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ES2883368T3 - Método y aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación - Google Patents

Método y aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación Download PDF

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ES2883368T3
ES2883368T3 ES11788973T ES11788973T ES2883368T3 ES 2883368 T3 ES2883368 T3 ES 2883368T3 ES 11788973 T ES11788973 T ES 11788973T ES 11788973 T ES11788973 T ES 11788973T ES 2883368 T3 ES2883368 T3 ES 2883368T3
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Kevin Patrick Galvin
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Newcastle Innovation Ltd
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Abstract

Aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación, dicho aparato comprende: una cámara (1) que tiene un extremo superior (2) y un extremo inferior (3); una pluralidad de canales inclinados (4) que se ubican en el extremo inferior; caracterizado porque un tubo vertical de bajada (14) tiene una tubería generalmente vertical (15) con un tubo interno (22) y un extremo de descarga (28) al menos adyacente al extremo superior (2) de la cámara; y se dispone un medio de alimentación (26) para alimentar una lechada en el tubo vertical de bajada; el tubo interno (22) comprende una sección rociadora (25) que se ubica en una sección inferior de la tubería generalmente vertical; en donde se introduce gas en el tubo interno para alimentar el gas en el tubo vertical de bajada de manera que el gas y la lechada se descarguen desde el extremo de descarga del tubo vertical de bajada hacia la cámara; medios de control superior (13) que se disponen para permitir que las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad se eliminen del extremo superior de la cámara a una velocidad controlada; y medios de control inferiores (29) que se disponen para permitir que las partículas más densas se eliminen del extremo inferior de la cámara por debajo de los canales inclinados a una velocidad controlada.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación
Campo de la invención
Esta invención se refiere a un método y aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación que contienen tales partículas y se ideó particularmente, aunque no solamente, como un proceso mejorado de flotación por espuma aplicado a carbón fino o minerales finos que se usa para concentrar partículas hidrófobas.
El término “partículas de baja densidad” se usa a lo largo de esta especificación para referirse a partículas que pueden ser de tipo sólido, líquido o gaseoso y, en todos los casos, menos densas que el fluido circundante que puede ser, por ejemplo, agua. Ejemplos más específicos de partículas de baja densidad pueden incluir gotas de aceite o incluso burbujas de gas.
Antecedentes de la invención
En el pasado se propuso separar las partículas de baja densidad de una lechada de alimentación al introducir la alimentación por encima de un conjunto de canales inclinados paralelos donde idealmente la gran mayoría de la lechada se transporta hacia abajo a través de los canales inclinados. Después, las partículas de baja densidad escapan del flujo y ascienden hacia las superficies inclinadas de los canales que se orientan hacia abajo, se recogen como un sedimento invertido y después se deslizan hacia arriba en los canales inclinados. De esta manera, las partículas de baja densidad se concentran en la mitad superior del dispositivo y, a su vez, se dirigen al flujo superior. Este método y aparato se describen en la Solicitud de Patente Internacional Número PCT/AU2007/001817 (Número de Publicación Internacional WO 2008/064406 A1) titulada “Method of Operating an Inclined Plate Classifier” con referencia específica a la Figura 5 de esa especificación. En esta se describe cómo las partículas de baja densidad y una porción de la lechada se dirigen al flujo superior a través de un canal rebosadero de flujo superior mientras se agrega agua de lavado en la parte superior y se deja fluir hacia abajo para eliminar posibles contaminantes. La disposición de placas paralelas que forman canales inclinados en el clasificador de placas inclinadas a menudo se denomina “clasificador de reflujo”.
La presente invención tiene como objetivo mejorar el funcionamiento de un clasificador de reflujo para la separación de partículas de baja densidad al invertir completamente el clasificador de reflujo y proporcionar una cámara superior de fluidización en el extremo superior del dispositivo.
El documento WO 00/45959 A1 se refiere a un método o aparato para segregar o clasificar partículas.
Resumen de la invención
En consecuencia, para una modalidad, la presente invención proporciona un aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación, que comprende: una cámara que tiene un extremo superior y un extremo inferior. Una pluralidad de canales inclinados que se ubican en el extremo inferior. Caracterizado porque un tubo vertical de bajada tiene una tubería generalmente vertical con un tubo interno y un extremo de descarga al menos adyacente al extremo superior de la cámara. Y se dispone un medio de alimentación para alimentar una lechada en el tubo vertical de bajada. El tubo interno comprende una sección rociadora que se ubica en una sección inferior de la tubería generalmente vertical; en donde se introduce gas en el tubo interno para alimentar el gas en el tubo vertical de bajada de manera que el gas y la lechada se descarguen desde el extremo de descarga del tubo vertical de bajada hacia la cámara. Medios de control superior que se disponen para permitir que las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad se eliminen del extremo superior de la cámara a una velocidad controlada; y medios de control inferiores que se disponen para permitir que las partículas más densas se eliminen del extremo inferior de la cámara por debajo de los canales inclinados a una velocidad controlada.
Preferentemente, el extremo superior sustancialmente cerrado de la cámara se conforma para dirigir las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad hacia el dispositivo de control superior.
Preferentemente, el extremo superior de la cámara se conforma como un cono, el dispositivo de control superior se proporciona en forma de una salida restringida que se ubica en el vértice del cono. Preferentemente, el tubo interno se coloca axialmente dentro de la tubería vertical. Preferentemente, el al menos un tubo interno comprende una superficie porosa para permitir que el gas y la lechada se mezclen dentro del tubo vertical de bajada. Preferentemente, la sección rociadora se coloca adyacente al extremo inferior del tubo interno. Preferentemente, el tubo interno tiene un extremo superior y el gas se alimenta en el extremo superior. Además, el aparato incluye un medio de alimentación de agua de lavado que se dispone adyacente al extremo superior de la cámara para introducir agua de lavado a presión en la cámara. Preferentemente, el tubo vertical de bajada tiene una entrada de alimentación y los medios de alimentación alimentan la lechada en la entrada de alimentación.
En una modalidad adicional, la presente invención proporciona un aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechada de alimentación, tal aparato comprende: una cámara que tiene un extremo superior y un extremo inferior; una pluralidad de canales inclinados que se ubican en el extremo inferior; caracterizado porque una caja de alimentación tiene un extremo superior de alimentación que se dispone para recibir una lechada y un extremo inferior de descarga que se dispone para descargar el flujo burbujeante en el extremo superior de la cámara; además la caja de alimentación comprende una pluralidad de placas paralelas porosas huecas que tienen un extremo de entrada y un extremo de salida; un suministro de gas que se dispone para alimentar gas en el extremo de entrada de al menos una de las placas porosas huecas que forman una mezcla de suspensión y gas adyacente al extremo de salida de las placas paralelas porosas huecas; medios de control superior que se disponen para permitir que las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad se eliminen del extremo superior de la cámara a una velocidad controlada; y medios de control inferiores que se disponen para permitir que las partículas más densas se eliminen del extremo inferior de la cámara por debajo de los canales inclinados a una velocidad controlada.
Preferentemente, el extremo de descarga del tubo vertical de bajada o la caja de alimentación se extiende hacia el extremo superior de la cámara. Preferentemente, el dispositivo de control comprende un dispositivo de control superior que se ubica en el extremo superior de la cámara y un dispositivo de control inferior que se ubica en el extremo inferior de la cámara; en donde el dispositivo de control superior se dispone para permitir que las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad se eliminen del extremo superior de la cámara a una velocidad controlada; y en donde el dispositivo de control inferior se dispone para permitir que las partículas más densas se eliminen del extremo inferior de la cámara debajo de los canales inclinados a una velocidad controlada. Preferentemente, los canales paralelos se forman por una pluralidad de placas paralelas, preferentemente los canales paralelos están en un ángulo con respecto al extremo superior de la cámara, y con mayor preferencia el extremo inferior de la cámara está en el mismo ángulo que los canales paralelos con respecto al extremo superior de la cámara. Además, el aparato comprende una cámara de fluidización que se coloca adyacente al extremo superior de la cámara para dirigir un flujo fluidizado hacia abajo para formar un lecho fluidizado invertido por encima de los canales inclinados, preferentemente con el extremo superior de la cámara cerrado. Preferentemente, una pluralidad de dichas cámaras se dispone para extenderse radialmente hacia afuera desde un cubo central que se adapta para rotarse en uso, el cual forma un campo gravitacional mejorado dentro de cada cámara.
Otro aspecto más de la invención proporciona un método para separar partículas de baja densidad de lechadas de alimentación que contienen tales partículas, dicho método comprende las etapas de: introducir la lechada de alimentación en una cámara que tiene un extremo superior y una pluralidad de canales inclinados en el extremo inferior, caracterizado porque la lechada de alimentación se introduce a través de un medio de alimentación que se dispone para alimentar la lechada de alimentación en un tubo vertical de bajada o una caja de alimentación; en donde el tubo vertical de bajada tiene una tubería vertical y un extremo de descarga al menos adyacente al extremo superior de la cámara, y en donde un tubo interno comprende una sección rociadora que se ubica en una sección inferior de la tubería generalmente vertical; en donde la caja de alimentación tiene un extremo de alimentación superior que se dispone para recibir una lechada y un extremo de descarga inferior al menos adyacente al extremo superior de la cámara; alimentar gas en el tubo vertical de bajada o la caja de alimentación de manera que el gas y la lechada de alimentación se descarguen desde el extremo de descarga del tubo vertical de bajada o la caja de alimentación a la cámara; permitir que la lechada fluya hacia abajo a través de los canales inclinados de manera que las partículas de baja densidad escapen del flujo al deslizarse hacia arriba por los canales inclinados mientras que las partículas más densas de la lechada se deslizan hacia abajo por los canales; eliminar las partículas más densas del extremo inferior de la cámara; permitir que las partículas de baja densidad se formen en una suspensión concentrada en el extremo superior de la cámara; y retirar la suspensión concentrada de partículas de baja densidad a una velocidad controlada desde el extremo superior de la cámara.
Preferentemente, el gas y la lechada forman un flujo de fluidización descendente hacia los canales inclinados, preferentemente por encima de los canales inclinados y con mayor preferencia forman un lecho fluidizado invertido en la cámara por encima de los canales inclinados.
Preferentemente, el agua de lavado se introduce a presión en el extremo superior de la cámara, preferentemente de manera uniforme a través de un extremo superior cerrado de la cámara. Preferentemente, la lechada de alimentación se introduce en la cámara a través del tubo vertical de bajada que se extiende hacia abajo a través de la cámara hasta un área por encima de los canales inclinados paralelos. Preferentemente, la caja de alimentación comprende una pluralidad de placas paralelas entre las cuales se alimenta la lechada de alimentación, cada placa tiene una superficie rociadora porosa a través de la cual las partículas de baja densidad pasan a los canales entre las placas y forman una mezcla o emulsión burbujeante, que sale del extremo inferior de la caja de alimentación, preferentemente las placas porosas en la caja de alimentación se separan para formar un perfil de flujo laminar entre las placas, lo cual induce una alta velocidad de cizallamiento en el flujo burbujeante.
Breve descripción de los dibujos
Independientemente de cualquier otra forma que pueda caer dentro de su alcance, se describirá ahora una forma preferida de la invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que: La Figura 1 es un alzado esquemático en sección transversal a lo largo del aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación de acuerdo con la invención;
La Figura 2 es una vista ampliada de un generador de flujo burbujeante adecuado para su uso en el aparato que se muestra en la Figura 1;
La Figura 3 es un alzado esquemático en sección transversal de una forma alternativa del aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación de acuerdo con la invención;
La Figura 4 es una vista ampliada del generador de flujo burbujeante que se muestra en la Figura 3;
La Figura 5 es una sección transversal vertical esquemática ampliada a través de uno de los canales inclinados paralelos del aparato que se muestra en la Figura 1, que demuestra el movimiento de partículas dentro de ese canal.
La Figura 6 es un alzado esquemático en sección transversal de un aparato para separar partículas de baja densidad de lechadas de alimentación de acuerdo con la invención, cuando se dispone en un dispositivo centrífugo para aumentar la velocidad de separación de partículas de baja densidad, y
La Figura 7 es una vista esquemática en planta en sección transversal en la línea AA de la Figura 6.
Descripción detallada de la invención
La forma preferida de la invención se describirá con el método y el aparato que se usan para la flotación por espuma, como se aplica típicamente a partículas finas de carbón y materia mineral y se usa para concentrar partículas hidrófobas de carbón.
Estas partículas hidrófobas se adhieren selectivamente a la superficie de las burbujas de aire, lo cual deja las partículas hidrófilas en suspensión entre las burbujas. Por lo tanto, una vez que las partículas hidrófobas se unen a las burbujas de aire, se forma una nueva partícula híbrida que tiene una densidad general mucho menor que la densidad del agua. La partícula hidrófoba unida tiene entonces una velocidad de segregación en la dirección ascendente que es muy alta en comparación con la velocidad superficial descendente de la suspensión de partículas más densas.
En la mayoría de las situaciones de flotación, es necesario agregar determinados reactivos para promover la flotación. Puede añadirse un colector para promover la hidrofobicidad de las partículas de carbón hidrofóbicas. En particular, se agrega un tensioactivo (a veces llamado “espumador”) para estabilizar las burbujas y, por lo tanto, la espuma que se forma cuando las burbujas buscan salir del líquido a granel. El surfactante se adsorbe en la superficie de la burbuja, lo que ayuda a prevenir la coalescencia de la burbuja y, por lo tanto, preserva las “partículas de baja densidad”. Esto es especialmente importante cuando las burbujas pasan a través de la válvula superior. La flotación por espuma convencional es atractiva porque la velocidad de segregación de las partículas hidrófobas se rige por la velocidad de subida de las burbujas y, por tanto, las partículas ultrafinas de menos de 100 micras pueden transportarse a velocidades muy altas independientemente de su tamaño. Un segundo gran atractivo de la flotación de la espuma es el “adelgazamiento” que se logra cuando se permite que la suspensión restante se drene a través de la espuma. Además, al añadir agua de lavado a la superficie libre de la espuma en la parte superior del recipiente, la suspensión de partículas hidrófilas puede lavarse, lo que produce un producto de espuma más limpio. Sin embargo, se conoce bien que la adición de agua de lavado al producto de espuma es ineficiente y no uniforme y, por lo tanto, el producto de espuma no es tan “limpio” como se podría preferir. Si se usa una velocidad de adición de agua excesiva, habrá una fuerte tendencia a crear una abertura en la espuma, lo que dará como resultado que el agua que se añadió pase a través de esa abertura y produzca pocos beneficios. Por lo tanto, las velocidades de adición de agua deben limitarse a niveles relativamente bajos y deben distribuirse de manera uniforme.
Puede lograrse una forma de flotación por espuma más eficiente de acuerdo con la presente invención, mediante el uso del aparato que se describe más abajo con referencia a la Figura 1. El aparato comprende una cámara 1 que tiene un extremo superior 2 sustancialmente cerrado y un extremo inferior 3 en el que se ubica un conjunto de canales inclinados paralelos 4. Los canales inclinados paralelos se forman típicamente por los lados inclinados 5 del extremo inferior 3 de la cámara 1 y un conjunto de placas inclinadas paralelas 6 que se ubican paralelas a las paredes inclinadas 5 para formar los canales inclinados paralelos 4.
De esta manera, se forma en la cámara un “clasificador de reflujo” invertido y opera de acuerdo con el mecanismo que se muestra en la Figura 5 donde las partículas de baja densidad 7 escapan del flujo general 11, y ascienden hacia la superficie inclinada orientada hacia abajo de la placa 6A, se recogen como sedimento invertido, y después se deslizan hacia arriba por los canales inclinados, como se muestra en 9.
Las partículas más densas, tales como las que se muestran típicamente en 10, caen fuera del movimiento descendente del sedimento 8 hacia la superficie inclinada orientada hacia arriba de las placas 6B y se deslizan hacia abajo por los canales inclinados.
La lechada de alimentación se introduce en la cámara en o alrededor del punto medio como se muestra en 12 y los expertos en la técnica de flotación por espuma apreciarán que la alimentación a este dispositivo puede suministrarse de diversas formas. Una de tales formas es el uso de un tubo vertical de bajada vertical 14 que se describirá con más detalle con referencia a la Figura 2.
El tubo vertical de bajada comprende una tubería generalmente vertical 15, con un tubo interno 22 que puede montarse en el extremo superior de la cámara por medio de una brida 23. El gas, tal como aire, se introduce en el extremo superior del tubo, como muestra la flecha 24, y pasa a través del tubo a una sección rociadora 25 que se ubica en la sección inferior de la tubería 15.
La suspensión de partículas puede introducirse a través de la entrada lateral 26 como se muestra por la flecha 27, donde pasa por la tubería 15 para encontrarse con las burbujas de gas que salen de la sección rociadora 25. Debido a que hay un anillo 26 relativamente estrecho entre la sección rociadora 25 y la pared de la tubería 15, se introduce una alta velocidad de cizallamiento en el flujo en el anillo 26, lo que da como resultado un flujo burbujeante bien mezclado que sale del extremo inferior del tubo vertical de bajada en 28.
El extremo superior de la cámara 1 se configura para dirigir las suspensiones concentradas 16 de partículas de baja densidad hacia una salida superior 13. Esto se logra típicamente conformando como un cono el extremo superior de la cámara 17 con la salida superior 13 que se ubica en el vértice del cono, como puede verse en la Figura 1.
El cono se perfora preferentemente de manera que pueda introducirse agua de lavado en el extremo superior de la cámara en 18 a presión y forzarse a través de perforaciones en el cono 17 de manera uniforme en la suspensión concentrada 16 de partículas de baja densidad. Cuando la parte superior de la espuma se encierra de esta manera, lo que ocurre cuando se usa una zona de fluidización, la espuma está completamente contenida y carece del grado de libertad para poder fluir fuera del agua que se añade. La espuma se fuerza a acoplarse con el agua de lavado y a distribuirla de manera más uniforme. Además, dado que la espuma solo puede salir libre del sistema a través de una tubería central de flujo superior 19 de sección transversal pequeña, la espuma se fuerza a acelerar hacia la salida 13 independientemente de la adición de agua de lavado hacia abajo.
En la presente invención, la espuma ascendente se fuerza a salir a través de una abertura estrecha en la parte superior del dispositivo. Cuando una espuma se fuerza a través de una constricción, tiende a acelerarse y también a estabilizarse. La espuma que emerge de la abertura más pequeña a veces se verá más refinada, con burbujas de aire de menor tamaño. Dado el aumento en la velocidad de transporte de la espuma, cualquier pérdida de partículas de una interfaz de burbujas de gas se recupera fácilmente mediante burbujas de aire que ascienden hacia arriba desde abajo, por lo que las partículas hidrófobas no deberían tender a perderse del producto de la espuma.
Además, en la presente invención existe la oportunidad de forzar mucha más agua de lavado a través de la parte superior del recipiente. Esto tiene el efecto de evitar la formación de espuma. De hecho, tenderá a formarse un lecho fluidizado de burbujas, con cantidades significativas de agua limpia que se mueve libremente hacia abajo entre las burbujas de aire ascendentes. Por tanto, las partículas hidrófilas pueden lavarse por completo. Esto es especialmente significativo en aplicaciones que involucran grandes cantidades de arcillas finas en la flotación por espuma del carbón. La eliminación de estas arcillas es un desafío importante en la industria, especialmente con los mantos que tienen un alto contenido de arcilla. A menos que estas arcillas puedan eliminarse, será imposible producir un producto limpio que cumpla con los requisitos de los mercados del carbón.
Podría decirse que un lecho fluidizado invertido es la única forma de lograr el objetivo de eliminar los lodos altos en la flotación por espuma. Si bien en el pasado pudieron usarse lechos fluidizados invertidos para fluidizar partículas menos densas que el fluido, no se han usado en el contexto de la flotación por espuma y no se han usado para mejorar la eliminación de lodos durante la flotación.
El lecho fluidizado invertido se logra en el presente dispositivo eliminando la “superficie libre” que se ve comúnmente en los dispositivos de flotación por espuma. Las superficies libres de este tipo dificultan la aplicación eficiente del agua de lavado sin formar canales o agujeros en la espuma.
En la base de la cámara 1 también es posible prever una cámara de fluidización adicional 20. La fluidización cerca de la base proporciona un medio para ayudar a las partículas que de otro modo se asentarían sobre la base del recipiente para que se descarguen más fácilmente a través de la salida.
Se observa además que la gran mayoría del flujo volumétrico normalmente tenderá a descargarse por el fondo del recipiente. Por tanto, el sistema funcionaría efectivamente en condiciones de dilución y, por tanto, habría una buena distribución de este flujo por todos los canales inclinados. Podrían usarse otras concentraciones de sistema más altas.
Se observa además que el dispositivo funcionaría efectivamente a velocidades de alimentación y gas más altas que las que se usan en un dispositivo de flotación de espuma convencional, y funcionaría con velocidades más altas de agua de lavado. Estas velocidades más altas son posibles gracias al poderoso efecto de los canales inclinados en la parte inferior del sistema. Estos canales proporcionan un aumento en el área efectiva del recipiente, lo que permite que las burbujas de gas que de otro modo podrían arrastrarse hacia abajo hacia el flujo superior se eleven hacia el flujo superior.
En una variación adicional, es posible hacer más estrechos los espacios entre los canales inclinados en la salida de los canales inclinados. Esto tendría el efecto de aumentar la caída de presión a través de los canales inclinados y, por lo tanto, forzaría un flujo más uniforme a través de cada uno de los canales inclinados. Esta reducción en el espacio se formaría mejor mediante una conicidad de manera que no haya un bloqueo abrupto del sedimento. El estrechamiento solo se produciría en la parte inferior de los canales inclinados.
Una disposición alternativa que se muestra en la Figura 3 se diseña para velocidades de alimentación volumétrica altas y concentraciones de sólidos bajas o grados de alimentación bajos. En esta disposición, la lechada de alimentación se alimenta a la cámara 1 a través de una caja de alimentación 30 que se describirá con más detalle a continuación con referencia a la Figura 4. El flujo burbujeante sale del extremo inferior 31 de la caja de alimentación 30 a la cámara 1 como se describió anteriormente y las burbujas de gas ascendentes con partículas hidrófobas unidas se elevan hacia arriba en cada lado 32 de la caja de alimentación hasta que sobrepasan el extremo superior de la cámara en 33 en un canal rebosadero 34 para su descarga como se muestra en 35.
Con respecto a la Figura 4, puede verse que la lechada de alimentación introducida en 36 fluye hacia abajo a través de un sistema de placas paralelas 37 separadas estrechamente que se alinean de forma vertical como se muestra en la Figura 4, pero que podrían inclinarse si se desea. Las placas 37 son huecas y las encierra un material poroso. El suministro de gas que se muestra esquemáticamente en 38 se alimenta a la placa de una manera controlada de manera que emergerán burbujas finas del orden de 0,3 mm de diámetro a partir de las secciones porosas de cada placa y estas interactuarán con las partículas hidrófobas. Las partículas hidrófobas unidas a las burbujas de aire se arrastran hacia abajo a través de los canales verticales 39 y luego se arrastran hacia arriba a través de pasajes estrechos 40 entre la caja de alimentación 30 y la pared exterior 41 del recipiente. Después las burbujas y las partículas unidas progresan hacia el canal rebosadero del producto de flujo superior 34, como se muestra en la Figura 3.
Se apreciará que las modalidades de las Figuras 3 y 4 se aplican igualmente cuando las partículas de baja densidad son gotas de aceite dentro de una emulsión, en lugar de burbujas de gas dentro de una mezcla burbujeante.
La ventaja de una caja de alimentación como se muestra en la Figura 4 es que en cada canal 39 se forma un campo de flujo laminar preciso como se muestra esquemáticamente por el perfil de flujo laminar 42. El campo de flujo laminar tiene una alta velocidad de cizallamiento en el intervalo de 10 s-1 a 1000 s-1. Esta alta velocidad de cizallamiento se logra mediante flujo laminar como se muestra en el perfil 42 que permite lograr una alta velocidad de flujo de mezcla burbujeante en la salida de la caja de alimentación 30.
El objetivo es recuperar todas las partículas hidrofóbicas y, en este caso, pueden anticiparse algunas partículas hidrofílicas arrastradas en el producto final. En esta disposición no es esencial que se forme espuma. Hay ventajas en no tener que mantener o controlar la espuma porque las espumas pueden ser muy variables en su estabilidad. En una mejora adicional de la invención, la velocidad de separación de partículas de baja densidad (gotas de aceite, partículas huecas, burbujas, etc.) puede aumentarse al someter a fuerzas centrífugas un clasificador de reflujo invertido del tipo mostrado en la Figura 1 o en la Figura 3. Esta disposición se muestra en las Figuras 6 y 7.
Varias cámaras del tipo que se muestra en 1 en la Figura 1 o en la Figura 3 pueden disponerse de una manera generalmente plana pero inclinada como se muestra en 43 soportadas por brazos 43A que se extienden radialmente hacia afuera desde un cubo central 44. Puede elegirse cualquier número adecuado de cajas 43, pero en la disposición como se ve claramente en la Figura 7, hay 8 cajas que se disponen como los radios de una rueda y que se extienden hacia afuera desde el cubo octogonal 44.
La lechada de alimentación se alimenta a través de un eje central hueco 45 como se muestra con la flecha 46 desde donde se alimenta hacia afuera a través de las tuberías radiales 51 a los puntos de entrada 48 en las cajas 43. El agua de lavado de fluidización puede alimentarse de manera similar a través del anillo 49 como se muestra con la flecha 50 y, por lo tanto, a través de las tuberías 47 en el área en la cabeza de cada caja 43 y, por lo tanto, hacia afuera a través de los conos perforados 17 que se disponen de manera similar a la que se describió previamente con referencia a la Figura 1.
Cada caja inclinada 43 se proporciona con canales inclinados 52 que actúan de manera similar a los canales 4 que se muestran en la Figura 1.
En la práctica, el dispositivo se rota a una velocidad adecuada alrededor de un rodamiento 53 para proporcionar un campo gravitacional mejorado dentro de las cajas 43 que se someten a fuerzas centrífugas. Las partículas de baja densidad se dirigen a los extremos internos 54 de las cajas 43, donde pueden descargarse a través de las válvulas 55 y desbordarse hacia abajo, como muestran las flechas 56, para recogerse en el fondo de una cámara circundante 57 donde pueden descargarse a través de una salida 58 como flujo superior en la flecha 59.
El flujo inferior que contiene partículas hidrófilas más densas que el fluido se dirige a los extremos exteriores 60 de las cajas inclinadas 43 donde se descarga en 61 y se recoge a través de una rampa 62 de flujo inferior.
El agua de fluidización que entra en 50 se usa para ayudar a limpiar el producto de baja densidad de los denominados “lodos”.
Las placas paralelas en las cajas 43 típicamente se alinean en un ángulo de 70° con el cubo 44 y, por lo tanto, 20° con la fuerza centrífuga y se usan para retener partículas de baja densidad dentro de la sección interna del dispositivo, lo que permite que se descargue el líquido y otros contaminantes, por ejemplo, lodos, al caudal inferior a través de la sección exterior del dispositivo.
De esta manera, la presente invención proporciona una nueva tecnología para recuperar y concentrar partículas de baja densidad, donde la densidad de partículas es menos densa que la del fluido, por ejemplo, agua. La disposición se muestra en la Figura 1. En efecto, el clasificador de reflujo está completamente invertido, de esta manera proporciona una cámara superior de fluidización 21 en la parte superior del dispositivo, conectada a una sección vertical, y luego una sección que comprende canales inclinados paralelos. En la base misma existe la opción adicional de incluir además una sección de fluidización para ayudar con la descarga de la lechada desde la base y evitar la acumulación de partículas más densas que también podrían estar presentes en la alimentación.
Por lo tanto, lo que se propone aquí es el concepto de lecho fluidizado invertido para separar partículas, especialmente partículas menos densas que el fluido a partir de partículas más densas que el fluido. La disposición invertida permite que el agua de lavado se agregue a presión, lo que permite que las velocidades superficiales del agua de lavado mayores retrocedan hacia la zona de partículas de baja densidad que se concentran en la sección vertical superior del dispositivo. Después, la suspensión concentrada de partículas de baja densidad se fuerza a moverse hacia adentro en la parte superior y, a su vez, pasar a través de un punto central de salida. Una válvula 13 en el punto de salida controla la velocidad de descarga con referencia a una densidad de la suspensión medida en la sección vertical superior.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Aparato para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación, dicho aparato comprende:
una cámara (1) que tiene un extremo superior (2) y un extremo inferior (3);
una pluralidad de canales inclinados (4) que se ubican en el extremo inferior;
caracterizado porque
un tubo vertical de bajada (14) tiene una tubería generalmente vertical (15) con un tubo interno (22) y un extremo de descarga (28) al menos adyacente al extremo superior (2) de la cámara; y se dispone un medio de alimentación (26) para alimentar una lechada en el tubo vertical de bajada;
el tubo interno (22) comprende una sección rociadora (25) que se ubica en una sección inferior de la tubería generalmente vertical;
en donde se introduce gas en el tubo interno para alimentar el gas en el tubo vertical de bajada de manera que el gas y la lechada se descarguen desde el extremo de descarga del tubo vertical de bajada hacia la cámara;
medios de control superior (13) que se disponen para permitir que las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad se eliminen del extremo superior de la cámara a una velocidad controlada; y medios de control inferiores (29) que se disponen para permitir que las partículas más densas se eliminen del extremo inferior de la cámara por debajo de los canales inclinados a una velocidad controlada.
2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tubo interno (22) se coloca axialmente dentro de la tubería vertical.
3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el al menos un tubo interno (22) comprende una superficie porosa para permitir que el gas y la lechada se mezclen dentro del tubo vertical de bajada.
4. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la sección rociadora (25) se coloca adyacente al extremo inferior del tubo interno.
5. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el tubo interno tiene un extremo superior (24) y el gas se alimenta al extremo superior.
6. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el tubo vertical de bajada tiene una entrada de alimentación (26) y los medios de alimentación alimentan la lechada en la entrada de alimentación.
7. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el extremo superior (2) de la cámara se conforma para dirigir las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad hacia el dispositivo de control superior (13), preferentemente el extremo superior de la cámara se conforma como un cono (17), el dispositivo de control superior se proporciona en forma de una salida restringida (13) que se ubica en el vértice del cono.
8. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que incluye además un medio de alimentación de agua de lavado (18) que se dispone adyacente al extremo superior (2) de la cámara para introducir agua de lavado a presión en la cámara.
9. Un aparato para separar partículas de baja densidad de las lechadas de alimentación, dicho aparato comprende:
una cámara (1) que tiene un extremo superior (2) y un extremo inferior (3);
una pluralidad de canales inclinados (4) que se ubican en el extremo inferior;
caracterizado porque una caja de alimentación (30) tiene un extremo de alimentación superior que se dispone para recibir una lechada y un extremo de descarga inferior (31) que se dispone para descargar el flujo burbujeante en el extremo superior de la cámara;
la caja de alimentación comprende además una pluralidad de placas paralelas porosas huecas (37) que tienen un extremo de entrada y un extremo de salida;
un suministro de gas (38) que se dispone para alimentar gas en el extremo de entrada de al menos una de las placas porosas huecas que forma una mezcla de lechada y gas, adyacente al extremo de salida de las placas paralelas porosas huecas;
medios de control superior (34) que se disponen para permitir que las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad se eliminen del extremo superior de la cámara a una velocidad controlada; y medios de control inferiores (29) que se disponen para permitir que las partículas más densas se eliminen del extremo inferior de la cámara por debajo de los canales inclinados a una velocidad controlada.
10. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el extremo de descarga (28, 31) del tubo vertical de bajada (14) o la caja de alimentación (30) se extiende hacia el extremo superior (2) de la cámara (1).
11. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el dispositivo de control comprende un dispositivo de control superior (13, 34) que se ubica en el extremo superior de la cámara y un dispositivo de control inferior (29) que se ubica en el extremo inferior de la cámara;
en donde el dispositivo de control superior se dispone para permitir que las suspensiones concentradas de partículas de baja densidad se eliminen del extremo superior de la cámara a una velocidad controlada; y en donde el dispositivo de control inferior se dispone para permitir que las partículas más densas se eliminen del extremo inferior de la cámara por debajo de los canales inclinados a una velocidad controlada.
12. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde los canales paralelos (4) se forman por una pluralidad de placas paralelas (6), preferentemente los canales paralelos forman un ángulo con respecto al extremo superior (2) de la cámara, y con mayor preferencia, el extremo inferior (3) de la cámara forma el mismo ángulo que los canales paralelos con respecto al extremo superior de la cámara.
13. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 que comprende además una cámara de fluidización que se coloca adyacente al extremo superior de la cámara para dirigir un flujo fluidizado descendente para formar un lecho fluidizado invertido por encima de los canales inclinados, preferentemente con el extremo superior de la cámara cerrado.
14. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde una pluralidad de dichas cámaras (43) se disponen para extenderse radialmente hacia afuera desde un cubo central (44) que se adapta para rotarse en uso, y que forma un campo gravitacional mejorado dentro de cada cámara.
15. Un método para separar partículas de baja densidad a partir de lechadas de alimentación que contienen tales partículas, dicho método comprende las etapas de:
introducir la lechada de alimentación en una cámara (1) que tiene un extremo superior (2) y una pluralidad de canales inclinados (4) en el extremo inferior (3),
caracterizado porque la lechada de alimentación se introduce a través de un medio de alimentación (26, 36) que se dispone para alimentar la lechada de alimentación en un tubo vertical de bajada (14) o una caja de alimentación (30); que tiene un extremo de descarga (28, 31) al menos adyacente al extremo superior de la cámara;
en donde el tubo vertical de bajada (14) tiene una tubería vertical (15) y un extremo de descarga (28) al menos adyacente al extremo superior (2) de la cámara, y en donde un tubo interno (22) comprende una sección rociadora (25) ubicada en una sección inferior de la tubería generalmente vertical;
en donde la caja de alimentación (30) tiene un extremo de alimentación superior que se dispone para recibir una lechada y un extremo de descarga inferior (31) al menos adyacente al extremo superior de la cámara; alimentar gas en el tubo vertical de bajada o la caja de alimentación de manera que el gas y la lechada de alimentación se descarguen desde el extremo de descarga del tubo vertical de bajada o la caja de alimentación hacia la cámara;
permitir que la lechada fluya hacia abajo a través de los canales inclinados de manera que las partículas de baja densidad escapen del flujo al deslizarse hacia arriba por los canales inclinados, mientras que las partículas más densas de la lechada se deslizan hacia abajo por los canales;
eliminar las partículas más densas del extremo inferior de la cámara;
permitir que las partículas de baja densidad se formen en una suspensión concentrada en el extremo superior de la cámara; y
retirar la suspensión concentrada de partículas de baja densidad desde el extremo superior de la cámara a una velocidad controlada.
16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el gas y la lechada forman un flujo de fluidización descendente hacia los canales inclinados, preferentemente por encima de los canales inclinados y con mayor preferencia forman un lecho fluidizado invertido en la cámara por encima de los canales inclinados.
17. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde se introduce a presión agua de lavado en el extremo superior de la cámara, preferentemente de manera uniforme a través de un extremo superior cerrado de la cámara.
18. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en donde la lechada de alimentación se introduce en la cámara a través del tubo vertical de bajada (14) que se extiende hacia abajo a través de la cámara hasta un área por encima de los canales paralelos inclinados.
19. Un método de acuerdo con la reivindicación 15 o 16, en donde la caja de alimentación (30) comprende una pluralidad de placas paralelas entre las que se alimenta la lechada de alimentación, cada placa tiene una superficie rociadora porosa a través de la cual pasan las partículas de baja densidad a los canales entre las placas que forman una mezcla o emulsión burbujeante, que sale del extremo inferior de la caja de alimentación, preferentemente las placas porosas en la caja de alimentación se separan para formar un perfil de flujo laminar entre las placas, que induce una alta velocidad de cizallamiento en el flujo burbujeante.
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