WO1995029012A1 - Vorrichtung zur begasung einer suspension - Google Patents

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Kloeckner Humboldt Deutz AG
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    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/24—Pneumatic
    • B03D1/247—Mixing gas and slurry in a device separate from the flotation tank, i.e. reactor-separator type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit

Definitions

  • the invention relates to a device for gassing a liquid-solid suspension to be flourished for the purpose of carrying out a pneumatic flotation.
  • gas bubbles are generated by a gassing device, which, under certain conditions, specifically attach to certain solids.
  • gas-bubble-solid complexes are formed in the suspension, which are then separated off as foam in a separation vessel after leaving the gassing device.
  • a special design of the gassing device can influence the number and the size of the gas bubbles generated and thus the accumulation of the gas bubbles on the solids to be discharged.
  • the gas bubbles can be generated in different ways.
  • DE 24 20 482 describes a gassing device for flotation plants, comprising a gassing chamber in which the suspension is passed through a sieve and then brought into contact with air, wherein sieves with different hole diameters (5 to 40 ⁇ m) can be used.
  • the gas supply line is closed with a metal frit through which the air exits in the form of gas bubbles.
  • the maximum pore size of the metal frit is specified as 10 to 150 ⁇ m.
  • ORIGINAL DOCUMENTS flows perpendicular to the lamella surface, the gas passing into the liquid between adjacent lamellae.
  • the gaps between the lamellae are 10 to 500 ⁇ m, preferably 25 ⁇ m.
  • the suspension stream entering a device is separated into several partial suspension streams. While after the Known methods of DE 31 40 966 separate the generated partial streams from each other in the separating vessel, impacting the suspension surface, thereby introducing air in the form of bubbles into the suspension, the separation of the separated partial streams according to the invention is already found in the loading - Gasungsvo ⁇ chtung instead, in such a way that all partial beams collide at a common point within the fumigation device.
  • the suspension container in which the foam formed by the gassing is separated, and the gassing device are therefore spatially separated from one another, so that a separate optimization of the gassing process is possible without simultaneously adversely affecting the separation process in the separation vessel influence.
  • the inventive collision of the previously separated partial jets at one point not only advantageously introduces the gas into the suspension, but at the same time a particularly optimal attachment of the gas bubbles to the solid particles to be discharged is achieved.
  • the size of the gas bubbles, their distribution and their attachment to the solids to be discharged can be changed by changing the location of the "impact point", which is freely selectable by changing the angle that the partial beams form to the central axis of the gassing device Change the design of the lower part of the gassing device, a flow pipe in which this impact point is located, in a simple manner and thus optimize it, without adversely affecting the separation process, which takes place in a separation vessel that is locally separated from the gassing device.
  • the change in the angle of the partial jets and the change in the shape of the lower flow tube can be carried out according to the invention in a simple manner by exchanging the nozzle plate which generates the partial jets and the lower flow tube by a flow tube of a different shape.
  • the gassing device (10) consists of several sections (18, 14, 19, 20) which are detachably connected to one another in a modular manner.
  • the upper part (18) is tubular and is closed at the bottom with a nozzle plate (14).
  • Nozzles (15) are arranged in the nozzle plate (14), the axes of which are aligned so that they converge so that they meet at a point (P).
  • the nozzles (15) can be arranged in a circle around the central axis (13) of the gassing device (10), so that the nozzle axes each form the same acute angle ( ⁇ ) with the central axis (13). However, they can also be arranged in several circles around the central axis (13), so that the nozzle axes arranged here form a different fixed acute angle with the central axis (13) for each circle.
  • a housing (19) which surrounds the fumigation space (16) and has lateral openings (17) which lead from the outside into the fumigation space (16) is arranged below the nozzle plate (14).
  • Pipe section (18), nozzle plate (14) and housing (19) are detachably connected to one another, the connection being made, for example by a screw connection (23), so that the nozzle plate can be replaced in a simple manner.
  • a flow tube (20) is inserted into the housing (19) from below, whereby the fumigation space (16) is extended downwards and in which point (P) is then located.
  • the housing (19) and flow tube (20) are also detachably connected to one another in order to make it easy to replace the flow tube (20).
  • the flow tube (20) can have a thread on the outside at its upper end, so that the flow tube (20) can be screwed into a corresponding thread on the inside in the housing (19).
  • the suspension to be gassed is conveyed by a pump device (not shown in the drawing) with high pressure as a suspension stream (11) into the tubular upper part (18) of the gassing device (10) and through the nozzles (15 ) the nozzle part (14) closing the upper part (18).
  • the suspension stream (11) is thereby separated into partial streams (12), the flow direction of which corresponds to the direction of the nozzle axes and, like these, are arranged so as to converge with one another.
  • the gassing can be influenced in the desired manner.
  • a further favorable influence on the gassing process can be found by regulating the pressure and the amount of the suspension flowing into the gassing device and by limiting or increasing (by means of an additional pump) the amount of gas flowing into the gassing space (16) ⁇ practice.
  • the arrangement of flow bodies in the free space inside the gassing device above and / or below the nozzle plate (14) can also advantageously have a favorable influence on the gassing process.
  • the entire gassing Solution device (10) is assembled in a modular manner, as a result of which parts damaged by wear can be replaced in a simple and quick manner.
  • these can also be made of a wear-resistant material, for example a hard metal or a ceramic material (e.g. Silicon carbide). This applies in particular to the baffle plate (14), which is particularly exposed to wear and whose manufacture from a special wear-resistant material should not cause any great difficulties.
  • a wear-resistant material for example a hard metal or a ceramic material (e.g. Silicon carbide).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung von Suspensionen zwecks Durchführung einer pneumatischen Flotation, in der ein in die Vorrichtung (10) eintretender Suspensionsstrom (11) in Teilströme (12) aufgetrennt wird, deren Strömungsrichtung so zueinander konvergierend angeordnet ist, daß die Teilströme (12) noch innerhalb der Vorrichtung (10) wieder in einem Punkt (P) aufeinandertreffen und sich zu einem nun begasten Suspensionsstrom (21) vereinigen.

Description

Vorrichtung zur Begasung einer Suspension
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung einer zu florierenden Flüs¬ sigkeits-Feststoff-Suspension zwecks Durchführung einer pneumatischen Flota¬ tion.
Bei der pneumatischen Flotation werden von einer Begasungsvorrichtung Gasbla¬ sen erzeugt, die sich unter bestimmten Bedingungen gezielt an bestimmte Feststof¬ fe anlagern. Es entstehen so Gasblasen-Feststoffkomplexe in der Suspension, die dann nach Verlassen der Begasungsvorrichtung in einem Trenngefäß als Schaum abgetrennt werden.
Durch spezielle Gestaltung der Begasungsvorrichtung kann auf die Anzahl und auf die Größe der erzeugten Gasblasen und damit auf die Anlagerung der Gasblasen an die auszutragenden Feststoffe Einfluß genommen werden.
Die Erzeugung der Gasblasen kann dabei auf unterschiedlichem Wege erfolgen. So beschreibt die DE 24 20 482 eine Begasungsvorrichtung für Flotationsanlagen, enthaltend eine Begasungskammer, in der die Suspension durch ein Sieb geführt und dann mit Luft in Kontakt gebracht wird, wobei Siebe mit verschiedenen Lochdurchmessern (5 bis 40 μm) verwendet werden können. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Gaszuführungsleitung mit einer Metallfritte verschlos¬ sen, durch die die Luft in Form von Gasblasen austritt. Die maximale Porenweite der Metallfritte wird mit 10 bis 150 μm angegeben.
Die DE 36 06 747 beschreibt eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten mit einem Lamellenpaket, durch die die zu begasende Flüssigkeit zentrisch und
ORIGINAL UNTERLAGEN senkrecht zur Lamellenfläche strömt, wobei das Gas zwischen benachbarten La¬ mellen hindurch in die Flüssigkeit gelangt. Die Spalten zwischen den Lamellen beträgt 10 bis 500 μm, bevorzugt 25 μm.
Gemeinsam ist diesen bekannten Vorrichtungen der Nachteil, daß aufgrund der geringen Abmessungen der Öffnungen, durch die die Luft bzw. die Suspension tritt, Verstopfungen und Verschleiß auftreten können, verbunden mit einer Ver¬ schlechterung des Flotationsergebnisses.
Eine weitere Möglichkeit für die Begasung einer Suspension (Trübe) wird in der DE 31 40 966 beschrieben. Die Luft wird bei dieser bekannten Vorrichtung durch einen insbesondere vertikal verlaufenden Trübefreistrahl in die Flotationszelle eingeführt. Durch Auftrennung des Trübefreistrahls durch eine Lochplatte in eine Vielzahl von Einzelfreistrahlen ergibt sich ein Eintragseffekt von Luft in die Trübe, der zu besonders kleinen Bläschen bei gleichzeitig guter Verteilung im Eintragsbereich führt. Bewährt haben sich bei diesem bekannten Verfahren beson¬ ders Lochplatten mit kleinen Löchern von 2 bis 3 mm Durchmesser. Nachteilig ist, daß die Begasung unmittelbar im Trübebehälter selbst erfolgt, wodurch ein gleichzeitiges Optimieren von Begasung und Schaumseparierung, genau wie bei den bekannten Rührwerks-Flotationsvorrichtungen, nur sehr schwer durchzufüh¬ ren ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Begasung von Suspensionen zu schaffen, die trotz einfacher Konstruktion und Fertigung eine ausreichend ho- mogene Verteilung ausreichend kleiner Gasblasen in der Suspension erzeugt und die auch eine erforderliche Änderung der Blasenzahl und der Blasengröße in ein¬ facher Weise ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran¬ sprüchen angegeben.
In der Begasungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird, genau wie in der bekann¬ ten Vorrichtung der DE 31 40 966, der in eine Vorrichtung eintretende Suspen- sionsstrom in mehrere Suspensionsteilströme aufgetrennt. Während nach dem be- kannten Verfahren der DE 31 40 966 die erzeugten Teilströme voneinander ge¬ trennt einzeln im Trenngefäß auf die Suspensionsoberfläche aufprallen, wodurch Luft in Form von Blasen in die Suspension eingebracht wird, findet die Vereini¬ gung der aufgetrennten Teilströme gemäß der Erfindung bereits schon in der Be- gasungsvoπϊchtung statt, und zwar so, daß alle Teilstrahlen innerhalb der Bega¬ sungsvorrichtung in einem gemeinsamen Punkt zusammenprallen. Der Suspen¬ sionsbehälter (Trennbehälter), in dem die Separierung des durch die Begasung gebildeten Schaums erfolgt, und die Begasungs Vorrichtung sind also räumlich voneinander getrennt, so daß eine separate Optimierung des Begasungsvorgangs möglich ist, ohne den Trennvorgang im Trenngefäß gleichzeitig nachteilig zu be¬ einflussen.
Durch das erfindungsgemäße Aufeinanderprallen der vorher vereinzelten Teil¬ strahlen in einem Punkt wird nicht nur vorteilhaft das Gas in die Suspension ein- gebracht, sondern es wird gleichzeitig auch eine besonders optimale Anlagerung der Gasblasen an die auszubringenden Feststoffteilchen erreicht. Größe der Gas¬ blasen, ihre Verteilung und ihre Anlagerung an die auszutragenden Feststoffe las¬ sen sich durch Änderung der Ortslage des "Prallpunktes", der durch eine Ände¬ rung des Winkels, den die Teilstrahlen zur Zentralachse der Begasungsvorrichtung bilden, freiwählbar ist sowie durch Gestaltung des unteren Teils der Begasungs¬ vorrichtung, einem Strömungsrohr, in dem dieser Prallpunkt liegt, in einfacher Weise ändern und somit optimieren, ohne auf den Trennvorgang, der ja in einem örtlich von der Begasungsvorrichtung getrennten Trenngefäß erfolgt, negativ ein¬ zuwirken.
Die Änderung der Winkel der Teilstrahlen sowie die Änderung der Form des un¬ teren Strömungsrohres lassen sich erfindungsgemäß in einfacher Weise durch Austausch der Düsenplatte, die die Teilstrahlen erzeugt, sowie des unteren Strö¬ mungsrohres durch ein Strömungsrohr mit anderer Form durchführen.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen zu einem in einer Zeichnungsfigur schematisch dar¬ gestellten Ausführungsbeispiel einer Begasungsvorrichtung. Die Begasungsvorrichtung (10) besteht aus mehreren Teilstücken (18, 14, 19, 20), die baukastenähnlich lösbar miteinander verbunden sind. Der obere Teil (18) ist rohrförmig ausgebildet und wird unten mit einer Düsenplatte (14) abgeschlossen. In der Düsenplatte (14) sind Düsen (15) angeordnet, deren Achsen so zueinander konvergierend ausgerichtet sind, daß sie sich in einem Punkt (P) treffen. Die Dü¬ sen (15) können dabei in einem Kreis um die Zentralachse (13) der Begasungs¬ vorrichtung (10) angeordnet sein, so daß die Düsenachsen mit der Zentralachse (13) jeweils den gleichen spitzen Winkel (α) bilden. Sie können aber auch in meh¬ reren Kreisen um die Zentralachse (13) angeordnet sein, so daß dann für jeden Kreis die hier angeordneten Düsenachsen mit der Zentralachse (13) einen anderen festen spitzen Winkel bilden.
Unterhalb der Düsenplatte (14) ist ein den Begasungsraum (16) umschließendes Gehäuse (19) angeordnet, das seitliche Öffnungen (17) aufweist, die von außen in den Begasungsraum (16) führen. Rohrstück (18), Düsenplatte (14) und Gehäuse (19) sind lösbar miteinander verbunden, wobei die Verbindung so ausgeführt ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung (23), daß in einfacher Weise die Düsenplatte ausgewechselt werden kann.
In das Gehäuse (19) ist von unten ein Strömungsrohr (20) eingeschoben, wodurch der Begasungsraum (16) nach unten hin verlängert wird und in dem dann der Punkt (P) liegt. Gehäuse (19) und Strömungsrohr (20) sind gleichfalls lösbar mit¬ einander verbunden, um ein einfaches Auswechseln des Strömungsrohres (20) zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Strömungsrohr (20) an seinem oberen Ende außen ein Gewinde aufweisen, so daß das Strömungsrohr (20) in ein entsprechen¬ des Gewinde innen im Gehäuse (19) eingeschraubt werden kann.
Beim Betrieb der Begasungsvorrichtung wird die zu begasende Suspension durch eine Pumpvorrichtung (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit hohem Druck als Suspensionsstrom (11) in den rohrförmig ausgebildeten oberen Teil (18) der Bega- sungsvorrichtung (10) gefördert und durch die Düsen (15) der den oberen Teil (18) abschließenden Düsenplatte (14) gedrückt. Der Suspensionsstrom (11) wird hierdurch in Teilströme (12) vereinzelt, deren Strömungsrichtung der Richtung der Düsenachsen entsprechen und genau wie diese zueinander konvergierend an- geordnet sind. Diese Teilströme "schießen" nun mit hoher Geschwindigkeit durch den im Gehäuse (19) gebildeten Begasungsraum (16) und verursachen durch ihre hohe Geschwindigkeit in diesem Raum einen Unterdruck, wodurch das Bega¬ sungsgas (22) durch im Gehäuse (19) seitlich angeordnete Öffnungen (17) in den Begasungsraum (16) eingesaugt wird.
Es findet eine intensive Vermischung der Suspension mit den eingesaugten Gas (22) im Begasungsraum (16) und in seiner Verlängerung im Strömungsrohr (20) statt, die durch das Aufeinanderprallen der Teilstrahlen (12) im Punkt (P) noch intensiviert wird, so daß Gasblasen in definierter Größe in die Suspension einge- tragen werden. Dieser Prallpunkt (P) liegt im unter dem Gehäuse (19) angeordne¬ ten Strömungsrohr (20), das durch seine innere Gestaltung Einfluß auf die ent¬ standenen Turbulenzen und auf ein definiertes Anlagern von Gasblasen an die Feststoffteilchen nimmt. Die durch die besondere Form des Strömungsrohres (20) "beruhigte" Suspension verläßt dann als begaster Suspensionsstrom (21) die Bega- sungsvorrichtung (10) und kann (in der Zeichnung nicht dargestellt) beispielsweise über eine Rohrleitung in das Trenngefäß geführt werden.
Durch die Änderung der inneren Form des Strömungsrohrs (20) und durch eine anders gestaltete Prallplatte (14) mit veränderter Anzahl an Düsen und veränderter Düsenneigung kann die Begasung in gewünschter Weise beeinflußt werden.
Ein weiterer günstiger Einfluß auf den Begasungsvorgang läßt sich durch Rege¬ lung des Drucks und der Menge der in die Begasungsvorrichtung einströmenden Suspension und durch die Begrenzung oder durch die Steigerung (durch eine zu- sätzliche Pumpe) der in den Begasungsraum (16) einströmenden Gasmenge aus¬ üben.
Auch durch die Anordnung von Strömungskörpern in den freien Raum innerhalb der Begasungsvorrichtung oberhalb und/oder unterhalb der Düsenplatte (14) kann in vorteilhafter Weise ein günstiger Einfluß auf den Begasungsvorgang herbeige¬ führt werden.
Da durch die Begasungsvorrichtung (10) eine mit Feststoffen beladene Suspension mit hoher Geschwindigkeit strömt, wodurch auch ein erheblicher Verschleiß auf- treten kann, ist es besonders von Vorteil, daß erfindungsgemäß die gesamte Bega- sungsvorrichtung (10) baukastenähnlich zusammengesetzt ist, wodurch durch Ver¬ schleiß beschädigte Teile in einfacher und schneller Weise ausgetauscht werden können.
Aufgrund der einfachen Geometrie der zur Begasungs Vorrichtung (10) verwende¬ ten Bauteile (18, 14, 19 und 20) können diese im Bedarfsfall ohne größeren Kon¬ struktionsaufwand auch aus einem verschleißfesten Material, beispielsweise ein Hartmetall oder ein keramischer Werkstoff (z. B. Siliziumkarbid), gefertigt wer¬ den. Insbesondere trifft dies auf die Prallplatte (14) zu, die besonders dem Ver- schleiß ausgesetzt ist und deren Fertigung aus einem speziellen verschleißfesten Material keine großen Schwierigkeiten verursachen dürften.

Claims

A N S P R U C H E
1. Vorrichtung zur Begasung einer zu florierenden Flüssigkeits-Feststoff-Sus- pension zwecks Durchführung einer pneumatischen Flotation, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der in die Begasungsvorrichtung (10) eintretende Suspen¬ sionsstrom (11) vor seiner Begasung in der Begasungsvorrichtung (10) in mehrere gerichtete Teilströme (12) aufgetrennt wird, wobei die Strömungs¬ richtung der Teilströme (12) so zueinander konvergierend angeordnet ist, daß die Teilströme (12) nach ihrer Begasung in einem Punkt (P) innerhalb der Begasungsvorrichtung aufeinandertreffen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme (12) mit der Zentralachse (13) der Begasungsvorrichtung (10) einen spitzen Winkel (α) bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung des Suspensionsstromes (11) in mehrere Teilströme (12) durch eine Düsen¬ platte (14) erfolgt, in der mehrere gegen die Zentralachse (13) der Bega¬ sungsvorrichtung geneigte Düsen (15) angeordnet sind, wobei die Achsen der Düsen (15) mit der Zentralachse (13) der Begasungs Vorrichtung den spit¬ zen Winkel α bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Win¬ kel α eine Größe zwischen 5 und 60° , vorzugsweise zwischen 8 und 15° aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (14) aus einem verschleißfesten Werkstoff, beispielsweise aus einem Hartmetall, oder aus einem keramischen Werkstoff wie Siliziumkarbid gefertigt ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in das den Begasungsraum (16) umgebenden Gehäuse (19) seitlich mindestens eine Öffnung (17) angeordnet ist, durch die das Bega¬ sungsgas (22) eingesaugt wird.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Begasungsvorrichtung (10) baukastenähnlich zusam¬ mengesetzt ist, wobei insbesondere die Düsenplatte (14) und das Strömungs¬ rohr (20) leicht auswechselbar angeordnet sind.
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