Результат интеллектуальной деятельности: ФЛОТАЦИОННАЯ МАШИНА

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для флотации пульпы, а также в различных химических и технологических процессах.

Известна флотационная машина, включающая камеру с аэратором, состоящим из полого вала и установленного на нем полого усеченного конуса с выступами на внешней поверхности, диска с радиальными лопастями и отверстием в нижнем основании [1] . Соотношения диаметров основания усеченного конуса и пределы расстояния от меньшего основания конуса до дна камеры выбраны из условия обеспечения эффективности процесса флотации.

Однако данная флотационная машина не обеспечивает флотацию крупных фракций извлекаемого продукта. При вращении аэратора в зону диспергирования воздуха извлекаются мелкие классы (размером 50-74 мкм), которые захватываются пузырьками воздуха и извлекаются затем из камеры в виде пенного продукта. Крупные классы частиц (размером 0,1-0,3 мм) не попадают в зону эффективного диспергирований воздуха, а отбрасываются центробежной силой в объем камеры, оседают на дно и транспортируются в хвостовой карман, образуя отходы.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному техническому решению является флотационная машина [2], которая выбрана за прототип.

Флотационная машина включает камеру, аэрационный узел, содержащий размещенный внутри лопастного статора импеллер, выполненный в виде соединенного с полым валом усеченного конуса с выступами на боковой поверхности, обращенного меньшим основанием вниз и содержащего расположенный над конусом диск с центральным отверстием и радиальными лопастями, на днище камеры под импеллером соосно с ним установлена плита с выступами на боковой поверхности, диаметр которой выполнен уменьшающимся к верхнему основанию.

Известная флотационная машина позволяет повысить эффективность флотации за счет флотации как мелких, так и крупных фракций. Установка на днище камеры под импеллером и соосно с ним плиты позволяет произвести разделение мелких и крупных частиц в пульпе. При вращении импеллера пульпа засасывается в зону разряжения, образующуюся в пространстве между статором и импеллером с находящейся под ним плитой. При этом пульпа совершает сложное винтообразное движение, поднимаясь вверх относительно сужающейся кверху боковой поверхности плиты. Выступы на боковой поверхности плиты способствуют "оттирке" крупных и мелких частиц.

При этом возможна забивка крупными частицами пространства между корпусом и нижним основанием статора, что ухудшает диспергирование воздуха в нижней части флотационной машины и как следствие нарушает создание устойчивых восходящих потоков пульпы, что снижает эффективность флотации.

Кроме того, при попадании крупных частиц породы или посторонних предметов между импеллером и статором может произойти заклинивание импеллера, что может привести к поломке лопастей импеллера и статора.

Предлагаемая флотационная машина решает задачу повышения эффективности флотации за счет интенсификации флотации как мелких, так и крупных фракций полезного продукта из донной части флотационной машины и увеличения надежности и долговечности устройства.

Это достигается тем, что во флотационной машине, включающей камеру, аэрационный узел, содержащий размещенный внутри лопастного статора импеллер, выполненный в виде соединенного с полым валом усеченного конуса, с выступами на боковой поверхности, обращенного меньшим основанием вниз и содержащего расположенный над конусом диск с центральным отверстием и радиальными лопастями, согласно изобретению, статор снабжен верхним и нижним кольцами и установлен в камере с зазором между нижним кольцом и днищем камеры, при этом внутреннее отверстие нижнего кольца выполнено с диаметром, меньшим диаметра внутреннего отверстия верхнего кольца, наружный диаметр нижнего кольца выполнен равным либо больше наружного диаметра верхнего кольца, а диск и радиальные лопатки полностью выполнены из эластомерного материала твердостью выше 30 единиц по ШОРу.

Статор выполнен из эластомерного материала и снабжен каркасом, удаленным от внутренней кромки лопатки статора не менее чем на 1/4 от длины лопатки.

Новым в предлагаемой флотационной машине является то, что статор снабжен верхним и нижним кольцами и установлен в камере с зазором между нижним кольцом и днищем камеры, при этом внутреннее отверстие нижнего кольца выполнено с диаметром меньшим диаметра внутреннего отверстия верхнего кольца, наружный диаметр нижнего кольца выполнен равным либо больше наружного диаметра верхнего кольца, а диск и радиальные лопатки полностью выполнены из эластомерного материала твердостью выше 30 единиц по ШОРу.

Новым является также то, что статор выполнен из эластомерного материала и снабжен каркасом, удаленным от внутренней кромки лопатки статора не менее чем на 1/4 от длины лопатки.

Снабжение статора верхним и нижним кольцами, с диаметром внутреннего отверстия нижнего кольца меньшим диаметра внутреннего отверстия верхнего кольца, а наружного диаметра нижнего кольца равным или больше наружного диаметра верхнего кольца, а также размещение статора в камере с зазором, обусловлено необходимостью полной проработки нижней зоны камеры за счет предотвращения забивки крупными частицами пространства между корпусом и нижней частью статора.

Выполнение наружного диаметра нижнего кольца больше, чем наружный диаметр верхнего кольца, обеспечивает интенсивную придонную циркуляцию по большему кругу. Все вышеперечисленное улучшает придонную циркуляцию пульпы и условия выхода воздуха на коническую поверхность импеллера за счет уменьшения сопротивления движению потока пульпы частью поверхности нижнего кольца. Полностью исключено забивание донной части машины крупными частицами породы, что в свою очередь улучшает диспергирование воздуха в нижней части флотационной машины, способствуя созданию устойчивых восходящих потоков пульпы, увеличивая эффективность флотации предложенной машины. Выбор размеров нижнего и верхнего колец обусловлен необходимостью обеспечения эффективности процесса флотации.

Выполнение диска с радиальными лопастями и статора из эластомерного материала твердостью выше 30 единиц по ШОРу способствует повышению надежности и долговечности флотационной машины за счет предотвращения заклинивания и поломки лопастей импеллера и статора при попадании между ними крупных частиц породы и посторонних предметов.

Выбор твердости эластомера выше 30 единиц по ШОРу обусловлен необходимостью увеличения эластичности без уменьшения механической прочности узлов устройства. При твердости ниже 30 единиц по ШОРу может произойти сминание лопастей при попадании между ними посторонних предметов.

Выполнение статора из эластомерного материала с каркасом, удаленным от внутренней кромки лопатки статора не менее чем 1/4 длины лопатки обусловлено требованиями, предъявляемыми к жесткости статора и условиями безопасности, за счет обеспечения предотвращения поломки лопаток статора при заклинивании между ним и импеллером посторонних предметов. Выполнение каркаса удаленным меньше чем на 1/4 длины лопатки от ее внутренней кромки может привести к заклиниванию и поломке.

На чертеже представлен эскиз предлагаемой флотационной машины.

Флотационная машина включает камеру 1, в которой размещен лопастной статор 2. Внутри статора 2 помещен импеллер 3, выполненный в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз, с выступами 4 на боковой поверхности. В верхней части импеллера 3 расположен диск 5 с центральным отверстием и радиальными лопастями 6. Лопасти 6 являются продолжением выступов 4. Количество лопастей 6 может быть меньше количества выступов 4.

Импеллер 3 связан с полым валом 7 для подвода воздуха. На днище камеры 1 под импеллером 3, соосно с ним, установлена плита 8 в виде усеченного конуса, сужающаяся кверху. Боковая поверхность плиты 6 снабжена выступами 9. Статор 2 выполнен с нижним кольцом 10, имеющим внутренний диаметр D₂ и наружный D₁, и верхним кольцом 11 с наружным диаметром D₃ и внутренним D₄. Статор снабжен лопатками 12 и каркасом 13 и установлен с зазором между нижним кольцом 10 и днищем камеры 1. Зазор должен быть не менее 50 мм.

Флотационная машина работает следующим образом.

Полый вал 7, а вместе с ним импеллер 3, приводятся во вращение от привода (на чертеже не показано). Через полый вал 7 поступает воздух в нижнюю полость конического импеллера 3 и через отверстие в нижнем основании импеллера 3 вводится в пульпу. При вращении импеллера 3 в области, прилегающей к нижней части импеллера 3, создается разряжение, вследствие чего пульпа засасывается снизу через лопасти статора 2, при этом выполнение нижнего основания 10 статора кольцевым предотвращает забивку крупными частицами придонного пространства между корпусом и нижней частью статора, что обеспечивает создание устойчивых восходящих потоков пульпы.

Пульпа поднимается вверх по поверхности плиты 8 и импеллера 3, совершая сложное винтообразное движение, после чего выбрасывается в объем камеры 1. При этом при движении пульпы по боковой поверхности плиты 8 происходит разделение крупных и мелких фракций на выступах 9 ("оттирка" частиц пульпы). Подаваемый воздух устремляется вверх по конической поверхности импеллера 3 и диспергируется на выступах 4 и на кромках лопастей 8 вследствие турбулизации вихрей, создаваемых при вращении импеллера 3. Выступы 4 импеллера 3 способствуют также усилению придонной циркуляции пульпы за счет активного вовлечения слоев пульпы во вращение.

В верхней части камеры формируется восходящий поток пульпы благодаря тому, что пульпа засасывается из верхней части камеры 1 через центральное отверстие в диске 5 и радиальные лопасти 8 в зону разряжения под диском 5, а затем поднимается в верхнюю часть камеры 1. На поток придонной циркуляции набегает поток, сформированный в верхней части камеры 1, образуя высокую турбулентность в зазоре между статором 2 и кромками лопастей 6 импеллера 3, образуя зону интенсивного диспергирования воздуха. Разделенные на выступах 9 плиты крупные и мелкие частицы переносятся потоком придонной циркуляции в зону интенсивного диспергирования воздуха на кромках лопастей 6, где захватываются пузырьками воздуха. Образованная пульповоздушная смесь проходит через зазор между диском 5 и статором 2 и транспортируется восходящим потоком в верхнюю часть камеры 1 и выводится в виде пенного продукта.

Предложенная флотационная машина проходила испытания в течении четырех лет.

Испытания подтвердили, что предлагаемая флотационная машина позволяет повысить эффективность флотации за счет интенсификации флотации как мелких, так и крупных фракций из донной части машины и увеличить ее надежность и долговечность за счет предотвращения поломок лопастей диска и статора.

Список литературы
1. SU, авторское свидетельство N899144, кл. B 03 D 1/14, 1982 г.

2. Патент РФ N2095153, кл. B 03 D 1/14, 1997 г. - прототип.