用于从进料浆料中分离出低密度颗粒的方法及装置 |
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| 申请号 | CN201180034985.4 | 申请日 | 2011-06-02 | 公开(公告)号 | CN103002987B | 公开(公告)日 | 2015-04-22 |
| 申请人 | 纽卡斯尔创新有限公司; | 发明人 | 凯文·帕特里克·高尔文; | ||||
| 摘要 | 在用于从进料浆料中分离低 密度 颗粒的方法及装置中，泡状混合物在下 导管 （14）内形成并流至腔室（1）中的中间区域（12）。在该中间区域下方由多个平行倾斜板（6）形成了一个倒置的回流分级器，用于低密度颗粒与更高密度颗粒的有效分离，这些低密度颗粒上升而在该腔室的顶部形成密集 泡沫 （16），并且更高密度颗粒下落至出口（29）。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于从包含低密度颗粒的进料浆料中分离出此类颗粒的方法，所述方法包含以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于从进料浆料中分离出低密度颗粒的方法及装置发明领域 背景技术[0003] 以往，已提出藉由将原料引入一组平行倾斜通道之上来从进料浆料中分离低密度颗粒，其中理想地，绝大部分浆料向下输送通过这些倾斜通道。然后，低密度颗粒脱离该流，朝向这些通道的面朝下的倾斜表面上升、作为倒置的沉淀物收集并接着沿着这些倾斜通道向上滑动。通过这种方式，低密度颗粒集中在该装置的上半部分并进而溢出。在发明名称为“斜板分级器的运行方法（Method of Operating an Inclined Plate Classifier）”的国际专利申请号PCT/AU2007/001817中，具体参见说明书的图5，描述了这种方法及装置。其中描述了低密度颗粒及浆料的一部分如何经由溢流槽溢出，同时在上部添加冲洗水并使其向下流动，用以移除可能的杂质。形成斜板分级器中的倾斜通道的这种平行板安排通常被称为“回流分级器”。 [0004] 本发明旨在藉由完全倒置该回流分级器并在装置的上端提供上部流化室来改进用于低密度颗粒分离的回流分级器的操作。 [0005] 发明概述 [0006] 因此，在一方面，本发明提供了一种用于从包含低密度颗粒的进料浆料中分离出此类颗粒的方法，所述方法包含以下步骤： [0007] 将该进料浆料引入一个腔室中，该腔室具有基本上封闭的上端并且在下端处具有多个倾斜表面； [0008] 使该浆料向下流动通过这些倾斜表面之间，这样使得这些低密度颗粒通过沿着这些倾斜表面的下表面向上滑动而脱离该流，同时浆料中的更高密度颗粒沿着这些倾斜表面的上表面向下滑动； [0009] 从该腔室的下端移出更高密度颗粒； [0010] 在该多个倾斜表面之上在该腔室内形成一个倒置的流化床； [0011] 允许这些低密度颗粒在该腔室的上端形成浓悬浮液；以及 [0012] 以受控的速率从该腔室的上端移出该低密度颗粒的浓悬浮液。 [0013] 优选地，该多个倾斜表面被安排为形成一组平行倾斜通道。 [0014] 优选地，在压力下将冲洗水引入该腔室的上端。 [0015] 优选地，通过该腔室的封闭上端来均匀地引入冲洗水。 [0016] 优选地，将该低密度颗粒的浓悬浮液引导至该腔室的上端处的一个出口点，通过一个上部阀的操作以受控的速率将其移出。 [0017] 优选地，通过一个下部阀或泵的操作以受控的速率从该腔室的下端移除更高密度颗粒。 [0018] 优选地，藉由测量腔室的上部分内的悬浮密度并操作这些阀和/或泵来保持低密度颗粒的深度位于腔室的上端中的预定范围内，以此控制该上部阀及下部阀或泵的操作。 [0019] 在本发明的一种形式中，在这些倾斜通道下方提供附加流化。 [0020] 另一方面，本发明提供一种用于从进料浆料中分离出低密度颗粒的装置，所述装置包含： [0021] 一个腔室，该腔室具有基本上封闭的上端并且在下端处具有多个倾斜表面； [0022] 进料装置，该进料装置被安排成用于供给浆料至该腔室中； [0023] 上部控制装置，该上部控制装置被安排成允许以受控的速率从该腔室的上端移除低密度颗粒的浓悬浮液；以及 [0024] 下部控制装置，该下部控制装置被安排成允许以受控的速率从倾斜表面之下的该腔室的下端移除更高密度颗粒。 [0025] 优选地，该腔室的基本上封闭的上端被成型为用于将低密度颗粒的浓悬浮朝该上部控制装置引导。 [0026] 更优选地，该腔室的上端被成型为一个圆锥体，该上部控制装置是以位于该圆锥体的顶点处的一个上部阀的形式设置的。 [0027] 优选地，该下部控制装置是以下部的阀或泵的形式设置的。 [0028] 优选地，藉由测量在该腔室的上部分内低密度颗粒的深度并开启或关闭该上部阀及下部阀和/或操作该泵来保持低密度颗粒的深度位于预定范围内，该控制装置是可操作的。 [0029] 优选地，该腔室的上端是穿孔的，并提供冲洗水进料装置以安排成在压力下通过这些穿孔将冲洗水引入该腔室内。 [0030] 优选地，该多个倾斜表面被安排为形成一组平行倾斜通道。 [0031] 优选地，通过平行倾斜板的一个阵列而形成这组平行倾斜通道。 [0032] 本发明的又一方面提供了一种用于从包含低密度颗粒的进料浆料中分离出此类颗粒的方法，所述方法包含以下步骤： [0033] 将进料浆料向下通过一个进料箱引入一个腔室内，其中该腔室在下端处具有多个倾斜表面； [0034] 允许该浆料向下流动通过这些倾斜通道，这样使得这些低密度颗粒通过沿着这些倾斜通道向上滑动而脱离该流，同时该浆料中的更高密度颗粒沿着这些通道向下滑动； [0035] 从该腔室的下端移出更高密度颗粒； [0036] 在这组平行倾斜通道之上在腔室内形成一个倒置的流化床；以及 [0037] 允许这些低密度颗粒以受控的速率向上移动通过位于该进料箱的多个外壁与该腔室的多个壁之间的一个或多个狭窄通道而到达一个溢流槽。 [0038] 优选地，该进料箱结合了多个紧密分隔的平行板，在这些紧密分隔的平行板之间提供进料浆料，每个板具有一个多孔的喷洒表面，通过该多孔的喷洒表面，低密度颗粒进入这些板之间的通道而形成泡状混合物或乳状液、从进料箱的下端流出。在一种优选形式中，该喷洒器从流体如气体产生或形成低密度颗粒以产生气泡。在另一种优选形式中，可以使用喷洒器类型的结构如薄膜来从低密度液体形成水滴。在又一种优选形式中，该喷洒器类型的结构可包含膏状固体，其被强制通过多孔材料。 [0040] 优选地，该进料箱的这些外表面与该腔室的上部外壳是充分紧密地分隔的，用以引起低密度颗粒的受限制的向上移动而溢出，从而导致低密度颗粒的快速夹带。 [0042] 尽管存在可能落入本发明范围内的任何其他形式，但现在将参考附图仅通过举例来描述本发明的一种优选形式，在附图中： [0043] 图1为根据本发明用于从进料浆料中分离低密度颗粒的装置的图解式剖面正视图； [0044] 图2为适用于图1所示的装置中的泡状流产生器的放大图； [0045] 图3为根据本发明用于从进料浆料中分离低密度颗粒的装置的替代形式的图解式剖面正视图； [0046] 图4为图3所示的泡状流产生器的放大图； [0047] 图5为图1所示的装置的平行倾斜通道之一的放大的图解式竖直剖面图，例示了该通道内的颗粒移动。 [0048] 图6为当被安排在离心装置中以增加低密度颗粒的分离速率时，根据本发明用于从进料浆料中分离低密度颗粒的装置的图解式剖面正视图，并且 [0049] 图7为图6的线AA上的图解式剖面平面图。 [0050] 本发明的详细说明 [0051] 将对本发明的优选形式进行描述，其中该方法及装置是用于泡沫浮选，如典型地用于煤及矿物质的细颗粒，并且用于浓缩煤的疏水性颗粒。 [0052] 这些疏水性颗粒选择性地附着于气泡的表面，而亲水性颗粒在这些气泡之间保持悬浮。因此，一旦疏水性颗粒附着于气泡上时，形成一种新的混合颗粒，其总密度远小于水的密度。然后，附着的疏水性颗粒具有在向上方向上的分离速率，相对于更高密度颗粒的悬浮液的向下表观流速，该向上方向上的分离速率非常高。 [0053] 在大多数浮选情况下，需要添加某些试剂以促进浮选。可添加一种捕收剂以促进疏水性煤粒的疏水性。具体地，添加一种表面活性剂（有时称为“起泡剂”）以稳定气泡，并且因此作为气泡形成的泡沫试图离开该大量液体。表面活性剂吸附在气泡的表面从而助于防止气泡聚并，并因此保护“低密度颗粒”。当气泡强行通过上部阀时这是尤其重要。 [0054] 传统的泡沫浮选是具有吸引力的，因为疏水性颗粒的分离速率是由气泡的上升速率决定并且，因此小于100微米的超细颗粒能以非常高的速率传输，无论其大小如何。泡沫浮选的第二个主要吸引力为“脱泥”，这是当剩余悬浮液流回通过泡沫时实现的。此外，在容器上部添加冲洗水至泡沫的自由面，可冲走亲水性颗粒的悬浮液，从而产生更洁净的泡沫产物。 [0055] 但是众所周知的是，添加冲洗水至泡沫产物是无效的且非均匀的，因此泡沫产物并非如可能优选的那样“洁净”。如果使用过度的水添加速率，将具有在泡沫中产生开孔的强烈倾向，导致所添加的水向下通过这个开孔，从而产生较小的益处。因此，水添加速率需要限制至相对低的水平并且需要均匀分布。 [0056] 参见图1，利用下述装置，根据本发明可实现更有效形式的泡沫浮选。该装置包含一个腔室1，该腔室1具有基本上封闭的上端2以及下端3，在该下端3中定位了一组平行倾斜通道4。这些平行倾斜通道通常是由腔室1的下端3的倾斜侧面5与平行这些倾斜壁5的一组平行倾斜板6形成，从而形成这些平行倾斜通道4。 [0057] 以这种方式，一个倒置的“回流分级器”形成于该腔室中、并且是根据图5所示的机制运行的，其中低密度颗粒7脱离总流11，朝向这些板6A的面朝下的倾斜表面上升、作为倒置的沉淀物被收集、并然后如9所示沿着这些倾斜通道向上滑动。 [0058] 如10代表性所示的更高密度颗粒朝向这些板6B的面朝上的倾斜表面进行向下沉淀移动的下落8、并沿着倾斜通道向下滑动。 [0059] 将进料浆料在如12所示的中点处或附近引入腔室中，并且泡沫浮选领域的技术人员将了解的是，可以按各种方式将供料传送至该装置。一种这样的方式为使用竖直的下导管14，参见图2将对于该竖直的下导管进行更详细地描述。 [0060] 该下导管包含大体上竖直的管道15，该管道15具有内管22，该内管可通过凸缘23而安装在腔室的上端中。如箭头24所示，气体如空气被引入该管的上端、然后向下通过该管而到达位于管到15的下部区段处的一个喷洒区段25。 [0061] 如箭头27所示，可通过侧向入口26引入颗粒悬浮液，该颗粒悬浮液通过管道15而接触从该喷洒区段25冒出的气泡。因为在喷洒区段25与管道15的壁之间存在相对狭窄的环状部26，将高剪切速率被引入环状部26中的流中，从而产生如28所示从下导管的下端冒出的充分混合的泡状流。 [0062] 腔室1的上端被成型为用于将低密度颗粒的浓悬浮液16朝一个上出口13引导。这通常是通过将腔室的上端成型为一个圆锥体17而实现的，其中上出口13位于圆锥体的顶点处，如图1所示。 [0063] 该圆锥体优选是穿孔的，这样冲洗水可以在压力下在18这里被引入腔室的上端、并以均匀方式强制通过圆锥体17中的穿孔而进入低密度颗粒的浓悬浮液16中。当以这种方式封闭泡沫的顶部时（这是当使用流化区时发生的），该泡沫被完全限制、从而缺少从所添加的水中流走的自由度。该泡沫被迫与冲洗水接合并且将该冲洗水更为均匀地分布。此外，由于该泡沫仅能经由小截面的中央溢流管19离开系统，因此泡沫被迫朝向出口13加速，而与向下的冲洗水添加无关。 [0064] 在本发明中，上升的泡沫被迫通过在装置顶部中的一个狭窄开孔离开。当泡沫被强制通过一个收窄部时，其倾向于加速并且还进行稳定化。利用更小尺寸的气泡，从更小开孔出来的泡沫有时看起来的更精炼的。假定泡沫的传输速率增加，自气泡界面遗失的任何颗粒易于通过从下向上升起的气泡来回收，因此，疏水性颗粒不应趋于从泡沫产品中遗失。 [0065] 此外，在本发明中，有机会使多更多的冲洗水通过该容器的顶部向下。这具有防止泡沫形成的效果。实际上，将倾向于形成气泡的流化床，具有大量的在上升气泡之间自由地向下移动的洁净水。因此，则可完全冲走亲水性颗粒。这在涉及煤的泡沫浮选中的大量细粘土的应用上是尤其重要的。这些粘土的分离在工业上是一个巨大的挑战，尤其是具有高粘土含量的矿层。如果不去除这些粘土，将不可能产生满足煤市场要求的洁净产品。 [0066] 可以说倒置流化床是实现泡沫浮选中高的泥去除目标的唯一方法。虽然在过去，倒置流化床可能已用于流化密度比流体小的颗粒，但未用于泡沫浮选领域、并且也未用于改进浮选过程中的泥去除。 [0067] 在本装置中，通过去除在泡沫浮选装置中常见的“自由表面”，而实现倒置流化床。在泡沫中不形成通道或孔的情况下，此类型的自由表面很难有效接合冲洗水。 [0068] 在腔室1的基底处，还可提供一个附加流化室20。该基底附近的流化提供了一种用于协助否则将沉淀在容器基底上的颗粒更容易地通过出口而排出。 [0069] 进一步注意的是，绝大部分的体积流量通常趋于从容器底部排出。因此，该系统可以在稀释条件下有效地运行，并因此将存在沿所有倾斜通道向下流动的良好分布。还可使用更高的系统浓度。 [0070] 进一步注意的是，该装置可以在高于传统泡沫浮选装置中所使用的进料及气体速率下有效运行、并可以按更高的冲洗水速率运行。该系统的下部分中的倾斜通道的强大作用使得这些更高的速率成为可能。这些通道提供了有效容器面积的增加，从而允许否则将被向下夹带的气泡下溢或朝上溢口向上升起。 [0071] 在另一个变形中，有可能使得倾斜通道之间的空隙在倾斜通道的出口处更窄。这将具有增加这些倾斜通道上的压降并因此迫使更均匀的流通过每个倾斜通道的效果。这种空隙的减小最好是由楔形体形成，从而不存在沉淀物的突然堵塞。这种缩窄仅存在这些倾斜通道的底部中。 [0072] 图3所示的替代性安排被设计用于高的容积进料速率以及低的固体浓度或者低的进料级。在这种安排中，将进料浆料通过进料箱30供至腔室1中，下面将参见图4对其进行更为详细地描述。泡状流如前所述从进料箱30的下端31流至腔室1中，并且带有附着的疏水性颗粒的上升气泡沿着进料箱的两侧32上升，直至在33处溢出腔室的上端而进入溢流槽34中，用于如35所示进行排出。 [0073] 现在参见图4，可以看出，引入的进料浆料36向下流动通过多个紧密分隔的平行板37的一个体系，这些平行板是竖直对齐的，如图4所示，但是如果需要的话可以被倾斜。板37是中空的且被多孔材料包围。在38之处图解示出的气体供应以受控的方式被供至该板，使得在0.3mm直径等级的微小气泡将从每个板的多孔部分中出来并且与疏水性颗粒相互作用。附着于气泡上的疏水性颗粒被夹带通过这些竖直通道39向下、然后被夹带通过位于进料箱30与外容器壁41之间的狭窄通道40上升。接着，气泡及附着的颗粒进入产品溢流槽34中，如图3所示。 [0074] 应了解的是，图3和图4的实施方案同等地适用于低密度颗粒为乳状液中的油滴而非泡状混合物中的气泡的情况。 [0075] 图4所示的进料箱的优势在于：在每个通道39内形成精确的层流场，如层流轮廓-1 -142所示。该层流场具有高的剪切速率，是在10s 至1000s 的范围内。这个高剪切速率是通过轮廓42所示的层流实现的，这使得能够在进料箱30的出口处实现气泡混合物的高流速。 [0076] 其目的是回收所有疏水性颗粒，并且在这种情况下，可预见最终产物中一些被夹带的亲水性颗粒。在这种安排中，形成泡沫并非是必须的。好处是不必维持或控制泡沫，因为泡沫的稳定性是高度可变的。 [0077] 在本发明的另一改进中，藉由使图1或图3所示类型的倒置的回流分级器经受离心力（centrifical forces），可提高低密度颗粒（油滴、中空颗粒、气泡等）的分离速率。该安排如图6和图7所示。 [0078] 多个在图1或图3中以1所示类型的腔室可以按总体上平坦的但倾斜的方式进行安排，如以43所示的由臂43A支撑，这些臂自中心毂44径向地向外延伸。可选择任何合适数量的箱43，但是在图7清楚可见的安排中有8个箱，这些箱是类似于车轮的轮辐而排列的并且从八角形毂44向外延伸。 [0079] 通过中央中空轴45供应进料浆料，如箭头46所示，进料浆料从这里向外通过多个径向管51供应至这些箱43内的入口点48。 [0080] 流化冲洗水同样可以如箭头50所示通过环状部49而供入、并且因此通过多个管道47进入每个箱43的头部处的区域内、并因此向外通过这些穿孔的圆锥体17，这些穿孔的圆锥体是以之前参见图1所描述的相似方式安排的。 [0081] 每个倾斜箱43配备有多个倾斜通道52，这些倾斜通道52起到与图1所示的通道4类似的作用。 [0082] 实际上，该装置围绕轴承53以适当的速率旋转，用以在受到离心力的这些箱43内提供增强的引力场。低密度颗粒来到箱43的内端54，在这里它们可以通过阀55排出、并如箭头56所示向下溢出，以便收集在周围腔室57的底部，在该底部中它们如箭头59所示通过出口58作为溢出物排出。 [0083] 包含亲水性颗粒的、密度大于该流体的底流来到这些倾斜箱43的外端60，在这里该底流如61所示排出并且通过底流斜槽62收集。 [0084] 如50所示进入的流化水被用于帮助清洗所谓“泥”的低密度产品。 [0085] 箱43内的平行板通常是以与毂44成70°角并且因此与离心力方向成20°角而对齐的、并被用于将低密度颗粒保留在装置的内部区段中，从而允许液体及其他污染物如泥经由装置的外部区段排至底流中。 [0086] 通过这些措施，本发明提供了一种用于回收并集中低密度颗粒的新技术，其中颗粒密度是小于流体如水的密度。其安排如图1所示。事实上，将回流分级器完全倒置，从而在装置的顶部提供了连接至一个竖直区段的一个上部流化室21，然后是一个由多个平行倾斜通道组成的区段。就在这个基底处，另外的选择是还包括一个流化区段，用以帮助从基底排出浆料并防止可能也存在于进料中的更高密度颗粒的累积。 [0087] 因此，在此提出的是倒置流化床的概念，以用于分离颗粒，尤其是将轻于流体的颗粒与重于流体的颗粒分离。这种倒置安排允许在压力下添加冲洗水，从而允许更大表观流速的冲洗水被迫回落至低密度颗粒区域，这些低密度颗粒集中在装置的上部竖直区段中。然后，低密度颗粒的浓悬浮液被迫在顶部向内移动并且进而通过中心出口点流出。参照在该上部竖直区段内测量的悬浮液密度，该出口点处的阀13控制排出速率。 |
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