способ пенной сепарации и флотации

Формула изобретения

1. Способ пенной сепарации и флотации, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии маслообразных реагентов, приготовление пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде тонкодиспергированных пузырьков, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы, разделение в пенном слое и в объеме пульпы, получение и удаление пенного и камерного продуктов при одновременном их обезвоживании с получением твердой и жидкой фаз, отличающийся тем, что подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы осуществляют после механоактивации частиц полезного компонента в интенсивном истирающем режиме при одновременной термической их обработке высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, в которые предварительно введены маслообразные и поверхностно-активные вещества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кондиционирование исходного сырья с реагентами осуществляют с использованием тонкодиспергированных в аэрогидросмеси поверхностно-активных и маслообразных веществ одновременно с разделением исходного сырья на крупнозернистый, среднезернистый и мелкозернистый продукты, при этом кондиционирование крупнозернистого, среднезернистого и мелкозернистого продуктов осуществляют струйным перемешиванием пульпы с тонкодиспергированной аэрогидросмесью воды, воздуха, поверхностно-активных и маслообразных веществ, после чего среднезернистый продукт подают на флотационное разделение в объем пульпы снизу вверх в центральной его части в направлении действия архимедовых сил, а мелкозернистый продукт в рассредоточенном виде по периферийной части под углом к ним, жидкую фазу от обезвоживания камерного продукта подают с крупнозернистым, среднезернистым и мелкозернистым продуктами для их распульповки, а жидкую фазу от обезвоживания пенного продукта подают в качестве напорной воды для пневмогидравлического приготовления тонкодиспергированной аэрогидросмеси воды, воздуха, поверхностно-активных и маслообразных веществ с последующим введением полученной смеси в виде высокоскоростных струй в операции кондиционирования исходных продуктов с реагентами, причем на пенный слой подают крупнозернистый продукт, при кондиционировании которого избыток жидкой фазы пульпы и реагентной смеси переводят в мелкозернистый продукт.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс интенсивного истирания частиц пустой породы друг от друга осуществляют при объемном их сжатии принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала при одновременном воздействии на измельчаемый материал высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к флотационным методам обогащения, и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья.

Известен способ пенной сепарации, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами, предварительную подготовку пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде пузырьков равного размера, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и удаление продуктов разделения [1]

Недостатком известного способа является отсутствие в нем ряда последовательных операций, обеспечивающих повышение технологических показателей процесса. Способ не обеспечивает условий для качественной подготовки поверхности флотируемых частиц, а также дифференцированного подхода при обогащении фракций материала различной крупности. В нем отсутствуют операции для флотации частиц полезного компонента из объема аэрированной пульпы, условия для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью и условия для вторичной минерализации частиц в пенном слое.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ пенной сепарации и флотации, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии маслообразных реагентов, приготовление пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде тонкодиспергированных пузырьков, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы, разделение в пенном слое и в объеме пульпы, получение и удаление пенного и камерного продуктов при одновременном их обезвоживании с получением твердой и жидкой фаз [2]

Данный способ во многом устраняет недостатки способа [1] Однако и он не лишен недостатков, связанных с отсутствием ряда последовательных операций, обеспечивающих оптимальные условия для извлечения частиц полезного компонента различной крупности из объема аэрированной пульпы, а также для создания в аэрированной пульпе и в пенном слое оптимальных условий для формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью. В нем нет раздельных операций для оптимального перемешивания пульпы с тонкодиспергированными воздушными пузырьками в комплексе с поверхностно-активными и маслообразными веществами и для последующего флотационного разделения частиц различной крупности в отсутствии высокотурбулентных режимов. Способ [2] также, как и способ [1] не обеспечивает условий для качественной подготовки поверхности флотируемых частиц.

Целью изобретения является повышение технологических показателей процесса за счет улучшения условий для гидрофобизации частиц полезного компонента и формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пенной сепарации и флотации, включающем кондиционирование исходного сырья с реагентами в присутствии маслообразных реагентов, приготовление пенного слоя путем введения в пульпу пенообразователя и газа в виде тонкодиспергированных пузырьков, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы, разделение в пенном слое и в объеме пульпы, получение и удаление пенного и камерного продуктов при одновременном их обезвоживании с получением твердой и жидкой фаз, подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы осуществляют после механоактивации частиц полезного компонента в интенсивном истирающем режиме при одновременной термической их обработке высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, в которые предварительно введены маслообразные и поверхностно-активные вещества, кондиционирование исходного сырья с реагентами осуществляют с использованием тонкодиспергированных в аэрогидросмеси поверхностно-активных и маслообразных веществ одновременно с разделением исходного сырья на крупнозернистый, среднезернистый и мелкозернистый продукты, при этом кондиционирование крупнозернистого, среднезернистого и мелкозернистого продуктов осуществляют струйным перемешиванием пульпы с тонкодиспергированной аэрогидросмесью воды, воздуха, поверхностно-активных и маслообразных веществ, после чего среднезернистый продукт подают на флотационное разделение в объем пульпы снизу вверх в центральной его части в направлении действия архимедовых сил, а мелкозернистый продукт в рассредоточенном виде по периферийной части под углом к ним, жидкую фазу от обезвоживания камерного продукта подают с крупнозернистым, среднезернистым и мелкозернистым продуктами для их распульповки, а жидкую фазу от обезвоживания пенного продукта подают в качестве напорной воды для пневмогидравлического приготовления тонкодиспергированной аэрогидросмеси воды, воздуха, поверхностно-активных и маслообразных веществ с последующим введением полученной смеси в виде высокоскоростных струй в операции кондиционирования исходных продуктов с реагентами, на пенный слой подают крупнозернистый продукт, при кондиционировании которого избыток жидкой фазы пульпы и реагентной смеси переводят в мелкозернистый продукт, процесс интенсивного истирания частиц пустой породы друг с друга осуществляют при объемном их сжатии принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала при одновременном воздействии на измельчаемый материал высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом.

При создании изобретения авторы исходили из следующего.

Эффективность процесса пенной сепарации и флотации можно повысить, если обеспечить условия для эффективной подготовки поверхности флотируемых частиц. Что касается алмазосодержащего сырья, то такие условия можно обеспечить, если подачу кондиционированного сырья на пенный слой и в объем пульпы осуществить после механоактивации извлекаемых частиц в интенсивном истирающем режиме при одновременной термической их обработке высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, в которые предварительно введены маслообразные и поверхностно-активные вещества. В этом случае, наряду с очисткой поверхности алмазов, обеспечивается более качественная ее подготовка, необходимая для эффективного их извлечения флотационным способом, особенно для "упорных" алмазов. Без этого такие алмазы могут циркулировать в замкнутом цикле (измельчение-обогащение) сколь угодно долго до тех пор, пока не получат по тем или иным причинам каких-либо повреждений и не потеряются с хвостами в большинстве случаев в разрушенном виде.

Свежеобразованная поверхность частиц, включая и алмазы при их раскрытии из руд, обладает исключительно высокой химической и адсорбционной активностью. Поэтому весьма важно защитить такую поверхность от нежелательной адсорбции веществ и молекул, приводящих к снижению их природной флотационной активности. Это возможно сделать, если раскрытие алмазов производить в присутствии маслообразных и поверхностно-активных веществ. Маслообразные вещества адсорбируются преимущественно на гидрофобной поверхности и, адсорбируясь на ней, оказывают одновременное ингибирующее воздействие, не позволяя другим веществам, способным гидрофилизировать поверхность, адсорбироваться на этой поверхности. С другой стороны, гидрофилизированные участки поверхности частиц, подлежащих флотационному извлечению, могут быть гидрофобизированы поверхностно-активными веществами в момент их высокой адсорбционной активности при раскрытии этих частиц. Маслообразные вещества, такие как мазут, который широко используется при флотационном извлечении алмазов, требуют для своего эффективного технологического воздействия весьма тонкой диспергации. Такая диспергация обеспечивается в условиях применения острого пара или горячего (раскаленного) воздуха при раскрытии алмазов в интенсивном истирающем режиме. Механоактивация поверхности извлекаемых при флотации алмазов, инициируемая измельчением в данном режиме, дополняется устойчивой ее гидрофобизацией, что обеспечивает повышение технологических показателей процесса.

Для оптимизации любого разделительного процесса необходимо обеспечить условия максимально возможного снижения его турбулентности. Аэрогидродинамический режим флотационного процесса можно значительно улучшить, если отделить друг от друга зоны перемешивания пульпы при ее интенсивном насыщении воздушными пузырьками посредством пневмогидравлических аэраторов и зоны непосредственного флотационного разделения компонентов этой пульпы. При флотационном обогащении материала широкого диапазона крупности необходимо при этом обеспечить дифференцированный подход к фракциям питания различной крупности. Для высокопроизводительных процессов, где поток вводимого питания весьма велик, существенным для снижения турбулентности пульпы в таком процессе, а именно в разделительных его зонах, является максимальное рассредоточение вводимого питания, а также способ его введения во флотационный процесс в зависимости от крупности обогащаемого материала.

Что касается наиболее крупной и тяжелой части питания, то, как показывает опыт широкого промышленного применения процесса пенной сепарации и пневматической флотации, она должна подаваться во флотационный процесс по принципу пенной сепарации на поверхность пенного слоя при максимальном рассредоточении минеральных зерен между собой и с минимальным количеством жидкой фазы пульпы. При этом вектор скорости подаваемого питания должен быть направлен вдоль поверхности пенного слоя в сторону выгрузки пенного продукта. Это соответствует требованиям механизма процесса пенной сепарации.

Грубозернистый материал меньшей крупности должен подаваться во флотационный процесс по оси камеры аппарата, где этот процесс реализуется, снизу вверх в виде хорошо перемешанной и достаточно сильно аэрированной пульпы, с тем, чтобы вектор скорости этого аэрированного потока пульпы совпадал с вектором архимедовых сил. Это соответствует условиям флотации более крупных минеральных зерен полезного компонента из объема аэрированной пульпы.

Питание, содержащее мелкозернистую и шламистую фракции, целесообразно подавать в виде тщательно перемешанной и сильно аэрированной пульпы в наиболее рассредоточенном виде по периферии нижней части флотационной камеры. Для исключения механического выноса в пенный слой гидрофильных частиц мелких и шламистых фракций вектор скорости подачи во флотационный процесс питания данной крупности не должен совпадать с вектором архимедовых сил.

Для повышения качества флотационного концентрата и снижения его выхода целесообразно обеспечить во флотационном процессе условия эффективной вторичной минерализации частиц в пенном слое, а также условия внутрикамерных очистных и перечистных операций.

Всем этим требованиям удовлетворяет предлагаемый процесс пенной сепарации и флотации, реализованный в пневматических флотационных машинах колонного типа, с предварительной подготовкой обогащаемого материала в истирающих мельницах и в аппаратах для фракционирования и одновременного его кондиционирования с флотационными реагентами. Данный способ предусматривает раздельное получение оборотных вод от обезвоживания пенного и камерного продуктов. Но в отличие от прототипа жидкую фазу от обезвоживания пенного продукта в данном способе подают в качестве напорной воды для пневмогидравлического приготовления тонкодиспергированной аэрогидросмеси воды, воздуха, поверхностно-активных и маслообразных веществ с последующим введением полученной смеси в виде высокоскоростных струй в операции кондиционирования исходных продуктов с реагентами. В этом случае получается аэрогидросмесь тонкодиспергированных между собой воды, воздуха, поверхностно-активных и маслообразных веществ, высокоактивная во флотационном отношении, которая при контакте с частицами полезного компонента обеспечивает быструю коалесценцию закрепившихся на этих частицах воздушных пузырьков, обеспечивая тем самым повышенную несущую способность образованных флотокомплексов. Этому во многом способствует то, что распульповка обогащаемых продуктов производится жидкой фазой пульпы, полученной от обезвоживания камерного продукта, где концентрация этих веществ значительно ниже, чем в жидкой фазе, полученной от обезвоживания пенного продукта.

Возврат во флотационный процесс жидкой фазы пульпы, особенно от обезвоживания пенного продукта, обеспечивает одновременно и возврат в процесс основной массы маслообразных реагентов и ПАВ, так как они концентрируются преимущественно на разделе фаз. Коль скоро в пенный продукт воздушные пузырьки выносят не только полезный компонент обогащаемого материала, но и основную часть маслообразных реагентов и ПАВ, включая как пенообразователи, так и гетерополярные вещества, особенно те из них, которые обладают собирательными и пенообразующими свойствами одновременно, и, учитывая, что не все из них отработали полностью при флотации полезного компонента, то становится очевидным, что оборотные воды от обезвоживания пенного продукта следует рассматривать как дополнительный и весьма существенный источник реагентов, применяемых в конкретном флотационном процессе, технологическая утилизация которых ведет к повышению качественных показателей флотационного процесса, а заодно и к повышению экологической безопасности процесса.

Как показала многолетняя практика использования монокамерных пневматических флотационных машин в алмазодобывающей промышленности, необходимым и обязательным условием для успешной флотации полезного компонента в крупном зерне из объема аэрированной пульпы, а также удержания наиболее крупных частиц в пенном слое, является максимальное проявление коалесцентного механизма действия реагентов, при котором интенсивное слияние воздушных пузырьков между собой происходит только лишь на поверхности извлекаемых частиц при полном отсутствии или незначительном уровне коалесценции их во всей массе аэрированной пульпы и пенного слоя. Аэрация пульпы должна быть при этом наиболее тонкодисперсной, ибо только в этом случае возможно максимальное насыщение пульпы воздушными пузырьками при наибольшей плотности среды, в которой происходит всплытие флотокомплексов. При такой ситуации создаются благоприятные условия для флотации частиц полезного компонента широкого диапазона крупности, так как именно тонкодисперсные пузырьки воздуха, равномерно и в большом количестве рассеянные в пульпе, легко при определенных условиях выседают и закрепляются на гидрофобной поверхности частиц любой крупности. Интенсивное же слияние воздушных пузырьков в более крупные пузырьки на поверхности извлекаемых частиц обеспечивает (наряду с наибольшей плотностью среды) повышенную подъемную силу, необходимую для флотации крупных минеральных зерен полезного компонента из объема аэрированной пульпы и удержания наиболее крупных частиц в пенном слое, состоящем из мелкодисперсных пузырьков, и, в силу этого, имеющем более высокую в сравнении с крупнопузырчатой пеной плотность.

Предлагаемый способ пенной сепарации и флотации за счет улучшения условий для гидрофобизации частиц полезного компонента и значительного улучшения гидродинамики флотационного процесса еще в большей степени, чем прототип, реализует преимущества коалесцентного механизма действия реагентов в этом процессе.

Пример конкретного выполнения изобретения.

Способ пенной сепарации и флотации реализуется в пневматических флотационных машинах колонного типа, оснащенных пневмогидравлическими аэраторами и имеющими приспособления для раздельной подачи крупнозернистого, среднезернистого и мелкозернистого питания. Подготовку питания осуществляют в истирающей мельнице и в устройствах для подготовки пульпы к флотации и пенной сепарации, позволяющих фракционировать исходный материал и одновременно пофракционно обрабатывать флотационными реагентами.

Изобретение поясняется фиг. 1-9.

По одному из вариантов устройств для подготовки пульпы к флотации и пенной сепарации (фиг. 1) основная камера 1 гидравлического классификатора, использованного в качестве такого устройства, дополнена сообщающейся с ней через патрубок 2 для выгрузки песков перечисткой камерой 3 с расположенной в вертикальном направлении сливной трубой 4, имеющей выход на уровне переливного края основной камеры. При введении в полученную таким образом систему сообщающихся сосудов (через сливную трубу) аэрогидросмеси с тонкодиспергированным воздухом образуется интенсивный восходящий аэролифтный поток, позволяющий удалить мелкозернистые фракции из пескового продукта.

По другому варианту (фиг. 2) камера 1 гидравлического классификатора дополнена сообщающейся с ней через патрубок 2 для выгрузки песков расширяющейся перечистной камерой 3 со ступенчатым днищем 4. На каждой ступеньке днища вертикально установлены цилиндры 5, имеющие выпускные отверстия в конических днищах 6 и тангенциально расположенные в боковых стенках загрузочные патрубки 7 и 8, предназначенные, соответственно, для подачи перечищаемого продукта и воды из коллектора 9.

Внутри цилиндров 5 образуется вращающийся поток пульпы, в котором происходит разделение материала на легкую и тяжелую фракции. Тяжелая фракция, двигающаяся в периферийной части вращающегося потока, перемещается вдоль цилиндров к коническим днищам 6 и выгружается из аппарата в виде пеского продукта. Основной поток пульпы, содержащий мелкозернистые частицы, поднимается вверх к днищу расширяющейся перечистной камеры 3 и далее по ее днищу в направлении переливного порога. Увеличение диаметра цилиндров 5 в направлении движения потока пульпы по перечистной камере 3 позволяет получать промежуточные по крупности (среднезернистые) фракции исходного питания.

Данные аппараты эффективны в качестве устройств для подготовки пульпы к флотации и пенной сепарации. Флотационные реагенты вводят в аппараты в виде тонкодиспергированной аэрогидросмеси непосредственно через пневмогидравлические аэраторы (фиг. 1), или предварительно подготовленные с использованием пневмогидравлических аэраторов через водоподводящий коллектор 9 (фиг. 2). Высокотурбулентный режим движения пульпы внутри основной камеры аппарата обеспечивает эффективное перемешивание флотационных реагентов с пульпой. Реагенты, подаваемые в виде аэрогидросмеси в перечистную камеру аппаратов, предназначены для контактирования с грубозернистой частью пульпы (крупнозернистой и среднезернистой).

Аппарат, представленный на фиг. 1, используется с пневматическими флотационными машинами колонного типа, имеющими приспособления для деления питания, подаваемого в объем аэрированной пульпы, на среднезернистую и мелкозернистую фракции (патент РФ N 2011413, Бюл. 1994, N 8). Аппарат на фиг. 2 не требует этого, так как в нем получаются все необходимые фракции, которые подаются в пневматическую флотационную машину, представленную на фиг. 3 7 (фронтальный разрез, вид сверху и сбоку, узлы 1 и 2 на фиг. 3).

Колонная пневматическая флотационная машина состоит из флотационной камеры 1 с днищем 2. С целью снижения коалесценции воздушных пузырьков в объеме пульпы, камера выполнена в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней части. По периферии верхней части камеры закреплен пеносборный желоб 3 с патрубком 4 для вывода пенного продукта. В нижней части камеры, по ее оси, установлен трубообразный смеситель 5, выполненный в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда, с размещенным в нижней его части патрубком 6 для подвода грубозернистой пульпы. На уровне верхнего края флотационная камера имеет соосно расположенную дискообразную щелевидную просеивающую поверхность 7 с сечением щелей 8, увеличивающимся от оси камеры. Над ней соосно расположено приспособление 9 для подачи крупнозернистого питания на пенный слой, выполненное в виде пустотелого кольца 10 с тангенциально расположенными по диаметру кольца входными патрубками 11. Кольцо с внешней стороны в нижней части имеет щелевидный выход 12 из внутренней своей полости непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность. В нижней части флотационная камера имеет равномерно размещенные по ее периметру в шахматном порядке загрузочные окна 13, вокруг которых на боковых стенках камеры закреплено приспособление 14 для загрузки тонкозернистой пульпы, выполненное в виде кольцеобразной смесительной камеры 15 с распределительным коллектором 16 и патрубками 17 для приема пульпы. Смесительная камера снабжена в верхней своей части пневмогидравлическими аэраторами 18, равномерно размещенными по ее периметру в кольцеобразном блоке 19. В верхней части флотационной камеры по ее оси установлено аэрирующее приспособление 20, выполненное в виде полого конуса 21, состоящего из набора конических колец 22, установленных с зазором 23 между собой и частично входящих друг в друга. Диаметр конических колец уменьшается в направлении днища флотационной камеры. Со стороны широкой своей части полый конус имеет последовательно размещенные в две ступени по его оси пневмогидравлические аэраторы 24 и 25. В нижней части у днища флотационная камера имеет разгрузочное приспособление 26 с патрубком 27 для выгрузки камерного продукта, имеющим регулируемую задвижку 28. Над патрубком размещен направленный вверх в сторону пеносборного желоба пульпоотвод 29, имеющий у верхнего своего края пульпоприемник 30, снабженный внутри регулируемой заслонкой 31 и патрубком 32 для выгрузки тонкозернистых хвостов в виде пульпы.

В нижней части трубообразного смесителя на уровне патрубка для подвода грубозернистой пульпы закреплена приемная камера 33 с патрубками 34 для подвода аэрированной жидкости, к которым присоединены аэрационные камеры 35, выполненные в виде полых усеченных конусов 36, симметрично расположенных по отношению к патрубку 6 под одинаковым углом к вертикали. Со стороны верхних больших оснований полых усеченных конусов аэрационные камеры снабжены водоподводящими патрубками 37 и последовательно размещенными в две ступени пневмогидравлическими аэраторами 38 и 39, с выходными отверстиями, направленными в сторону днища приемной камеры через внутреннее сечение патрубков 34. При этом оси этих пневмогидравлических аэраторов при зеркальном отражении от днища приемной камеры направлены во внутреннюю полость трубообразного смесителя снизу вверх и пересекаются в точке, расположенной на его оси (фиг. 4). Внутренние полости аэрационных камер сопряжены с внутренней полостью трубообразного смесителя посредством радиально установленных трубок 40. Это необходимо для того, чтобы накапливающиеся в верхних частях аэрационных камер воздушные пузырьки могли беспрепятственно перейти в трубообразный смеситель. Для этого трубки имеют наклон в сторону аэрационных камер. Для снижения помех при оседании хвостовых частиц во флотационной камере и их выгрузке трубки уплощены в вертикальной плоскости. Для вывода из трубообразного смесителя и приемной камеры случайных инородных предметов в ее днище установлен патрубок 41.

Кольцеобразный блок 19 имеет кольцевые баллон 42 для сжатого воздуха и коллектор 43 для напорной воды, при этом пневмогидравлические 18 аэраторы размещены внутри этого коллектора (фиг. 6). Пневмогидравлические аэраторы имеют свой корпус 44, плотно (на сварке) вмонтированный в стенку кольцеобразного блока. В корпусе имеется входная 45 и выходная 46 втулки, выполненные из износостойкого материала, например, из силицированного графита или металлокерамики, имеющие осевые отверстия 47. Выходная втулка имеет в осевом отверстии уширение 48 с тангенциальными проходами 49. Втулки закреплены в корпусе резьбовыми крышками 50 через эластичную прокладку 51. В корпусе выполнена кольцевая канавка 52, сообщенная через отверстие 53 с внутренней полостью баллона и через тангенциальные проходы и уширение с осевым отверстием. Кольцевой баллон для сжатого воздуха снабжен воздухоподводящим патрубком 54, а кольцевой коллектор для напорной воды водоподводящим патрубком 55 и люками 58 с герметичными крышками 57, расположенными на верхней его стенке напротив каждого единичного пневмогидравлического аэратора, предназначенными для замены изнашивающихся частей аэраторов.

Загрузочные окна 13 в боковых стенках флотационной камеры выполнены в виде треугольников с вершиной, направленной вверх, при этом размеры треугольников монотонно уменьшаются от ряда к ряду в направлении снизу вверх. Такая форма и расположение окон обеспечивают, с одной стороны, беспрепятственный проход минеральных зерен и воздушных пузырьков с пульпой из кольцеобразной смесительной камеры во флотационную камеру и, с другой стороны, обеспечивают снижение турбулентности в зоне флотации, сохраняя ее в смесительной камере 15, где она необходима для тщательного перемешивания материала с воздушными пузырьками.

Конические кольца полого конуса аэрирующего приспособления 20 закреплены на диске 58 щелевидной просеивающей поверхности посредством радиально установленных ребер 59. На этом же диске закреплены пневмогидравлические аэраторы 24 и 25. Оси их совпадают с осью полого конуса, а выходные отверстия направлены в вершину этого конуса, где концентрично размещен параболический отражатель 60, выполненный из износостойкого материала, например из силицированного графита, металлокерамики или полиуретана. Отражатель помещен в съемный обтекатель 61, закрепленный за конусообразный фланец 62, приваренный к ребрам 59.

Пневмогидравлический аэратор 24 первой ступени (аналогично пневмогидравлический аэратор 38 аэрационных камер) имеет трубчатый корпус 63 (фиг. 3 и 7) с водоподводящим 64 и воздухоподводящим 65 штуцерами, к которым посредством резьбовых соединений присоединены водоподводящий 66 и воздухоподводящий 67 гибкие рукава. Аэратор имеет резьбовое соединение 68 для сочленения его через диск 58 с пневмогидравлическим аэратором 25 второй ступени, который также как и пневмогидравлический аэратор 39, представляет собой форсунку 69, выполненную из конусообразного набора коаксиально расположенных пустотелых колец 70 с щелевидными выходами 71, установленных с зазором 72 между собой и соединенных друг с другом радиальными ребрами 73. Форсунка помещена в цилиндрический кожух 74, имеющий по всему нижнему торцу фланец 75. Сверху кожух закрыт крышкой 76, к нижней поверхности которой приварены радиальные ребра 73. Крышка имеет осевое резьбовое отверстие 77, к которому через эластичную прокладку 78 прикручивается пневмогидравлический аэратор 24 первой ступени. Сквозь крышку внутрь цилиндрического кожуха подведены подоподводящий 79 и воздухоподводящий 80 патрубки, предназначенные для питания пневмогидравлического аэратора второй ступени напорной водой и сжатым воздухом. Воздухоподводящий патрубок посредством трубок 81 сообщен с внутренней полостью пустотелых колец. Крышка посредством болтов плотно прижата к диску. Цилиндрический кожух приварен к диску и к радиальным ребрам 59. Вокруг кожуха диск и крышка имеют отверстия 82 для вывода воздуха, скапливающегося в верхней части внутренней полости конуса. Нижнее пустотелое кольцо форсунки опирается на фланец 75.

Аэрирующее приспособление посредством радиальных ребер 83 опирается на стенки раструба флотационной камеры.

При работе машины флотационную камеру 1 заполняют водой с пенообразователем. Одновременно в пневмогидравлические аэраторы под давлением через водоподводящие и воздухоподводящие патрубки и гибкие рукава подают воду и воздух. Во флотационной камере образуется аэрогидросмесь с тонкодиспергированным воздухом, а на ее поверхности образуется пенный слой, который при достижении аэрогидросмесью уровня верхней кромки камеры переливается в пеносборный желоб 3.

Тонкую диспергацию воздуха в жидкости осуществляют следующим образом. При продавливании напорной воды из кольцевого коллектора 43 через осевые отверстия входной и выходной втулок пневмогидравлических аэраторов 18 в уширении осевого отверстия выходной втулки за счет высокоскоростной струи создается эжектирующий эффект, отсасывающий воздух из объема уширения. Одновременно в уширение через тангенциальные проходы, кольцевую канавку и отверстия 53 поступает сжатый воздух из баллона 42, который компенсирует его убыль при струйном эжектировании. В результате на выходе из пневмогидравлических аэраторов формируется высокоскоростная струя воды с тонкодиспергированным в ней воздухом. Тонкой его диспергации способствует тангенциальный ввод сжатого воздуха в уширение, создающий в нем высокоскоростной воздушный вихрь. При выходе из пневмогидравлического аэратора высокоскоростная струя аэрированной жидкости создает в кольцеобразной смесительной камере 15 наряду с аэрацией вводимой пульпы также эффект весьма интенсивного струйного ее перемешивания с тонкодиспергированными воздушными пузырьками.

Пневмогидравлические аэраторы 24 и 38 первой ступени аэрации в аэрирующем приспособлении и в аэрационных камерах работают аналогично пневмогидравлическим аэратором 18. Выходящая из осевого отверстия пневмогидравлических аэраторов 24 и 38 струя аэрированной жидкости с высокой скоростью входит в осевое отверстие пневмогидравлических аэраторов 25 и 39 второй ступени и создает сильную эжекцию во внутренней полости форсунки. Проходя первое по ходу своего движения пустотелое кольцо форсунки, эта высокоскоростная струя аэрогидросмеси эжектирует жидкость из внутренней полости кожуха 74 через зазор 72 и воздух из внутренней полости пустотелого кольца 70 через щелевой выход 71. К поверхности этой струи аэрогидросмеси за счет эжекции поочередно послойно прибавляются новые порции жидкости и воздуха из последующих зазоров и щелевых выходов. В результате этого многократного контакта жидкой и газообразной фаз образуется факел тонкодиспергированных между собой воды и воздуха, выходящий из отверстия крайнего наибольшего кольца 70 и обеспечивающий генерирование большого количества аэрогидросмеси во внутренней полости конуса 21 аэрирующего приспособления и аэрационных камер. При необходимости пневматическая флотационная машина может эксплуатироваться при работе аэрирующих приспособлений и аэрационных камер только с пневмогидравлическими аэраторами 24 и 38 первой ступени.

Высокоскоростная струя воды с тонкодиспергированным в ней воздухом, выходящая из осевого отверстия пневмогидравлического аэратора 24, и факел тонкодиспергированных между собой воды и воздуха ударяются в параболический отражатель 60 в износостойкую его часть и отражаются от него. Двигаясь в результате этого по внутренней поверхности полого конуса и выходя через зазоры между коническими кольцами, аэрогидросмесь поднимается, скользя по внешней поверхности конических колец и омывая их. Этот поток аэрогидросмеси объединяется с потоком аэрогидросмеси, генерируемым в аэрационных камерах пневмогидравлическими аэраторами 38 и 39 и выходящим через трубообразный смеситель. К общему потоку аэрогидросмеси присоединяется аэрированный поток жидкости, идущий через загрузочные окна из кольцеобразной смесительной камеры от пневмогидравлических аэраторов 18, формируя внутреннюю аэрогидродинамику потоков жидкости во флотационной камере.

После формирования во флотационной камере аэрогидродинамических потоков жидкости и создания ценного слоя на поверхности аэрированной жидкости в питающие патрубки подают флотационную пульпу, предварительно обработанную флотационными реагентами, причем в патрубки 11 приспособления для подачи крупнозернистого питания на пенный слой подают самую крупную и тяжелую фракцию питания, в патрубок 6 для подвода грубозернистой пульпы через трубообразный смеситель подают средние по крупности и плотности фракции питания, а в патрубки 17 приспособления для загрузки тонкозернистой пульпы подают самые мелкие и легкие фракции питания, включая и шламистые.

Из патрубка 6 для подвода грубозернистой пульпы грубозернистая часть питания поступает в виде пульпы в приемную камеру трубообразного смесителя. Туда же с обеих сторон от входящего потока грубозернистой пульпы вводится через патрубки 34 из аэрационных камер сильно аэрированная жидкость с генерируемым в ней посредством последовательно размещенных в две ступени пневмогидравлических аэраторов 38 и 39 тонкодисперсными воздушными пузырьками. При этом вводимые потоки сильно аэрированной жидкости ударяются с двух сторон в днище приемной камеры, отражаются от него и вместе с потоком грубозернистой пульпы входят в трубообразный смеситель в направлении снизу вверх. В приемной камере происходит интенсивное перемешивание грубозернистой пульпы с находящимися в аэрированной жидкости тонкодиспергированными воздушными пузырьками, с последующим вводом полученной аэрогидросмеси через трубообразный смеситель во флотационную камеру вдоль ее оси в направлении действия архимедовых сил. При этом не происходит забивания отверстий пневмогидравлических аэраторов 38 и 39 зернистой массой, так как они расположены вне зоны непосредственного перемешивания пульпы и аэрированной жидкости, находясь выше этой зоны в верхней части аэрационных камер, куда дополнительно вводится жидкость (жидкая фаза пульпы) через водоподводящий патрубок 37. Скапливающиеся в верхних частях аэрационных камер воздушные пузырьки выводятся в трубообразный смеситель через трубки 40. Флотация грубозернистых частиц полезного компонента происходит в потоке сильно аэрированной пульпы, движущемся в направлении архимедовых сил, что обеспечивает их высокое извлечение и повышает технологические показатели процесса.

Из патрубков 17 для приема пульпы тонкозернистая часть питания через распределительный коллектор поступает в виде пульпы в кольцеобразную смесительную камеру. Туда же в виде высокоскоростных струй поступает из сопел пневмогидравлических аэраторов 18 сильно аэрированная жидкость с тонкодиспергированными воздушными пузырьками. Посредством этих струй производится интенсивное перемешивание пульпы в смесительной камере с одновременным ее насыщением тонкодиспергированными воздушными пузырьками. После этого полученная аэрогидросмесь в рассредоточенном виде вводится в нижнюю периферийную часть флотационной камеры через загрузочные окна. Траектория введения этой части пульпы во флотационную камеру не совпадает с направлением архимедовых сил. Это исключает возможность механического выноса частиц пустой породы в пенный слой и повышает технологические показатели процесса флотации.

Из входных патрубков 11 крупнозернистая часть питания в виде пульпы тангенциально вводится в пустотелое кольцо 10 приспособления для подачи крупнозернистого питания. Под действием пары сил двух потоков пульпы, так как патрубки 11 расположены по диаметру кольца, пульпа приобретает вращательное движение внутри пустотелого кольца. После раскручивания под действием центробежных сил она по касательной выгружается из кольца через щелевидный выход 12 непосредственно на щелевидную просеивающую поверхность, где происходят рассредоточение частиц по площади и между собой и поступление на поверхность пены, проходящей между щелей 8 в направлении к пеносборному желобу. Таким образом крупные частицы питания в рассредоточенном виде поступают на поверхность пены сверху. Гидрофобные частицы пустой породы проходят сквозь пену в объем флотационной камеры, опускаются на наклонные стенки камеры, скользят по ним вниз и попадают в поток аэрированной пульпы, выходящей из кольцеобразной смесительной камеры через загрузочные кона. Оставшиеся в них частицы полезного компонента вместе с такими же частицами мелкозернистых фракций направляются при этом в центральную часть камеры в восходящий поток аэрированной пульпы, выходящей из трубообразного смесителя. Внутрикамерная циркуляция пульпы обеспечивает возможность повторного извлечения частиц полезного компонента, случайно выпавших из пенного слоя, не достигнув пеносборного желоба. Конфигурация флотационной камеры, выполненной в виде расширяющегося вверх конусообразного сосуда с раструбом в верхней своей части, играет при этом существенную роль. Частицы полезного компонента флотируются в потоке аэрированной пульпы и поступают в движущийся к пеносборному желобу пенный слой. Частицы пустой породы оседают на днище флотационной камеры и грубозернистая их часть через патрубок 27 выгружается из машины. Выгрузка управляется при этом посредством регулируемой задвижки. Мелкозернистая и шламистая часть пустой породы вместе с жидкой фазой пульпы поднимается по пульпоотводу, поступает в пульпоприемник и выгружается из него через патрубок для выгрузки тонкозернистых хвостов в виде пульпы. Выгрузка ее управляется при этом посредством регулируемой заслонки, с помощью которой обеспечивается также поддержание уровня пульпы во флотационной камере.

Подача оборотных вод, полученных от обезвоживания пенного продукта, совместно с маслообразными реагентами и ПАВ в пневмогидравлические аэраторы способствует более тонкому диспергированию и стабилизации воздушных пузырьков в момент их диспергирования. На выходе из пневмогидравлических аэраторов часть реагентов переходит с поверхности пузырьков в жидкую фазу пульпы, которая имеет более низкую концентрацию этих веществ за счет того, что во флотационный процесс при распульповке обогащаемых продуктов поступает вода от обезвоживания камерного продукта, обедненного поверхностно-активными веществами и не имеющая маслообразных реагентов. Это в свою очередь (за счет интенсификации коалесцентных явлений на поверхности извлекаемых частиц) обеспечивает формирование флотокомплексов с повышенной несущей способностью и в конечном итоге повышает технологические показатели флотационного процесса.

Истирающая мельница состоит (фиг. 8 и 9) из вертикально расположенной цилиндрической рабочей камеры 1, соосно размещенного внутри нее подвижного ротора 2, закрепленного на вертикальном валу 3 с нижним приводом, загрузочного 4 и разгрузочного 5 устройств, смонтированных на общей раме 6 и станине 7.

Рабочая камера 1 прочно скреплена с рамой 5. Внутри по периферийной части рабочей камеры 1 по всей ее высоте закреплены с равными интервалами по окружности футерованные ребра 8, сужающиеся к нижней своей части для лучшей выгрузки измельченного продукта. По периферии верхней части рабочей камеры 1 размещен кольцевой коллектор 9 для промывных вод с водоподводящим патрубком 10 и с расположенными равномерно между футеровочными ребрами 8 выходными отверстиями 11.

Ротор 2 выполнен в виде пустотелого прямого конуса 12 с футеровочными ребрами 13, расположенными по его образующей с равными интервалами по окружности. Нижний конец вертикального вала 3 и ротор 2 опираются на консоль 14. Пустотелый прямой конус 12 имеет в межреберных впадинах футеровки ротора 2 сквозные каналы 15, соединяющие его внутреннюю полость с зоной измельчения, расположенной непосредственно над и вокруг ротора 2 в рабочей камере 1. Оси сквозных каналов 15 наклонены к основанию пустотелого прямого конуса 12 для предотвращения их забивания частицами измельчаемого материала. Внутри пустотелого прямого конуса 12 по его оси расположены водоподводящий 16 и парогазоподводящий 17 патрубки.

Загрузочное устройство 4 выполнено в виде вертикально расположенного шнека 18 с загрузочной воронкой 19 в верхней своей части, являющихся одновременно непрерывно действующим прижимным приспособлением, обеспечивающим постоянное объемное сжатие частиц материала в зоне измельчения. Корпус шнека 18 и загрузочная воронка 19 прочно закреплены на цилиндрической рабочей камере 1 мельницы и на ее раме 6. Вал шнека 18 нижним своим концом посредством резьбового соединения 20 жестко связан с ротором 2 в вершине конуса 12, а верхним своим концом подвижно закреплен в подшипниковом узле 21, установленном посредством радиально расположенных ребер 22 по оси мельницы внутри загрузочной воронки 19.

Разгрузочное устройство 5 выполнено в виде горизонтально расположенной и закрепленной в основании пустотелого прямого конуса 12 приводной тарели 23, диаметр которой превышает диаметр цилиндрической рабочей камеры 1 мельницы. Нижний торец рабочей камеры 1 образует с верхней поверхностью тарели 23 кольцевой зазор 24 телескопически перекрываемый обечайкой 25 с зубчатым нижним торцем 26, расположенной с внешней стороны рабочей камеры 1 и кинематически связанной с силовыми гидроцилиндрами 27 для возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении. Силовые гидроцилиндры 27 шарнирно связаны с опорными элементами 28 и 29.

Над краем тарели 23 концентрично к ней установлено уплотнительное кольцо 30 с эластичной прокладкой 31, предотвращающие просыпание материала с тарели 23. Уплотнительное кольцо 30 и прокладка 31 имеют зазор 32, против которого закреплен касательно к цилиндрической рабочей камере 1 скребок 33, предназначенный для съема измельченного материала с поверхности тарели 23 при ее вращении. Под периферийной частью тарели 23 закреплены на раме 6 течка 34 для приема измельченного материала, расположенная напротив скребка 33, и кольцевой желоб 35 с наклонным днищем для сбора шламов, проходящих через контакт неподвижной эластичной прокладки 31 и подвижной тарели 23.

В нижней части мельницы расположены коническая пара 36 и горизонтальный вал с подшипниковой опорой 37, предназначенные для вращения вертикального вала 3 с ротором 2 и с закрепленной на пустотелом прямом конусе 12 приводной тарелью 23 и в вершине конуса 12 шнека 18. Корпуса подшипникового узла вертикального вала 3 и подшипниковой опоры 37 закреплены на консоли 14 станины 7.

Кольцевой желоб 35 в верхней своей части имеет патрубки 38 для подвода смывной воды.

Водоподводящий патрубок 16 и парогазоподводящий патрубок 17 концентрично проходит через вертикальный вал 3. Для этого вал 3 имеет осевой канал 39. Водоподводящий патрубок 16 жестко скреплен с валом 3 посредством гаек 40 и бурта 41, выполненного заодно с патрубком 16 в верхней его части, и поэтому является подвижным, вращающимся заодно с валом 3. Парогазоподводящий патрубок 17 установлен внутри водоподводящего патрубка 16 с кольцевым зазором 42 и является неподвижным. Нижний конец водоподводящего патрубка 16 через сальниковое уплотнение 43 закреплен с возможностью осевого вращения патрубка 16 в стакане 44. Стакан 44 неподвижно закреплен в основании консоли 14 посредством фланцевого соединения 45 и имеет внутри на уровне нижнего конца водоподводящего патрубка 16 концентрическую полость с водоподводящим штуцером 47. Парогазоподводящий патрубок 17 посредством резьбового соединения 48 и бурта 49, выполненного заодно с патрубком 17 в нижней его части, жестко и плотно закреплен в стакане 44 в осевом его отверстии 50. К нижнему концу парогазоподводящего патрубка 17 прикреплен штуцер 51 для подвода парогазовой смеси.

Большая шестерня конической пары 36 привода мельницы закреплена за вертикальный вал 3 посредством гаек 52. Вертикальный вал 3 установлен в подшипниках 53, размещенных в полости 54 консоли 14. Верхняя часть вертикального вала 3 выполнена заодно с ним в виде диска 55, на котором посредством штифтов 56 закреплен пустотелый прямой конус 12 ротора 2.

При работе истирающей мельницы рабочую камеру 1 через шнек 18 и загрузочную воронку 19 загрузочного устройства 4 заполняют материалом, подлежащим измельчению.

Ротор 2 с закрепленной в основании пустотелого прямого конуса 12 тарелью 23 приводят во вращение через вертикальный вал 3, закрепленный в подшипниках 53 консоли 14, коническую пару 36 и горизонтальный вал с подшипниковой опорой 37. Одновременно в пустотелый прямой конус 12 ротора 2 подают через кольцевой зазор 42 в водоподводящем патрубке 16, концентрическую полость 46 в стакане 44 и штуцер 47 воду, либо раствор ПАВ, а через парогазоподводящий патрубок 17 и штуцер 51 острый (перегретый) пар, либо горячий (раскаленный) воздух с предварительно введенными в них маслообразными и поверхностно-активными веществами, которые через сквозные каналы 15 в пустотелом прямом конусе 12 поступают между футеровочных ребер 13 непосредственно в зону измельчения, расположенную непосредственно над и вокруг ротора 2, причем в верхнюю ее часть поступает острый (перегретый) пар, либо горячий (раскаленный) воздух, а в нижнюю ее часть вода, либо раствор ПАВ. Утечку воды (раствора ПАВ) из стакана 44 предотвращают при этом сальниковым уплотнением 43, установленным на контакте вращающегося водоподводящего патрубка 16 и неподвижного стакана 44.

При вращении шнека 18 находящийся во внутренней полости рабочей камеры 1 материал подвергается объемному сжатию. При вращении ротора 2 происходит истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала при одновременном резком высокоградиентном температурном воздействии на частицы материала в момент их деформации и разрушения в условиях объемного сжатия материала. Частицы материала перед своим разрушением претерпевают интенсивные механические и высокотемпературные деформации, что интенсифицирует процесс их разрушения. При этом процесс ведется непрерывно. Контрастность высокотемпературного воздействия на измельчаемый материал усиливается поочередным воздействием на разрушаемые частицы материала сначала острым (перегретым) паром, либо горячим (раскаленным) воздухом, а затем непосредственным низкотемпературным воздействием холодной воды, либо раствора ПАВ. В последнем случае молекулы ПАВ оказывают расклинивающее действие (эффект П.А.Ребиндера) по микротрещинам, образующимся в деформируемых частицах материала, а также по контакту минеральных вкраплений, способствуя их лучшему раскрытию. Маслообразные вещества, в частности мазут, адсорбируются при этом на гидрофобной поверхности алмазом и, адсорбируясь на ней, оказывают одновременное ингибирующее воздействие, не позволяя другим веществам, способным гидрофилизировать поверхность, адсорбироваться на этой поверхности. Гидрофилизированные участки поверхности алмазов гидрофобизируются при этом поверхностно-активными веществами в момент их высокой адсорбционной активности при раскрытии.

Наклон осей каналов 15 к основанию пустотелого прямого конуса 12 препятствует их забиванию частицами измельчаемого материала при объемном его сжатии. Нахождение слоя воды в нижней части пустотелого прямого конуса 12 предохраняет диск 55 вертикального вала 3 и подшипники 53 от возможного перегрева, экранируя их от высокотемпературной среды (острого пара, горячего воздуха). Роль теплового экрана выполняет при этом также слой воды (раствора ПАВ), проходящий по кольцевому зазору 42 в водоподводящем патрубке 16.

Разгрузку измельченного материала из рабочей камеры 1 осуществляют при подаче воды в кольцевой перфорированный коллектор 9 через водоподводящий патрубок 10. Выходя через выходные отверстия 11, расположенные между футеровочных ребер 8, из кольцевого перфорированного коллектора 9 и двигаясь вниз по рабочей камере 1, она уносит измельченные частицы материала в нижние его слои. При вращении приводной тарели 23 измельченный материал в виде пульпы выходит из рабочей камеры 1 через щели зубчатого торца 26 обечайки 25 и затем снимается с ее поверхности скребком 33 в течку 34 для приема измельченного материала, установленным напротив зазора 32 в кольце 30 с эластичной прокладкой 31, служащие для предотвращения просыпания материала с тарели 23 при ее вращении. Шламы, прошедшие с тарели 23 под эластичную прокладку, попадают в кольцевой желоб 35 с наклонным днищем, откуда они смываются в течку 34 водой, подаваемой через патрубки 33 для подвода смывной воды. Разгрузка измельченного материала из рабочей камеры 1 мельницы регулируется путем поднятия или опускания обечайки 25 над поверхностью тарели 23 посредством силовых гидроцилиндров 27.

Недоизмельченный остаток вместе с алмазами с качественно очищенной и подготовленной поверхностью направляют на пенную сепарацию и флотацию, после чего пустую породу выводят в отвал.

Таким образом предложенный способ пенной сепарации и флотации по сравнению с прототипом позволит за счет улучшения условий для гидрофобизации частиц полезного компонента и формирования флотокомплексов с повышенной несущей способностью повысить технологические показатели процесса.