改进的空气辅助的分离系统的制作方法
【专利摘要】呈现了一种分离系统，所述分离系统用于使包含大量颗粒的浆料分类，所述颗粒受流化流(包含搅动水和气泡)和流化床的影响。所述分离系统包括分离罐、浆料进料分配器、流化流歧管和气体引入系统。所有这些部件被设置成通过浆料进料分配器引入浆料并允许浆料与从流化流歧管进入分离罐的流化流相互作用从而在分离罐中产生流化床。气体引入系统被构造成优化流化流中的气泡尺寸分布。气体引入系统包括气体引入导管和旁通导管。气体引入系统可以通过调整经过气体引入导管的搅动水流而进行调节。
【专利说明】改进的空气辅助的分离系统
【背景技术】
[0001] 流化床或搅动床分离系统在采矿工业中用于分级和密度分离。这些分离系统的冶 金性能和高容量使其理想地用于浮选回路之前的备料。已经发现当这种分离系统利用加入 空气泡实现流化流时，可以将性能提高至超过通过仅使用水的系统所实现的程度。这种分 离器被称为空气辅助的分离系统。这些设备通常使用两个基础操作参数进行控制:流化流 速和流化床水平。所呈现的是对合并各种新颖特征的空气辅助的分离系统的改进，所述改 进进一步增强了分离工艺。
【发明内容】
[0002] 所呈现的是一种分离系统，所述分离系统用于使浆料中包含的大量颗粒进行分 类。颗粒受包含搅动水和气泡的流化流以及流化床的影响。分离系统包括分离罐、浆料进料 分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管，它们全部被设置成通过所述浆料进料分 配器引入浆料并允许浆料与来自所述流化流歧管的流化流相互作用从而在分离罐中产生 流化床。分离罐具有槽，所述槽用于接收被运送至分离罐的顶部的颗粒。气体引入系统被构 造成优化流化流中的气泡尺寸分布。气体引入系统包括气体引入导管和旁通导管，所述旁 通导管使搅动水流绕过气体引入导管。气体引入系统可以被调节从而通过调整经过气体引 入导管的搅动水流来优化气泡尺寸分布。气体引入导管和旁通导管汇合从而产生流化流。 通过调整经过所述气体引入系统的流从而控制流化流的体积。
[0003] 在分离系统的一些实施方案中，压力读取装置被设置和构造成测量流化床的密 度。在一些实施方案中，压力读取装置包括两个压力感应器从而测量流化床的密度，或者差 压变送器被构造成测量流化床的密度。在一些实施方案中，密度指示控制器用于控制气体 引入系统和底流导管，从而根据来自压力读取装置的信号基于由密度指示控制器进行的计 算来调节流化床的密度和水平。
[0004] 分离系统的一些实施方案包括浆料充气系统用于对进料浆料进行充气。这些实施 方案中的一些包括喷射装置用于对流化水进行充气。分离系统的其它实施方案进一步包括 化学收集剂或表面活性剂，所述化学收集剂或表面活性剂被引入流化流以调节浆料中的颗 粒或者促进流化流的充气。
[0005] 本领域技术人员将认识到本发明允许不同于所示那些的实施方案，且设备和方法 的细节可以以不同方式变化而不脱离本发明的范围。因此，附图和说明被视为包括这些等 价实施方案而不脱离本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0006] 为了更全面地理解和了解本发明及其诸多优点，将参考结合附图的如下详细说 明。
[0007] 图1显示了分离系统的示意图；
[0008] 图2为流化床分离室的立体图；
[0009] 图3为分离罐的横截面，其显示了典型流化床的部件；
[0010] 图4A为分离罐的横截面，其显示了密实度较低的流化床的部件;和
[0011] 图4B为分离罐的横截面，其显示了密实度较高的流化床的部件。
【具体实施方式】
[0012] 参考附图，贯穿显示和描述的数个实施方案和附图，一些附图标记用于表示相同 或相应的零件。描述了附图中所示的相应零件的形状或功能的变化。将理解实施方案中的 变化通常可以互换而不偏离本发明。
[0013] 应用流化床(也被称为搅动床或搅动水床或流化搅动床）的分离系统通常用在采 矿工业中以划分液体悬浮体或浆料中包含的大量颗粒状矿物种类。这些浆料由有价值的和 价值更低的矿物种类的混合物组成。应用充气流化流（引入搅动的水和气体以形成气泡)和 流化床的分离系统被称为空气辅助的分离系统。本文所述的空气辅助的分离系统的一个示 例为由宾夕法尼亚州伊利的埃里埃兹制造公司制造的HYDR0FL0AT?。如图1至图3中所示，空 气辅助的分离系统10包括流化床分离室12与相联的气体引入系统38、浆料充气系统62以及 压力读取装置70,每个部分在下文更详细地讨论。正如通过对比图1和图2最好理解的，通过 浆料进料分配器16将浆料进料至分离罐14,所述浆料进料分配器16通常位于分离罐14的上 方三分之一处。浆料中的颗粒状矿物质相对于搅动水的上升流而逆流地向下移动。通过流 化流歧管18将搅动水进料至分离罐14,所述流化流歧管18通常位于分离罐14的中心周围且 连接至流入导管17。
[0014] 对比图2和图3,当通过浆料进料分配器16将浆料引入分离罐14的上方部段时，搅 动水和气泡的上升流与向下流动的浆料碰撞，由于浆料中的一些颗粒选择性地附接至气泡 从而使得浆料中的颗粒分离。微细/轻质的颗粒通过搅动水的流动而被向上水力运送，且附 着于气泡的那些颗粒浮动至顶部，停留在溢流层20内从而最终被运送至分离罐14的顶部。 在被运送至分离罐14的顶部之后，这些颗粒流入外部溢流槽22或内部溢流槽24并通过排空 两个溢流槽22和24的溢流导管25而从系统中运走。
[0015] 更为粗糙/密实的颗粒以及未附着于气泡的颗粒具有足够的质量抵抗搅动水的上 升流而沉降，通过分离罐14而向下降落并形成悬浮颗粒的流化床26。流化床26充当分离罐 14内的密实介质区域。在流化床26内，小的间隙产生高的隙间液体速度，所述高的隙间液体 速度阻碍可以抵抗搅动水的上升流而沉降的颗粒的渗透，但是这些颗粒过于微细/轻质而 不能渗透已经形成的流化床26。因此，这些颗粒最初向下降落直至其接触流化床26并被迫 向上以积累在溢流层20中。这些颗粒最终被运送至分离罐14的顶部且最后进入溢流槽22或 24中的一个。
[0016] 过于粗糙/密实而不能留在流化床26上方的颗粒和未附着于气泡的颗粒最终经过 流化床26下行并进入底流层28。一旦进入底流层28,这些颗粒最后经过底流导管30从底流 层28中排出。底流阀32调节从分离罐14中排出的粗糙/密实颗粒和未附着颗粒的量。底流阀 32的类型取决于实际应用且可以从橡胶夹管阀变化成偏心旋塞阀，但是应理解能够适当地 调节粗糙/密实颗粒的排出的任何底流阀32都是可行的。
[0017] 干扰床分离器基于颗粒的尺寸和比重将微细/轻质颗粒与粗糙/密实颗粒分离。通 过干扰沉降原则控制分离效果，所述干扰沉降原则通过包括如下的多个等式进行描述：
[0019] 其中[]1；为颗粒的干扰沉降速度(1]1/86(3)，8为重力加速度(9.81]1/86(32)，(1为颗粒尺寸 (m)，p s为固体颗粒的密度(kg/m3)，pf为流化介质的密度(kg/m3)，n为流体的表观粘度(kg ? nf1 ? s^1)，巾为固体的体积浓度，<i>max为对于给定材料所获得的固体的最大浓度，且0为雷 诺数(Re)的函数。本领域技术人员通过观察该等式可以确定，颗粒的尺寸和密度极大地影 响颗粒在干扰沉降模式内的沉降情况。
[0020] 本领域技术人员还可以看出，通过在搅动水流中引入气体(例如空气)产生气泡从 而对搅动水进行充气，这将影响附着于这些气泡的颗粒的沉降特征。在进入分离罐12之前， 通过在搅动水流中引入气体从而对空气辅助的分离系统的流化流进行充气。因此，对于已 知的浆料组成，可以调整流化流以便优化气泡与目标颗粒的相互作用，并将这些目标颗粒 运送至分离罐12的顶部以便除去。
[0021] 如图1中所示，使用气体引入系统34以便使至流化流的气泡引入优化。气体引入系 统34包括两个平行布置的导管，气体引入导管36和旁通导管38。两个导管位于搅动水供应 管线40的下游并位于流入导管17和流化流歧管18的上游，所述搅动水供应管线40将搅动水 供应至气体引入系统34。当搅动水流进入气体引入系统34的时候，其分成第一搅动水流部 分和第二搅动水流部分，所述第一搅动水流部分流动经过气体引入导管36,所述第二搅动 水流部分流动经过旁通导管38。
[0022] 第一搅动水流部分在气体引入导管36中充气。气体引入点44将气体引入搅动水流 从而当搅动水流经过气体引入导管36的时候产生气泡。喷射装置42喷射或打破产生的气泡 从而形成更小的气泡。可以使用能够有效地喷射气泡的任何类型的喷射装置，例如但是不 限于串联静态混合器或高剪切喷射系统。通常地，喷射装置42的喷射效果随着经过喷射装 置42的搅动水的流速而变化。气体引入导管36还包括流量计46以监控经过气体引入导管36 的搅动水的流速。通常地，该流量计46设置在气体引入点44的上游以减少气泡对流量计46 的操作造成的干扰。
[0023]气体引入系统34可以组合不同于所示系统的其它类型的系统从而引入气体和喷 射气泡。在图1中，显示气体引入点44向系统提供加压气体。将理解可以代替性地使用无需 凝聚气体即可操作的系统，例如使用文丘里效应将气体吸入搅动水流的吸气器。
[0024]旁通导管38允许第二搅动水流部分绕过气体引入导管36,而不会干扰喷射装置42 的有效操作。旁通导管38包括自动阀47,所述自动阀47控制流动通过旁通导管38的流的体 积。在第一搅动水流部分和第二搅动水流部分汇合的气体引入系统38的末端处，所述部分 结合从而形成流化流，所述流化流进入流化床分离室12。
[0025]当分离系统10在使用中的时候，流量计46与计算机构49进行通讯，所述计算机构 49与自动阀47进行通讯并调节自动阀47从而使经过旁通导管38的搅动水流节流。该方法维 持了通过气体引入导管36的恒定的搅动水流。搅动水供应管线40还包含了控制系统48,所 述控制系统48由流动测量设备78、流动控制阀80和密度指示控制器76组成，这些部件在下 文讨论。控制系统48调整进入气体引入系统34之前的搅动水流的体积，然后优化进入流化 床分离室12的流化流的体积。
[0026]在一些应用中，空气辅助的分离系统使用反应试剂(例如化学收集剂)来调节颗粒 从而改善目标颗粒与气泡的附着。还使用表面活性剂帮助气泡的一般产生。为了引入这些 反应试剂，现有技术的分离系统(未显示)通常包含多个搅拌罐调节器(未显示）。然而搅拌 罐调节器消耗大量的能量且占据巨大的占地面积。因此，本领域中存在的动机是实现将化 学试剂引入分离系统同时消耗比包含多个搅拌罐调节器所需的更少的能量和空间的目的。
[0027]再次参考图1，发现可以简单地通过使用收集剂栗58或表面活性剂栗60注入搅动 水供应管线40从而将反应试剂引入分离系统10。当将反应试剂引入搅动水供应管线40的时 候，反应试剂随着搅动水移动至气体引入系统34。将反应试剂注入气体引入系统34使得反 应试剂在进入分离罐14之前直接地并完全地混入流化流。还发现相比于通过使用搅拌罐形 成的混合物，以这种方式通过气体引入系统34混合反应试剂和流化流带来更均匀分布和紧 密的混合物。
[0028]还发现浆料在浆料进料分配器68中浆料的预充气允许气泡和进入分离罐12的颗 粒接触。为了完成预充气，将浆料充气系统62合并至进料引入系统16。浆料充气系统62将充 气的水引入正在移动通过浆料进料管16的浆料或者将充气的水直接引入浆料进料分配器 68。浆料充气系统62包括两个管线，水引入管线64和空气引入管线67。水和空气经过喷射装 置42随后被排入浆料进料管16或浆料进料分配器68。将空气加入进料浆料通过缩短分离罐 12中所需的接触时间而增强了浮选动力学。
[0029] 还发现如果控制流化床26的密度，有可能影响流动通过流化床26的颗粒的类型。 如图4A和图4B中所示，当流化床26变得更密实的时候，更为粗糙/密实的颗粒可能保留在流 化床26中而不会向下落入底流层28。当流化床26更为稀释且密实度更低的时候，出现相反 的效果。当流化床26变得密实度更低的时候，微细/轻质颗粒穿过流化床26向下降落并进入 底流层28。考虑到分离系统可以基于浆料内的颗粒的尺寸和/或密度进行分离，有利的是调 节流化床26的密度从而控制流化床分离室12的操作。
[0030] 再次参考图1，为了调节流化床26,压力读取装置70安装在流化床分离室12内以测 量流化床26内的压力并将信息转送至计算机构(未显示），所述计算机构计算流化床26的密 度。计算机构通常为可编程逻辑控制器，但是能够计算流化床26的密度的任何装置都是可 行的。
[0031] 至少两个压力传感器设置在分离罐14内，上方压力传感器72和下方压力传感器 74。压力传感器72和74通常为具有内部应变仪的独立的压力感应器用于测量由分离罐14内 的围绕压力感应器的流体和浆料的混合物所产生的压力。上方压力传感器72和下方压力传 感器74两者被构造成读取直接围绕其在分离罐14内的位置的流化床26的密度。应注意即使 通常使用具有内部应变仪的压力感应器，本领域技术人员知晓能够读取和传输流化床周围 压力的压力的任何设备都是可行的，例如但是不限于被构造成测量流化床的离散密度的差 压变送器或单个差压变送器。来自传感器72和74的读数通过压力读取装置70进行编辑并传 送至计算机构以便进行计算。
[0032]通过计算机构使用如下等式计算流化床26的密度Pb:
[0034]其中A P为通过上方压力传感器72和下方压力传感器74计算的差压读数，A为分离 器的横截面积，Vz为两个传感器72和74之间的区域的体积，且H为这些传感器72和74之间的 高度差。
[0035] 上方压力传感器72和下方压力传感器74各自安装在不同的高度处但是彼此紧靠。 上方压力传感器72和下方压力传感器74之间的通常的高度差为12英寸(305mm)以便将由于 流化床16的扰动造成的任何信号干扰最小化，但是本领域技术人员知晓传感器之间的任何 距离都是可行的。
[0036] 当引入分离罐14的流化流的体积增大的时候，其稀释流化床26并引起流化床膨 胀，造成来自压力传感器72和74的更低的密度读数。相反，当引入分离罐14的流化流的体积 减小的时候，流化床26收缩且密实度更高，造成来自压力传感器72和74的更高的密度读数。 为了控制进入和离开分离罐14的流化流的体积，密度指示控制器76监控来自两个压力传感 器72和74的读数，然后调节搅动水至气体引入系统34的流速。密度指示控制器76还可以通 过监控来自两个压力传感器72和74中的仅一个(通常是下方压力传感器74)的读数，随后基 于单个读数进行微细调节，从而控制流化床26的水平。
[0037]还使用第二个密度指示控制器75,通过监控来自两个压力传感器72和74中的仅一 个(通常是下方压力传感器74)的读数随后通过底流控制阀32调节离开分离罐14的材料的 排放速度，从而控制流化床26的水平。
[0038]当包含压力传感器72和74的时候，调节进入和离开分离罐14的流化流的体积应当 通常被设定成以较小增量非常缓慢地进行，否则流化流的体积变化可能造成两个压力传感 器72和74中的较大波动，所述较大波动将造成密度计算的不精确。有利的是实现两个压力 传感器72和74与密度指示控制器76之间的延时。该延时允许流化床26密度的更为精确的读 数，因为密度指示控制器76根据在不同调节之间有时间沉降的流化床26的密度读数而调节 进入或离开分离罐14的搅动水的流速。在短时间段内提供的平均读数的计算也可以实现流 化床26密度的更为精确的读数。
[0039] 有利的是对密度指示控制器76进行编程从而控制进入和离开分离罐14的流化流 的最小体积和最大体积。例如，流化流的最低体积参数应当被设定为比使用的特定类型的 衆料的理想流化流的最小实际体积小约10-20 %，该效果限制沙齡问题（sanding problems)的可能。流化流的最高体积参数应当被设定为比分离罐14内使用的特定类型的 浆料的理想流化流的最大实际体积大约10-20%，该效果限制更为粗糙/密实的颗粒意外进 入槽22或24之一的错放。
[0040] 本发明已经参考数个优选实施方案进行描述。在阅读和理解前述说明书时，其他 人可以进行许多修改和变化。旨在构建本发明从而包括所有这些变化和修改，只要它们落 入所附权利要求或这些权利要求的等价物的范围内。
【主权项】
1. 一种分离系统，所述分离系统用于将浆料中包含的大量颗粒进行分类，所述颗粒受 流化床以及包含搅动水和气泡的流化流的影响，所述分离系统包括： 分离罐、浆料进料分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管，所述分离罐、浆料 进料分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管全部被设置成通过所述浆料进料分 配器而引入浆料并允许浆料与来自所述流化流歧管的流化流相互作用从而在所述分离罐 中产生流化床； 所述分离罐具有槽，所述槽用于接收被运送至所述分离罐的顶部的颗粒； 所述气体引入系统被构造成优化流化流中的气泡尺寸分布，所述气体引入系统包括： 气体引入导管； 旁通导管，其使搅动水流绕过所述气体引入导管； 所述气体引入系统能够被调节以通过调整经过所述气体引入导管的搅动水流来优化 气泡尺寸分布； 所述气体引入导管和所述旁通导管汇合以产生流化流； 通过调整经过所述气体引入系统的流来控制流化流的体积。2. 根据权利要求1所述的分离系统，其中所述气体引入导管包括喷射装置用于对搅动 水进行充气。3. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括压力读取装置，所述压力读取装置被设 置和构造成测量流化床的密度。4. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括： 压力读取装置，其被设置和构造成测量流化床的密度;并且 所述压力读取装置包括两个压力感应器以测量流化床的密度。5. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括差压变送器，所述差压变送器被构造成 测量流化床的密度。6. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括压力读取装置，所述压力读取装置被设 置和构造成测量流化床的离散密度。7. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括用于控制所述气体引入系统和所述底 流导管的密度指示控制器，以便基于从所述压力读取装置转送至所述密度指示控制器的计 算来调节流化床的密度和水平。8. 根据权利要求1所述的分离系统，其中所述浆料进料分配器包括用于对浆料进行充 气的浆料充气系统。9. 根据权利要求1所述的分离系统，其中： 所述浆料进料分配器包括用于对浆料进行充气的浆料充气系统;并且 所述浆料充气系统包括喷射装置。10. 根据权利要求1所述的分离系统，其中所述槽设置在所述分离罐的外部。11. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括： 所述槽设置在所述分离罐的外部； 内部槽，所述内部槽设置在所述分离罐中用于接收被运送至所述分离罐的顶部的颗 粒。12. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括被引入所述流化流的化学收集剂。13. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括被引入所述流化流的表面活性剂。14. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括： 搅动水供应管线，其连接至所述气体引入系统的上游;和 化学收集剂，其被引入所述搅动水供应管线以调节颗粒。15. 根据权利要求1所述的分离系统，进一步包括： 搅动水供应管线，其连接至所述气体引入系统的上游;和 表面活性剂，其被引入所述搅动水供应管线以促进流化流的充气。16. -种气体引入系统，其被构造成使流化流中的气泡尺寸分布优化，所述流化流进入 分离器的分离罐的流化流歧管，所述分离器包括： 气体引入导管； 旁通导管，其使搅动水流绕过所述气体引入导管； 所述气体引入系统能够被调节以通过调整经过所述气体引入导管的搅动水流来优化 气泡尺寸分布； 所述气体引入导管和所述旁通导管汇合以产生流化流;并且 通过调整经过所述气体引入系统的流来控制流化流的体积。17. 根据权利要求16所述的分离系统，其中所述气体引入导管和所述旁通导管平行设 置。18. 根据权利要求16所述的分离系统，其中所述气体引入导管包括用于对搅动水进行 充气的喷射装置。19. 一种分离系统，所述分离系统用于使浆料中包含的大量颗粒进行分类，所述颗粒受 流化床以及包含搅动水和气泡的流化流的影响，所述分离系统包括： 分离罐、浆料进料分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管，所述分离罐、浆料 进料分配器、流化流歧管、气体引入系统以及底流导管全部被设置成通过所述浆料进料分 配器引入浆料并且允许浆料与来自所述流化流歧管的流化流相互作用以在所述分离罐中 产生流化床； 搅动水供应管线，其连接至所述气体引入系统的上游；以及 反应试剂，其被引入所述搅动水供应管线以调节颗粒。20. 根据权利要求19所述的气体引入系统，其中所述反应试剂为表面活性剂以促进流 化流的充气。21. 根据权利要求19所述的气体引入系统，其中所述反应试剂为化学收集剂以调节颗 粒并赋予颗粒疏水性。22. 根据权利要求19所述的气体引入系统，其中所述反应试剂包含多种化学试剂。23. -种优化流化流中的气泡尺寸分布的方法，所述流化流进入分离器的分离罐中的 流化流歧管，所述方法包括如下步骤： 使第一搅动水部分流动经过气体引入导管； 使第二搅动水部分流动经过旁通导管； 调整第二搅动水部分的流动； 利用气体对气体引入导管中的第一搅动水部分进行充气以产生气泡； 使第一搅动水部分与第二搅动水部分汇合以变成流化流；以及 通过流化流歧管将流化流引入分离罐。24. 根据权利要求23所述的方法，进一步包括将化学收集剂引入流化流歧管以促进流 化床的形成。25. 根据权利要求23所述的方法，进一步包括将化学收集剂引入第一搅动水部分和第 二搅动水部分以促进流化床的形成。26. 根据权利要求23所述的方法，进一步包括将表面活性剂引入流化流歧管以促进搅 动水的充气。27. 根据权利要求23所述的方法，进一步包括将表面活性剂引入第一搅动水部分和第 二搅动水部分以促进搅动水的充气。28. 根据权利要求23所述的方法，其中气体引入导管包括喷射装置。
【文档编号】B03D1/24GK105899296SQ201380080258
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2013年11月6日
【发明人】M·J·曼库萨, J·N·科明奇, E·S·扬
【申请人】埃里埃兹制造公司