Результат интеллектуальной деятельности: Двухкамерная электрофлотационная колонна

Изобретение относится к устройствам для электрофлотации в процессах обогащения полезных ископаемых тонких шламов, содержащих ценные компоненты и может применяться в горной, химической, металлургической промышленностях и очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов и нефтепродуктов.

Известен аппарат колонного типа, используемый в способе флотационного разделения многокомпонентной смеси [1], включающий подачу питания в верхнюю зону флотомашины под пенный слой, подачу воздуха через диспрегаторы в нижнюю зону флотомашины. Рабочую пульпу флотомашины рециркулируют в замкнутом контуре и насыщают растворенным технологическим газом. В качестве технологического газа, подаваемого в аэратор, может быть использован азот или инертный газ (водород).

Недостатком данного способа является оснащение конструкции оборудованием для достижения избыточного давления.

Известно устройство очистки жидкости [2], относящееся к очистке водных растворов, в которых осуществляется электрофлотация жидкостей. Устройство содержит цилиндрический корпус. Выше входа по оси корпуса соосно, с зазором относительно друг друга установлены кольцевые электроды, соединенные с блоком электрического питания.

Конструкция электродов в электро-флотационной колонне затрудняет гибкую регулировку параметров среды.

Наиболее близким по технической сущности является электрофлото-мембранное устройство с коррекцией кислотности среды для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов [3]. Устройство содержит корпус с размещенными в нем камерой электрофлотации и мембранным электролизером в виде катодной и двух боковых анодных камер. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает электрохимическую коррекцию щелочных очищенных вод, что позволяет исключить образование сильноагрессивной щелочной среды.

Недостатком данного устройства является то, что разделенные камеры служат лишь для коррекции кислотности очищенной воды. Основная камера электрофлоации оборудована рядами совмещенных сборок анода и катода, что затрудняет гибкую регулировку параметров среды при основных электрофлотационных процесах.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в повышении технологической эффективности и интенсификации процесса электролиза посредством обеспечения подготовки растворов с глубоким разделением двух типов водно-газовых эмульсий, одна из которых насыщается микропузырьками водорода в восстановительной среде, вторая - микропузырьками кислорода в окислительной среде.

Двухкамерная электро-флотационная колонна, относящаяся к устройствам для электрофлотации в процессах обогащения полезных ископаемых, а также очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов и нефтепродуктов в горной, химической, металлургической промышленностях, обеспечивающая подготовку растворов и пульп с разделением двух типов водно-газовых эмульсий, катодная камера насыщается микро-пузырьками водорода в восстановительной среде, анодная камера - микро-пузырьками кислорода в окислительной среде, включает корпус-основание с держателями, на которых размещены анодная камера и катодная камера, при этом катодная камера снабжена основанием в виде наклонной мембраны, выполненной под углом 15 градусов к корпусу-основанию и обращенной нижней поверхностью наклонной мембраны к анодной камере, при этом анод и катод располагаются с двух сторон наклонной мембраны, которая разделяет анод и катод, а катодная камера и анодная камера соединены между собой через запорную арматуру для регулировки окислительно-восстановительных свойств среды.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

Двухкамерная электро-флотационная колонна изображена на чертежах. На фиг. 1 - общий вид двухкамерной электро-флотационной колонны; на фиг. 2 - выносной элемент на фиг. 1.

Двухкамерная электро-флотационная колонна 1 состоит из корпуса-основания 2, в котором размещены анодная камера 3 и катодная камера 4. Анодная камера 3 и катодная камера 4 устанавливаются на корпус-основание 2 посредством держателей 5. Анод 6 и катод 7 разделены наклонной мембраной 8, выполненной под углом 9 не менее 15 градусов и находятся в максимальной близости друг от друга. Анодная камера 3 и катодная камера 4 соединяются запорной арматурой 10. В катодной камере 4 расположен патрубок подачи материала 11 и патрубок камерного продукта 12, соединенного с емкостью 13. Патрубок подачи материала 11 соединяет катодную камеру 4 с емкостью 13 через насос 14. На вершине катодной камеры 4 располагается пеносборник 15.

Устройство работает следующим образом. Двухкамерная электро-флотационная колонна 1 с корпусом-основанием 2, в который с помощью держателей 5 установлены анодная камера 3 и катодная камера 4, может быть использована для проведения флотации тонких шламов, содержащих ценные компоненты. Емкость 13 заполняется пульпой, приготовленной из раствора электролита и шламовой фракции размером менее 40 мкм, содержащей полезные компоненты в соотношении Т:Ж=1:4. В катодную камеру 4 через патрубок подачи материала 11 осуществляется дозированный ввод собирателя, вспенивателя и других флотационных реагентов. Через катодную камеру 4 и патрубок камерного продукта 12 насосом 14 осуществляется циркуляция пульпы для предотвращения осаждения твердой фазы на дне колонны. Одновременно на анод 6 и катод 7 подается напряжение. Варьированием плотности тока от 1 до 950 А/м² достигается необходимая интенсивность образования газовых пузырьков и пены соответственно. Конструктивная особенность расположения катода 7 и анода 6 позволяет поддерживать интенсивность газообразования на высоком уровне, что также снижает вероятность осаждения твердой фазы и засорение катода.

В катодной камере 4 образуются пузырьки водорода:

Раствор пульпы приобретает восстановительный потенциал Eh<0. Восстановительная среда католита обеспечивает предотвращение окислительных процессов на поверхности минералов, что сохраняет их гидрофобность и возможность зацепления пузырьками воздуха. Наклонная мембрана 8 под углом 9 между катодной камерой 4 и анодной камерой 3 не позволяет католиту и анолиту интенсивно смешиваться, а конструктивная особенность исполнения катодной камеры 4, имеющей наклонную мембрану 8, предотвращает скопление кислорода в пространстве анода 6 и снижение силы тока на аноде 6 и катоде 7. Образуясь, пузырьки кислорода поднимаются отдельно в анодную камеру 3, а пузырьки водорода в катодную камеру 4. Потенциал пульпы можно откорректировать, смешивая католит и анолит через запорную арматуру 10 в определенной пропорции. Образующаяся пена, содержащая ценные компоненты, поднимается в пеносборник 15 и выводится. После извлечения всех гидрофобных частиц камерный продукт выводится через патрубок 12.

Двухкамерная электро-флотационная колонна 1 также может быть использовано для приготовления растворов, обладающих восстановительными свойствами (Eh<0), для предотвращения окислительных процессов при измельчении при подготовке пульпы к флотации в мельницах. Двухкамерная электро-флотационная колонна 1 работает следующим образом. Двухкамерная электро-флотационная колонна 1 заполняется раствором электролита из емкости 13 через патрубок 11. На анод 6 и катод 7 подается напряжение с плотностью тока 1-950 А/м². Анодная камера 3 и катодная камера 4 начинают заполнятся пузырьками газа. При этом в анодной камере 3 протекает реакция с образованием пузырьков кислорода:

При этом раствор приобретает окислительный потенциал Eh>0 В катодной камере образуются пузырьки водорода:

раствор приобретает восстановительный потенциал Eh<0.

Наклонная мембрана 8 между камерами не позволяет католиту и анолиту интенсивно смешиваться, а особенность исполнения катодной камеры 4, предотвращает скопление кислорода в пространстве анода 6. Образуясь пузырьки кислорода поднимаются в анодную камеру 3. После проведения электролиза потенциал раствора можно откорректировать, смешивая католит и анолит через запорную арматуру 10 в определенной пропорции. Готовый раствор через патрубок выхода 12 направляется по назначению, например - приготовление пульпы для измельчения в мельницах при подготовке к флотации.

Предлагаемая двухкамерная электро-флотационная колонна для обогащения полезных ископаемых электрофлотацией позволяет снизить потерю тонких шламов менее 40 мкм, содержащих полезные компоненты, за счет образования микропузырьков размером, сопоставимым с размерами флотируемых частиц, а конструктивная особенность колонны позволяет регулировать параметры среды в широких диапазонах свойств.

Источники информации

1. Пат. РФ №2164825, МПК B03D 1/02 Способ флотационного разделения многокомпонентной смеси.

2. Пат. РФ №2489364, МПК C02F 1/465 Устройство очистки жидкости.

3. Пат. РФ №168719, МПК C02F 1/465 Электрофлотомембранное устройство с коррекцией кислотности среды для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов (полезная модель).