶片26后面产生的强大负压，气体弥散成小气泡。对于从下方来的流体来说，叶片在混合器下形成平滑的窄流场。所述流体和弥散在其中的气体通过从混合器上方来的矿浆流连接，由于方向元件卷边28，所述矿浆流液沿同样向下倾斜的方向偏转。通过这种引导，整个组合悬浮物在定子5的板之间流动，同时定子的板开始衰减和引导所述流沿远离混合器而到达一组喷嘴的水平方向径向流动。
图4示出了类似于图3的浮选机构，除了另外放置在方向元件卷边28内部的气体引导板33之外，该引导板用于在气体弥散到矿浆中之前使气体的方向转换到基本上水平的方向。当气体量增加和/或气体速度增加时，有时产生压力脉冲。引导板有助于避免这些脉冲。引导板的直径在最大值时与圆板27的相同，在最小值时与气体入口的尺寸相同，即轴3的内径。引导板离圆板的距离最好为气体入口直径的1/2-1/6之间。
下面通过示例进一步解释本发明。
示例1对三种不同的混合器进行对比研究。
混合器a-OK转子(如在美国专利US4078026中的普通浮选机构)，混合器b-如美国专利US4548765所述的gls混合器，混合器c-如本发明所述的glsdl混合器。
表1示出了从轴功率和垂直力，即混合机构影响浮选槽的作用力，测量的对比值；正号(+)表示混合过程增加了影响容器底部的负载，负号(-)表示减轻了负载作用。选gls混合器(b)作为基准混合器。a和c混合器在槽内设有或没有定子，如图2所示。gls混合器没有定子。
表1测量结果的相对值混合器相对轴功率 相对垂直力没有定子有定子没有定子有定子a＝OK转子 0.89 1.41 -1.35 -0.72b＝gls1 - 1 -c＝glsdl 2.08 1.79 -0.80 -1.59混合器a，即OK混合器，没有定子时使用最少的功率，但有定子时轴功率可以是1.6倍大。同时当使用定子时作用在浮选槽上的垂直力减小。这意味着a-混合器在定子叶片中由于阻力增加(功率增加)而损失了能量，从而将比前面更小的能量留给了向上流(垂直力减小)。实际上这通过监测浮选槽流体，即流体集中器和水平环的效果，比前面的更差而得到证明。来自混合器的流体过弱而不能克服气泡的浮力，从而在从浮选槽侧壁向上和从中心向下两种情况下在浮选槽内产生流体，即需要不实用的辅助控制去除泡沫，而这易于打破泡沫。
混合器b或gls如上述专利所述一样起作用，但在中心处出现的向上流也过宽地伸展，即强度变弱，所以在特定形状的浮选槽中没有实现有益的中心流，因为气泡的浮力再次开始超过矿浆流的脉冲强度。在这种情况下由于混合器的结构，垂直力向下。
本发明的glsdl混合器(c)以所希望的方式，从中心向上到表面并将泡沫输送到浮选槽周围的流槽，而在所有情况下工作。这在轴功率和垂直力上表现出来。首先，轴功率在任何情况下大于基准混合器。其次，在安装定子之后，轴功率下降(为0.86)，这意味着定子没有产生多余的阻力，而实际上减小了，意味它水平引导从混合器排出的流。因此进一步强化了所希望的方向，且在区II，向上流的集中区有多余的能量。第三，多余能量或增加的浮升力从垂直力上可以看出。浮力作用是双重的。
在研究过程中，比较了三种形状的垂直浮选槽美国专利US5219467的加宽上部结构，美国专利US5078505的直立圆柱形结构和最后其上端象瓶子的结构。所述上部越小，越难形成图1中的所希望的流体，即实现所希望的流体的惟一方式是使用本发明的混合器。这样做的原因相当自然，在中心处需要非常强且受控的向上流，以便超过气泡的浮力，这并未存在于除本发明的实施例之外的其他任何结构中。在流体较弱且不稳的情况下，浮选槽顶端的收缩表示返回流不再具有从边缘沉降的足够空间。
权利要求
1.一种用于浮选槽的浮选机构，其特征在于所述浮选机构(4)包括从中空轴(3)的底端悬挂的方向元件(25)，该轴延伸入浮选槽的下部，和基本上从外边缘向内连接的直立叶片(26)，该直立叶片在方向元件上方和下方延伸，且方向元件(25)的基本上水平的圆板(27)在轴周围对称地连接在所述中心处，所述中心板的外边缘向下倾斜而形成引导卷边(28)。
2.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于所述方向元件向下倾斜的卷边(28)与水平面形成30-60度的角。
3.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于所述方向元件卷边(28)的直径是整个方向元件的直径的1/2-1/6倍。
4.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于直立叶片(26)的宽度大于方向元件卷边(28)的宽度。
5.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于直立叶片(26)径向连接于方向元件(25)。
6.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于直立叶片的外边缘垂直，且内边缘在顶部垂直，而在底部(31)以向外的曲线形式变窄。
7.如权利要求6所述的浮选机构，其特征在于直立叶片内边缘的底部(31)曲线为圆弧形状，所述圆的中心在叶片的外边缘上。
8.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于气体引导板(33)位于方向元件卷边(28)的内部。
9.如权利要求8所述的浮选机构，其特征在于气体引导板(33)的直径在圆板(27)和混合机构轴(3)的直径之间。
10.如权利要求8所述的浮选机构，其特征在于引导板(33)离圆板(27)的距离在混合机构轴(3)的直径的1/2-1/6倍之间。
11.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于所述浮选机构位于浮选槽(2、20)内，该浮选槽设有垂直和水平的流体引导元件(13，9)。
12.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于定子(5)位于浮选机构(4)周围的浮选槽(2，20)内。
13.如权利要求1所述的浮选机构，其特征在于所述浮选机构(4)的中空轴(3)作为气体输送装置。
14.一种用于将气体混合入矿浆中且防止浮选槽积砂的方法，其中在浮选槽的混合区(I)实现强力搅拌，而有助于朝浮选槽的侧壁引导所形成的矿浆悬浮物，在侧壁处所述流朝浮选槽的中部转回，且在集中区(II)从所述中部含有附着在气泡上的矿物碎片的悬浮流从浮选槽的中心轴周围上升到衰减区(III)，在衰减区所述流从浮选槽中心朝侧面转向，然后从泡沫层(IV)去除产生的泡沫，其特征在于气体经浮选机构的中空轴送入所述机构下方混合区(I)内的矿浆中，且弥散在所述矿浆中，通过方向元件(25)改变矿浆悬浮物的方向，其中该方向元件从外边缘沿朝浮选槽的侧壁向下倾斜的方向圆柱形向下倾斜。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于在气体弥散到矿浆中之前，气体的方向改变为水平方向。
全文摘要
本发明涉及一种位于浮选槽(2)内的浮选机构(4)，包含方向元件(25)和垂直叶片(26)。所述方向元件是对称的，且固定在所述机构的中空轴下部中心处。根据相应的方法，由于从外边缘向外圆柱形地倾斜的方向元件(25)，浮选机构引导沿朝浮选槽侧壁向下倾斜的方向形成的气体－矿浆悬浮液。矿物悬浮液从所述侧壁朝浮选槽的中心向上升，从中心处所述流体转向浮选槽的边缘，且从浮选槽去除产生的泡沫。利用这种浮选机构可以形成扩展到浮选槽的整个混合区(I)的强力搅拌。
文档编号B03D1/14GK1443094SQ01813146
公开日2003年9月17日 申请日期2001年7月19日 优先权日2000年7月21日
发明者塞波·约内拉, 劳诺·莉利亚, 布鲁尔·尼曼 申请人:奥托库姆普联合股份公司