RU2174050C2

RU2174050C2 - Mechanical flotation machine

Info

Publication number: RU2174050C2
Application number: RU99117198/03A
Authority: RU
Inventors: ков Н.Ф. Мещер; Н.Ф. Мещеряков; Р.Х. Сабиров
Original assignee: Мещеряков Николай Федорович; Сабиров Ростям Хозиевич
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-09-27

Abstract

FIELD: flotation equipment used in flotating separation of hydrophobic particles, molecules and ions from pulps, sewage and circulating waters and solutions, and also for mixing of solid and liquid phases and mixing of said phases with gases. SUBSTANCE: machine includes at least one chamber, shaft, axial impeller with blades, cylinder with holes in its upper cover and, on side, with vanes in its lower part. Impeller has blades whose convex working surfaces present parts of branch of quadratic curve in cross-section. Blades are widening by a factor of 1.2-1.5 from periphery to shaft axis and inclined to chamber bottom. Impeller blade ends are located at a distance of 0.5-1.0 of its diameter from chamber bottom. Height of cylinder with pulp circulation holes equals 1/2-1/3 chamber depth with total open area in it amounting up to 0.08-0.15% of chamber area. Stator vanes are inclined to chamber bottom at an angle of 25-45 deg to vertical line and at angle of 40-55 deg to cylinder radius towards impeller rotation direction. Cylinder has an air inlet hole. EFFECT: higher aeration ability of pulp without air forces supply. 2 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к флотационной технике, используемой для флотационного выделения гидрофобных частиц, молекул и ионов из пульп, сточных и оборотных вод и растворов. Флотационная машина может быть использована для смешивания твердой и жидкой фаз, а также смешивания этих фаз с газами. The invention relates to a flotation technique used for flotation separation of hydrophobic particles, molecules and ions from pulps, waste and recycled water and solutions. Flotation machine can be used to mix solid and liquid phases, as well as mixing these phases with gases.

Известна механическая флотационная машина Wemco /1/, включающая камеры, привода с импеллерами звездчатой формы с отношением высоты к диаметру около 0,9, ложное днище с рециркуляционной трубой в ее центре, статор, расположенный вокруг импеллера, и успокоительную решетку над системой импеллер - статор. При работе импеллера в камере этой машины пульпа перекачивается снизу вверх через ложное днище и рециркуляционную трубу, воздух засасывается верхней частью импеллера из атмосферы. Потоки пульпы и воздуха сталкиваются в средней части импеллера, смешиваются между собой и из этой зоны аэрирования пульпа выбрасывается в зону статора и через отверстия в его стенках выводится в объем камеры, где минерализованные воздушные пузырьки всплывают на поверхность пульпы, образуя пенный слой, удаляемый из камер через пенные пороги самотеком. Деаэрированная пульпа импеллером через ложное днище и рециркуляционную трубу повторно засасывается в зону аэрирования. При таком контуре циркуляции пульпы снизу вверх, обеспечиваемой работой импеллера, донная часть камеры в процессе флотации не участвует из-за отсутствия в этой зоне воздушных пузырьков. Она используется как транспортная зона для потоков пульпы, возвращающихся в зону импеллера, что снижает коэффициент полезного использования объемного пространства камер до 50-60%, снижая вследствие этого соответственно их производительность. При флотации грубоизмельченных материалов при движении пульпы вдоль машины происходит расслоение частиц. Крупные частицы оказываются в донной части, в которой отсутствуют воздушные пузырьки, что исключает возможность их флотации и они теряются с хвостами. Из-за возможности накапливания крупных частиц в боковых частях камер нижние углы в них срезаны и в сечении камеры представляют трапециевидную форму. Лопатки импеллеров в этих машинах выполнены вертикальными, которые при вращении в пульпе требуют значительных затрат энергии на преодоление сопротивления. Known mechanical flotation machine Wemco / 1 /, including cameras, drives with star-shaped impellers with a height to diameter ratio of about 0.9, a false bottom with a recirculation pipe in its center, a stator located around the impeller, and a soothing grid over the impeller-stator system . During the operation of the impeller in the chamber of this machine, the pulp is pumped from bottom to top through the false bottom and the recirculation pipe, air is drawn in by the upper part of the impeller from the atmosphere. Pulp and air flows collide in the middle part of the impeller, mix with each other and from this aeration zone the pulp is ejected into the stator zone and out through the openings in its walls into the chamber volume, where the mineralized air bubbles float onto the pulp surface, forming a foam layer that is removed from the chambers through foamy rapids by gravity. The deaerated pulp through the impeller through the false bottom and the recirculation pipe is re-sucked into the aeration zone. With such a pulp circulation circuit from bottom to top, provided by the impeller, the bottom of the chamber does not participate in the flotation process due to the absence of air bubbles in this zone. It is used as a transport zone for pulp flows returning to the impeller zone, which reduces the efficiency of the volumetric space of the chambers to 50-60%, thereby reducing their productivity accordingly. When flotation of coarsely ground materials during the movement of pulp along the machine, the separation of particles occurs. Large particles are in the bottom, in which there are no air bubbles, which excludes the possibility of flotation and they are lost with tails. Due to the possibility of accumulation of large particles in the lateral parts of the chambers, the lower angles in them are cut off and in the section of the chamber are trapezoidal in shape. The impeller blades in these machines are vertical, which, when rotated in the pulp, require significant energy expenditures to overcome the resistance.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является флотационная машина /2/, включающая по меньшей мере одну камеру, пустотелый вал, осевой импеллер с лопастями, успокоительные пластины на боковых сторонах камеры, трубу с отверстиями для циркуляции пульпы и приспособления для подачи исходного питания и отвода камерного и пенного продуктов, в которой используются импеллеры осевого типа с лопастями, торцевые кромки которых повернуты относительно своих радиальных осей на 20 до 45^o, имеющие на верхних концах выступы с углом их наклона навстречу набегающему потоку под углом 5-25^o, при этом лопасти выполнены или наклонными к дну, или чередующимися горизонтальными и наклонными, или выполнены из двух участков, прилегающего к валу горизонтального и наклоненного к периферии.The closest in technical essence and the achieved result is a flotation machine / 2 /, including at least one chamber, a hollow shaft, an axial impeller with blades, soothing plates on the sides of the chamber, a pipe with holes for pulp circulation and devices for supplying initial power and removal of chamber and foam products, in which axial-type impellers with blades are used, the end edges of which are turned relative to their radial axes by 20 to 45 ^o , having protrusions on their upper ends with the angle of their inclination towards the oncoming flow at an angle of 5-25 ^o , while the blades are made either inclined to the bottom, or alternating horizontal and inclined, or made of two sections adjacent to the shaft horizontal and inclined to the periphery.

Недостатками данной конструкции флотомашины является то, что концевые верхние выступы лопастей импеллера в месте стыка их с основной частью лопастей образуют ребра, создающие за ними завихрения, тормозящие движение пульпы по их рабочим плоскостям. Подобные явления возникают при использовании лопастей из двух участков, в месте стыка которых также образуются ребра. В этих случаях повышаются энергозатраты на преодоление возникающих при вращении лопастей сопротивлений. Такие импеллеры при повышении глубины камеры более 1,2 м не обеспечивают необходимую аэрированность пульпы, что не позволяет применять их в глубоких камерах без принудительной подачи воздуха, на подачу которого необходимо тратить дополнительную мощность. The disadvantages of this design of the flotation machine is that the end upper protrusions of the impeller blades at the junction of them with the main part of the blades form ribs that create turbulence behind them, inhibiting the movement of the pulp along their working planes. Similar phenomena occur when using blades from two sections, at the junction of which ribs are also formed. In these cases, energy costs are increased to overcome the resistance arising during the rotation of the blades. Such impellers with increasing chamber depth of more than 1.2 m do not provide the necessary aeration of the pulp, which does not allow their use in deep chambers without forced air supply, the supply of which requires additional power.

Целью изобретения является повышение аэрирующей и взвешивающей способности импеллеров в камерах обычной и повышенной глубины (до 2,0-2,5 м) без принудительной подачи воздуха при одновременном снижении их энергоемкости. The aim of the invention is to increase the aeration and weighing ability of impellers in chambers of normal and increased depth (up to 2.0-2.5 m) without forced air supply while reducing their energy consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в флотационной машине, включающей по меньшей мере одну камеру, в центре которой имеется вал с осевым импеллером на его нижнем конце, над которым установлен цилиндр с отверстиями в его верхней крышке и сбоку по его боковой поверхности, со статорными лопатками в его нижней части, осевой импеллер выполнен с лопастями, выпуклые рабочие поверхности которых в сечении представляют часть ветви кривой 2-го порядка (парабола, эллипс, окружность, гипербола) с наклоном касательной к рабочей поверхности лопасти в месте ее пересечения с верхней кромкой лопасти и под углом α = 55-70^o и касательной к рабочей поверхности лопасти в месте ее пересечения с нижней кромкой лопасти под углом β = 15-25^o относительно горизонтали, причем лопасти выполнены расширяющимися от периферии к оси вала в 1,2-1,5 раза, лопасти наклонены к дну камеры под углом θ = 20-30^o, концы лопастей - нижние кромки лопастей располагаются на расстоянии 0,5-1,0 диаметра от дна камеры, а зазор между обрезом цилиндра и верхними кромками лопастей и между концами лопастей и статорными лопатками составляет 10-25 им, статорные лопатки наклонены к дну камеры под углом к вертикали γ от 25 до 45 и углом ε к радиусу цилиндра от 40 до 55^o в сторону вращения импеллера, цилиндр с отверстиями имеет высоту 1/2-1/3 глубины камеры с живым сечением отверстий в нем 0,08-0,15% площади камеры, он может быть выполнен подвесным или опорным, в подвесную трубу или непосредственно в верхнюю часть цилиндра вставлен патрубок для подвода атмосферного воздуха.This goal is achieved in that in a flotation machine comprising at least one chamber, in the center of which there is a shaft with an axial impeller at its lower end, over which a cylinder is installed with holes in its upper cover and side along its lateral surface, with stator vanes in its lower part, the axial impeller is made with blades, the convex working surfaces of which in section represent part of a branch of a 2nd-order curve (parabola, ellipse, circle, hyperbola) with a slope tangent to the working surface of the blade in m naturally its intersection with the upper edge of the blade and at an angle α = 55-70 ^o and tangent to the working surface of the blade at the point of its intersection with the lower edge of the blade at an angle β = 15-25 ^o relative to the horizontal, and the blades are made expanding from the periphery to the axis of the shaft 1.2-1.5 times, the blades are inclined to the bottom of the chamber at an angle θ = 20-30 ^o , the ends of the blades - the lower edges of the blades are located at a distance of 0.5-1.0 diameters from the bottom of the chamber, and the gap between the cylinder edge and the upper edges of the blades and between the ends of the blades and the stator blades is 10- 25 them, the stator blades are inclined to the bottom of the chamber at an angle to the vertical γ from 25 to 45 and an angle ε to the radius of the cylinder from 40 to 55 ^o in the direction of rotation of the impeller, the cylinder with holes has a height of 1 / 2-1 / 3 of the depth of the chamber with live the cross-section of the holes in it is 0.08-0.15% of the chamber area, it can be made suspended or supporting, a pipe for supplying atmospheric air is inserted into the suspension pipe or directly to the upper part of the cylinder.

На фиг. 1 изображена флотационная машина, разрез; на фиг. 2 - осевой импеллер с параболической формой лопастей, вид спереди; на фиг. 3 - осевой импеллер, вид сверху; на фиг. 4 - лопасть импеллера, разрез; на фиг. 5 - статор, вид спереди; на фиг. 6 - статор, вид сверху. In FIG. 1 shows a flotation machine, section; in FIG. 2 - axial impeller with a parabolic shape of the blades, front view; in FIG. 3 - axial impeller, top view; in FIG. 4 - impeller blade, section; in FIG. 5 - stator, front view; in FIG. 6 - stator, top view.

Флотационная машина включает камеру 1 прямоугольного или квадратного сечения с пенным порогом 2, в центре которой установлен вал 3 с осевым импеллером 5 (фиг. 2,3) с двумя или большим количеством лопастей 6 на ступице 4, профиль которых представляет часть ветви кривой 2-го порядка (парабола, эллипс, окружность, гипербола) с наклоном касательной к рабочей поверхности в месте ее пересечения с верхней кромкой лопасти под углом α = (55-70^o) и касательной к рабочей поверхности в месте ее пересечения с нижней кромкой под углом (15-25^o)β относительно горизонтали (фиг. 4), причем лопасти 5 выполнены расширяющимися от периферии к ступице (фиг. 2,3) в 1,2-1,5 раза, лопасти наклонены к дну камеры под углом θ = (20-30^o) (фиг. 1,2), близким углу наклона линии, соединяющей начала осей лопастей на ступице, установленной на конце вала 3, с линией стыка днища и боковых стенок камеры; концы лопастей осевого импеллера 5 располагаются на расстоянии 0,5-1,0 от дна камеры. Над осевым импеллером 5 (фиг. 1) установлен циркуляционный цилиндр 7 с отверстиями 8 в его верхней крышке и сбоку, живое сечение отверстий 0,08-0,15% площади камеры 1, а высота цилиндра 7 составляет 1/2-1/3 глубины камеры. Он может быть выполнен подвесным (фиг. 1) или опорным с трубой 9 для подвода атмосферного воздуха. На нижнем конце цилиндра 7 установлен статор 10, выполненный из кольца 11 со статорными лопатками 12 (фиг. 5,6), наклоненными к дну камеры 1 под углом γ к вертикали 25-45^o и под углом ε 40-55^o к радиусу цилиндра 7.The flotation machine includes a rectangular or square chamber 1 with a foam threshold 2, in the center of which there is a shaft 3 with an axial impeller 5 (Fig. 2,3) with two or more blades 6 on the hub 4, the profile of which represents part of the branch of the curve 2- order (parabola, ellipse, circle, hyperbola) with the slope of the tangent to the working surface at the point of its intersection with the upper edge of the blade at an angle α = (55-70 ^o ) and tangent to the working surface at the point of its intersection with the lower edge at an angle ( 15-25 ^o ) β relative to the horizon ali (Fig. 4), and the blades 5 are made expanding from the periphery to the hub (Fig. 2,3) by 1.2-1.5 times, the blades are inclined to the bottom of the chamber at an angle θ = (20-30 ^o ) (Fig. . 1,2), close to the angle of inclination of the line connecting the beginning of the axes of the blades on the hub mounted on the end of the shaft 3, with the junction line of the bottom and side walls of the chamber; the ends of the blades of the axial impeller 5 are located at a distance of 0.5-1.0 from the bottom of the chamber. Above the axial impeller 5 (Fig. 1), a circulation cylinder 7 is installed with holes 8 in its upper cover and side, a live section of the holes is 0.08-0.15% of the area of the chamber 1, and the height of the cylinder 7 is 1 / 2-1 / 3 camera depth. It can be made suspended (Fig. 1) or supporting with a pipe 9 for supplying atmospheric air. At the lower end of the cylinder 7, a stator 10 is installed, made of a ring 11 with stator blades 12 (Fig. 5,6), inclined to the bottom of the chamber 1 at an angle γ to a vertical of 25-45 ^o and at an angle ε of 40-55 ^o to the radius of the cylinder 7.

Флотационная машина работает следующим образом. При вращении импеллера 5 внутри цилиндра 7 создается разрежение за счет откачивания жидкости, поступающей в заданном объеме через отверстия 8 под действием гидростатического давления столба жидкости в камере 1, одновременно с жидкостью через трубу 9 засасывается атмосферный воздух. Flotation machine operates as follows. When the impeller 5 rotates inside the cylinder 7, a vacuum is created due to pumping out the fluid that enters the given volume through the openings 8 under the action of hydrostatic pressure of the liquid column in the chamber 1, atmospheric air is sucked in through the pipe 9 at the same time.

Импеллер 5, имеющий лопасти с параболической формой рабочих поверхностей, расширяющиеся от периферии к ступице и наклоненные к дну камеры, создают при вращении осесимметричную воронку внутри цилиндра 7, в который жидкость поступает через отверстия 8 и воздух через трубу 9. Жидкость из воронки откачивается внешними концами лопастей, а атмосферный воздух из центра воронки захватывается внутренними расширяющимися их частями. В зоне импеллера 5 и на выходе из него пульпа перемешивается с воздухом и в виде радиально-осевых потоков выбрасывается в зону статора 10, где процесс перемешивания и диспергирования воздуха завершается. Аэрированные потоки направляются к днищу и боковым стенкам камеры 1, равномерно распределяясь по сечению камеры. Потоки в донной части камеры 1 преобразуются в восходящие. Вращательное движение пульпы внутри камеры 1 устраняется статорными лопатками 12. The impeller 5, having blades with a parabolic shape of the working surfaces, expanding from the periphery to the hub and inclined to the bottom of the chamber, creates an axisymmetric funnel inside the cylinder 7 during rotation, into which the liquid flows through the openings 8 and air through the pipe 9. The liquid is pumped out of the funnel by the external ends the blades, and atmospheric air from the center of the funnel is captured by their internal expanding parts. In the zone of the impeller 5 and at the exit from it, the pulp is mixed with air and discharged in the form of radial-axial flows into the zone of the stator 10, where the process of mixing and dispersing of air is completed. Aerated flows are directed to the bottom and side walls of the chamber 1, evenly distributed over the cross section of the chamber. The flows in the bottom of chamber 1 are converted into ascending ones. The rotational movement of the pulp inside the chamber 1 is eliminated by the stator blades 12.

При движении аэрированных потоков вверх минерализованные пузырьки из них всплывают на поверхность пульпы в камере 1, формируя пенный слой, удаляемый самотеком или принудительно через пенный порог 2. Деаэрированные потоки через отверстия 8 возвращаются через цилиндр 7 в зону импеллера 5. По мере поступления новых порций исходной пульпы происходит ее вытеснение из предшествующей камеры в последующую камеру, в которой процесс флотации повторяется. Разгрузка камерного продукта (хвостов) производится из последней камеры. When aerated streams move upward, mineralized bubbles from them float to the surface of the pulp in chamber 1, forming a foam layer that is removed by gravity or forcibly through the foam threshold 2. Deaerated flows through holes 8 return through cylinder 7 to the zone of impeller 5. As new portions of the initial the pulp is displaced from the previous chamber to the subsequent chamber, in which the flotation process is repeated. The unloading of the chamber product (tails) is made from the last chamber.

Сравнительными стендовыми и промышленными испытаниями эталонных флотационных машин по прототипу и по данному изобретению установлено преимущество флотационных машин по изобретению (см. таблицу). Comparative bench and industrial tests of standard flotation machines according to the prototype and according to this invention established the advantage of flotation machines according to the invention (see table).

Флотационная машина по изобретению с объемом камер 6,3 в сравнении с эталонной машиной ФКМ 6,3 в случае использования прямоприводного импеллера потребляет на 11,5 кВт меньше при равной аэрации пульпы. Флотационная машина по изобретению с объемом камер 6,3 в сравнении с флотационной машиной по прототипу при близкой потребляемой мощности повышает аэрированность пульпы в два раза. The flotation machine according to the invention with a chamber volume of 6.3 in comparison with the reference machine FKM 6.3 in the case of using a direct-drive impeller consumes 11.5 kW less with equal pulp aeration. The flotation machine according to the invention with a chamber volume of 6.3 in comparison with the flotation machine according to the prototype at close power consumption increases the pulp aeration twice.

Сравнение фирменного пневмомеханического блока финской фирмы Оутомек в камере флотационной машины ОК-16 с глубиной камеры 2400 мм с блоком по представленному изобретению показывает, что последний при меньшей потребляемой мощности (на 23%) обеспечивает аэрированность пульпы без принудительной подачи воздуха в два раза превышающую аэрированность пульпы, достигаемую в камерах ОК-16 финской фирмы Оутомек с принудительной подачей воздуха. A comparison of the branded pneumomechanical unit of the Finnish company Outomek in the chamber of the OK-16 flotation machine with a chamber depth of 2400 mm with the block according to the invention shows that the latter at a lower power consumption (23%) provides pulp aeration without forced air supply twice the pulp aeration achieved in OK-16 chambers of the Finnish company Outomek with forced air supply.

Источники информации
1. Мещеряков Н.Ф. Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины. М.: Недра, 1990, с. 140.Sources of information
1. Meshcheryakov N.F. Air conditioning and flotation apparatus and machines. M .: Nedra, 1990, p. 140.

2. Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х., Османов Р.Х., Отраднов А.М. Флотационная машина. Патент РФ 2053028 C1, кл. В 03 D 1/14, 31.01.92. 2. Meshcheryakov N.F., Sabirov R.Kh., Osmanov R.Kh., Otradnov A.M. Flotation machine. RF patent 2053028 C1, cl. B 03 D 1/14, 01/31/92.

Claims

1. A flotation machine comprising at least one chamber, in the center of which there is a shaft with an axial impeller, over which a cylinder is installed with holes in its upper cover and side with stator vanes in its lower part, characterized in that the axial impeller is made with blades, the convex working surfaces of which are in cross section part of the branch of a second-order curve, the blades being made expanding 1.2 to 1.5 times from the periphery to the shaft axis and tilted to the bottom of the chamber, and their ends are placed at a distance of 0, 5 - 1.0 diameter impeller from the bottom of the chamber.

2. The flotation machine according to claim 1, characterized in that the cylinder with holes has a height of 1/2 - 1/3 of the depth of the chamber with a live section of the holes in it of 0.08 - 0.15% of the area of the chamber, while the stator blades are inclined to the bottom of the chamber at an angle to the vertical γ = 25 - 45 ^o and at an angle ε = 40 - 55 ^o to the radius of the cylinder in the direction of rotation of the impeller, and the cylinder is equipped with a pipe for supplying air.