Аэрационный узел подачи газа в суспензию

Аэрационный узел подачи газа в суспензию относится к аэрационным системам подачи газа в растворы, используемым при окислительном выщелачивании сульфидных руд, обогащении золотосодержащих руд по методу сорбционного выщелачивания, предварительной аэрации флотационных пульп. Аэрационный узел не требует регулировки и обеспечивает постоянное прохождение определенного объема газа с высокой скоростью даже при увеличении давления сжатого газа, что обеспечивается его конструкцией с использованием герметично установленного на трубчатом корпусе с возможностью подачи газа через соединительную трубку обратного клапана, состоящего из корпуса, на котором фиксируется ниппель, закрытый базовым чехлом, с герметическим разъемом для инжекционного сопла, при этом соединительная трубка является направляющей для шомпола с сальником, разделяющим зоны подачи газа и зоны инжекционного сопла. 1 н.п.ф. 3 илл.

Полезная модель может быть использована в металлургической, горной, химической и других отраслях промышленности, в частности, в технологиях переработки руд, продуктов обогащения и отходов горно-обогатительных и металлургических предприятий, в том числе концентратов, промышленных продуктов, хвостов, шламов, шлаков и др. и относится, в частности к аэрационным системам подачи газа в растворы, используемым при окислительном выщелачивании сульфидных руд, обогащении золотосодержащих руд по методу сорбционного выщелачивания, предварительной аэрации флотационных пульп.

Заявленная полезная модель относится к технологии введения тонких воздушных пузырьков во флотационную камеру (колонну), чаны, реакторы и т.д., в целях диспергирования воздуха (пара) или массопереноса кислорода. В основе данной технологии лежит сверхзвуковое введение газов (кислорода, воздуха, пара) в шламы, пульпы или растворы для образования областей высокого локального сдвига, которые при соединении с рассеянным облаком образуемых аэратором пузырьков, обеспечивает наиболее эффективный переход кислорода в шламовую фазу и передачу температуры от пара пульпе, при образовании при определенных условиях флотационной пены.

Из уровня техники известны различные конструкции аэраторов, использующих сверхзвуковое воздействие газов. Например, УОЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИСПЕРГАТОР ДОЛГОПОЛОВА по патенту РФ 2497580 (публ. 10.11.2013) или ДИСПЕРГАТОР РЕГУЛИРУЕМОЙ ДИСПЕРСНОСТИ по патенту РФ на полезную модель 37473 (публ. 27.04.2004)

Однако, наиболее близким к заявленному решению, по схеме аэрационной системы диспергации, заявитель рассматривает аэрационный узел диспергатора SlamJet, разработанный канадской компанией ERIEZ FLOTATION DIVISION, ранее известной как Canadian Process Technologies Inc. Конструкция узла раскрыта в информационных материалах компании, приложенных к заявке, и рассматривается заявителем в качестве прототипа.

Аэрационный узел системы диспергирования воздуха «SlamJet» состоит из трубчатого корпуса, на конец которого при помощи резьбы крепится сопло. Внутри трубки располагается тяга, на конце которой крепится запирающий клапан и механизм автоматического запирания клапана, состоящий из пружины и диафрагмы (см. фиг. на странице 41 каталога). Натяжение пружины отрегулировано на давление открывания, которое выше ожидаемого гидростатического давления в колонне. Это обеспечивает поддержание клапана в закрытом герметичном состоянии за счет натяжения пружины при отсутствии давления газа в «SlamJet», что предотвращает попадание пульпы в воздушную систему. При подаче газа и возрастании давления в коллекторе, давление открывания будет превышено, что приводит к постепенному отодвиганию запорного клапана диафрагмой и поступлению газа в пульпу. В случае внезапного сброса давления, например при прорыве воздушной магистрали, или неплановой остановке компрессора «SlamJet» будет запираться для предотвращения забивки системы подачи газа. Инжекционное сопло изготавливается из плотной износостойкой керамики, поскольку подвергается сильному воздействию газового потока, что приводит к его износу.

Недостатками известного решения являются.

Невозможность точной регулировки натяжения пружины в условиях производства на давление открывания, что требует специального стенда. Это усилие будет или завышено или занижено. При завышении данного усилия пружины будет наблюдаться снижение подачи газа в колонну. При занижении данного усилия пружины, без подачи газа, будет наблюдаться вдавливание клапана гидростатическим давлением и попадание пульпы в зону подачи газа.

Не смотря на то, что сопла изготовлены из износостойкой керамики, сверхзвуковая скорость газа, тем не менее, приводит к достаточно быстрому износу инжекционных сопел и клапанов. При износе керамики в известной системе наблюдается попадание пульпы в газовую систему, при остановленном процессе подачи газа. При этом предлагаемая для промывки водно-воздушной смесью система неэффективна.

Какой-либо рост давления газа отодвигает положение игольчатого клапана. При этом связь перемещения клапана и проходного сечение сопла не является прямолинейной, так при перемещении штока на 1 мм, проходное сечение сопла возрастает в 2,7 раза, что снижает скорость потока газа в пульпу и ухудшает процесс формирования пузырьков газа. В системах аэрации это является принципиально важным, поскольку размеры пузырьков и их количество зависят от скорости потока воздуха и перепада давления, а размер пузырьков определяется срезающими усилиями при выходе воздушного потока в пульпу.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное решение является повышение надежности и эффективности работы аэрационного узла.

Заявленный технический результат достигается тем, что аэрационный узел подачи газа в суспензию, состоящий из трубчатого корпуса и инжекционного сопла, изготовленного из износостойкой керамики, дополнительно содержит установленный на трубчатом корпусе с возможностью подачи газа через соединительную трубку обратный клапан, состоящий из корпуса, на котором фиксируется ниппель, закрытый базовым чехлом, с герметическим разъемом для инжекционного сопла, при этом соединительная трубка является направляющей для шомпола, для прочистки инжекционного сопла при забивании пульпой, с сальником, разделяющим зоны подачи газа и зоны инжекционного сопла.

Конструкция аэрационного узла и схема его использования поясняются графическими материалами.

На фиг. 1 представлена схема установки аэрационной системы на реакционной емкости. Аэрационная система подачи газа в растворы устанавливается на колоннах и чанах различного объема. При работе газ (воздух, пар, кислород) поступает во флотационную камеру (колонну), чан или реактор с очень высокой скоростью, резкое падение давления газа на входе в колонну, обуславливает фронт удара, который разбивает большие пузырьки на «облако» мелких. Размеры пузырьков зависят от скорости потока воздуха и перепада давления. Размер пузырьков определяется срезающими усилиями при выходе воздушного потока в пульпу. Существует зависимость между расходом газа м³/час и количеством устанавливаемых на колоннах и чанах аэраторов. Расход газа часто выражается в его приведенной скорости (Jg), измеряемой в см/с. Jg - это отношение объемного расхода газа, к площади сечения колонны (чана).

Система состоит из следующих узлов:

Блок учета и регулировки подаваемого газа-окислителя, включающий

- отсечной шаровой кран - 1, который в открытом положении обеспечивает подачу газа-окислителя в коллектор. В закрытом положении система не работает;

- расходомер - 2, который фиксирует расход газа-окислителя. Расходомер с дисплеем в режиме реального времени передает на коммутатор и фиксирует по суткам расход газа в виде графика м³/час в чан, на котором установлена система.

- редукционный клапан - 3, который поддерживает требуемое давление и расход газа-окислителя.

- датчик давления - 4, который показывает давление газа-окислителя в режиме реального времени. Команда подается на коммутатор и фиксируется по суткам в графическом виде в координатах время-давление.

Блок распределения и тонкой очистки газа, включающий

- воздушный коллектор - 8, установленный на опорную скобу 10, приваренную к корпусу реакционной емкости - 13.

- отсечной кран (запорный клапан) 7 подачи газа-окислителя, который монтируется на коллекторе против каждого аэратора.

- фильтр тонкой очистки газа - 5, который устанавливается за отсечным краном на каждый аэратор для фильтрации частиц 10÷15 мкм и оснащен манометром, который регистрирует фактическое давление, подаваемое в аэратор,

- сбросной кран - 6, который устанавливается на фильтре для удаления с фильтра грязи и конденсата.

- кран - 9, предусмотренный для сброса конденсата на коллекторе.

- соединительный шланг - 11 от фильтра тонкой очистки к аэратору 12, который закреплен на штуцерах хомутами - 14.

- обратный клапан - 15, установленный перед входом газа-окислителя в аэратор и предназначенный для предотвращения попадания фильтрата в газовую систему (в аварийных ситуациях пульпы).

Шлюзовой порт установки, включающий

- переходник - 16, который приваривается к корпусу чана и обеспечивает установку аэратора на чан;

- шаровой кран - 17, предназначенный отсекать или соединять с чаном аэратор;

- шлюзовый элемент - 18;

Аэратор для подачи газа 12 устанавливается на чанах 13 на высоте 1000 мм от днища. Площадка обслуживания - 19 располагается ниже на 1200 мм от горизонтальной оси аэраторов. Коллектор 8 монтируется таким образом, чтобы его ось располагалась на 500 мм выше оси расположения аэраторов.

На фиг. 2 представлена конструкция аэратора 12 и конструкция аэрационного узла - 20, где 21 инжекционное сопло, выполненное из плотной износостойкой керамики; 22 - обратный клапан, корпус аэратора 23, соединительная труба 24, предназначенная для подачи газа и являющаяся направляющей для шомпола 25, предназначенного для прочистки инжекционного сопла при забивании пульпой, узла герметизации шомпола 26.

Аэрационный узел 20 состоит из инжекционного сопла 21, уплотняющего сальника 27, предназначенного для разделения зоны подачи газа и зоны инжекционного сопла, корпуса обратного клапана - 28, на котором устанавливается ниппель - 29, зафиксированный шайбой - 30, закрытый базовым чехлом - 31 с разъемом для инжекционного сопла.

Аэрационный узел работает следующим образом.

Отсечной кран 7 на коллекторе открывается, газ посредством кислородного шланга через обратный клапан 15 попадает в соединительную трубу 24, герметично закрученную в корпус обратного клапана 28. Ниппель 29, установленный на корпусе обратного клапана и зафиксированный шайбой 30, раздувается и формирует кольцевое отверстие, через которое газ поступает в зону перед инжекционным соплом 21. Корпус инжекционного сопла и конец шомпола 25, отведенного в заднее положение формирует кольцевое проходное сечение сжатого газа, обеспечивающего прохождение газа со сверхзвуковой скоростью, равной 1490 м/сек, при температуре 20°C для водных сред. Сжатый газ в цилиндрической части инжекционного сопла формируется в турбулентную струю, которая врывается в пульпу с очень высокой скоростью, резкое падение газа на входе в пульпу, обуславливает фронт удара, который разбивает большие пузырьки на «облако» мелких. Размеры пузырьков определяются срезающими усилиями при входе воздушной турбулентной струи в пульпу.

Преимуществами заявляемой конструкции инжекционного узла является

- Постоянное кольцевое сечение, сформированное конусной частью инжекционного сопла и конца шомпола, обеспечивает постоянное прохождение определенного объема газа с высокой скоростью даже при увеличении давления сжатого газа в коллекторе, что увеличивает скорость газа на выходе из сопла и улучшает формирование более мелких пузырьков газа в пульпе.

- Конструкция узла, в частности, конструкция обратного клапана, создающего возможность использования такого элемента как шомпол, который не только обеспечивает высокую скорость потока сжатого воздуха, но и позволяет механическим способом (вручную) прочищать инжекционное сопло при засорении пульпой.

- Заявленный аэрационный узел не требует регулировки, а его работоспособность и эффективность обеспечивает сама конструкция.

Схема установки и демонтажа аэратора, которая позволяет демонтировать и вставлять отдельные аэраторы при работе колонны или чана под полной нагрузкой, показана на фиг. 3.

На фиг. 3-I показано рабочее положение аэратора, его демонтаж производится следующим образом. Закрывают отсечной кран 7 подачи кислорода на коллекторе, тем самым блокируя аэратор 12, сбрасывают давление кислорода на фильтре 5 с помощью крана 6, ослабляют гайку герметизирующего элемента шлюза 18 и перемещают аэратор в позицию, показанную на фиг. 3-II, перекрывают шаровой кран 17, тем самым отсекая чан с пульпой, после чего аэратор полностью извлекают. Проводят профилактические работы или замену аэрационного узла. Порядок сборки и установки аэратора производится в обратной последовательности.

Аэрационный узел подачи газа в суспензию, состоящий из трубчатого корпуса и инжекционного сопла, изготовленного из износостойкой керамики, отличающийся тем, что содержит герметично установленный на трубчатом корпусе с возможностью подачи газа через соединительную трубку обратный клапан, состоящий из корпуса, на котором фиксируется ниппель, закрытый базовым чехлом, с герметическим разъемом для инжекционного сопла, при этом соединительная трубка является направляющей для шомпола с сальником, разделяющим зоны подачи газа и зоны инжекционного сопла.