DE3635642A1 - Flotationsmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zur Aufberei
tung nutzbarer Mineralien durch Flotation von Erzen, Koh
le und anderen mineralischen Rohstoffen und betrifft ins
besondere Flotationsmaschinen.
Es ist eine Flotationsmaschine bekannt, bei der die
Dispergierung von Luft in einer turbulenten Wandschicht
realisiert ist. Eine derartige Maschine besitzt eine Kam
mer mit einer Eintrag- und einer Austragvorrichtung, eine
in der Kammer montierte hohle Welle, die einen Impeller
trägt, welcher die Form eines abgestumpften Kegels oder
einer Hemisphäre mit Riffelungen aufweist. Oben ist der
Impeller durch eine Scheibe abgedeckt (siehe N. F. Mesche
ryakov, "Flotationsmaschinen und -apparate", Moskau, Ver
lag Nedra, 1982, S. 105-106).
Bei dieser Einrichtung gerät die Luft, die über ei
ne Öffnung im unteren Teil des Impellers austritt, beim
Umlauf des letzteren zusammen mit der Trübe unter die Ein
wirkung von Unebenheiten (Riffelungen) und steigt von un
ten nach oben entlang einer ansteigenden Spirale bis zur
oberen Scheibe auf. Durch die Scheibe wird das Trübe-
Luft-Gemisch zu den Kammerwänden geschleudert.
Diese Einrichtung funktioniert nicht wirksam
in größeren Tiefen von Großraum-Flotationsmaschinen,
da die effektive Belüftung der Trübe in einer verhältnis
mäßig dünnen Schicht in der Nähe des oberen Impellerteils
stattfindet. Und bei einer Vergrößerung der Umlaufgeschwin
digkeit des Impellers oder seines Durchmessers geschieht
ein Abreißen der turbulenten Wandschicht, wobei der Ener
gieaufwand höher wird.
Es ist auch eine Flotationsmaschine bekannt, die ei
ne Kammer mit einer Eintrag- und einer Austragvorrichtung
sowie eine in der Kammer montierte hohle Welle mit Impel
ler enthält. Der Impeller dieser Maschine besitzt verti
kale U-förmige Schaufeln mit einem in Höhenrichtung ver
änderliche Querschnitt, der in Richtung zum Unterteil
des Impellers hin abnimmt. Die Schaufeln sind so angeord
net, daß die Flügel der benachbarten Schaufeln einen
Spalt zum Austritt der zwangsweise zugeführten Luft bil
den. Die Schaufeln sind oben durch eine Scheibe abge
deckt. Koaxial zum Impeller ist in der Maschine ein Sta
tor montiert, der vertikale Schaufeln aufweist (siehe
N. F. Mescheryakov "Flotationsmaschinen und -apparate",
Moskau, Verlag Nedra, 1982, S. 132-133).
Beim Betrieb eines solchen Impellers wird die Druck
luft über die Spalten der Schaufeln ausgeworfen, wäh
rend die Trübe durch die U-förmigen Schaufeln auf die
vertikalen Schaufeln des Stators geschleudert wird. Im
Zwischenraum zwischen den Schaufeln des Stators und des
Impellers findet die Dispergierung der Luft statt. Die
ser Aufbau macht es möglich, die Belüftung der Trübe in
Flotationsmaschinen großer Abmessungen durchzuführen, je
doch ist dies durch eine beträchtliche Vergrößerung der
Abmessungen der Einrichtung (der Impeller hat vergrößer
te Abmessungen und dementsprechend auch der zu ihm kon
zentrisch montierte Stator) und demnach durch Erhöhung
des Energieaufwandes erreichbar.
Bekannt ist schließlich eine Flotationsmaschine,
die eine Kammer mit einer Eintrag- und einer Austragvor
richtung, in der Kammer untergebrachte Dämpfer und eine
mit einem Antrieb verbundene hohle Welle mit einem an ei
nem Ende angebrachten Impeller enthält, der aus zwei Schei
ben besteht: einer eine Mittenbohrung aufweisenden oberen
Scheibe, und einer unteren Scheibe, wobei die Scheiben
mittels Schaufeln untereinander verbunden sind. Die zwi
schen den Scheiben eingeschlossenen Schaufeln gewährlei
sten die Zirkulation der Trübe, d. h. das Ansaugen dersel
ben über die Mittenbohrung in der oberen Scheibe und das
Ausstoßen der Trübe zum Umfang der Kammer über die Zwi
schenräume zwischen den Schaufeln. An der unteren Scheibe
sind Bolzen mit vertikalen, radial orientierten Platten
angebracht (siehe die US-Patentschrift 38 43 101).
Bei dieser Flotationsmaschine wird die Luft unter
die untere Scheibe des Impellers zugeführt und durch die
an ihr angebrachten Bolzen mit Platten sowie durch die
Platten des Stators zerteilt. Der Impeller besorgt die
Bewegung der Trübe vom Mittelpunkt der Kammer zum Umfang
derselben hin mit Hilfe der zwischen den Scheiben einge
schlossenen Schaufeln und im unteren Teil mit Hilfe der
Flügel aufweisenden Bolzen, wobei die Dispergierung
der Luft nur von dem unteren Teil des Impellers ausge
führt wird, während die durch den oberen Teil des
Impellers erzeugten Strömungen lediglich zur
Verteilung des Trübe-Luft-Gemisches in der Kammer
dienen. Diese Maschine gewährleistet keine gleichartige
Dichte der Trübe über die Höhe der Kammer, was ihre tech
nologischen Möglichkeiten herabsetzt. Außerdem macht die
se Maschine ebenso wie die vorbeschriebene es erforderlich,
daß zur Erzielung einer effektiven Belüftung der Trübe
unbedingt ein Stator zur Verfügung stehen muß, was die
Materialintensität der Maschine erhöht und ihre Konstruk
tion komplizierter macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flota
tionsmaschine anzugeben,
die eine effektive Belüftung der Trübe in
Großraum-Flotationskammern ohne Verwendung eines Stators
unter gleichzeitiger Senkung des Energieaufwandes sicher
stellt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Flota
tionsmaschine, die eine Kammer mit einer Eintrag- und ei
ner Austragvorrichtung, in der Kammer untergebrachte
Dämpfer und eine an einem Ende mit einem Antrieb verbundene hohle Wel
le enthält, die an ihrem anderen Ende einen Impeller
trägt, welcher aus zwei Scheiben - einer oberen, eine
Mittenbohrung aufweisenden Scheibe und einer unteren
Scheibe - besteht, die mittels Schaufeln untereinander
verbunden sind, erfindungsgemäß jede Schaufel sich
aus zwei Platten zusammensetzt, die parallel zueinander
unter Bildung eines Spaltes zwischen ihnen, welcher mit
dem Hohlraum der Welle in Verbindung steht, angeordnet
sind und eine solche Form aufweisen, daß die Querschnitts
fläche der Platten in Richtung von der oberen Scheibe
zur unteren Scheibe hin zunimmt.
Man kann die Schaufeln radial anordnen, derart, daß
die Ebenen ihrer Platten senkrecht zu den Ebenen der
Scheiben stehen.
Man kann die Schaufeln so anordnen, daß die Ebenen
der Platten die Ebenen der Scheiben längs Linien unter
einem Winkel α zu den Halbmessern der Scheiben
kreuzen.
Hierbei können die Ebenen der Platten senkrecht zu
den Ebenen der Scheiben sein oder die Ebenen der Schei
ben unter einem Winkel γ, ungleich 90° kreuzen.
Es ist vorteilhaft, die eine jede Schaufel bildenden
Platten in radialer Richtung der Länge nach verschieden
auszuführen.
Es ist ferner wünschenswert, die Spalte zwischen den
Platten der Schaufeln am Umfang des Impellers geschlossen
auszuführen, wobei in der in Umlaufrichtung des Impellers
ersten Platte jeder Schaufel ein Schlitz über die gesam
te Höhe der Schaufel an deren äußerem Rand für den Luft
austritt vorzusehen ist.
Die gemäß der Erfindung ausgeführte Flotationsma
schine bietet bei verringerten Abmessungen des Impellers
die Möglichkeit, die durch die Spalte der Schaufeln zu
geführte Luft in der Zone der größten Geschwindigkeiten
der Trübeströmung unter nachfolgendem Austrag des Trübe-
Luft-Gemisches in das Kammervolumen zu dispergieren.
Dabei wird die Luftphase vor dem Auswurf aus dem Impeller
in turbulenten Strömungen, die sich hinter den Schaufeln
desselben bilden, zusätzlich dispergiert. Dies erlaubt
es, auf die Verwendung eines Stators zu verzichten, was
die Konstruktion der Flotationsmaschine vereinfacht, so
wie die Menge der dispergierten Luft unter Beibehaltung
der Dispergierungsgüte zu vergrößern, was eine Intensi
vierung des Flotationsprozesses gewährleistet. Eine Sen
kung der spezifischen Energieintensität wird durch Ver
ringerung der Abmessung des Aerators und als Folge davon
durch Verminderung ihrer Umfangsgeschwindigkeiten er
reicht.
Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung
von konkreten Ausführungsbeispielen und an
Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung die Flotations
maschine im Längsschnitt;
Fig. 2 einen Abschnitt A in Fig. 1 vergrößert;
Fig. 3, 4, 5, 6, 7 den Impeller mit der hohlen Welle in
verschiedenen Ausführungsformen der Schau
feln in isometrischer Darstellung.
Die in Fig. 1 dargestellte Flotationsmaschine ent
hält eine auf einem Auflager 2 aufgestellte Kammer 1 mit
einer Eintragvorrichtung 3, die in Form einer Fülltasche
mit einer Öffnung in der Wand der Kammer 1 im unteren
Teil der Tasche ausgebildet ist, und einer Austragvor
richtung 4, die in Form einer Ausflußöffnung 5 im oberen
Teil der Kammer 1 und einer Auffangrinne 6 ausgeführt
ist. Innerhalb der Kammer 1 befindet sich ein Aerator,
der in Gestalt einer hohlen Welle 7, welche mit einem
Antrieb 8 in Verbindung steht, und eines am Ende der hoh
len Welle 7 angebrachten Impellers 9 ausgebildet ist. An
den Wänden der Kammer 1 sind oberhalb des Impellers 9
Dämpfer 10 befestigt. Der Impeller 9 (Fig. 2) besteht
aus zwei Scheiben 11 und 12, jeweils einer oberen und ei
ner unteren Scheibe, welche parallel zueinander liegen
und mittels Schaufeln 13 untereinander verbunden sind.
In der oberen Scheibe 11 ist eine zur hohlen Welle 7 kon
zentrische Mittenbohrung 14 ausgeführt, und an der obe
ren und der unteren Oberfläche der Scheibe 11 sind radia
le Vorsprünge 15 vorhanden. An der dem Boden 16 der Kam
mer 1 (Fig. 1) zugekehrten Oberfläche der Scheibe 12
sind ebenfalls radiale Vorsprünge 17 vorgesehen. Außer
dem ist über die Scheibe 11 konzentrisch zur hohlen Wel
le 7 eine an den Dämpfern 10 befestigte Zirkulationshül
se 18 angeordnet. Die hohle Welle 7 ist mit einem Ein
trittsstutzen 19 für die Zuführung von Druckluft in den
Hohlraum der Welle 7 versehen.
Jede Schaufel 13 (Fig. 2, 3) setzt sich aus
zwei Platten 20 zusammen, die parallel zueinander unter
Bildung eines Spaltes 21 zwischen ihnen angeordnet sind,
welcher mit dem Hohlraum der Welle 7 in Verbindung steht.
Die die Schaufeln 13 bildenden Platten 20 haben eine sol
che Form, daß ihre Querschnittsfläche in Richtung von der
oberen Scheibe 11 zur unteren Scheibe 12 hin zunimmt. In
der in Fig. 3 dargestellten Variante des Impellers weisen
die Platten 20 die Form von rechtwinkligen Trapezen mit ei
nem abgeschnittenen spitzen Winkel auf und sind über ih
re kleineren Grundlinien mit der oberen Scheibe 11 und über
ihre größeren Grundlinien mit der unteren Scheibe 12
verbunden. Die Platten 20 sind radial angeordnet und ih
re Ebenen stehen senkrecht zu den Ebenen der Scheiben 11,
12.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des
Impellers sind die Schaufeln 13 so angeordnet, daß die Ebe
nen der Platten 20, die die Schaufeln 13 bilden, die Ebe
nen der Scheiben 11, 12 längs Linien kreuzen, welche
einen Winkel α 90° mit den Halbmessern der Scheiben 11,
12 einschließen. Hierbei sind die Ebenen der Platten 20′
zu den Ebenen der Scheiben 11, 12 senkrecht, und die Plat
ten 20′ selber haben die Form von Fünfecken mit zwei paral
lelen Seiten, von denen die kleineren mit der oberen Schei
be 11 und die größeren mit der unteren Scheibe 12 verbun
den sind, während die äußeren Seiten mit der Ebene der
Scheibe 11 einen Winkel von b<90° einschließen.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform des
Impellers sind zum Unterschied von dem in Fig. 4 gezeig
ten Impeller die Ebenen der Platten 20 zu den Ebenen der
Scheiben 11 und 12 unter einem Winkel γ 90° geneigt.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform des
Impellers sind zum Unterschied von der Ausführungsform
gemäß Fig. 3 die die Schaufeln 13 bildenden Plat
ten 20, 20′′ der Länge nach in radialer Richtung ver
schieden ausgeführt, wobei die Platten 20′′ kürzer sind.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform des
Impellers sind die Spalte zwischen den Platten 20 am Um
fang des Impellers geschlossen ausgeführt, wobei in der
in Umlaufrichtung des Impellers (in der Zeichnung durch
Pfeil B angedeutet) ersten Platte 20 jeder Schaufel 13
ein für den Luftaustritt vorgesehener Schlitz 22 über die
gesamte Höhe der Platte 20 in der Nähe ihres äußeren Ran
des vorhanden ist. Der Schlitz 22 kann als Spalt, wie
dies in Fig. 7 gezeigt ist, oder als Perforation ausge
bildet sein.
Die erfindungsgemäße Flotationsmaschine arbeitet
folgenderweise.
Die Kammer 1 (Fig. 1, 2, 3) füllt man mit einer Trü
be - einem Gemisch aus Wasser, Mineralteilchen mit einer
Korngröße unter 0,074 mm in einer Menge über 40%, wobei
der Rest aus gröberen Teilchen bis zu 1 mm Größe besteht,
und aus verunreinigenden Einschlüssen wie z. B. Späne,
Teilchen einer Gummiverkleidung und dergl. Dann führt man dem
Drehantrieb 8 der Welle 7 Strom zu und schließt eine Druck
luftleitung an den Eintrittsstutzen 19 an. Hierbei wird
der Impeller 19 in Umdrehungen versetzt, und über den
inneren Kanal der Welle 7 strömt Luft, die dann in
die Spalte 21 zwischen den Platten 20 der Schaufeln 13
gelangt. Beim Umlauf des Impellers 9 findet die Zirkula
tion der Trübe statt, deren Einsaugen über den
oberen Rand der Hülse 18 in die Mittenbohrung 14 des Im
pellers 9 und das nachfolgende Ausstoßen über die Zwi
schenräume zwischen den Schaufeln 13 in den Raum der
Kammer 1 in Richtung zu deren Seitenwänden. Gleichzeitig
tritt die Luft aus den Spalten 21 zwischen den Platten 20
der Schaufeln 13 in die Trübe aus. Dank der gewählten
Form der Schaufeln 13, bei welcher die Querschnittsflä
che derselben in Richtung von der oberen Scheibe 11 zur
unteren Scheibe 12 hin zunimmt, wird eine gleichmäßige
Verteilung der belüfteten Trübe über den gesamten Quer
schnitt der Kammer 1 auch bei großen Volumina derselben
sichergestellt. Die Verteilungslinie der Strömungsge
schwindigkeiten ist über die Höhe des Impellers 9 eine
solche, daß an der oberen Scheibe 11 die Strömungsge
schwindigkeiten der Trübe erheblich kleiner sind als die
Geschwindigkeiten an der unteren Scheibe 12. Dies ge
währleistet die Bewegung der belüfteten Trübe über ver
schiedene Entfernungen vom Impeller 9 aus: über geringe
in der Nähe des Impellers 9 und über mit dem Abstand zwi
schen dem Impeller 9 und den Wänden der Kammer 1 vergleich
bare Entfernungen.
Hierbei wird die Trübe radial ausgeworfen, wobei
sie die Luftphase durch Erzeugung einer Turbulenz sowohl
zwischen den Schaufeln 13 als auch am Austritt aus dem
Impeller 9 (wegen eines schroffen Geschwindigkeitsabfalls
und des Druckgefälles) zusätzlich dispergiert. Die
Luftzufuhr in die Zone der größten Geschwindigkeiten der
Schaufeln 13 unter gleichzeitiger Gewährleistung einer
beträchtlichen Zirkulation der originellen Trübeströmung
(ohne Gehalt an Luftphase) durch den Impeller 9 macht es
möglich, auf die Verwendung eines Stators zu verzichten
und die Luft bei verminderten Umfangsgeschwindigkeiten
des Aerators effektiv zu dispergieren. Das Vorhandensein
der gerichteten Zirkulation der Trübe aus den oberen Zo
nen der Kammer 1 gestattet es, eine gleichmäßige Dichte
der Trübe über die Höhe der Kammer 1 sicherzustellen und
Fraktionen größerer Klassen aus der Zirkulation über den
Impeller 9 praktisch auszuschließen.
Zur Verhinderung einer Verwirbelung des Trübevolumens
sind oberhalb des Impellers 9 die Dämpfer 10 installiert.
Die Vorsprünge 17 an der unteren Oberfläche der Scheibe 12
erlauben es, das Gelangen von Stücken der Verkleidung, von Ge
stein, Holz unter die untere Scheibe 12 des Impellers 9
zu vermeiden.
Die unter einem Winkel α zu den Halbmessern der
Scheibe 12 angeordneten Schaufeln 13 (Fig. 4) des Impel
lers 9 ermöglichen es, den Widerstand beim Durchgang der
Trübe im Raum zwischen den Schaufeln zu vermindern, den
Durchsatz der Trübe bei gleichem Elektroenergieverbrauch
zu vergrößern und dadurch den Wirkungsgrad der Flotati
onsmaschine zu erhöhen.
Die Ausführung der Schaufeln 13 mit zum unteren
Rand hin abgeschrägten äußeren Enden, wie dies in Fig. 4
gezeigt ist, gestattet es, nach einer Notstillsetzung
der Kammer das Anfahren ohne Herabsetzung der Dichte der
bestehenden Trübe vorzunehmen. Die Größe des Winkels
β ≈ 70° wählt man dabei so, daß die sich ab
lagernden Teilchen einen verdünnten Raum bilden, dank
welchem das Anfahren bei geringerem Energieaufwand vor
genommen werden kann.
In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform des Im
pellers erlauben die unter einem Winkel γ zur Ebene der
Scheibe 12 angeordneten Platten 20 der Schaufeln 13 es,
den Wirkungsgrad der Maschine durch Steigerung der Lei
stung des Aerators als Pumpe zu erhöhen.
Bei der Arbeit des Impellers 9 in der Großraum-Kam
mer 1 ist keine Abnahme der Druckhöhe zu verzeichnen, im
Gegenteil wirkt sich eine Vergrößerung der Tiefe der Kam
mer 1 auf die Menge und Qualität der dispergierten Luft
positiv aus (weil die Vergrößerung der Tiefe der Kammer
bei der erfindungsgemäßen Bauart des Impellers die stati
sche Komponente der Druckhöhe vergrößert).
Die unterschiedliche Ausführung der Platten 20, 20′′
(Fig. 6) bezüglich der Länge in radialer Richtung bietet die
Möglichkeit, hinter der vorstehenden Platte 20 der Schau
fel 13 die Verdünnung zu vergrößern, zusätzliche Verwirbe
lungen in der Dispergierungszone zu erzeugen und dadurch
die Güte der Dispergierung der Luftphase bei beträchtli
chen Volumina der zu dispergierenden Luft zu verbessern.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform des Im
pellers für die erfindungsgemäße Flotationsmaschine tritt
die Luft über die Schlitze 22 unter einem Winkel zur
Strömung der Trübe aus, die in die Zwischenräume zwischen
den Schaufeln 13 des Impellers 9 ausgestoßen wird. Die
Kreuzung der Strömungen von Trübe und Luft beim Umlauf
des Impellers 9 gestattet es, die Qualität und Menge der
zu dispergierenden Luft ohne Vergrößerung des Energie
aufwandes wesentlich zu erhöhen und dadurch die Effekti
vität der Belüftung der Trübe zu steigern.
Claims (7)
1. Flotationsmaschine, enthaltend
- - eine Kammer (1) mit
- - einer Eintragvorrichtung (3) und
- - einer Austragvorrichtung (4), in der Kammer (1) untergebrachte:
- - Dämpfer (10) und
- - eine hohle Welle (7), die an einem Ende mit
- - einem Antrieb (8) verbunden ist und an dem ande ren Ende
- - einen Impeller (9) trägt, welcher aus
- - zwei Scheiben (11, 12) - einer oberen, eine Mitten bohrung (14) aufweisenden Scheibe und einer unteren Schei be - besteht, die
- - mittels Schaufeln (13) untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (13) sich aus
- - zwei Platten (20) zusammensetzt, die parallel zu einander unter Bildung eines Spaltes (21) zwischen ihnen, welcher mit dem Hohlraum der Welle (7) in Verbindung steht, angeordnet sind und eine solche Form aufweisen, daß die Querschnittsfläche der Platten (20) in Richtung von der oberen Scheibe (11) zur unteren Scheibe (12) hin zunimmt.
2. Flotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- - die Schaufeln (13) radial angeordnet sind und die Ebenen ihrer Platten ( 20) senkrecht zu den Ebenen der Scheiben (11, 12) stehen.
3. Flotationsmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Ebenen der Platten (20′) die Ebenen der Schei ben (11, 12) längs Linien unter einem Winkel (α) zu den Halbmessern der letzteren kreuzen.
4. Flotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ebenen der Platten
(20′) zu den Ebenen der Scheiben (11, 12) senkrecht
sind.
5. Flotationsmaschine nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- - die Ebenen der Platten (20) die Ebenen der Schei ben (11, 12) unter einem Winkel (γ) ungleich 90° kreuzen.
6. Flotationsmaschine nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- - die Platten (20, 20′′) der Schaufeln ( 13) der Länge nach in radialer Richtung verschieden aus geführt sind.
7. Flotationsmaschine nach einem der An
sprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Spalte zwischen den Platten (20 ) der Schau feln (13) am Umfang des Impellers (9) geschlossen ausge führt sind, wobei in der in Umlaufrichtung des Impellers (9) ersten Platte (20) jeder Schaufel (13)
- - ein Schlitz (22) über die gesamte Höhe der Schau fel (13) an deren äußerem Rand für den Luftaustritt vor handen ist.
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