浮选槽可以是单独、串联或者并联的混合容器。它们要么呈长方 形，要么呈圆柱形，处于水平或者直立状态。气体通过中空的混合轴 被送往一个位于底部上的通常较小旋转转子。转子随着其进行旋转产 生出一个强大吸力，将所述气体吸入转子空间内。在这里，浆料与经 由所述轴排出和散布开的气泡发生混合。通常环绕所述转子安装有一 个由竖板形成的定子围挡，用于促进气体散布和削弱所述浆料的旋转。 已经粘附到气泡上的矿物颗粒从所述定子上升至泡沫层的表面，并且 从这里流出所述浮选槽，流入泡沫通道之内。
当今，使用直立式浮选槽的需求越来越大，这种浮选槽仍旧呈圆 柱形并且通常带有平整底部。与浮选槽伴生的一个问题是铺砂现象， 即固体物质会以静止层形式堆积在浮选槽的底部。这通常是因为转子 太小或者效率过低，在这种情况下，转子的混合区域无法延伸至足够 远。另外一个常见难题是已经附着在气泡上的矿物颗粒无法被从浮选 槽中去除，因为在浮选槽中形成的物流，尤其是在其表面和上部处形 成的物流，有错误方向或者太弱，即它们无法使得泡沫化的气泡移出 浮选槽之外。
在根据美国专利US 4078026的现有技术中公开了一种浮选机构， 其中待散布气体经由一根中空轴输送至在所述轴内旋转的转子内侧。 所述转子被以这样一种方式设计而成，即在静态压力与动态压力之间 保持平衡，也就是说，所述转子的竖直部分是一个向下变窄的弧形锥 体。所述转子具有用于浆料和气体的独立浆料管道。
在欧洲专利EP 844911中描述的Svedala机构由一个固定在一根 竖轴上的混合器构成，用于对气体和浆料进行混合。在这种混合器中， 存在由若干个环绕所述轴径向分布的竖板，并且在这些竖板之间存在 有一个环绕所述轴的水平挡板，其宽度大约为各块竖板的宽度的一半。 气体从所述挡板的下方进入。位于所述挡板上方的那部分混合器首先 导致向下流动，接着在挡板处变为向外流动，并且相应地位于所述挡 板下方的那部分首先导致向上流动，接着向外流动，如该专利的图3 中示出的那样。混合器叶片上部的外缘是平直的，但是在下部它们以 内凹形式向内变窄。环绕所述混合器存在有一个定子。
美国专利US 5240327描述了一种尤其用于在调节槽中混合不同 相的方法。除了该方法之外，该专利还描述了在反应器中形成的区域 以及如何实现受控的流动动力区域分布。该专利描述了一种圆柱形平 底直立反应器，其中设置有一个竖直挡板，以便减小浆料的湍流现象。 此外，所述反应器还具有一个环状水平挡板(回流导引件)，以便对竖 直流动进行导引并且将反应空间分为两个腔室。该专利还描述了一种 专用混合器，利用该专用混合器来获得预期的流动动力。因此，由于 所述水平导引件与混合器的组合作用，这种配置方案能够在所述水平 导引件的下部形成一个双层环面，并且在该双层环面中，被送入所述 下部的浆料首先在下部环面中进行打漩，接着逐步进入上部环面。从 这里，混合优良的散布体(dispersion)上升至所述导引件上方的平静 和受控流动区域，并且随后经由溢流孔流出。在本专利中描述的双区 域模式适合于进行正常的化学反应，尤其适合于对矿石浓缩物进行浮 选和调节。
在美国专利US 5219467中公开了一种矿石浆料调节-浮选槽，其 在某种程度上是对前述专利中的方法和设备的进一步改进。该设备包 括一个结肠状反应器，其中在三个独立区域进行浓缩。该反应器装配 有竖直流动导引件，一个水平的流动衰减器以及一个混合器。气体通 过中空的支撑臂被送往混合器中的散布叶片后方。浮选反应在底部区 域中产生，从这里，气泡以及由它们携带的矿物颗粒被送往设备的表 面。该设备被设计成能够在不损害上部区域中泡沫分离的条件下在底 部区域进行强有力的搅拌作用。
发明概述
目前，已经研发出一种新颖并且经过改进的浮选机构，其在混合 器的整个覆盖区域中获得了极其强大的搅拌作用(很高的功率数 (power number))。功率值Np通常被称作涉及混合器的无量纲值， 并且在有些时候也涉及浮选槽结构。与功率值Np同样，待混合浆料 的密度ρ、旋转速度n以及混合器直径d均会影响混合器的输出功率 (the power offtake)P(P＝Np·ρ·n3·d5)。混合器的功率值越大， 所获得的湍流程度越高，并且当然浮选所需的能量密度也就越大。所 述机构，即混合器，利用其竖直叶片的作用将浮选气体散布成非常细 小的气泡，这一点也可以利用其功率值进行预测。
所述浮选机构由一个方向元件、一些竖直叶片以及一个气体散布 元件组成。方向元件对称并固定在机构的中空轴的下部上。气体散布 元件被置于所述方向元件的下方，用于对经由浮选机构轴送入的气体 进行散布，并且在气体被混合入浆料悬浮液之前引导气体径向流动。 由于所述方向元件在其外缘处呈圆柱形弯曲，所述混合器会沿着一个 向下倾斜方向将气-浆悬浮物引导至浮选槽下部的内壁。所述竖直叶 片横向延伸至方向元件之外，以及其上方和下方。所述混合器从上方 和下方吸入所述浆料，并且高效地将其混合入所形成的气泡内。根据 本发明的浮选机构满足了所有为现有机构设定的条件。此外，在高效 的同时，所述混合器的构造均衡、坚固，尤其是非常简单。
非常适合与本发明中的机构一同使用的浮选槽根据其形状可以被 称作“花瓶状浮选槽”(vase cell)(DTR)。该浮选槽一般由一个圆柱 形下部、一个向上变宽的锥形中部以及一个圆柱形上部组成。由混合 器产生的大部分能量被用于浮选槽的下部，即混合部分中，用于进行 化学反应和保持对固体颗粒的底部清理。剩余的能量在气泡的协作下 被用于将附着在气泡上的矿物颗粒从浮选槽的中部向上引导至泡沫表 面。当然，这种向上流动往往会由于气泡的聚积趋势而受到限制，但 是利用合适选取的变宽中部和较宽上部的高度，可以使得所述物流获 得最佳宽度，并且可以沿着预期方向形成表面物流，从浮选槽的中心 至其边缘。圆柱形下部的高度最好是总高度的1/4至1/2。利用位于下 部中的高效转子和竖直挡板，可以获得用于浮选反应所需的预期能量 密度/湍流现象。当根据本发明的浮选机构被置于这种浮选槽中时，可 以获得合适的流线图和很高的功率值，即使所述浮选槽中没有水平导 引件或者定子也是如此。在某些情况下，为了顺利地进行反应，需要 很多能量。
本发明的主要技术特征将在所附权利要求中得以明了。
在普通的圆柱形浮选槽中，所需的效率当然主要在混合器附近获 得。但是，能量区域的范围通常有限，由此会在浮选底部的外缘上开 始形成铺砂现象，即矿石浆料发生聚积。例如，超过100立方米的浮 选槽的浮选槽直径会轻易超过5米。在这种情况下，需要一个混合器 来对直径为2米级的浮选槽底部进行高效清理，这将损害混合器的强 度和耐用性。一种其下部容积和直径明显小于上部的浮选槽显然更适 合用在大型浮选槽中进行浮选的情况下。这就意味着具有很高功率值 的转子的尺寸会相当大。通常，在悬浮操作中机构的直径为浮选槽直 径的25％左右。
本发明中的浮选机构可以被命名为L3+。本发明中的设备用于将 浮选气体散布成均匀分散在浆料中的细小气泡，来在混合器的中部形 成强有力的湍流现象，即高效混合并且与此同时防止粗大颗粒下沉到 浮选槽的底部。混合效率是每立方米浆料几千瓦特。浮选槽上没有装 配水平导引件，但是由于特定的浮选槽构造以及一个高效机构，受导 引的中部物流会将矿物颗粒提升至表面上的泡沫层。矿物颗粒随后被 从泡沫层径向导引出所述浮选槽之外，同时泡沫越过所述浮选槽上部 的泡沫边缘进入泡沫通道之内。所述水平环状物的缺点在于材料会聚 积在其顶部上。
根据本发明的浮选槽包括三个部分：一个圆柱形混合下部，一个 位于该下部上方用于沿着所述轴的方向形成上升物流的部分，换句话 说一个基本上呈向上变宽的截头锥体，以及一个圆柱形上部，该圆柱 形上部在底部处较宽，用于提升均化的矿石。所述中部的截头锥体相 对于竖直轴线的夹角最好为30至60度。包括有至少四个，最好为八 个竖直挡板的浮选槽尤其适合于在所述下部进行混合操作。这些挡板 最好不横向延伸到所述下部的圆周之外。
如先前所述，浮选机构包括三个部分：一个方向元件，一个散布 元件以及一些竖直叶片。所述方向元件在其中心处被对称地连在机构 的中空轴的下端上。所述方向元件的中部，即从所述轴向上延伸的部 分，是一块水平圆板，该圆板在外缘处呈截头锥体形状向下弯曲。向 下弯曲的外缘与水平方向形成一个最好为30至60度的夹角，并且所 述方向元件的下垂部形成了实际的导引件。
在所述方向元件上连接有至少四个，最好为六个的竖直叶片。这 些竖直叶片在该方向元件的上方和下方延伸，并且最好水平延伸至该 方向元件的外缘之外。叶片的宽度最好大于该方向元件的锥体形下垂 部的宽度，并且由此这些竖直叶片的内缘会触及所述水平板。所述竖 直叶片向方向元件之外延伸的距离最好为方向元件下垂部的宽度的 1/3至2/3。所述散布元件位于方向元件的下方，用于改变从所述轴的 下端排出的气体方向，来对其进行径向散布。该散布元件最好与方向 元件上的水平板间隔开合适的距离，并且呈板状。
所述浮选机构竖直叶片的外缘基本上呈竖直状态，并且由于其延 伸至所述方向元件的外缘之外，所以这些叶片的浮选气体散布能力可 以被尽可能高效地利用，即在这些叶片的后方产生最大负压，并且这 些叶片的散布范围利用延伸至所述方向元件之外的部分得以扩大。所 述叶片的内缘在顶部处呈竖直状态，但是在底部呈弯曲状态，由此减 少能量浪费。向下变窄的叶片的优点还在于，所述机构易于在停机后 重新启动，无需考虑环绕在其周围的任何沉积浆料。
与许多浮选机构不同的是，本发明中的浮选槽和浮选机构均在没 有昂贵并且易于磨损的定子的条件下工作。
附图简述
下面在附图中更为详细地对本发明进行描述，其中
图1是一个本发明中带有混合器的向上变宽浮选槽中获得的流线 图，
图2是一个在局部横剖面中看到的向上变宽浮选槽的倾斜轴测视 图，而
图3是本发明中的L3型混合机构的纵剖视图。
优选实施例
在图1中，浮选槽1中的不同区域被利用罗马数字加以标记。区 域I是一个带有很大能量密度的混合区域，形成于圆柱形下部2中， 该圆柱形下部的直径为浮选槽上部的直径的1/3至2/3。区域II是一 个向上的物流形成区域，由一个逐步变宽的中部形成，大体呈一个截 头锥体3的形状。区域III是所述向上物流的排放和衰减区域，形成 于所述浮选槽的圆柱形上部4中，其中浮选槽的直径在此处最大。区 域IV是泡沫区域。
气体5通过本发明中浮选机构7内的中空轴6被送入主要的直立 式圆柱形浮选槽1内，所述浮选机构位于浮选槽下部2中，靠近浮选 槽底部。当混合器7在轴6的下端处旋转时，会导致所述气体被高效 散布成细小气泡，这些气泡被混合入从所述混合器外侧向上和向下流 动的浆料悬浮物内。由于所述混合器的高效定向冲击，这种气体-液 体-固体悬浮物被引导至浮选槽的侧壁。本发明中混合器的较大功率 和恰好在混合区域I中集结是对气体进行高效散布以及对浆料和气体 进行混合的先决条件。此外，所述混合器在混合区域中的功率很大也 是与浮选相关的反应的先决条件，并且尤其是反应动能的先决条件。 靠近所述浮选槽的侧壁，物流分成两个环流：其中下部涡流8随着其 返回到混合器下方的中部在浮选槽的底部附近进行循环，而另外一股 物流作为上部涡流9对应地在混合器的上方流动，并且返回到混合器 中。
上部涡流9的一部分向上分支，作为分支物流10上升至向上物流 形成区域II。这一点不仅利用所述混合器地强大方向性作用来实现， 而且也是向上变宽浮选槽构造的结果。在向上物流形成区域II中，整 个向上悬浮物流包含附着在气泡上的矿物颗粒，被收集和集中在浮选 槽的中心轴区域II内。这种方法确保了剩余的流动能量得以利用，从 而可以在排放和衰减区域III中，换句话说在圆柱形上部4中，形成 一个从浮选槽中心向外流动的充足物流，以便使得所述方向保持在泡 沫层12中，即区域IV中。所述衰减区域也是必需的，在这里物流的 能量得以均衡，以便使得由气泡携带的精选物被输送至泡沫层，而并 非将由于强大搅拌作用搅动起来的某些其它浆料输送至泡沫层。已经 上升至泡沫层的矿物颗粒移动至浮选槽周围的泡沫收集通道13中。泡 沫输送的效率和混合操作的合适方位会在所述轴附近形成泡沫层的高 涨部分14。
所述浆料的水平循环和可能形成的涡流利用竖直的板状导引件或 者竖直挡板15进行衰减，所述导引件或者挡板15至少为4个，但是 最好为8个。此外，与通常情况相比，所述挡板最好较宽，并且在这 种情况下根据浮选槽下部2加工而成，因此与通常情况相比，不仅在 所述下部尤其是在所述上部中朝向浮选槽的内部中心延伸得更多。待 处理矿石浆料16经由一个进料装置17被送入混合器的范围之内。废 料18经由排放出口19被从区域III中去除。泡沫20被从一条通道21 的下部去除。需要指出的是，一旦开始进行浮选，一直保持矿物颗粒 处于流动状态并且将它们从浮选槽排入所述通道之内是非常重要的。 由于前述的物流动态控制并且由于在浮选槽上部中不再存在任何阻 碍，即不存在固体元件来破坏气泡并且弱化它们的携带能力，所以可 以做到非常精确。
图2更为详细地示出了一个浮选槽1，其处于直立状态，包括两 个圆柱形部分：一个下部2和一个较宽的上部4，并且逐步变宽部分3 将它们连接起来。所述下部带有平整底部或者在下缘22处略微经过圆 整。该附图示出了泡沫通道13以及其排放出口23。还示出了废料排 出管道19和竖直挡板15。本发明中的浮选机构7在所述混合区域被 置于浮选槽下部2中的中空轴6上。
图3是本发明中浮选机构7的横剖视图，浮选机构7被连在一根 中空轴6上，该中空轴6用作气体进给装置。该浮选机构包括三个部 分：一个方向元件24，一些竖直叶片25以及一个气体散布元件26。 方向元件24在中心处被对称地连在机构中的中空轴6的下部上。所述 方向元件的中部，即从所述轴向外延伸的部分，是一块水平圆板27， 其在外缘处以截头锥体形状向下弯曲。向下倾斜的外缘与水平方向形 成一个夹角α，该夹角α最好处于30至60度之间，并且所述方向元 件上的下垂部28形成了实际的导引部件。方向元件下垂部28的宽度 为整个方向元件直径的1/2至1/6。
在方向元件24上径向连接有直立叶片25，其数目至少为四个， 最好为六个。这些直立叶片沿着竖直方向在所述方向元件的上方和下 方延伸，并且横向延伸至所述方向元件的外缘之外，以便提高功率值 和散布能力。叶片25的宽度最好能够使得其内缘29如同所述方向元 件上的水平板那样进行延伸，也就是说，穿过弯曲下垂部28的内缘。 所述叶片的外缘30基本上呈竖直状态，能够最为高效地对浮选气体进 行散布，即在所述叶片后方产生最大负压。所述叶片的内缘29在顶部 呈竖直状态，但是在底部31处沿着一个向外弯曲面逐步变窄，并且这 样设计的目的在于减少能量损失。所述弯曲面可以遵循一个圆弧形状， 此时所述圆弧的中心32是方向元件下垂部28的外缘与竖直叶片25 的交叉点。
气体散布元件26被装配在方向元件下垂部28的内侧。用于对浮 选气体进行散布和将浮选气体从轴6导引入一个大体径向方向。散布 元件26可以被连接在竖直叶片25或者圆板27上。在所述气体被散布 到矿石浆料内之前，使得所述气体如箭头33所指示的那样发生散布和 流动。随着气体量的增多和/或气体速度的增大，会在所述浮选机构上 时不时地产生压力脉冲。所述散布元件有助于避免这种脉冲。散布元 件26的最为简单形式是一块板，直径至多与圆板27的直径相等，至 少与气体入口的尺寸相等，即与轴6的内径相等。所述散布元件与圆 板的间距最好为气体入口6的直径的1/2至1/6。
当所述气体在吸力作用下/受迫沿着中空轴向下流动并且在所述 方向元件的圆板27下方受到导引时，所述气体会混合入从混合器下方 空间朝向该混合器升起的浆料物流内。混合后的气体-浆料物流与用 于向外散布的圆板27平行流动。由于所述方向元件上向下翻卷的外侧 下垂部28的影响，所述物流会根据需要沿着一个向下倾斜方向进一步 流动。由于在所述混合物中的直立叶片25后方形成的强大负压，所述 气体被散布成细小气泡。所述叶片在混合器下方为来自于下方的物流 形成一个顺畅的狭窄流动场。所述物流以及散布于其中的气体被来自 混合器上方的浆料流连接起来，并由于方向元件下垂部28的作用会沿 着相同的向下倾斜方向进行流动。由此受到导引，所有组合在一起的 悬浮物会作为一股射流远离所述混合器。
利用下述示例对本发明进行例证。
示例1
在两种不同情况下进行对比性研究。
·一个gls转子，它是一个根据美国专利US 4548765的浮选机构 和浮选槽，和
·一个L3+，换句话说是一个根据本发明的浮选机构和浮选槽。
图表1列出了测定出的对比值。所述gls转子被用作对照混合器。 这些转子均不带有定子。
图表1测试结果的相关值   浮选槽结构   转子   (混合器)   测定出的相对功率数   Np/Np(gls)   US 4548765   BTR   gls   1.0   本发明   DTR   L3+   3.4
BTR＝一个等直径的平底直立式浮选槽，带有八个竖直挡板和一 个水平挡板。DTR＝一个根据本发明的“花瓶状浮选槽”，其中圆柱 形下部小于圆柱形上部，并且在该浮选槽中存在有八个竖直挡板，但 是没有水平挡板。
所述gls转子发挥作用，但是在中心处产生的向上物流被过于广 泛地散布开，即强度很弱，从而使得在所述浮选槽中无法持续获得一 个有益的中心物流，因为气泡的浮力开始克服浆料物流的脉冲强度。
本发明中的L3+型转子在所有情况下均根据需要发挥作用：其使 得物流从中心处上升至表面，并且将泡沫输送入所述浮选槽周围的通 道内。这一点在功率上予以显示。首先，与利用第一种转子的情况相 比，利用本发明中的机构所获得的功率输出或者Np值较大。其次， 预期方向得以强化，并且在区域II中，即在向上物流的聚积区域中， 获得了额外能量。第三，这种额外能量或者强化浮升在竖直作用力中 会看见。浮力作用得以加倍。此外，与对比设备相比，所述DTR浮 选槽和本发明中的L3+型机构在散布气体和保持固体处于流动状态 方面更为有效。