改进泡沫浮选的方法和装置的制作方法

专利名称：改进泡沫浮选的方法和装置的制作方法
技术领域：
发明涉及泡沫浮选，特别是涉及用于最大限度地提高浮选回收率和产量，同时最优化试剂的利用率的方法和装置。
背景技术：
通过浮选从灰分中分离粉煤是基于煤和灰分二者的可湿性(或疏水性)不同而进行的。煤天然疏水(厌水)，而灰分天然亲水(喜水)。在浮选中，空气被引入煤-灰的矿泥中。疏水的煤的粒子吸附到气泡上并且随气泡一起上升到浮选室的顶部，在此处煤的粒子聚集形成精矿，而亲水的灰分的粒子则沉到浮选室的底部形成尾矿。这样，粉煤和灰分的粒子被分离开。
如果浮选过程没有添加起泡剂，气泡会不稳定，会趋向于聚结和破裂，并且附着在气泡上的煤的粒子会下沉而重新回到矿浆状态。通过添加某种表面活性有机化合物(称作起泡剂)，在其表面形成稳定的泡沫，便于将浮游的煤的粒子从浮选室传送到收集槽中。
在所有浮选应用的现行实践中都给液(矿泥)相添加起泡剂以便将起泡剂从矿泥散布到气液接触面。然而，这种添加方法可能效率较低，因为起泡剂在矿泥中的散布不充分而且要求起泡剂在液相中迁移。在当前的煤矿浮选工厂里，大约要添加5至20ppm(百万分之几)的起泡剂(即将5至20克的起泡剂添加到1百万克的新的煤矿泥中)。在如此低的剂量率下，起泡剂在矿泥中的均匀散布很难实现。同样重要的是，起泡剂需要在气液接触面上发挥作用。因此，当空气开始与矿泥接触时，添加到矿泥中的起泡剂需要从液相迁移到气液接触面上。
在詹姆森浮选室(Jameson Cells)中，起泡剂是一个非常重要的操作参数，并且主要影响由浮选产生的粉煤的产量。詹姆森浮选室及其操作在澳大利亚专利677452中进行了详细的论述(在此参引该申请)。除了在詹姆森浮选室表面形成稳定的起泡剂层之外，起泡剂明显提高了空气的真空度，由此提高了空气的流速。较高的气流速率形成更小更多的气泡和更高的气泡上升速度。较小和较大数量的气泡意味着有更大的气体表面积以便粉煤粒子附着其上。这种情况结合较高的气体上升速度，结果由浮选产生出更高的煤产量。
按照现行实践，如果要给液相中添加起泡剂以便随后从浮选循环中获得优化的矿产量，那么推荐起泡剂的剂量为20ppm。然而，实际大多数情况下只能添加5-10ppm的起泡剂。这是由于不花费大量的资金来改变工厂的设计，特别是水量平衡，因而不可能实现选煤厂的设计及较高水平的起泡剂所造成的结果。在大多数选煤厂中，从浮选循环生成的尾矿进入浓缩机中。浓缩机的溢流为工艺用水，该工艺用水重新循环回到工厂(包括粗煤循环)。当剂量大于5-10ppm的起泡剂添加到浮选循环中时，由于给液相添加起泡剂效率低，剩余的起泡剂进入尾矿，由此进入工艺用水中。这就在粗煤的循环(“泡沫冒出工厂”)中形成主要的操作干扰，因此起泡剂的剂量受到限制。
此外，使用不同的试剂有助于其它诸如贵重的硫化物或次生矿物之类的矿物的回收。需要提高用在诸如收集器和泡沫发生器之类的泡沫浮选中的不同的试剂的效能，以便通过使用已知的试剂来提高贵重的矿物的回收。
整个说明书中关于现有技术的任何论述决不应被视为是承认此现有技术被广泛了解或者是此现有技术形成本领域的公知常识部分。
本发明的目的是克服或修正现有技术的至少一个缺点，或者是提供一个有用的替代方案。
发明公开的内容第一方面，本发明提供了一种用于给泡沫浮选室供给试剂的装置，所述装置包括浮选气体供给管线和与所述的浮选气体供给管线流体连通的预定容积，所述容积在上游侧具有一气体入口，在下游侧具有一气体出口，在入口和出口之间设置一雾化器，所述雾化器适合于使所述试剂雾化，以便于所述的雾化的试剂夹带在浮选气体中而进入所述的浮选室中。
预定的容积可以在浮选气体供给管线中形成，或者可以采用一与浮选管线流体连通的容器形式。该第二方案特别适合用于浮选室装置的改型，当然浮选室已经具有浮选气体供给管线。
如果泡沫浮选室一直以来都构造有前述的装置，例如，雾化器当然可以设置在浮选气体供给管线的任意位置上。一用于詹姆森浮选室的特别适当的实施例是在气体分配器中加入雾化器，气体分配器给詹姆森浮选室的不同的下导管供给气体。
所述装置适于用在低于大气压的浮选气体的供给管线上，例如，浮选室是詹姆森浮选室的情况中或者浮选气体供给管线大于等于大气压的情况中。
在雾化器设置在供气管线上的容器中的情况下，优选雾化器与所述容器的入口邻接并且与出口间隔足够的距离，以便将雾化的试剂撞击并凝结在容器壁上的数量减至最小。
为了更大地减少试剂的凝结，可以将容器和/或位于容积和浮选室之间的浮选气体供给管线进行热隔离。
通常，容器的大小取决于若干因素，包括浮选矿泥供给速率、浮选气体供给速率、待雾化的试剂的种类和数量等等。在一实施例中，容器的大小通过确定所述雾化器的雾化面积，即通过确定从雾化器散发出的喷雾所覆盖的面积来计算。一个例如200mm的合适间隙则可以添加到该结构中以避免从雾化器散发出的试剂薄雾直接撞击到容器壁上。
在多数装备中，设想每个浮选室在浮选气体管线中有一限定的容积/雾化器。
本领域的技术人员可以理解的是雾化器可以是任何用于雾化液态试剂的的适宜的装置，例如喷嘴、喷射式喷雾机、超声波发生器等等。
第二个主要方面，本发明提供了一种给泡沫浮选室供给试剂的方法，包括确定浮选室的浮选气体入口侧，一具有气体入口和气体出口的预定容积，在所述容积中安置一雾化器，以便在所述的容积中产生雾化的试剂，和使浮选气体经过所述容积，从而所述的雾化的试剂夹带在浮选气体中而进入到浮选室中。
除非是上下文清楚地规定，否则通篇说明书和权利要求中，词语“包括”等等解释为“包括在内”的意思，与“除……之外”或“穷举的”意思相反；即意思是“包括……在内，但不限于……”。


参照所附的实施例，仅通过例举的方式对本发明进行描述，实施例在下列附图中示范图1为与本发明第一实施例的浮选室结合使用的容器的主视图；图2为图1的容器的内部的端部视图；和图3为与詹姆森浮选室一起使用的容器的示意图。
图4至图6分别为尾矿中灰分的百分比、产量百分比及可燃物回收率的百分比的试验结果的曲线图。
具体实施例方式
在图1至图3所示的实施例中，由容器10提供与浮选气体供给管线流体连通的的预定容积。不过本领域的技术人员可以理解的是，单独的容器10不是必需的并且本发明可以通过形成在浮选气体供给管线100上或与其流体连通的任意预定的容积来实施。
具体地，容器10示出在詹姆森浮选室的浮选气体供给管线100上。浮选气体经过浮选气体供给管线100进入浮选室从而进入气体分配器150并从分配器经由连接器160到下导管170中。
借助矿泥分配器200和矿泥供给管线210将浮选矿泥供应给下导管100。
图1至图3所示的实施例中，由容器10提供的预定容积尤其适用于改型应用中。本领域的技术人员很清楚，在浮选气体供给管线上包含有容器10是一个相当简单的工艺。
但是，为了制造设备，用于雾化器60的预定容积可以设置在浮选气体供给管线上的任何位置。在一具体实施例中，喷雾装置60可以安装在气体分配器150中。在该范例中，气体分配器具有双重作用，即将浮选气体分配到下导管和用作浮选剂的雾化的预定容积。
下面参看图1和图2，容器10包括一上游壁20、下游壁40，入口管和出口管连接器25和45位于上游壁和下游壁上，如下文所述，这两个连接器用于连接给浮选室供应气体的浮选气体供给管线。
在上游壁20上设置有喷雾装置60，在该例子中设置有若干喷嘴65。上游壁20可以具有许多观察窗26用以观察喷雾装置60的操作，下文将对此进行说明。还可以提供一排泄孔70，用于将凝结的浮选剂排除，下文将对此进行说明。
如在图1和图2所看到的，喷雾装置60设置成在入口25周围的喷嘴65的环形阵列。而这对于本发明并不是必不可少的，我们发现，这种喷嘴阵列提供了良好的雾化并且浮选剂薄雾夹带在浮选气体中而进入容器中。
在该实施例中，入口25和出口45与容器20基本上同轴。但这不是必要的，它是优选的，因为这使入口气体与夹带试剂一起快速流过容器。本领域的技术人员很清楚，入口25和出口45的任何的偏移都可能妨碍经过容器的平稳流动并在其中形成不必要的湍流或漩涡，减少进入到浮选室中浮选气体所夹带的试剂薄雾，由此促进在容器壁上的凝结。
下面再参看图3，即将对容器的操作进行说明。
图3示出设置在供给詹姆森浮选室200的气体输入管线100上的容器10。该装置适用于其它浮选装置，但是为了简明，这里参照詹姆森浮选室进行论述。
气体输入管线100包含阀120，该阀使供气管线100收缩，由此控制詹姆森浮选室中的部分真空度，控制进入詹姆森浮选室200中的气体(本申请为空气)的速度和质量。詹姆森浮选室的详细资料可以在许多专利/专利申请中找到，包括澳大利亚专利677542(在本申请中参引此专利)。
使用中，喷雾装置60与具体的试剂连接。所描述的实施例涉及添加的起泡剂的雾化，不过可以理解的是，其它的试剂可以通过类似的方式雾化。
供给喷嘴65压缩的气体，例如空气和起泡剂。将起泡剂以一个计量速率泵送到喷嘴中，并以一定压力提供压缩气体。在喷嘴内，压缩空气冲击起泡剂将其粉碎成飞沫并迫使其从喷嘴喷出成为悬浮微粒、喷雾或薄雾之类。
喷嘴产生试剂喷雾，所产生的喷雾夹带在气体中经过容器10进入浮选室中。在所示的实施例中，喷嘴的喷雾基本上与通过容器的气流平行。在其它实施例中，喷嘴可以是可调节的，以便来自喷嘴的喷雾汇流、分散或大体上平行延伸。如上所述，优选通过提供快速平稳的进出容器来减少在容器中湍流和停留的时间。关于此，应该注意的是，出口壁40为锥形的以提供这样的平稳排出。申请人发现，在通常的起泡剂用量下，使用本发明的方法和装置相当大地改进了浮选室的产量和回收率。
安装在壁20上的四个观察窗26能够用于肉眼观察由喷嘴所产生的薄雾。这就使得能够监视雾化状态及注意试剂特性或消耗量的变化，从而协助辨认出被堵住的或不工作的喷嘴。同时还能够对不同的雾化状态、喷嘴气压等等进行试验，以确定它们对喷嘴性能的影响。
优选地，壁20带有法兰，这样将喷嘴作为一组或单独就易于对其进行拆卸和进行检修。
对于随后供给浮选室的试剂的雾化的主要难题之一是喷雾或薄雾在在容器壁上的凝结或者是在容器10的下游侧的供气管线100中凝结。
有诸多影响凝结率的因素，包括由喷嘴产生的液滴的大小、液滴与表面的接触、在容器中的停留时间及与不同温度的表面的接触。
常见的雾化器系统需要对喷雾剂液体、喷嘴或喷雾剂容器进行加热，与许多常见的雾化器系统不同，本发明提供的装置和方法能够很好地控制喷雾剂的凝结，无需这种昂贵和复杂的加热系统。
在这点上，本发明对一些操作参数进行了修改，从而减少了试剂喷雾或薄雾的凝结。首先，已经发现喷嘴在相对于待供给喷嘴的压缩气体相对低的试剂流速下操作最佳。似乎是液态试剂的低流速与高的气压一起导致较小液滴尺寸的薄雾。
另一参数是壁20和40的距离。对本领域的技术人员来说，如果壁40设置得离壁20太近的话，由喷嘴65产生的液滴将撞到壁40上并凝结在其上。因此，应该调整壁20和40之间的距离，以确保由于薄雾或喷雾与壁40的接触而产生的凝结最少。
另一减少凝结的方法是使经过容器的气流增加到最大。这在所示的实施例中是通过结合容器将其作为詹姆森浮选室上的进气管线的部件来实现的，也就是所有进入詹姆森浮选室的气体都要经过该容器，即最大化气体流量和气体速度。
除了减少凝结外，使所有进入的浮选气体都经过容器当然还有明显的优点。这些优点包括较好地混合、较大地将起泡剂散布到矿浆中和由于不再需要额外的管道系统和/或不再需要压缩系统来强制薄雾进入到浮选室中而减少了费用。
减少凝结的另一方法是将容器和下游管道工程隔离以减小容器中和容器壁两环境的温差。虽然这还没有得到证实，但是申请人相信二者之一会增大容器中的液滴。这些液滴或者被经过容器的气体冲击并在容器内减少，或者它们会接触表面、凝结并收集而经由排流口70回收。较小的液滴夹带在进入气体中，经过气体分配器到詹姆森浮选室下导管。
可以理解的是，较上文提到的常用的系统，这种设置还是非常灵活的，并且受周围环境的影响较小。
申请人实际发现所述的装置和方法在十分不同的环境中(例如高温度或湿度，或者低温度或干燥环境)都可以成功地操作。这种灵活性有别于那些取决于宽范围温度控制系统来维持在合适的工作参数范围内的现有技术的装置。
实施例1在桑沃特(Sunwater)实验室已经进行过试验工作，布里斯班·洛克里(Rocklea，Brisbane)用两个直径不同、带有三个喷嘴的容器进行试验。试验结果在下面进行讨论。
用不同的喷嘴流体和空气流来测试两个容器。供给喷嘴MIBC(甲基异丁基甲醇)起泡剂。经过喷嘴的流体取决于MIBC泵的剂量率。在300kPa下，三个喷嘴所需的压缩空气是5立方米/小时。供给喷嘴的压缩空气是干燥并经过过滤的，以便减少对喷嘴的堵塞。试验结果如表1所示。
表1一桑沃特实验室的试验数据

从表1中可以看出，两个容器尺寸、到喷嘴的较低的流速使得MIBC起泡剂薄雾的凝结减少，因此减少了MIBC起泡剂的浪费。关于此，相信本发明会带来明显的优点，试剂(在本范例中泡沫充当介质)直接提供给在詹姆森浮选室的下导管中形成的泡沫队列中而不是矿浆中。这相对于现有技术明显地具有一个显著的优点，即，把起泡剂放置在最有效的位置上以便使用，即放在泡沫生成的地方。
在该实施例中，泵速为100％，即以最大流速到喷嘴，至少损耗并凝结三分之一的起泡剂。不过，这些凝结的起泡剂可以由排流管线回收并循环回到系统。此外，优选气体分配器150具有一倾斜底板，该底板使得凝结在容器下游的试剂/起泡剂排出到用于循环返回詹姆森浮选室的单点。
实施例2该实施例在Oaky Creek J5000/24选煤厂实施，将采用前面提到的方法和装置雾化起泡剂的詹姆森浮选室与常用的将起泡剂添加到矿浆进行比较。
下面的表2示出了尾矿中的灰分、产率及经过浮选从煤中回收的可燃物的百分比的结果。
表2容器/雾化器与常用的起泡剂剂量的对比

注ON＝使用容器/雾化器OFF＝常用的起泡剂添加给不同的样机添加5ppm起泡剂(MIBC)，矿泥速率1560m3/hr。
在每一情况下，相对于普通的机械装置，使用容器10雾化和添加起泡剂提供了基本的增量。表2的计算结果的曲线图如图4至图6中所示。
如前所述，所示的实施例与詹姆森浮选室相关，实施例采用低于大气压的进气管线，可以理解的是，还可以采用其他的浮选气体和带有压缩的浮选气体入口的浮选室。
本申请人所进行的试验给出了到目前为止的很显著的结果。例如，目前MIBC在Oaky Creek情况中的消耗量小于6ppm。超过该限度的浓度进行选矿会对循环的剩余物有相反的作用。
但是，当MIBC是作为液体添加时，对于优化詹姆森浮选室的操作，低于推荐值20ppm的6ppm的MIBC是适当的。
试验工作已经表明，MIBC的烟雾/薄雾添加可以将用于优化詹姆森浮选室的操作所需要的MIBC的量减少至少75％。因此，采用本发明的方法和装置，MIBC的消耗量的范围在4-7ppm之间。以这些数量并如所附的数据证实，煤产量增加至少5％，明显提供了回收产品的基本的附加收入，同时基本上节省了MIBC的消耗量。
此外，采用本发明的方法和装置提高了詹姆森浮选室在一般的剂量率，例如5-10ppm左右情况下的效率。
本领域的技术人员可以理解的是，上述的方法和装置可以在不脱离本发明的要旨和范围内用其它形式实施。
权利要求
1.一种给泡沫浮选室供给试剂的装置，所述装置包括一浮选气体供给管线和一与所述浮选气体供给管线流体连通的预定容积，所述容积在上游侧具有一气体入口，在下游侧具有一气体出口，并且在所述的入口和出口之间设置一雾化器，所述雾化器适用于雾化进入所述的预定容积的试剂，从而所述的雾化的试剂夹带在浮选气体中而进入到所述的浮选室中。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的容积在所述的浮选气体供给管线中形成。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述的容积由一个与所述的浮选气体供给管线流体连通的容器形成。
4.如前面的权利要求中的任一所述的装置，其特征在于所述的浮选气体供给管线低于大气压。
5.如前面的权利要求中的任一所述的装置，其特征在于所述的浮选室为詹姆森浮选室。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述的雾化器位于在詹姆森浮选室的下导管中的气体分配器的附近。
7.如前面的权利要求中的任一所述的装置，其特征在于所述的浮选气体供给管线等于或大于大气压。
8.如权利要求3至7中的任一所述的装置，其特征在于所述的雾化器设置在所述容器的入口附近。
9.如权利要求3至8中的任一所述的装置，其特征在于所述的雾化器与所述的容器的出口间隔足够的距离，以便将撞击并凝结在所述的容器壁上的雾化试剂减到最少。
10.如前面的权利要求中的任一所述的装置，其特征在于所述的容积和/或位于所述容积和所述浮选室之间的浮选气体供给管线被热隔离。
11.如前面的权利要求中的任一所述的装置，其特征在于所述的雾化器适用于雾化进入所述的预定的容积中的起泡剂。
12.一种给泡沫浮选室供给试剂的方法，包括将一浮选气体入口侧限定到浮选室上，一预定的容积具有一气体入口和一气体出口，并在所述容积中设置一雾化器，以便在所述容积中产生雾化的试剂，和使浮选气体经过所述的容积，从而所述的雾化的试剂夹带在浮选气体而进入浮选室中。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述的预定的容积设置在所述的浮选气体供给管线中。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于所述的预定的容积由一位于所述浮选气体供给管线上的容器提供，所述雾化器产生的雾化的试剂进入到所述容器中，从而夹带在浮选气体中从所述容器中穿过。
15.如权利要求12至14中任意一个所述的方法，其特征在于所述的浮选气体供给管线在低于大气压下操作。
16.如权利要求12至15中任意一个所述的方法，其特征在于所述的浮选气体供给管线在等于或大于大气压下操作。
17.如权利要求12至16中任意一个所述的方法，其特征在于所述的预定的容积通过测量所述的雾化器的设计的雾化容积来确定，给所述的预定的容积增加一适当的间隙从而确保所述的预定的容积等于或大于生成物的大小。
18.如前面的权利要求中的任一所述的方法，其特征在于所述的试剂为起泡剂。
19.一种给泡沫浮选室供给起泡剂的装置，该装置在此基本上如参照附图和/或举例所说明的本发明的实施例中的任一个所述。
20.一种给泡沫浮选室供给试剂的方法，该方法在此基本上如参照附图和/或举例所说明的本发明的实施例中的任一个所述。
全文摘要
一种给泡沫浮选室(170)供给试剂的装置。浮选室通过浮选气体供给管线(100)实现供给。预定的容积(10)与所述的浮选气体供给管线(100)流体连通。容积(10)在上游侧具有一气体入口，在下游侧具有一气体出口。一雾化器(60)设置在入口可出口之间，以便将进入到预定容积(10)的试剂雾化。经雾化的试剂然后夹带在浮选气体中而进入所述的浮选室中。
文档编号B01J4/02GK1617759SQ02827710
公开日2005年5月18日 申请日期2002年12月17日 优先权日2001年12月17日
发明者热莉卡·波克拉伊契奇, 埃马努埃尔·S·V·曼拉皮格, 格雷戈里·J·哈尔波特, 斯蒂芬·史密斯, 格雷姆·J·詹姆森 申请人:M.I.M.控股有限公司