RU2798847C1

RU2798847C1 - Ejector-vortex aerator for flotation machine

Info

Publication number: RU2798847C1
Application number: RU2019129792A
Authority: RU
Inventors: Александр Валерианович Давыдов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Уралкалий"
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2023-06-28

Abstract

FIELD: technological processes; mining.

SUBSTANCE: present invention relates to processing of minerals, in particular, to purification of potassium pulps from insoluble residue (IR) using hydrocyclones and pneumatic floatation machines. Ejector-vortex aerator for flotation machine includes hydrocyclone, drain chute, pipeline for hydrocyclone drainage transportation to flotation machine, on the initial section of which there is a point for supply of floatation reagents (collectors and foaming agents), and nipples for supply of pulp-air mixture from the pipeline into flotation chambers. Difference between the levels of the hydrocyclone drain flute arrangement and the pulp mirror in the flotation cell and loss of pressure in the pipeline have such values, at which pulsed-air mixture under acceleration at the pipeline outlet is accelerated to speed of 7–20 m/s.

EFFECT: technical result is increase in selectivity of flotation process and extraction of specified mineral component.

1 cl, 1 tbl, 3 ex, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к очистке калийных пульп от нерастворимого остатка (НО) с применением гидроциклонов и пневматических флотационных машин.The invention relates to the field of mineral processing, in particular to the purification of potash pulp from insoluble residue (NO) using hydrocyclones and pneumatic flotation machines.

На калийных обогатительных фабриках на первой стадии механического извлечения НО используются либо одна, либо две стадии гидроциклонов, слив которых направляется на следующие стадии получения отвальных шламов, соответствующих следующим регламентным нормам, а именно: массовая доля НО в твердой фазе должна превышать 60%, а массовая доля KCl должна быть менее 10%. На сильвинитовых обогатительных фабриках распространена схема, в которой для извлечения НО из слива гидроциклонов используются пневматические флотационные машины (МПСГ) с трубчатыми резиновыми аэраторами / Ю.Б. Рубинштейн, В.И. Мелик-Гайказян, Н.В. Матвиенко, С.Б. Леонов, Пенная сепарация и колонная флотация - М: Недра, 1989 г., с. 82-83, 276-278/. Трубчатые аэраторы обеспечивают высокое насыщение объема флотационной камеры пузырьками воздуха оптимального размера.At potash concentrating plants, at the first stage of mechanical recovery of HO, either one or two stages of hydrocyclones are used, the discharge of which is directed to the next stages of obtaining dump sludge that meets the following regulatory standards, namely: the mass fraction of HO in the solid phase must exceed 60%, and the mass the proportion of KCl should be less than 10%. At sylvinite concentrating plants, a scheme is common in which pneumatic flotation machines (MPSG) with tubular rubber aerators are used to extract HO from the hydrocyclone drain / Yu.B. Rubinstein, V.I. Melik-Gaykazyan, N.V. Matvienko, S.B. Leonov, Froth separation and column flotation - M: Nedra, 1989, p. 82-83, 276-278/. Tubular aerators provide a high saturation of the volume of the flotation chamber with air bubbles of the optimal size.

Недостатками резиновых трубчатых аэраторов является быстрый износ резины, увеличение диаметра отверстий и повышение неравномерности аэрации в процессе работы. Вследствие нестабильной работы трубчатых резиновых аэраторов на сильвинитовых обогатительных фабриках имеет место регулярное нарушение регламентных норм, которое проявляется в том, что в твердой фазе пенного продукта МПСГ массовая доля НО в среднем менее 50%, а массовая доля KCl в среднем превышает 15%. Указанных недостатков лишены эжекторные аэраторы, в которых подача воздуха в поток пульпы и его диспергация осуществляются за счет энергии движущейся струи.The disadvantages of rubber tubular aerators are the rapid wear of rubber, an increase in the diameter of the holes and an increase in the unevenness of aeration during operation. Due to the unstable operation of tubular rubber aerators at sylvinite concentrating plants, there is a regular violation of regulatory standards, which manifests itself in the fact that in the solid phase of the MPSG foam product, the mass fraction of HO is on average less than 50%, and the mass fraction of KCl on average exceeds 15%. Ejector aerators are deprived of these shortcomings, in which air is supplied to the pulp flow and its dispersion is carried out due to the energy of the moving jet.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому эжекторно-вихревому аэратору для флотационной машины является установка для извлечения из сточных вод поверхностно активных веществ (ПАВ) /Авторское свидетельство СССР №789403, кл. C02F 1/38. В04С 5/107/, содержащая флотационную камеру и напорный гидроциклон, пески которого концентрируют механические примеси, а слив является подготовленной для флотации ПАВ водовоздушной смесью. В зоне воздушного столба гидроциклона давление ниже атмосферного, поэтому туда по воздушной трубке, установленной в зоне воздушного столба, из атмосферы эжектируется воздух. Смешение диспергированного эжекцией воздуха с восходящим потоком пульпы происходит в сливном патрубке гидроциклона и специальной сливной камере.The closest in technical essence to the proposed ejector-vortex aerator for a flotation machine is an installation for the extraction of surface-active substances (surfactants) from wastewater / USSR Author's certificate No. 789403, class. C02F 1/38. В04С 5/107/, containing a flotation chamber and a pressure hydrocyclone, the sands of which concentrate mechanical impurities, and the drain is a water-air mixture prepared for surfactant flotation. In the zone of the air column of the hydrocyclone, the pressure is lower than atmospheric pressure, therefore, air is ejected from the atmosphere through the air tube installed in the zone of the air column. Mixing of air dispersed by ejection with the ascending pulp flow occurs in the hydrocyclone drain pipe and in a special drain chamber.

Недостатком известной установки является ограниченная область применения, которая проявляется в отсутствии возможности использования ее для эффективной флотации из слива гидроциклонов тонких фракций минерального сырья. Указанный недостаток обусловлен в основном тем, что диаметр пузырьков воздуха в питании флотационной камеры установки для извлечения из сточных вод ПАВ существенно превышает оптимальные для минерализации пузырька тонкими фракциями минерального сырья пределы 20-500 мкм.The disadvantage of the known installation is the limited scope, which manifests itself in the inability to use it for efficient flotation of fine fractions of mineral raw materials from the discharge of hydrocyclones. This disadvantage is mainly due to the fact that the diameter of the air bubbles in the feed of the flotation chamber of the installation for the extraction of surfactants from wastewater significantly exceeds the optimal range of 20-500 microns for the mineralization of the bubble with fine fractions of mineral raw materials.

Размер пузырька существенно влияет на интенсивность всех флотационных субпроцессов. Гидравлический коэффициент захвата частицы минерала пузырьком воздуха, от которого зависит извлечение полезного компонента, и вероятность закрепления частицы на пузырьке, определяющая селективность процесса, сокращаются при увеличении среднего диаметра пузырька.The bubble size significantly affects the intensity of all flotation subprocesses. The hydraulic coefficient of capture of a mineral particle by an air bubble, on which the extraction of a useful component depends, and the probability of fixing a particle on a bubble, which determines the selectivity of the process, decrease with an increase in the average bubble diameter.

Целью изобретения является повышение селективности процесса флотации и увеличение извлечения заданного минерального компонента в пенный продукт флотационной машины, в питание которой поступает пульповоздушная смесь из эжекторно-вихревого аэратора, включающего гидроциклон, сливной желоб, трубопровод для транспортировки слива гидроциклона до флотационной машины и патрубки для подачи пульповоздушной смеси из трубопровода во флотационные камеры.The aim of the invention is to increase the selectivity of the flotation process and increase the extraction of a given mineral component into the froth product of a flotation machine, which is fed with a pulp-air mixture from an ejector-vortex aerator, including a hydrocyclone, a drain chute, a pipeline for transporting the hydrocyclone drain to the flotation machine and nozzles for supplying pulp-air mixtures from the pipeline to the flotation cells.

Указанная цель для флотационной машины, в питание которой поступает пульповоздушная смесь из эжекторно-вихревого аэратора, достигается тем, что пульповоздушная смесь слива гидроциклона кондиционируется с поверхностно-активными веществами (собирателями и пенообразователями, необходимыми для процесса флотации) и перед подачей во флотационную камеру под воздействием силы тяжести разгоняется в трубопроводе до скорости 7-20 м/с. Для дополнительной диспергации воздушных пузырьков на выходе из трубопровода внутри флотационной камеры целесообразно устанавливать сопло с отбойной плитой.The specified goal for the flotation machine, which is supplied with a pulp-air mixture from an ejector-vortex aerator, is achieved by the fact that the pulp-air mixture of the hydrocyclone drain is conditioned with surfactants (collectors and foam concentrates necessary for the flotation process) and before being fed into the flotation chamber under the influence of gravity accelerates in the pipeline to a speed of 7-20 m/s. For additional dispersion of air bubbles at the outlet of the pipeline inside the flotation chamber, it is advisable to install a nozzle with a baffle plate.

На фигуре 1 (фиг. 1) представлены напорный гидроциклон 1 со сливным желобом 2, из которого пульповоздушная смесь по трубопроводу 3 через пульподелитель 4 поступает по патрубку 5 в отдельные флотационные камеры 6, имеющие в своем составе, установленное на конце трубы 5 сопло и отбойную плиту, а также пенные желоба 7 для сбора концентрата и разгрузочное устройство для удаления камерного продукта 8. На начальном отрезке трубопровода 3 располагается точка подачи флотационных реагентов, которые необходимы также для получения пузырьков воздуха оптимального размера.The figure 1 (Fig. 1) shows a pressure hydrocyclone 1 with a drain chute 2, from which the pulp-air mixture through the pipeline 3 through the pulp divider 4 enters through the nozzle 5 into separate flotation chambers 6, which include a nozzle installed at the end of the pipe 5 and a baffle plate, as well as foam troughs 7 for collecting the concentrate and an unloading device for removing the chamber product 8. At the initial section of the pipeline 3 there is a point for supplying flotation reagents, which are also necessary to obtain air bubbles of the optimal size.

Элементы 1-3 в совокупности образуют эжекторно-вихревой аэратор. Пневматическая флотационная машина, в питание которой поступает пульповоздушная смесь из эжекторно-вихревого аэратора, работает следующим образом.Elements 1-3 together form an ejector-vortex aerator. Pneumatic flotation machine, powered by a pulp-air mixture from the ejector-vortex aerator, operates as follows.

Исходная пульпа под давлением подается в питание гидроциклона 1. За счет вращательного движения пульпы в зоне воздушного столба гидроциклона создается разрежение, поэтому туда из атмосферы через сливную трубу эжектируется воздух. С целью обеспечения условий для эжектирования воздуха в зону воздушного столба сливная труба гидроциклона должна работать неполным сечением.The initial slurry under pressure is supplied to the hydrocyclone 1 feed. Due to the rotational movement of the slurry, a rarefaction is created in the zone of the hydrocyclone air column, so air is ejected from the atmosphere through the drain pipe. In order to provide conditions for air ejection into the air column zone, the hydrocyclone drain pipe must operate with an incomplete cross section.

Пульповоздушная смесь из сливного желоба 2 поступает в трубопровод 3, в котором кондиционируется с флотационными реагентами и под воздействием силы тяжести разгоняется до скорости 7-20 м/с. С увеличением скорости струи в трубопроводе вблизи нее образуется развитый пограничный слой, движущийся вместе с ней. Условия для разгона пульповоздушной смеси до заданной скорости обеспечиваются за счет соответствующего перепада высот между уровнем расположения сливною желоба гидроциклона 2 и зеркалом пульпы во флотационной камере 6.Pulp-air mixture from the drain chute 2 enters the pipeline 3, where it is conditioned with flotation reagents and accelerates under the influence of gravity to a speed of 7-20 m/s. With an increase in the velocity of the jet in the pipeline, a developed boundary layer is formed near it, moving along with it. The conditions for the acceleration of the pulp-air mixture to a given speed are provided by the corresponding height difference between the level of the location of the hydrocyclone 2 drain chute and the pulp mirror in the flotation chamber 6.

При определении требуемого перепада между уровнями расположения сливного желоба 2 и флотационной камеры 6 следует на основе известных закономерностей учитывать потерю напора пульпы в трубопроводе 3, который существенно зависит от его диаметра, а также количества колен и сопел на нем. Каждое колено и каждое сопло на трубопроводе 3 с одной стороны приводят к определенной потере напора пульповоздушной смеси, но с другой стороны способствуют образованию вихрей и повышению диспергации пузырьков воздуха. Диспергация воздуха в сливной трубе гидроциклона 1, сливном желобе 2, трубопроводе 3, пульподелителе 4 и патрубке 5 происходит именно под воздействием вихревых потоков пульпы.When determining the required difference between the levels of the location of the drain chute 2 and the flotation chamber 6, one should take into account, based on known regularities, the loss of pulp pressure in the pipeline 3, which significantly depends on its diameter, as well as the number of elbows and nozzles on it. Each elbow and each nozzle on the pipeline 3, on the one hand, lead to a certain pressure loss of the pulp-air mixture, but on the other hand, contribute to the formation of vortices and increase the dispersion of air bubbles. Air dispersion in the hydrocyclone 1 drain pipe, drain chute 2, pipeline 3, pulp divider 4 and branch pipe 5 occurs precisely under the influence of vortex pulp flows.

Подача в трубопровод 3 поверхностно-активных веществ является необходимым условием для получения воздушных пузырьков оптимального для процесса флотации размера. Адсорбция ПАВ снижает поверхностное натяжение, что уменьшает вероятность коалесценции пузырьков. Добавление ПАВ в пульповоздушную смесь, как правило, снижает средний диаметр пузырька вследствие меньшего начального размера пузырьков и предотвращения коалесценции. Кроме того, вследствие подачи реагентов в трубопроводе 3 имеет место не только более эффективная диспергация пузырьков воздуха, но и их частичная минерализация.The supply of surfactants to the pipeline 3 is a prerequisite for obtaining air bubbles of the optimal size for the flotation process. Surfactant adsorption reduces surface tension, which reduces the likelihood of bubble coalescence. The addition of a surfactant to the air-pulp mixture generally reduces the average bubble diameter due to the smaller initial bubble size and the prevention of coalescence. In addition, due to the supply of reagents in pipeline 3, not only more effective dispersion of air bubbles takes place, but also their partial mineralization.

Установленные во флотационной камере на выходе из патрубка 5 сопло и отбойная плита также способствуют образованию вихрей и повышению диспергации пузырьков воздуха, поэтому, в случае их установки, они будут дополнительной частью эжекторно-вихревого аэратора 1-3. Для исключения бесполезной потери напора конструктивные параметры сопла, установленного на патрубке 5, и уровень расположения отбойной плиты определяются таким образом, чтобы скорость пульповоздушной смеси не увеличивалась при прохождении через сопло.Installed in the flotation chamber at the outlet of the nozzle 5, the nozzle and the impact plate also contribute to the formation of vortices and increase the dispersion of air bubbles, therefore, if installed, they will be an additional part of the ejector-vortex aerator 1-3. To avoid useless loss of pressure, the design parameters of the nozzle installed on the branch pipe 5 and the level of the impact plate are determined in such a way that the speed of the pulp-air mixture does not increase when passing through the nozzle.

Таким образом, необходимым и достаточным условием для увеличения извлечения заданного минерального компонента в пенный продукт флотационной машины, в питание которой подается слив гидроциклона, и для повышения селективности процесса флотации является оптимизация дисперсного состава воздушных пузырьков в эжекторно-вихревом аэраторе за счет, во-первых, кондиционирования пульповоздушной смеси слива гидроциклонов с флотационными реагентами и, во-вторых, разгона пульповоздушной смеси до скорости 7-20 м/с. Причем, чем больше скорость пульповоздушной смеси перед подачей во флотационную камеру, тем эффективность процесса флотации тонких фракций минерального компонента выше.Thus, a necessary and sufficient condition for increasing the extraction of a given mineral component into the froth product of a flotation machine, which is fed by a hydrocyclone drain, and for increasing the selectivity of the flotation process, is the optimization of the dispersed composition of air bubbles in the ejector-vortex aerator due, firstly, conditioning the pulp-air mixture, draining hydrocyclones with flotation reagents and, secondly, accelerating the pulp-air mixture to a speed of 7-20 m/s. Moreover, the higher the speed of the pulp-air mixture before being fed into the flotation chamber, the higher the efficiency of the process of flotation of fine fractions of the mineral component.

Пример 1.Example 1

На сильвинитовой обогатительной фабрике в одной из камер машины пенной сепарации глубокой (МПСГ) вместо резиновых трубчатых аэраторов был установлен эжекторно-вихревой аэратор 1-3, а также в качестве разгрузочного устройства был смонтирован эрлифт. На конце трубы 3 установили сопло и отбойную плиту. Результаты промышленной эксплуатации пневматической флотационной машины для извлечения НО из слива гидроциклонов, изображенной на фиг 1, при перепаде между уровнями расположения сливного желоба гидроциклона второй стадии механического обесшламливания 2 и зеркала флотационной камеры 6 (Н) равном 9 метрам, представлены в таблице 1. При этих условиях пульповоздушная смесь слива гидроциклонов перед подачей во флотационную камеру разгонялась до скорости более 7 м/с.At the sylvinite processing plant, in one of the chambers of the deep foam separation machine (MPSG), instead of rubber tubular aerators, an ejector-vortex aerator 1-3 was installed, and an airlift was installed as an unloading device. At the end of pipe 3, a nozzle and a striker plate were installed. The results of industrial operation of a pneumatic flotation machine for extracting HO from the drain of hydrocyclones, shown in Fig. 1, with a difference between the levels of the location of the hydrocyclone drain chute of the second stage of mechanical desliming 2 and the mirror of the flotation chamber 6 (H) equal to 9 meters, are presented in table 1. With these conditions, the pulp-air mixture of the hydrocyclone discharge was accelerated to a speed of more than 7 m/s before being fed into the flotation chamber.

В таблице 1 отражены достигнутые в процессе промышленной эксплуатации значения показателей извлечения в пенный продукт KCl и НО, а также селективности процесса. Показатель селективности процесса шламовой флотации рассчитывался как отношение разности между значениями извлечения в пенный продукт НО и KCl к значению извлечения в пенный продукт НО. Для сравнения в таблице 1 приведены показатели эффективности эталонного процесса шламовой флотации в МПСГ.Table 1 reflects the values of KCl and HO recovery into the foam product, as well as the selectivity of the process, achieved during commercial operation. The selectivity index of the slurry flotation process was calculated as the ratio of the difference between the froth recovery HO and KCl to the froth recovery HO. For comparison, Table 1 shows the performance of the reference sludge flotation process in MPSG.

Замена аэратора в камере МПСГ обеспечила высокую селективность процесса флотации НО из слива гидроциклонов 0,941 против 0,742 в эталонной МПСГ. Низкое значение извлечения НО в пенный продукт равное 13% объясняется тем, что большая часть воздушных пузырьков в питании флотационной камеры имела диаметр, превышающий оптимальные размеры 20-500 мкм.The replacement of the aerator in the MPSG chamber ensured high selectivity of the process of RO flotation from the hydrocyclone discharge 0.941 against 0.742 in the reference MPSG. The low extraction value of HO into the foam product equal to 13% is explained by the fact that most of the air bubbles in the feed of the flotation chamber had a diameter exceeding the optimal size of 20-500 microns.

Пример 2.Example 2

Результаты промышленной эксплуатации усовершенствованной двухкамерной МПСГ в схеме шламовой флотации, изображенной на фиг 1, представлены в таблице 1. В усовершенствованных камерах МПСГ выполнена реконструкция аналогичная той, которая описана в примере 1. В отличие от машины, описанной в примере 1, перепад между уровнями расположения сливного желоба гидроциклона первой стадии механического обесшламливания 2 и зеркала флотационной камеры МПСГ 6 равнялся 21 метру. Увеличенный на 12 метров перепад между циклоном и усовершенствованными камерами МПСГ обеспечил разгон пульповоздушной смеси слива гидроциклонов до скорости порядка 20 м/с, за счет которой извлечение НО в пенный продукт увеличилось по сравнению с примером 1 с 13% до 46,6% при высокой селективности процесса флотации (0,937).The results of industrial operation of the improved two-chamber MPSG in the sludge flotation scheme shown in Fig. 1 are presented in Table 1. In the improved MPSG chambers, a reconstruction similar to that described in example 1 was performed. the drain chute of the hydrocyclone of the first stage of mechanical desliming 2 and the mirror of the flotation chamber MPSG 6 was 21 meters. The difference between the cyclone and the improved MPSG chambers increased by 12 meters ensured the acceleration of the slurry-air mixture of hydrocyclone discharge to a speed of about 20 m/s, due to which the extraction of HO into the foam product increased compared to example 1 from 13% to 46.6% with high selectivity flotation process (0.937).

Увеличение извлечения тонких фракций НО в пенный продукт при условии высокой селективности процесса флотации достигнуто за счет насыщения пульпы во флотационной камере более мелкими воздушными пузырьками оптимального размера 20-500 мкм, минерализация которых велика.An increase in the recovery of fine HO fractions into a froth product, under the condition of high selectivity of the flotation process, was achieved by saturating the pulp in the flotation chamber with finer air bubbles of an optimal size of 20–500 µm, the mineralization of which is high.

Пример 3.Example 3

Результаты промышленной эксплуатации в операции шламовой флотации трехкамерной МПСГ, которая была усовершенствована согласно схемы, изображенной на фиг 2, представлены в таблице 1. В усовершенствованных камерах МПСГ выполнена реконструкция аналогичная той, которая описана в примере 1. При этом перепад между уровнем расположения сливного желоба гидроциклона первой стадии механического обесшламливания 2 и усовершенствованной флотационной камерой МПСГ 6 был равен 21 метру, а между уровнем расположения сливного желоба 9 гидроциклона 10 второй стадии механического обесшламливания и усовершенствованной флотационной камерой МПСГ 6 был равен 9 метрам.The results of industrial operation in the sludge flotation operation of a three-chamber MPSG, which was improved according to the scheme shown in Fig. 2, are presented in Table 1. In the improved MPSG chambers, a reconstruction similar to that described in example 1 was performed. the first stage of mechanical desliming 2 and the improved flotation cell MPSG 6 was equal to 21 meters, and between the level of the location of the drain chute 9 of the hydrocyclone 10 of the second stage of mechanical desliming and the improved flotation cell MPSG 6 was equal to 9 meters.

Совместная подача в пульподелитель 4 сливов двух гидроциклонов, расположенных на разных уровнях, создала благоприятные условия для коалесцентной флотации тонких фракций НО одновременно крупными и мелкими пузырьками. Крупные пузырьки, как известно, выполняют транспортные функции для высокоминерализованных мелких пузырьков. По сравнению с процессом шламовой флотации в машине, представленной в примере 2, за счет коалесцентной флотации селективность процесса флотации незначительно снизилась с 0,937 до 0,921, но при этом извлечение НО увеличилась с 46,6% до 50,9%.The joint supply of two hydrocyclones located at different levels to the pulp divider 4 created favorable conditions for coalescent flotation of fine fractions of HO with large and small bubbles at the same time. Large bubbles are known to carry out transport functions for highly mineralized small bubbles. Compared to the sludge flotation process in the machine shown in example 2, due to coalescence flotation, the selectivity of the flotation process decreased slightly from 0.937 to 0.921, but the recovery of HO increased from 46.6% to 50.9%.

Таким образом, промышленное применение эжекторно-вихревого аэратора 1-3 обеспечило повышение селективности и увеличение извлечения НО из слива гидроциклонов в процессе шламовой флотации по сравнению с использованием МПСГ с аэратором из резиновых трубок. При этом для дальнейшего увеличения извлечения НО существует возможность оснащения МПСГ аэраторами одновременно обоих типов.Thus, the industrial application of the ejector-vortex aerator 1-3 provided an increase in selectivity and an increase in the extraction of HO from the overflow of hydrocyclones in the process of slurry flotation compared to the use of MPSG with a rubber tube aerator. At the same time, to further increase the recovery of HO, it is possible to equip the MPSG with aerators of both types simultaneously.

Claims

An ejector-vortex aerator for a flotation machine, including a hydrocyclone, a drain chute, a pipeline for transporting the hydrocyclone drain to the flotation machine, on the initial section of which there is a point for supplying flotation reagents (collectors and foam concentrates), and nozzles for supplying the pulp-air mixture from the pipeline to the flotation chambers, characterized in that in order to increase the selectivity of the flotation process and extract a given mineral component, the difference between the levels of the location of the hydrocyclone drain chute and the pulp mirror in the flotation chamber and the pressure loss in the pipeline have such values at which the pulp-air mixture accelerates under the action of gravity at the outlet of the pipeline up to a speed of 7-20 m/s.