FI121456B - Menetelmä kaasun sekoittamiseksi lietteeseen vaahdotuksen yhteydessä ja laitteisto tätä varten - Google Patents

Description

MENETELMÄ KAASUN SEKOITTAMISEKSI LIETTEESEEN VAAHDOTUKSEN YHTEYDESSÄ JA LAITTEISTO TÄTÄ VARTEN

KEKSINNÖN ALA

s Keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteistoon kaasun sekoittamiseksi lietteeseen vaahdotuksen yhteydessä ja lietedispersion ohjaamiseen hallitusti ylös reaktorissa. Menetelmässä käytetään hyväksi voimakkaan sekoittimen ja reaktorin sisälle asetettujen välineiden yhteisvaikutusta. Menetelmä ja laitteisto sopii erityisesti vaikeasti käsiteltävien metallipitoisten 10 malmien vaahdotukseen.

KEKSINNÖN TAUSTA

US-patenttijulkaisuissa 5,240,327 ja 5,078,505 on kuvattu menetelmää ja laitetta, joiden avulla sekoitetaan kaasua ja kiintoainetta nesteeseen ja is saadaan aikaan toroidimainen kaksoisrengaskierto. Haluttu kierto saadaan aikaan reaktorissa, joka on varustettu voimakkaan alaimun omaavalla sekoittimella, ratkaisulle tyypillisillä virtaushaitoilla ja imukuvio-ohjaimella. Virtaushaitat ovat leveämmät ja ne on sijoitettu kauemmaksi reaktorin lieriöpinnasta kuin standardihaitat. Lisäksi reaktori on varustettu vähintään 20 yhdellä imukuvio-ohjaimella. Jos ohjaimia on kaksi, alempi on kiinteä ja ylempää voidaan liikuttaa pystysuorassa asennossa. Imukuvio-ohjaimet on sijoitettu vaakatasoon. Kuvan 2 mukaan ylempi ohjain on kapeampi siten, että sen sisäreuna on samalla etäisyydellä roottorin akselista kuin alempikin. Sekoittimen, virtaushaittojen ja imukuvio-ohjaimen avulla reaktoriin saadaan 25 aikaan varsin voimakas alaspäin, kohti reaktorin seinää suunnattu lietevirtaus, joka reaktorin seinällä kääntyy osittain ylöspäin ja osittain kiertää alaspäin, pohjan kautta takaisin sekoittimelle. Imukuvio-ohjaimen avulla säädetään ylöspäin suuntautuvan virtauksen määrää ja suuntaa. Edullista on, että virtaus nousee keskeltä ylöspäin ja palaa reunoja pitkin alaspäin. 30 Kun reaktoria käytetään esimerkiksi vaahdotuskennona, ilmakupliin tarttuneet mineraalipartikkelit nousevat ylös ja poistuvat ylivuotona ränniin.

2 US-patenttijulkaisussa 4,548,765 on kuvattu sekoitinta, johon on muodostettu sekoittimen akselille kiinnitetyn ympyrälevyn ylä- ja alapuolelle sijoitetut dispergointisiivekkeet sekä ympyrälevyn ulkopuolelle varsien päähän sijoitetut suuntaussiivekkeet. Siivekkeiden painopiste on ympyrälevyn s alapuolella. Sekoitin on tarkoitettu kaasun, nesteen ja kiintoaineen sekoittamiseen toistensa kanssa hyväksi dispersioksi, jolloin kemiallisten reaktioiden eteneminen etenee halutusti.

US-patenttijulkaisussa 7,070,174 puolestaan on kuvattu sekoitinlaitteisto, ίο joka muodostuu kahdesta sekoittimen akseliin kiinnitetystä sekoittimesta. Sekoitin on tarkoitettu suljettuun reaktoriin, esimerkiksi pystyautoklaaviin. Sekoitinlaitteiston tarkoituksena on dispergoida lietteeseen kaasua, joka syötetään reaktoriin lietepinnan yläpuolelta.

15 US-patenttijulkaisun 7,070,174 mukaisessa laitteistossa yläsekoitin muodostuu akseliin kiinnitetystä keskilevystä, keskilevyyn kiinnitetyistä sisäsiivek-keistä sekä keskilevyn ulkoreunalle kiinnitetyistä ulkosiivekkeistä. Sisä-siivekkeiden sisäreuna on keskilevyn yläpuolella muodostettu ulospäin kapenevaksi ympyränkaaren muotoisesti ja keskilevyn alapuolella sisäreuna 20 on suora. Sisäsiivekkeen ulkoreuna on koko matkalla pystysuora. Ulkosiivekkeet on kiinnitetty suoraan keskilevyyn samalle kohdalle kuin sisäsiivekkeet. Ulkosiivekkeet ovat suorakaiteen muotoiset ja niiden kallistus-kulma keskilevyyn nähden on 30 - 60 astetta. Yläsekoittimen siivekkeiden painopiste on keskilevyn yläpuolella.

25

Sekoitinlaitteistoon kuuluu myös alasekoitin, joka muodostuu pyöreästä keskilevystä ja sen ulkoreunaan kiinnitetyistä siivekkeistä. Siivekkeiden ulkoreuna ja sisäreuna keskilevyn yläpuolella on pystysuora, mutta sisäreunan keskilevyn alapuolinen osa on muodostettu ulospäin ympyränkaaren 30 muotoisesti kapenevaksi. Sekoittimen yläsiipien avulla on tarkoitus saada aikaan kaasua nesteen pinnalta imevä pyörre ja dispergoida kaasu pieniksi kupliksi. Koska yläsekoitin ei pysty dispergoinnin lisäksi saamaan aikaan 3 tehokasta lietteen sekoitusta, on sekoitinlaitteisto varustettu alasekoittimella, jonka tarkoituksena on saada aikaan itse lietteen hyvä sekoitus ja edelleen dispergoida kaasukuplat pienemmiksi ja sekoittaa ne lietteeseen. Alasekoitin ottaa huomattavasti enemmän tehoa kuin yläsekoitin. Sekoitinlaitteisto on 5 tarkoitettu aina muodostumaan ainakin kahdesta edellä kuvatusta sekoittimesta.

KEKSINNÖN TARKOITUS

Tekniikan tasossa kuvatut menetelmät ja laitteistot on tarkoitettu lähinnä 10 normaaleihin sekoitusratkaisuihin, joissa sekoittimelta vaadittava teholuku ei ole kovin korkea. US-patenttijulkaisussa 7, 070,174 kuvattu sekoituslaitteisto saa aikaan tehokkaan sekoituksen, mutta se vaatii aina kaksi sekoitinta akselille.

15 Tämän keksinnön mukaisen menetelmän tarkoituksena on saada aikaan entistä tehokkaampi kaasun dispergointi lietteeseen sekä muodostuneen dispersion hallittu sekoituskuvio, jolloin kaasukupliin tarttuneet mineraali-partikkelit saatetaan nousemaan lietteen pinnalle ja poistumaan liete-kierrosta. Vaahdotuslaitteisto muodostuu reaktorista ja sen sisään sijoite-20 tuista säädettävistä kehäkartioista, virtaushaitoista sekä suuren sekoitus-tehon omaavasta roottorisekoittimesta.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät ilmi oheisista vaatimuksista.

25

Keksintö kohdistuu sekoituslaitteistoon kaasun sekoittamiseksi lietteeseen vaahdotusprosessissa, jolloin laitteisto muodostuu reaktorista, vaahto-kourusta, reaktorin sisälle sijoitetusta roottorisekoittimesta, virtaushaitoista ja kehäkartioista. Sekoituslaitteistossa kehäkartiot on sijoitettu reaktoriin 30 virtaushaittojen ja reaktorin seinämän väliin ja ne on asetettu reaktorin reunoilta kohti keskustaa nousevaan asentoon kulmassa 20 - 40°. Roottorisekoitin on varustettu ympyrälevyyn kiinnitetyillä sisä- ja ulkosiivek- 4 keillä, jotka on järjestetty korkeussuunnassa symmetrisesti ympyrälevyn muodostaman tason suhteen.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on tyypillistä, että kehäkartioiden luku-5 määrä on kaksi, jolloin alemman, kiinteän kartion ulkoreunan etäisyys reaktorin seinämästä on luokkaa 0,02 - 0,03 kertaa reaktorin halkaisija ja leveys säteen suunnassa on luokkaa 0,06 - 0,08 kertaa reaktorin halkaisija.

Erään keksinnön mukaisen vaihtoehdon mukaan ylemmän, säädettävän ίο kartion ulkoreunan etäisyys reaktorin seinämästä on luokkaa 0,002 - 0,003 kertaa reaktorin halkaisija.

Erään keksinnön mukaisen vaihtoehdon mukaan virtaushaittaan on kehäkartioiden yläpuolelle kiinnitetty kehäkartioiden suuntainen ohjauslevy is korkeudelle 1,5 - 1,7 kertaa sekoittimen halkaisija. Ohjauslevyn pituus reaktorin säteen suunnassa on luokkaa 0,11 - 0,14 kertaa reaktorin halkaisija.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on tyypillistä että sekä roottorisekoittimessa 20 sisä· että ulkosiivekkeiden lukumäärä on 5 - 8 kappaletta. Roottorisekoittimessa sisäsiivekkeen sisäreuna, johon lasketaan sekä ympyrälevyn ylä- että alapuolinen osa, on muodostettu sekoittimen akselin suuntaan kaarevaksi siten, että siivekkeen yläreuna ja alareuna ovat ulkoreunasta sisäänpäin vaakasuoria matkalla, joka on 35-50% koko siivekkeen 25 leveydestä. Roottorisekoittimen ulkosiivekkeet ovat 50 - 70°, edullisesti 60° kulmassa ympyrälevyn muodostamaan tasoon nähden.

Keksinnön mukaisen laitteiston erään vaihtoehdon mukaan roottorisekoittimen sisäsiivekkeet ja ulkosiivekkeet ovat kohdakkain eli ulkosiivekkeen 30 ympyrälevyyn yhdistävä varsi on kiinnitetty ympyrälevyyn samaan kohtaan kuin sisäsiiveke.

5

Keksinnön mukaisen laitteiston erään toisen vaihtoehdon mukaan roottorisekoittimen sisäsiivekkeet ja ulkosiivekkeet on kiinnitetty ympyrä-levylle siirretysti toisiinsa nähden. Sisäsiivekkeet ja ulkosiivekkeet ovat vaihesiirrossa toisiinsa nähden välillä 0 - 36°. Laitteiston erään vaihtoehdon 5 mukaan sisä- ja ulkosiivekkeiden välinen vaihesiirto on säädettävissä.

Keksintö kohdistuu myös vaahdotusmenetelmään kaasun sekoittamiseksi lietteeseen laitteistossa, joka muodostuu reaktorista, vaahtokourusta, reaktorin sisälle sijoitetusta roottorisekoittimesta, virtaushaitoista ja ίο kehäkartioista. Roottorisekoittimen ja virtaushaittojen avulla muodostetaan reaktoriin syötetystä kaasusta ja lietteestä lietedispersio, joka sekoittimen alapuolella saatetaan voimakkaaseen pyörimisliikkeeseen ja sekoittimen yläpuolella nousemaan ensin ylöspäin ja sen jälkeen lietedispersion suunta saatetaan kääntymään reaktorin reunalta kohti keskustaa kulmassa 20 - 40 ° is nousevien kehäkartioiden avulla; reaktorin yläosassa lietedispersio saatetaan leviämään koko reaktorin poikkipinnalle ja poistumaan osittain ylivuotona vaahtokouruun ja osittain palaamaan reaktorin seinämiä pitkin takaisin sekoittimelle.

20 Keksinnön mukaisen vaahdotusmenetelmän erään vaihtoehdon mukaan ylöspäin nousevan lietedispersion suuntausta kohti keskustaa tehostetaan virtaushaittaan kiinnitetyn, kehäkartioiden suuntaisen ohjauslevyn avulla.

KUVALUETTELO

25 Kuva 1 esittää periaatekuvaa keksinnön mukaisesta sekoituslaitteistosta sivukuvantona,

Kuva 2 on poikkileikkaus sekoituslaitteistosta,

Kuva 3 on suurennos kuvan 1 kohdasta A,

Kuva 4 esittää sekoituslaitteistoon soveltuvaa sekoitinta sivustakatsottuna, 30 kuva 5 esittää kuvan 4 mukaista sekoitinta päältä katsottuna ja siinä on esitetty eräs keksinnön mukaisen sekoittimen siivekkeiden sijoitusvaihtoehto, ja 6 kuva 6 esittää kuvan 4 mukaista sekoitinta päältä katsottuna ja siinä on esitetty eräs toinen vaihtoehto siivekkeiden sijoittamiseksi.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS s Keksinnön mukainen sekoitusmenetelmä ja sekoituslaitteisto kohdistuu vaahdotusmenetelmiin, joihin syötetään kaasua, yleensä ilmaa. Menetelmälle on tyypillistä, että reaktoriin muodostetaan voimakas pystykiertokuvio, joka aikaansaadaan erityisesti tarkoitukseen kehitetyllä sekoittimella ja pystykierron suuntaa säätelevillä kehäkartioilla. Sekoitusreaktorista voitaisiin ίο käyttää lyhennettä VFIB-reaktori (Vertical Flow Intensity Balanced). Reaktori on edullisesti pystysuuntainen lieriö, jonka täyttökorkeus (tehollinen korkeus) on 0,8 - 1,4 kertaa lieriön halkaisija. Reaktorin seinälle normaalisti sijoitettujen pystysuorien virtaushaittojen sijasta käytetään lähemmäksi sekoitinta asetettuja pystylevyjä, jotka voivat samalla toimia myös staattorina. is Menetelmälle on tyypillistä, että tehokas, kautta koko reaktorin ulottuva ja hallitun muotoinen sekoitus saadaan aikaan käyttämällä vain yhtä sekoitinta, jonka ulkosiivekkeiden kehänopeus on korkeintaan luokkaa 5-7 m/s, koska keksinnön mukaisen sekoittimen teholuku on niinkin suuri kuin 4-10. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Kun keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa käytetään vaahdo- 2 tukseen, erillistä valmennusta ei periaatteessa tarvita, sillä keksinnön 3 mukainen sekoitusratkaisu on osoittautunut niin tehokkaaksi, että sekä 4 valmennus että vaahdotus voidaan hoitaa samanaikaisesti. Keksinnön 5 mukaisessa menetelmässä sekoitus ulottuu yhtenäisen voimakkaana kautta 6 koko reaktorin kehäkartioiden alapuolisella alueella. Vaahdotuskenno on 7 yleensä varustettu roottoria ympäröivällä staattorilla, joka muodostuu 8 pystylevyistä. Kyseinen järjestely saa aikaan suhteellisen voimakkaan, lähes 9 säteensuuntaisen ja hiukan nousevan primääripumppaussuihkun, jota 10 staattori kuitenkin selvästi vaimentaa. Järjestelmä toimii melko hyvin 11 makaavissa kaukalomallisissa kennoissa, varsinkin, jos niissä on useampi roottori/staattorimekanismi samassa kaukalossa. Kun kennon suuruusluokka on 50 - 500 m3, pitää rakenteen olla symmetrinen ja tällöin esimerkiksi 7 pystylleriö on hyvä ratkaisu. Pystylieriö on virtausteknisesti hyvä ratkaisu ja siinä mittakaavan muutokset ovat helpommin laskettavissa ja hallittavissa.

Riittävän ja tehokkaan sekoituksen ja dispergoinnin aikaansaaminen s suurissa vaahdotuskennoissa tuottaa toisinaan vaikeuksia. Perinteinen roottori-staattori rakenne ei aina välttämättä saa aikaan sellaista sekoitus-kuviota, jonka avulla saadaan ilma sekoittumaan lietteeseen ja edelleen ilmakupliin tarttuneet mineraalipartikkelit nousemaan nestepinnan yläpuolelle niin nopeasti, että ne eivät ehdi flokkuloitumaan toisiinsa ja siten jäämään 10 lietteeseen. Kun mineraalipartikketit jäävät lietteeseen pyörimään, niiden pinta saattaa myös hapettua, mikä on ei-toivottu ilmiö.

Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla saadaan nyt aikaan voimakas lietekierto sekä sekoittimen ylä- että alapuolella. Keksinnön is mukaiselle menetelmälle on tyypillistä, että sekoitusreaktorissa roottori-sekoittimen onton akselin kautta reaktoriin syötetään ilmaa, joka sekoittimen sisäsiivekkeiden avulla dispergoidaan lietteeseen ja sen jälkeen sekoittimen ulkosiivekkeiden avulla dispergoitu liete saatetaan voimakkaaseen kiertoon reaktorissa. Sekoittimen avulla muodostetaan ensinnäkin lietedispersion 20 voimakas vinosti alaspäin suuntautuva virtaus, joka reaktorin seinillä kääntyy osittain alaspäin kiertyen takaisin sekoittimelle. Toinen osa virtauksesta kääntyy ylöspäin ja nousee reaktorin seinämiä pitkin ylöspäin, jossa se reaktorin reunoilta kohti keskustaa nousevien kehäkartioiden ohjaamana kääntyy reaktorin keskustaan päin ja jatkaa nousuaan ylöspäin reaktorin 25 keskustassa. Lietevirtauksen suuntaa vinosti keskustaan ja siellä ylöspäin voidaan edelleen tehostaa virtaushaittoihin kiinnitettyjen, kehäkartioiden suuntaisten ohjauslevyjen avulla. Reaktorin yläosassa virtaus jälleen leviää rauhallisesti reaktorin koko poikkipinnalle. Osa lietteestä poistuu vaahtokou-ruun ja osa kiertää takaisin reaktorin seinämiä pitkin sekoittimelle. 30 Kehäkartioiden ja ohjauslevyjen avulla saadaan aikaan alhaalta ylöspäin nouseva ja ulospäin laajeneva lietevirtaus, ns. ”mushroom”-virtaus, joka on vaahdotuksessa edullinen virtausmuoto.

8

Voimakkaan yläkierron vaikutuksesta koko vaahdotusreaktorin se materiaali, joka ei poistu ylivuotona, saadaan palaamaan uudelleen sekoittimen dispergointikäsittelyyn. Tämä edistää vaikeasti käsiteltävän malmin vaahdot-5 tumista. Esimerkiksi voimakkaasti fiokkuloituva malmi ei ehdi flokkuloitua uudelleen ja siten heikentää vaahdotustulosta. Sekoittimien alapuolella tapahtuva voimakas sekoitus saa aikaan ilman dispergoitumista malmiliet-teeseen, kemikaalien tarttumista kiitoainepinnoille ja mahdollisesti tapahtuneen flokkuloinnin purkautumisen.

10

Kuvassa 1 nähdään tyypillinen vaahdotukseen käytettävä pystyreaktori 1, jonka yläosaa kiertää ulkopuolella oleva vaahtokouru 2. Reaktorin poikkileikkaus ilman vaahtokourua nähdään kuvassa 2. Käsiteltävä liete syötetään reaktoriin normaalisti reaktorin alaosasta ja poistetaan reaktorin yläosasta is ylivuotona vaahtokourun kautta. Reaktoriin eli vaahdotuskennoon sijoitetaan US-patentissa 5,078,505 kuvatun tyyppiset, standardihaittoja leveämmät ja reaktorin seinistä etäällä olevat virtaushaitat 3. Virtaushaittojen säteen-suuntainen pituus (leveys) on luokkaa 0,11 - 0,14 kertaa reaktorin halkaisija ja niiden ulkoreunan etäisyys reaktorin seinästä luokkaa 0,08 - 0,1 kertaa 20 reaktorin halkaisija. Virtaushaittojen lukumäärä on reaktorin koosta riippuen 6-10. Lisäksi reaktori varustetaan kahdella kehäkartiolla 4 ja 5, jotka asetetaan reaktoriseinämän ja virtaushaittojen väliin sekoittimen 6 yläpuolelle. Reaktoriin syötettävä ilma tuodaan esimerkiksi sekoittimen onton akselin 7 kautta. Roottorisekoittimen halkaisija on edullisesti luokkaa 35 -25 45% reaktorin halkaisijasta ja se on asetettu reaktoriin sen pohjasta katsottuna korkeudelle, joka on 0,7 -1 kertaa sekoittimen halkaisija.

Kehäkartiot nähdään tarkemmin kuvassa 3. Alemman kehäkartion 4 etäisyys pohjasta on luokkaa 1-1,2 kertaa sekoittimen halkaisija. Kehäkartioille on 30 tyypillistä, että ne on asennettu tekniikan tason mukaisen vaakatason sijasta reaktorin reunoilta kohti keskustaa nousevaan asentoon, jolloin niiden kulma vaakatasoon nähden on luokkaa 20 - 40 astetta. Keksinnön mukaisessa 9 ratkaisussa kehäkartioiden tarkoituksena on erityisesti ohjata ylöspäin nousevan lietevirtauksen suuntaa kohti keskustaa ja osittain estää alaspäin suuntautuvaa virtausta. Tämä saadaan aikaan siten, että kehäkartiot sijoitetaan varsin lähelle reaktorin seinämää. Alemman, kiinteän kartion 5 kehärako eli kartion ulkoreunan etäisyys reaktorin seinämästä on edullisesti luokkaa 0,02 - 0,03 kertaa reaktorin halkaisija ja ylemmän kehäkartion 5, jonka korkeutta voidaan säätää esimerkiksi elimen 8 avulla, kehärako on vain luokkaa 0,002 - 0,003 kertaa reaktorin halkaisija. Alemman kartion leveys reaktorin säteen suunnassa on luokkaa 0,06 - 0,08 kertaa reaktorin ίο halkaisija. Kun ylempi kehäkartio on ala-asennossaan, se on lähes kiinni alemmassa kartiossa ja silloin ne muodostavat yhtenäisen, lietevirtausta voimakkaasti reaktorin keskustaan ohjaavan pinnan. Vain pienempi osa lietevirtauksesta palautuu sekoittimelle reaktorin seinämän ja kehäkartion välisestä raosta. Alempi kehäkartio voidaan vielä varustaa kartiosta reaktorin is keskustaan päin suunnatuilla ulokkeilla 9, jotka vaimentavat pitkin virtaus-haittoja voimistuvaa nousuvirtausta.

Kun reaktori on varustettu keskustaa kohti nousevilla kehäkartioilla, lietevirtaus kääntyy jouhevasti eivätkä ilmakupliin kiinnittyneet mineraali-20 partikkelit irtoa kuplasta. Tämä on erityisen tärkeää, kun vaahdotettava materiaali on raskasta ja huonosti ilman mukana nousevaa.

Kehäkartioiden vaikutuksesta muodostettua, ylöspäin suuntautuvaa virtausta on vielä joissakin tapauksissa edullista vaimentaa kuhunkin virtaushaittaan 25 kiinnitetyn ohjauslevyn 10 avulla, kuten nähdään kuvista 1 ja 2. Ohjauslevyt kiinnitetään kehäkartioiden yläpuolelle, reaktorin pohjasta ylöspäin tyypillisesti korkeudelle 1,5- 1,7 kertaa sekoittimen halkaisija. Ohjauslevy on suorakaiteen muotoinen ja se on vaakatasoon nähden samassa kulmassa kuin ohjauskartiotkin eli se nousee kohti reaktorin keskustaa 30 kulmassa 20 - 40 astetta. Ohjauslevyn pituus reaktorin säteen suunnassa on samaa suuruusluokkaa kuin virtaushaitalla ja leveys noin puolet tästä.

10

Leveyssuunnassa ohjauslevy kiinnitetään virtaushaittaan olemaan symmetrisesti sen molemmilla puolilla.

Vaahdotuksessa käytettävän laitteiston yksi tärkeä osa on voimakkaan 5 sekoituksen aikaansaava sekoitin 6, jota on tarkemmin kuvattu kuvassa 4. Keksinnön mukaisen sekoituslaitteiston sekoittimelle on tyypillistä, että akseliin 7 ripustettu sekoitin muodostuu akselin alapäähän symmetrisesti kiinnitetystä ympyrälevystä 11, levyyn säteensuuntaisesti sen ylä- ja alapuolelle kiinnitetyistä sekoittimen sisäsiivekkeistä 12 sekä ympyrälevyyn ίο varren 13 avulla kiinnitetyistä ulkosiivekkeistä 14. Tekniikan tason mukaisiin sekoittimiin nähden keksinnön mukaisen sekoittimen teholuku on poikkeuksellisen suuri, Np = 4-10, millä tavoin sekoittimen edullinen kehänopeus 5 - 7 m/s varmistetaan suurissa vaahdotusyksiköissä (50 - 500 m3) myös silloin, kun tilavuuskohtaista sekoitustehoa halutaan nostaa alueelle 1,5 - 5,0 is kW/m3. Tekniikan tason mukaisilla sekoittimilla päästään yleensä teholukuun 2,4 - 3,0. Kun sekoittimen ulkosiipien kärkinopeus nousee yli edellä mainitun rajan, sekoitusmekanismin kuluminen voimistuu huomattavasti. Sekä sisä-että ulkosiivekkeiden lukumäärä on keksinnön mukaisessa sekoittimessa 5 - 8 kappaletta. Koska sekoitustapahtumaan johdetaan kaasua, voidaan 20 sekoittimen akseli 7 järjestää sisältä ontoksi, jolloin kaasun syöttö voi tapahtua haluttaessa sen kautta ympyrälevyn alapuolelle. Kaasu voidaan tietenkin syöttää myös reaktorin alaosasta kohti ympyrälevyä erillisen syöttöputken kautta. Sekoittimen halkaisijan suhde sekoitus/vaah-dotusreaktoriin on luokkaa 0,35 - 0,40.

25

Sekoitustehon nostamiseksi sekä sekoittimen ylä- että alapuolella on sekoitin muodostettu siten, että siivekkeet on sijoitettu ympyrälevyyn nähden symmetrisesti niin, että yhtä suuri osa siivekkeistä on ympyrälevyn ylä- ja alapuolella. Sekoitustehon parantamiseksi on nyt sisäsiivekkeen sisäreuna 30 15, johon lasketaan sekä ympyrälevyn ylä- että alapuolinen osa, muodostettu sekoittimen akselin suuntaan kaarevaksi, edullisesti paraabelin muotoiseksi kuitenkin siten, että siivekkeen yläreuna 16 ja alareuna 17 ovat 11 ulkoreunasta sisäänpäin vaakasuoria matkalla, joka on 35-50% koko siivekkeen leveydestä. Sisäsiivekkeen ulkoreuna 18 on tyypillisesti pystysuora ja ulottuu edullisesti ympyrälevyn kehän ulkopuolelle esimerkiksi matkan, joka on luokkaa 0 - 2% sekoittimen halkaisijasta. Sisäsiivekkeet on 5 asennettu kohtisuoraan ympyrälevyä vasten ja ne ulottuvat edullisesti saman matkan ympyrälevyn muodostaman tason ylä- ja alapuolelle. Sisäsii-vekkeiden korkeus on luokkaa 38 - 46% ja leveys 14 - 20% koko sekoittimen halkaisijasta. Sisäsiivekkeet on tarkoitettu erityisesti kaasun dispergoimiseksi lietteeseen, joten niitä voidaan nimittää myös dispergointi-10 siivekkeiksi.

Ympyrälevyn 11 ulkoreunaan on kiinnitetty varret 13, joiden ulompaan päähän puolestaan on kiinnitetty ulkosiivekkeet 14. Ulkosiivekkeet ovat suorakaiteen muotoisia ja niiden korkeus on luokkaa 3 - 3,5 kertaa niiden 15 leveys. Ulkosiivekkeen leveys ympyrälevyn kohdalla luokkaa 10 - 20%, edullisesti 15%, koko sekoittimen halkaisijasta. Siivekkeet ovat 50 - 70°, edullisesti 60° kulmassa ympyrälevyn muodostamaan tasoon nähden. Myös ulkosiivekkeet ovat ympyrälevyyn nähden symmetriset eli ulottuvat olennaisesti saman matkan ympyrälevyn muodostaman tason ylä- ja 20 alapuolelle. Ulkosiivekkeet ympyrälevyyn kiinnittävien varsien 13 pituus on luokkaa 3-4 % koko sekoittimen halkaisijasta.

Kuvan 5 mukaisessa ratkaisussa sekä sisä- että ulkosiivekkeiden määrä on 6 kappaletta, mutta niiden määrä voi vaihdella välillä 5-8 kappaletta. 25 Määrä riippuu lähinnä siitä, minkä suuruiseen reaktoriin sekoitin sijoitetaan. Kuvassa 5 siivekkeet ovat sijoitettu siten, että sisä- ja ulkosiivekkeet ovat kohdakkain eli ulkosiivekkeen ympyrälevyyn yhdistävä varsi on kiinnitetty juuri samaan kohtaan kuin sisäsiiveke. 1

Kuvan 6 mukaisessa ratkaisussa on myös uiko- ja sisäsiivekkeiden lukumäärä 6 kappaletta, mutta nyt siivekkeet on kiinnitetty ympyrälevylle siirre-tysti toisiinsa nähden. Kuvan 6 mukaan siivekkeet ovat 30 asteen vaihe- 12 siirrossa toisiinsa nähden. Keksinnön mukaiselle sekoitinratkaisulle on tyypillistä, että siivekkeet voivat olla vaihesiirrossa toisiinsa nähden välillä 0 - 36° siivekkeiden lukumäärästä ja sekoitustarpeesta riippuen. Kun siivekkeet ovat vaihesiirrossa toisiinsa nähden, sekoittimen ympärillä syntyy s sekoitettavien materiaalien dispergointikohtia kaksinkertaisesti verrattuna siihen, että siivekkeet ovat kohdakkain. Kun kuvan 6 mukainen sekoitin sijoitetaan reaktoriin, jonka koko on yli 50 m3 ja mitoitetaan edellä kuvatulla tavalla, sisäsiivekkeidenkin kehänopeus nousee yli 4 m/s eli selvästi disper-gointialueelle. Lopputuloksena saadaan entistä tasaisempi kaasun disper-ίο gointi reaktorissa olevaan liuokseen tai lietteeseen. Vaihesiirto on maksimissaan, kun ulkosiivekkeet ovat täsmälleen sisäsiivekkeiden välissä. Maksi-mivaihesiirto on siis siivekkeiden lukumäärästä riippuen välillä 36 - 22,5° Keksinnön mukaisen sekoitinlaitteiston sekoittimelle on myös tyypillistä, että siivekkeiden välistä vaihesiirtoa voidaan säätää tarpeen mukaan.

15

Kuvan 6 mukaisessa tapauksessa, jossa sisä- ja ulkosiivekkeiden määrä on 6 kappaletta, tehokas ratkaisu sisä- ja ulkosiivekkeiden sijoittelussa on, että sisäsiivekkeet ovat sekoittimen pyörimissuuntaan nähden edullisesti alueella 20° edellä - 10° jäljessä ulkosiivekkeitä. Kun sisäsiiveke kulkee edellä, 20 ympyrälevyn alta tuleva kaasu tulee sisäsiivekkeiden päästöpyörteiden mukana säteensuuntaisesti nousevana ja joutuu heti perässä tulevan ulkosii-vekkeen vaikutuspiiriin. Kaasu dispergoituu hyvin tasaisesti, kun vaihesiirto on esimerkiksi 20 astetta, jolloin kaasu joutuu laajemmassa tilassa ulkosiipien dispergoitavaksi ja tällöin dispergointitehokkuus saadaan aikaan 25 erityisesti ympyrälevyn yläpuolisten osien vaikutuksesta. Kun vaihesiirto on luokkaa 5 astetta, saadaan aikaan hyvin voimakas paikallinen dispergointi, kun kaasu ja liete purkautuvat sisä- ja ulkosiivekkeiden muodostamasta pienestä raosta ulos- ja ylöspäin. 1

Erityisen voimakkaasti sisä- ja ulkosiivekkeiden keskinäinen sijainti vaikuttaa silloin, kun sekoitin on mitoitettu reaktoriin, jonka tilavuus on yli 100 m3. Tällöin jo kaasun absoluuttiset siirtymismatkat ovat huomattavia, mutta 13 matkan vaikutusta voidaan pienentää lisäämällä sekoittimen siivekkeiden lukumäärää.

ESIMERKIT

5

Esimerkki 1

Serpentoituneelle nikkelimalmille tehtiin rikastuskokeita keksinnön mukaisessa VFIB-vaahdotusreaktorissa, jonka halkaisija oli 362 mm ja tehollinen korkeus 437 mm. Vaahdotuksessa käytettävä sekoitin oli keksinnön ίο mukainen, halkaisijaltaan 144 mm ja sen teholuku oli 6,2.

Käsiteltävästä nikkelimalmista suurin osa oli pentlandiittia, ja se oli jauhettu hienouteen 90% -40 pm, jolloin suurin osa nikkelisulfideista oli vapautunut omiksi sulfidipartikkeleikseen. Koska sulfidipartikkelit ovat hyvin herkkiä 15 hapettumaan, vaahdotuskoe aloitettiin välittömästi jauhatuksen jälkeen. Malmi lietettiin natriumkloridiliuokseen, jonka väkevyys oli luokkaa 2,5% siten, että lietetiheydeksi tuli 150 g malmia/litra. Malmin analyysi oli Ni 0,44%, Fe 4,2%, Mg 23,2% ja S 0,71%, mistä nähtiin, että magnesium-silikaatit olivat malmin pääkomponentteja.

20

Vaahdotuskokeessa sekoittimen kierrosluku oli 470 min'1 ja ilman syöttö 22,5 l/min. Vaahdotuskemikaalit lisättiin 6 min aikana ennen ilman syöttöä. Ilma syötettiin viitenä 5 min jaksona 6 minuutin välein. Vaahdotusreagenssien eli painaja- ja kokoojakemikaalien lisäys suoritettiin silloin, kun ilman syöttö ei 25 ollut päällä. Vaahdotustuloksena oli, että kun lasketaan kunkin viiden jakson aikana muodostetun nikkelirikasteen saanti yhteen, kumulatiivinen nikkeli-saanti oli 83%, magnesiumsaanti 34,7% ja rikkisaanti 81,5%. Tulosta pidetään hyvänä, koska 15 - 20% nikkelistä jakautuu malmissa silikaatteihin. 1

Vaahdotuskoe toistettiin sillä erolla, että sekoittimena käytettiin US-patenttijulkaisussa 4,548,765 kuvattua sekoitinta. Vastaava kumulatiivinen nikkelisaanti oli tasolla 57%. Tarkemmassa tarkastelussa todettiin, että 14 malmin flokkuloituminen oli syynä nikkelisaannin alenemiseen, koska tämä tekniikan tason mukainen sekoitin sai aikaan liian alhaisen sekooitustehon. Kyseisellä sekoittimella alennettiin sekoitustehoa portaittain, ja todettiin, että jo tasolla 400 min*1 esiintyi flokkeja malmilietteen yläosassa. Flokit sulkevat s sulfidihiukkasia sisäänsä, jolloin niiden tarttuminen ilmakupliin estyy ja nikkelisaanti alenee. Flokkaantuminen onkin tyypillinen ominaisuus rauta-magnesiumsilikaattityyppisille nikkelimalmeille, ja se johtuu sähköisesti varautuneista silikaateista, jotka sulkevat sisäänsä nikkelipitoiset sulfidipartikkelit.

10

Esimerkistä nähdään, että sekoitustehon nostolla ja saattamalla sekoitus jakautumaan tasaisesti vaahdotuskennossa saadaan aikaan tyydyttävä nikkelisaanti. Keksinnön mukaisen sekoittimen antama keskimääräinen tilavuuskohtainen sekoitusteho oli ennen ilmansyöttöä 4,71 W/I ja ilman is syötön aikana 3,50 W/I. Vastaavat luvut tekniikan tason mukaisella sekoittimella olivat 2,6 W/I ja 1,4 W/I. Keksinnön mukaisen sekoitusratkaisun etuna voidaan nähdä se, että sen avulla aikaansaatu pystysuuntainen sekoitusulottuvuus on huomattavasti suurempi kuin tekniikan tason mukaisessa sekoittimessa, jonka akselitehosta suurin osa suuntautuu 20 alaspäin.

Claims (12)

1. Sekoituslaitteisto kaasun sekoittamiseksi lietteeseen vaahdotus-prosessissa, jolloin laitteisto muodostuu reaktorista (1), 5 vaahtokourusta (2), reaktorin sisälle sijoitetusta roottorisekoittimesta (6), virtaushaitoista (3) ja kehäkartioista (4,5), tunnettu siitä, että sekoituslaitteistossa kehäkartiot (4,5) on sijoitettu reaktoriin virtaushaittojen (3) ja reaktorin seinämän väliin ja ne on asetettu reaktorin reunoilta kohti keskustaa nousevaan asentoon kulmassa ίο 20 - 40 ° ja että roottorisekoitin (6) on varustettu ympyrälevyyn (11) kiinnitetyillä sisä- ja ulkosiivekkeillä (12,14), jotka on järjestetty korkeussuunnassa symmetrisesti ympyrälevyn muodostaman tason suhteen. is 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kehäkartioiden lukumäärä on kaksi, jolloin alemman, kiinteän kartion (4) ulkoreunan etäisyys reaktorin seinämästä on luokkaa 0,02 - 0,03 kertaa reaktorin halkaisija.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että alemman kehäkartion (4) leveys säteen suunnassa on luokkaa 0,06 - 0,08 kertaa reaktorin halkaisija.

4. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 25 ylemmän, säädettävän kartion (5) ulkoreunan etäisyys reaktorin seinämästä on luokkaa 0,002 - 0,003 kertaa reaktorin halkaisija. 1 2 3 4 Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 2 virtaushaittaan (3) on kehäkartioiden (4,5) yläpuolelle kiinnitetty 3 30 kehäkartioiden suuntainen ohjauslevy (10) korkeudelle 1,5 - 1,7 4 kertaa sekoittunen halkaisija.

6. Patenttivaatimusten 1 ja 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ohjauslevyn (10) pituus reaktorin säteen suunnassa on luokkaa 0,11 - 0,14 kertaa reaktorin halkaisija.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sekä roottorisekoittimessa sisä- että ulkosiivekkeiden (12,14) lukumäärä on 5 - 8 kappaletta.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ίο roottorisekoittimessa sisäsiivekkeen sisäreuna (15), johon lasketaan sekä ympyrälevyn (11) ylä- että alapuolinen osa, on muodostettu sekoittimen akselin (7) suuntaan kaarevaksi siten, että siivekkeen yläreuna (16) ja alareuna (17) ovat ulkoreunasta (18) sisäänpäin vaakasuoria matkalla, joka on 35-50 % koko siivekkeen leveydestä. 15

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että roottorisekoittimen ulkosiivekkeet (14) ovat 50 - 70°, edullisesti 60° kulmassa ympyrälevyn (11) muodostamaan tasoon nähden.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sisäsiivekkeet (12) ja ulkosiivekkeet (14) ovat kohdakkain eli ulkosiivekkeen ympyrälevyyn yhdistävä varsi (13) on kiinnitetty ympyrälevyyn samaan kohtaan kuin sisäsiiveke.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sisäsiivekkeet (12) ja ulkosiivekkeet (14) on kiinnitetty ympyrälevylle (11) siirretysti toisiinsa nähden. 1 2 3 Patenttivaatimuksen 11 mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että 2 30 sisäsiivekkeet (12) ja ulkosiivekkeet (14) on ovat vaihesiirrossa 3 toisiinsa nähden välillä 0 - 36°.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että sisä-ja ulkosiivekkeiden välinen vaihesiirto on säädettävissä.

14. Vaahdotusmeneteimä kaasun sekoittamiseksi lietteeseen laitteis- 5 tossa, joka muodostuu reaktorista (1), vaahtokourusta (2), reaktorin sisälle sijoitetusta roottorisekoittimesta (6), virtaushaitoista (3) ja kehäkartioista (4,5), tunnettu siitä, että roottorisekoittimen (6) ja virtaushaittojen (3) avulla muodostetaan reaktoriin syötetystä kaasusta ja lietteestä lietedispersio, joka sekoittimen alapuolella to saatetaan voimakkaaseen pyörimisliikkeeseen ja sekoittimen yläpuolella nousemaan ensin ylöspäin ja sen jälkeen lietedispersion suunta saatetaan kääntymään reaktorin reunalta kohti keskustaa kulmassa 20 - 40 ° nousevien kehäkartioiden (4,5) avulla; reaktorin yläosassa lietedispersio saatetaan leviämään koko reaktorin 15 poikkipinnalle ja poistumaan osittain ylivuotona vaahtokouruun (2) ja osittain palaamaan reaktorin seinämiä pitkin takaisin sekoittimelle.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ylöspäin nousevan lietedispersion suuntausta kohti keskustaa 20 tehostetaan virtaushaittaan (3) kiinnitetyn, kehäkartioiden suuntaisen ohjauslevyn (10) avulla. 1