ES2274766T3 - Procedimiento y dispositivo de separacion por flotacion neumatica. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento de separación, especialmente para su uso en un dispositivo de separación por flotación neumática, que comprende introducir pasta aireada de forma sustancialmente horizontal y tangencial en un canal (18) anular por medio de al menos una boquilla (16), que se caracteriza porque la al menos una boquilla (16) está configurada de modo que la pasta aireada introducida en el canal (18) anular gira en el mismo con una aceleración centrífuga comprendida entre 5 y 20 ms-2.

Description

Procedimiento y dispositivo de separación por flotación neumática.

La presente invención se refiere a un dispositivo de separación para su uso en un sistema de flotación neumática, especialmente aunque no exclusivamente, para la separación de lechada.

La lechada comprende un fluido con partículas suspendidas en el mismo, que en conjunto forman una pasta que es rica en minerales valiosos. Resulta deseable extraer los minerales de la pasta, y esto se realiza típicamente mediante alguna técnica de flotación en la que se crean burbujas de aire en la pasta, que retienen los minerales, y a continuación se separan de la misma.

Un método de separación propuesto con anterioridad utiliza agitación mecánica. La pasta está contenida en una cascada de tanques, y se agita con impulsores y estatores, los cuales mantienen la suspensión de partículas en la pasta, e introducen aire. El aire se dispensa a continuación mediante ventiladores o por auto-aspiración hacia el mecanismo impulsor.

Un procedimiento alternativo consiste en una flotación por columna, en el que la pasta se introduce por la parte superior de un recipiente cilíndrico vertical y se produce una corriente de burbujas en el fondo del recipiente, la cual fluye ascendentemente a través de la pasta que circula hacia abajo.

Un procedimiento más eficaz consiste en la flotación neumática, en la que se dispersan burbujas a través de la pasta mediante la utilización de medios de aireación con anterioridad a la introducción de la pasta en un dispositivo de separación. Tales dispositivos incluyen el de Celda de Jameson y de Celda de Bahr. La pasta aireada se introduce en tanques cilíndricos o cónicos, y el movimiento del flujo crea algo de separación en las burbujas en forma de espuma, que fluye a continuación hasta un lavadero periférico. La pasta aireada se introduce típicamente 2 metros por debajo de la superficie de la pasta mantenida ya en el tanque, el cual es probable que tenga un diámetro de al menos 3 metros.

Adicionalmente, la pasta aireada puede ser introducida en un tanque cilíndrico con una orientación tangencial y horizontal, para crear un movimiento giratorio de la pasta, con aceleraciones centrífugas generalmente menores de 1 ms^{-2}. La cantidad de tiempo que se retiene la pasta en el tanque, está comprendida típicamente entre 2,5 y 3,5 minutos. Se requiere esta duración de modo que se produzcan velocidades de flujo de la pasta, lo que permite burbujas de aire más pequeñas, que tengan una flotabilidad relativamente baja, con tiempo suficiente para proporcionar su forma a la espuma sobre la superficie de la pasta. De ese modo, el procedimiento de separación es relativamente lento, y la calidad de la separación va a ser menor que la ideal.

El documento US-A-5 651 879, González, describe una celda para el tratamiento de un medio líquido mediante flotación.

Un objetivo de la presente invención consiste en direccionar una o más de las desventajas que anteceden.

La presente invención está dirigida a un procedimiento de separación, especialmente para su uso en un dispositivo de separación por flotación neumática, según se expone en la reivindicación 1. Las características preferidas de este procedimiento están contenidas en las reivindicaciones 2 y 3. Además, la invención está dirigida a un dispositivo de separación, especialmente para su uso en un sistema de flotación neumática, según se expone en la reivindicación 4. Las características preferidas se encuentran expuestas en las sub-reivindicaciones 5 a 10 inclusive.

En consecuencia, la presente invención está dirigida a un dispositivo de separación, especialmente para su uso en un sistema de flotación neumática, que comprende un canal anular, al menos una boquilla para llevar a cabo la introducción de la pasta aireada sustancialmente en dirección horizontal y tangencialmente hacia el canal anular, medios de extracción de espuma para la retirada de la espuma separada desde el canal anular, y medios de extracción de pasta para la retirada de la pasta separada desde el canal anular, en el que los medios de extracción de pasta comprenden una presa de desbordamiento de pasta y una pluralidad de aberturas en el canal anular, posicionadas por debajo de la parte superior de la presa de desbordamiento de pasta, y los medios de extracción de espuma comprenden una presa de desbordamiento de espuma situada cerca del borde superior interno del canal anular. Esta construcción permite que un pequeño volumen de la pasta separada abandone el canal anular antes de que la mayor parte de la pasta aireada pase sobre la presa de desbordamiento. De esta forma, es posible mantener una altura de la pasta casi constante en el interior del canal anular, para compensar cualesquiera variaciones en la velocidad de introducción de la pasta aireada.

Las fuerzas centrífuga y gravitacional, crean un movimiento de las burbujas hacia la superficie de la pasta aireada, con el fin de formar una espuma, la cual es extraída a continuación desde el canal anular simplemente por desbordamiento.

Con preferencia, los medios de extracción de espuma comprenden además un conducto alimentado por la presa de desbordamiento de espuma. La espuma de desbordamiento es así recogida y conducida hacia fuera del dispositivo separador.

En una realización preferida, los medios de extracción de pasta están situados cerca de la base del canal anular. Los medios están entonces en las proximidades de la pasta separada.

Ventajosamente, los medios de extracción de pasta comprenden además una conducción de residuos alimentada por la presa de desbordamiento de pasta y por las aberturas. La pulpa separada extraída a través de las aberturas y a través de la presa de desbordamiento de pasta se combina así tras la extracción en el interior de una única conducción para ser descargada del dispositivo de separación.

Con preferencia, el dispositivo de separación comprende además un colector que distribuye la pasta aireada hasta al menos una boquilla. El colector puede distribuir uniformemente la pasta aireada entre un número de boquillas.

En una realización preferida, el dispositivo de separación comprende además un dispositivo de aireación que suministra la pasta aireada al colector.

La invención está dirigida además a un procedimiento de separación, especialmente para su uso en un dispositivo para la separación por flotación neumática, que comprende introducir la pasta aireada sustancialmente de forma horizontal y tangencial en un canal anular por medio de al menos una boquilla, en la que al menos dicha boquilla se ha configurado de modo que la pasta aireada introducida en el canal anular gira en el mismo con una aceleración centrífuga comprendida entre 5 y 20 ms^{-2} provocando que las partículas de la pasta aireada circulen alrededor del canal anular. Estas grandes fuerzas actúan junto con las fuerzas gravitacionales para separar de forma rápida y eficaz las burbujas de aire portadoras de mineral y la materia particulada no flotante de la pasta, para crear una calidad mejorada de espuma mineralizada.

Ventajosamente, la al menos una boquilla introduce la pasta aireada en el canal anular inmediatamente por debajo de la superficie de la pasta presente en el canal anular. De esta manera, la pasta separada, que se mueve hacia abajo por efecto de las fuerzas centrífuga y gravitacional, se retira de la trayectoria de la pasta aireada introducida de nuevo.

Con preferencia, el tiempo medio invertido por la pasta aireada en el dispositivo de separación, es menor de 30 segundos. Se invierte así menos tiempo para separar un volumen dado de pasta aireada. Esto es posible debido a las elevadas fuerzas centrífugas, lo que incrementa las velocidades de las burbujas y de la materia particulada de modo que se separan unas de la otra de una forma más rápida.

Un ejemplo de dispositivo de separación realizado de acuerdo con la presente invención, va a ser descrito ahora con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1 muestra una vista en sección transversal de un dispositivo de separación de este tipo;

La Figura 2 muestra una sección transversal del dispositivo de separación durante su uso, y

La Figura 3 muestra una sección transversal esquemática de un canal anular del dispositivo de separación durante su uso.

La Figura 1 muestra un dispositivo 10 de separación. Un colector 12 posee una pluralidad de conductos 14 que parten desde el mismo, cada uno de los cual termina en una boquilla 16. Un canal 18 anular se encuentra posicionado en un plano horizontal por debajo del colector. El canal 18 anular posee una relación del diámetro a la altura que es mayor de tres. Los conductos 14 conectan con el interior del canal 18 anular, a través de las boquillas 16, de modo que las boquillas 16 conducen hacia el canal 18 anular en posiciones horizontales y tangenciales. El canal anular tiene una doble pared interna, que comprende una pared 20 exterior y una pared 28 interior. Una abertura 24 ha sido prevista en la base de la pared 22 interior, de modo que el interior del canal 18 anular se extiende hasta la pared 20 exterior. La pared 22 interior y la pared 20 exterior definen un paso 23 cilíndrico vertical.

La pared 20 interior se extiende en altura por encima de la altura de la pared 20 exterior. El borde superior de la pared 20 interior forma una presa 26 de desbordamiento de espuma. Medios 28 de embudo se extienden desde la presa 26 hacia el eje central del canal 18 anular, pasando sobre la parte superior de la pared 20 exterior, con inclinación hacia abajo, y definiendo un espacio 30 entre la parte superior de la pared 20 exterior y el lado inferior de los medios 28 de embudo. Un conducto 32 vertical se encuentra situado por debajo de los medios 28 de embudo, y es coaxial con el canal 18 anular. El borde superior del conducto 32 contacta con el lado inferior de los medios 28 de embudo.

Una pluralidad de aberturas 34 han sido previstas cerca de la base de la pared 20 exterior, y están separadas alrededor de su circunferencia. La parte superior de la pared 20 exterior forma una presa 36 de desbordamiento de la pasta.

Un conducto 38 de residuos ha sido dispuesto entre la pared 20 exterior y el conducto 32, de modo que rodea el conducto 32, y es ahusado en su extremo inferior para formar una salida 40 separada del extremo inferior del conducto 32. El interior del conducto de residuos conecta con el interior del canal anular a través de las aberturas 34 y del espacio 30.

La Figura 2 muestra el dispositivo de separación durante su uso. Las flechas indican el flujo de la pasta en varias fases del proceso de separación.

La pasta en lechada que ha de ser separada, comprende partículas no flotantes suspendidas en el fluido, y contiene minerales valiosos. La pasta es aireada en un dispositivo de aireación (no representado), de modo que contenga muchas burbujas de aire, las cuales portan los minerales. La pasta aireada pasa hacia el colector 12, según se ha indicado mediante la flecha A. El colector 12 distribuye la pasta aireada entre los conductos 14 de modo que la pasta fluye a lo largo de los conductos 14 a una velocidad. Al alcanzar las boquillas 16, la pasta aireada se introduce horizontal y tangencialmente en el canal 18 anular. La dirección y la velocidad de introducción provocan que la pasta aireada circule alrededor del canal anular, según se indica mediante la flecha B. La velocidad de circulación se determina mediante el tamaño, el número y la configuración de las boquillas 16, y la velocidad a la que la pasta aireada abandona las boquillas 16. Las boquillas 16 están situadas justamente por debajo de la superficie por la que circula la pasta.

Una vez en circulación, la pasta aireada tiene dos fuerzas que actúan sobre la misma. Éstas son la fuerza gravitacional que actúa en dirección descendente, y una fuerza centrífuga que actúa radialmente hacia el exterior, perpendicular al eje de rotación. La aceleración centrífuga está comprendida entre 5 y 20 ms^{-2}, provocando que las partículas de la pasta aireada circulen alrededor del canal anular. La fuerza resultante que se produce a partir de las fuerzas gravitacional y centrífuga, actúa en dirección descendente y hacia el exterior. La dirección de las fuerzas se ha mostrado esquemáticamente en la Figura 3, donde la flecha C muestra la fuerza centrífuga, la flecha G muestra la fuerza gravitacional, y la flecha F muestra la fuerza resultante.

La fuerza resultante actúa para separar la pasta aireada. Las burbujas 42, que portan los minerales contenidos en la lechada, se elevan contra la dirección de la fuerza resultante, según se indica mediante la flecha D. Éstas se elevan hasta la superficie 43 de la pasta circulante, en las proximidades de la presa 26 de desbordamiento de espuma. Las burbujas 42 se combinan para formar una espuma 46 contenedora de mineral, la cual, bajo la acción de la gravedad, fluye por encima de la presa 26 de desbordamiento de espuma, hacia abajo por los medios 28 de embudo, y hacia el conducto 32, según se indica mediante la flecha H. La espuma abandona el conducto según se ha indicado mediante la flecha J.

La fuerza resultante actúa sobre las partículas 44 no flotantes para llevarlas en dirección opuesta al movimiento de las burbujas 42, de modo que éstas asientan en la parte inferior del canal 18 anular, formando una pasta separada. Al continuar la separación, se crea un conglomerado de pasta separada, la cual fluye a través de la abertura 24 hacia el paso 23. Una pequeña porción de la pasta separada, que comprende principalmente partículas gruesas, pasa a través de las aberturas 34 (flecha K). El resto de la pasta separada, es forzada hacia arriba por el paso 23 en virtud del peso de la pasta separada que se acaba de formar por detrás de la misma, y fluye por encima de la presa 36 de desbordamiento de pasta (flecha L). Los dos flujos así formados de pasta separada, se recombinan en el conducto 38 de residuos para formar los residuos, los cuales se descargan a través de la salida 40 (flecha M).

El tamaño de las aberturas 34 se determina de modo que solamente una pequeña cantidad de la pasta separada pasa a su través, siendo forzado el resto por encima de la presa 36 de desbordamiento de pasta. Esta disposición actúa de modo que regula la velocidad a la que la pasta separada abandona el canal 18 anular, de modo que se mantiene una profundidad de pasta aproximadamente constante en el interior del canal 18 anular. Esto compensa cualquier variación en la velocidad de flujo desde las boquillas 16 de la pasta aireada entrante.

La posición de las boquillas 16 significa que la pasta aireada se introduce en el canal 18 anular justamente por debajo del nivel de la pasta circulante. Esto significa que el flujo entrante no perturba la pasta previamente separada, la cual se ha asentado en el fondo del canal 18 anular.

La aceleración centrífuga relativamente alta de 5 a 20 ms^{-2}, que hace que las partículas de la pasta aireada circulen alrededor del canal circular, crea una fuerza resultante de magnitud suficiente para que actúe de modo que separa la pasta aireada de forma muy eficaz. Incluso las partículas hidrófilas relativamente pequeñas, son llevadas rápidamente hacia abajo y de ese modo se evita que alcancen las proximidades de la presa 26 de desbordamiento de espuma. La posibilidad de que las partículas hidrófilas, no válidas, resulten atrapadas en la espuma, queda así reducida, de modo que la calidad de la espuma es muy buena, conteniendo solamente pequeñas cantidades de partículas mal colocadas.

Este proceso de separación rápida y eficaz, es también altamente ventajoso con relación a la velocidad de separación. La alta fuerza resultante que se ha creado, actúa para separar las burbujas y las partículas de forma tan suficientemente rápida que cualquier volumen dado de pasta aireada consume menos de 30 segundos en el dispositivo de separación. Esto es típicamente una sexta parte del tiempo que se requiere en los dispositivos de separación por flotación neumática propuestos con anterioridad.

Claims (10)

1. Un procedimiento de separación, especialmente para su uso en un dispositivo de separación por flotación neumática, que comprende introducir pasta aireada de forma sustancialmente horizontal y tangencial en un canal (18) anular por medio de al menos una boquilla (16), que se caracteriza porque la al menos una boquilla (16) está configurada de modo que la pasta aireada introducida en el canal (18) anular gira en el mismo con una aceleración centrífuga comprendida entre 5 y 20 ms^{-2}.

2. Un procedimiento de separación, especialmente para su uso en un dispositivo de separación por flotación neumática, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la al menos una boquilla (16) introduce la pasta aireada en el canal (18) anular inmediatamente por debajo de la superficie de la pasta presente en el canal (18) anular.

3. Un procedimiento de separación, especialmente para su uso en un dispositivo de separación por flotación neumática, de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que se caracteriza porque el tiempo medio consumido por la pasta aireada en el dispositivo (10) de separación, es menor de 30 segundos.

4. Un dispositivo (10) de separación, especialmente para su uso en un sistema de flotación neumática, que comprende un canal (18) anular, al menos una boquilla (16) para introducir pasta aireada de forma sustancialmente horizontal y tangencial en el canal (18) anular, medios (26) de extracción de espuma para la retirada de la espuma separada desde el canal (18) anular, y medios (24) de extracción de pasta para la retirada de la pasta separada desde el canal (18) anular, que se caracteriza porque los medios (24) de extracción de pasta comprenden una presa (36) de desbordamiento de pasta y una pluralidad de aberturas (34) en el canal (18) anular dispuestas por debajo de la parte superior de la presa (36) de desbordamiento de pasta, y los medios (26) de extracción de espuma comprenden una presa (26) de desbordamiento de espuma situada cerca del borde superior interno del canal (18) anular.

5. Un dispositivo (10) de separación de acuerdo con la reivindicación 4, que se caracteriza porque el canal (18) anular tiene una relación del diámetro a la altura que es mayor de 3.

6. Un dispositivo (10) de separación de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, que se caracteriza porque los medios (26) de extracción de espuma comprenden además un conducto (32) alimentado por la presa (26) de desbordamiento de espuma.

7. Un dispositivo (10) de separación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, que se caracteriza porque los medios (24) de extracción de pasta están situados cerca de la base del canal (18) anular.

8. Un dispositivo (10) de separación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, que se caracteriza porque los medios (24) de extracción de pasta comprenden además un conducto (38) de residuos alimentado por la presa (36) de desbordamiento de pasta y por las aberturas (34).

9. Un dispositivo (10) de separación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, que se caracteriza porque comprende además un colector (12) que distribuye la pasta aireada hasta la al menos una boquilla (16).

10. Un dispositivo (10) de separación de acuerdo con la reivindicación 9, que se caracteriza porque comprende además un dispositivo de aireación que suministra la pasta aireada al colector (12).