CN111163856B - 将进料浆液进料到分离装置中的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于将进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的设备(1)和方法。所述设备(1)包含具有浆液入口(3)、气体进料入口(5)、多个中空管(10)和出口(7)的导管(4、6、8)。所述中空管(10)被构造成用于将所述来自于浆液入口(3)的进料浆液与来自于气体进料入口(5)的气体合并。所述中空管(10)包含多孔区段(16)，以在所述浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡，用于粘附到所述低密度粒子。当气体通过所述多孔区段引入到所述浆液中时，浆液在轴向对齐的中空管中流动。或者，当气体通过所述多孔区段排放到所述浆液中时，浆液围绕垂直于所述导管纵轴排列的中空管流动。

Description

将进料浆液进料到分离装置中的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于将进料浆液进料到分离装置中的方法和设备，以及用于从进料浆液分离低密度粒子的方法和设备。本发明被特别设计作为应用于细煤或细矿物的泡沫浮选的强化方法用于浓缩疏水粒子，尽管并非仅用于此。

在整个本说明书中，术语“低密度粒子”被用于指称可以是固体状、液体状或气体状的粒子，并且在所有情况下密度都低于周围的流体，所述流体可以例如是水。低密度粒子的更具体实例可以包括油滴或甚至气泡。在整个本说明书中，术语“气体”被用于指称可以是气体状、液体状或固体状的溶液。溶液的更具体实例可以包括水、空气或甚至乳液。

背景技术

下文对现有技术的讨论旨在在适当的技术背景中呈现本发明，并允许其优点得到适当的理解。然而，除非有相反的明确说明，否则在本说明书中对任何现有技术的引用不应被解释为明确或暗示承认这种技术是本领域公知的或构成本领域公知常识的一部分。

过去已提出通过将进料浆液引入到一组平行的倾斜通道上方而从所述进料浆液分离低密度粒子，其中绝大部分所述浆液通过所述倾斜通道向下运输。然后，所述低密度粒子避开所述流动，朝所述通道的面向下方的倾斜表面上升，作为反向沉积物收集，然后沿所述倾斜通道向上滑动。通过这种方式，所述低密度粒子集中在所述装置的上半部，进而通常通过溢流槽汇集到溢流。可以在顶部添加洗涤水并允许其向下流动以除去可能的污染物。所述倾斜通道通常由倾斜的平行板的排布形成。这种倾斜板分级机通常被称为“回流分级机”。与回流分级机有关的方法和设备描述在国际专利申请号PCT/AU2007/001817中，其说明书整体通过引用并入本文，并具体参考该说明书的图5。

在一种配置中，所述低密度粒子借助来自于所述通道下方的向上流化流而避开所述浆液的向下流动。这种配置描述在国际专利申请号PCT/AU2007/001817中。在另一种配置中，所述低密度粒子对抗来自于所述通道上方的向下流化流而避开所述浆液的向下流动。在这种配置中，所述回流分级机完全倒置，并且在一个实施方式中在所述装置的顶端处提供上部流化仓室。因此，这种可选的配置被称为“倒置回流分级机”，描述在国际专利申请号PCT/AU2011/000682中，其说明书整体通过引用并入本文。

发明内容

本发明的开发是为了进一步改进进料回流分级机或倒置回流分级机的设备和方法以及它们的相应操作模式，或为它们提供替代方案。

因此，第一方面，本发明提供了一种用于将进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的设备，所述设备包含：

导管，其具有用于接收所述进料浆液的浆液入口、用于接收气体的气体进料入口和用于排出所述气体和进料浆液的出口；以及

所述导管内的多个中空管，其用于将来自于所述第一和气体进料入口的所述进料浆液与气体合并；

其中一个或多个所述中空管包含用于引导所述进料浆液和气体的流动的无孔区段和用于在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡的多孔区段。

优选地，所述多孔区段包含多孔表面。

优选地，所述多孔区段或表面形成在所述一个或多个中空管的下部处。在可选构造中，所述多孔区段或表面形成在所述一个或多个中空管的中部或上部处，或者所述多孔区段或表面形成整个所述一个或多个中空管。在另一种可选方案中，所述多孔区段或表面形成在所述一个或多个中空管的一个或多个部分处。在一个实施方式中，所述气体从所述气体进料入口通过所述多孔表面输送到所述中空管中。

优选地，所述一个或多个中空管包含形成所述多孔区段或表面的喷布器区段。在某些实施方式中，所述一个或多个中空管包含被多孔材料或膜覆盖的开口区段。

优选地，所述多孔区段形成在所述一个或多个中空管的侧壁中。也优选地，所述多孔区段与所述气体进料入口流体连通，以将来自于所述气体进料入口的气体接收到所述一个或多个中空管中。

优选地，所述多孔区段包含平均直径小于1mm的孔隙或孔眼。更优选地，所述平均孔径小于0.1mm。在某些实施方式中，所述平均孔径可以是0.1微米、0.2微米、2微米、10微米或100微米。在其他实施方式中，所述平均孔径可以在横跨上述尺寸的范围之内。

优选地，所述多孔区段具有1％至90％、优选地10％至80％的孔隙率。本领域技术人员应该理解，术语“孔隙率”是指所述多孔区段内含有连通孔的壁的分数。还应该理解，渗透率与产生给定流动所需的压力降相关，后者进而受到孔隙尺寸、所述孔隙通过所述材料的迂曲度(路径长度)和孔隙率影响。

优选地，所述一个或多个中空管被轴向放置在所述导管内。可选地，所述一个或多个中空管基本上垂直于所述导管的纵轴放置。

优选地，所述一个或多个中空管具有一个或多个第一开口，用于从所述浆液入口接收所述进料浆液。更优选地，所述第一开口各自包含所述中空管的第一开口端。

优选地，所述一个或多个中空管具有一个或多个第二开口，用于接收来自于所述气体进料入口的气体。在某些实施方式中，所述第二开口形成在所述一个或多个中空管的侧壁中。最优选地，所述第二开口包含所述多孔区段。因此，所述一个或多个中空管中每一者的多孔区段与所述气体进料入口流体连通，以接收来自于所述气体进料入口的气体，并在所述一个或多个中空管中流动的浆液中产生所述尺寸基本上均匀的气泡。在其他实施方式中，所述第二开口各自包含所述中空管的开口端。在这种情况下，所述一个或多个中空管各自具有与所述气体进料入口流体连通的开口端。

优选地，所述一个或多个中空管具有一个或多个第三开口，用于将所述进料浆液和气体排出到所述导管中。更优选地，所述第三开口各自包含所述中空管的第二开口端。在一个实施方式中，所述第二开口端与所述第一开口端相对。

在某些实施方式中，一个或多个中空管具有一个或多个第四开口，以将所述气体排出到所述导管内的进料浆液中。优选地，所述第四开口形成在所述一个或多个中空管的侧壁中。最优选地，所述第二开口包含所述多孔区段。因此，所述一个或多个中空管中每一者的多孔区段将所述气体以尺寸基本上均匀的气泡的形式从所述一个或多个中空管排出到在所述导管内流动的进料浆液中。

优选地，所述一个或多个中空管各自包含内部导管、管或管道。更优选地，存在多个内部导管、管或管道。更优选地，一个或多个内部导管、管或管道也具有多孔区段，用于在所述进料浆液中形成所述尺寸基本上均匀的气泡。因此，所述尺寸基本上均匀的气泡能够粘附到所述浆液中的低密度粒子。在某些实施方式中，所述多孔区段形成在所述一个或多个内部导管、管或管道的侧壁中。在其他实施方式中，所述内部导管、管或管道包含开口端，用于接收来自于所述气体进料入口的气体。在其他实施方式中，所述内部导管、管或管道的多孔区段包含喷布器状的结构。

优选地，所述一个或多个中空管是对称的。在某些实施方式中，所述一个或多个中空管包含膨大部分，其横截面积大于所述一个或多个中空管的其余部分的横截面积。在一个优选实施方式中，所述膨大部分包含所述一个或多个中空管的膨大的开口端。在另一种可选方案中，所述一个或多个中空管包含缩窄部分，其横截面积小于所述一个或多个中空管的其余部分的横截面积。在一个优选实施方式中，所述缩窄部分包含所述一个或多个中空管的缩窄的开口端。

优选地，所述导管具有第一部分，其横截面积大于所述导管的第二部分的横截面积。可选地，所述导管可以具有第一部分，其横截面积小于所述导管的第二部分的横截面积。

本发明的第二方面提供了一种用于将进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的设备，所述设备包含：

导管，其具有用于接收所述进料浆液的浆液入口、用于接收气体的气体进料入口和用于排出所述气体和进料浆液的出口；

所述导管内的多个中空管，其用于将来自于所述第一和气体进料入口的所述进料浆液与气体合并，所述中空管被放置成基本上垂直于所述导管的纵轴并排布成一行或多行；以及

位于所述中空管上方和下方的多个通道，所述通道在所述导管内轴向放置；

其中所述中空管各自包含用于在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡的多孔区段。

优选地，一个或多个中空管各自具有与所述气体进料入口流体连通的开口端，所述开口端接收来自于所述气体进料入口的气体。更优选地，所述一个或多个中空管中的每一者的所述多孔区段接收来自于所述一个或多个中空管的气体，并在所述导管内流动的进料浆液中产生所述尺寸基本上均匀的气泡。

优选地，所述通道由多个平行板限定。

优选地，所述中空管具有根据本发明的第一方面所述的中空管的优选特点。

第三方面，本发明提供了一种用于从进料浆液分离低密度粒子的设备，所述设备包含：

仓室，其具有多个倾斜通道；

浆液进料器，其被排列成用于将所述进料浆液进料到本发明的第一或第二方面的进料设备中；

气体进料器，其被排列成用于将气体进料到所述进料设备中；

其中所述进料设备的出口被排列成用于将所述气体和浆液进料到所述仓室中。

优选地，所述多个倾斜通道被放置成朝向所述仓室的下端或放置在所述仓室的下端处。在可选构造中，所述多个倾斜通道被放置在所述仓室的其他位置中，包括上端或中部。

优选地，所述多个倾斜通道由一组倾斜表面形成。更优选地，所述一组倾斜表面包含平行倾斜板的阵列。

优选地，所述气体和浆液形成朝向所述倾斜通道的向下流化流。更优选地，所述仓室的上端基本上被封闭以促进向下流化流的形成。

优选地，所述气体和浆液在所述仓室中所述倾斜通道上方形成反向流化床。

优选地，所述气体和浆液从所述进料设备的出口排出到所述仓室中所述倾斜通道上方。更优选地，所述气体和浆液从所述进料设备排出到所述仓室的上端。在其他实施方式中，所述气体和浆液可以排出到所述仓室的其他部分中，包括所述仓室的中部或甚至下端。

优选地，所述设备包含至少一个出口，用于从所述仓室移除所述低密度粒子。在一个实施方式中，所述至少一个出口包含上方控制装置，其被排布成允许低密度粒子的浓缩悬液以受控的速率从所述仓室的上端移除。

优选地，所述仓室的基本上封闭的上端被造型成用于将低密度粒子的浓缩悬液导向所述至少一个出口。更优选地，所述仓室的上端被造型成圆锥形，其中包含阀的所述至少一个出口位于所述圆锥的顶端。

优选地，所述仓室的上端被穿孔，并且洗涤水进料器被排布成将洗涤水在压力下通过所述孔眼引入到所述仓室中。

优选地，所述设备包含至少一个出口，用于从所述仓室移除更稠密的粒子。在一个实施方式中，所述至少一个出口包含下方控制装置，其被排布成允许更稠密的粒子以受控的速率从所述仓室的下端所述倾斜通道下方移除。更优选地，所述下方控制装置包含阀或泵。

优选地，所述上方和下方控制装置各自可以通过测量所述仓室的上端中低密度粒子的深度并打开或关闭所述阀和/或运行所述泵以保持所述低密度粒子的深度在预定范围内来运行。

本发明的第四方面提供了一种将气体和进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的方法，所述方法包括：

将所述进料浆液引入到导管的浆液入口中；

将气体引入到所述导管的气体进料入口中；

使用多个中空管将所述进料浆液与气体混合，使得所述进料浆液和气体从所述导管的出口排出到所述分离装置中；并且

为一个或多个所述中空管提供用于在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡的多孔区段。

优选地，所述方法还包括为所述多孔区段提供多孔表面。更优选地，所述方法包括在所述一个或多个中空管的下部处形成所述多孔表面。在其他实施方式中，所述多孔表面可以形成在所述一个或多个中空管的中部或上部处。在一个实施方式中，所述方法还包括将来自于所述气体进料入口的气体通过所述多孔表面引入到所述多个中空管中。

优选地，所述方法还包括将所述一个或多个中空管轴向放置在所述导管内。或者，所述方法还包括将所述一个或多个中空管基本上垂直于所述导管的纵轴放置。

优选地，所述方法还包括将来自于所述浆液入口的进料浆液通过一个或多个第一开口引入到所述多个中空管中。更优选地，所述方法还包括将来自于所述浆液入口的进料浆液通过所述一个或多个中空管的第一开口端引入到所述多个中空管中。在一个实施方式中，所述方法包括将来自于所述气体进料入口的气体通过所述多孔区段或表面引入到所述一个或多个中空管中，以在沿着所述一个或多个中空管流动的浆液中产生所述尺寸基本上均匀的气泡。

优选地，所述方法还包括将来自于所述气体进料入口的气体通过所述一个或多个中空管的一个或多个第二开口引入到所述多个中空管中。更优选地，所述方法还包括将来自于所述气体进料入口的气体通过所述一个或多个中空管的侧壁引入到所述多个中空管中。在其他实施方式中，所述方法还包括将来自于所述气体进料入口的气体通过所述一个或多个中空管的一个或多个开口端引入到所述多个中空管中。在某些实施方式中，所述方法包括将来自于所述气体进料入口的气体引入到所述一个或多个中空管中，并将所述气体通过所述多孔区段或表面以尺寸基本上均匀的气泡的形式排出到在所述导管内流动的进料浆液中。

优选地，所述方法还包括将所述进料浆液和气体从所述一个或多个中空管的一个或多个第三开口排出。更优选地，所述方法还包括将所述进料浆液和气体从所述一个或多个中空管的第二开口端排出。

优选地，所述方法还包括使用所述多个中空管将来自于所述气体进料入口的气体引入到所述导管中。在某些实施方式中，所述方法还包括将所述气体通过所述一个或多个中空管的侧壁排出到所述进料浆液中。

本发明的第五方面提供了一种将气体和进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的方法，所述方法包括：

将所述进料浆液引入到导管的浆液入口中；

将气体引入到所述导管的气体进料入口中；

放置基本上垂直于所述导管的纵轴并排布成一行或多行的多个中空管；

放置位于所述中空管上方和下方的多个通道，所述通道在所述导管内轴向放置；

将所述进料浆液和气体输送到多个中空管中，使得所述进料浆液和气体从所述导管的出口排出到所述分离装置中；并且

为所述中空管提供多孔区段或表面，以在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡。

优选地，所述方法还包括本发明的第四方面的任何优选特点。

本发明的第六方面提供了一种从进料浆液分离低密度粒子的方法，所述方法包括：

按照本发明的第四或第五方面所述的方法将所述进料浆液和气体引入到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中，其中所述分离装置包含具有多个倾斜通道的仓室；

允许所述浆液通过所述倾斜通道向下流动，使得所述低密度粒子通过在所述浆液中更稠密的粒子沿着所述倾斜通道向下滑动的同时沿着所述通道向上滑动而从避开所述流动；和

从所述仓室移除所述低密度粒子。

优选地，所述方法还包括允许所述低密度粒子以受控的速率通过在所述进料设备的外壁与所述仓室的壁之间的一个或多个密闭通路向上移动到溢流槽。

优选地，所述方法还包括从所述仓室的下端除去所述更稠密的粒子。

优选地，所述方法还包括在所述仓室中所述多个倾斜通道上方形成反向流化床。

优选地，上述方法还包括基本上封闭所述仓室的上端以促进向下流化流的形成。

优选地，所述方法还包括将所述多个倾斜通道放置成朝向所述仓室的下端或放置在所述仓室的下端处。在某些实施方式中，所述方法还包括将所述多个倾斜通道放置成朝向所述仓室的中部或上端或放置在所述仓室的中部或上端处。

更优选地，上述方法还包括提供多个倾斜表面以形成所述多个倾斜通道。更优选地，所述多个倾斜表面由平行倾斜板的阵列形成。

优选地，所述方法还包括允许所述低密度粒子在所述仓室的上端处形成浓缩悬液。

优选地，所述方法还包括以受控的速率从所述仓室的上端除去所述低密度粒子。

优选地，所述方法还包括将洗涤水在压力下引入到所述仓室的上端中。更优选地，所述方法还包括将所述洗涤水通过所述仓室的封闭的上端均匀地引入。

在某些实施方式中，将所述低密度粒子导向所述仓室的上端中的出口点，在那里通过上方控制装置、优选为阀的运行将它以受控的速率移除。

在某些实施方式中，通过下方控制装置、优选为阀或泵的运行将所述更稠密的粒子以受控的速率从所述仓室的下端移除。

优选地，所述上方和下方控制装置的运行通过测量所述仓室的上部中的悬液密度并运行所述上方和下方控制装置以将所述仓室的上端中低密度粒子的深度保持在预定范围内来控制。或者，所述上方和下方控制装置的运行通过测量所述仓室的下部中的悬液密度来控制。

除非上下文另有明确要求，否则在整个本描述和权利要求书中，短语“包含”等应当以包含性意义而不是排除性或穷举性意义来解释，也就是说，以“包括但不限于”的意义来解释。

此外，当在本文中使用时，除非另有指明，否则描述共同物体的序数词“第一”、“第二”、“第三”等的使用，仅仅表明正在提及类似物体的不同情况，并且不打算暗示如此描述的物体必须在时间、空间、等级或任何其他方式方面采取给定的顺序。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的优选实施方式，在所述附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的设备的透视图；

图2是图1的设备的局部剖视图；

图3是图1的设备的底视图；并且

图4是安装或固定到分离装置的图1的设备的局部剖视图；

图5是本发明的其他实施方式的顶视图；

图6是在本发明的实施方式中使用的中空管的其他实施方式的端视图；

图7是本发明的另一个实施方式的顶视图(上图)和该实施方式的侧视图(下图)；

图8是本发明的又一个实施方式的顶视图；并且

图9是图8的实施方式的侧视图。

本发明实施方式的详细描述

现在将参考下述实例描述本发明，所述实例应当在所有方面被当作是说明性而非限制性的。在附图中，同一实施方式内或不同实施方式共同的相应特点被提供有相同的参考数字。

如下所述的本发明的优选形式涉及用于泡沫浮选的方法和设备，所述泡沫浮选通常应用于煤和矿物物质的细小粒子，并用于浓缩煤或矿物的疏水粒子。

这些疏水粒子选择性粘附到空气泡的表面，将亲水粒子留在气泡之间的悬液中。因此，一旦所述疏水粒子变得附着于所述空气泡，形成了新的杂合粒子，其总体密度远小于水的密度。因此所述附着的疏水粒子在向上方向上具有与更稠密的粒子的悬液的向下表面速度相比非常高的分离速度。

在大多数浮选情况下，需要添加某些试剂以促进浮选。可以添加捕收剂以促进疏水煤粒子的疏水性。具体来说，添加表面活性剂(有时被称为“起沫剂”)以使所述气泡稳定，因此，所述形成的泡沫作为气泡试图离开本体液体。表面活性剂吸附在气泡表面处，帮助阻止气泡聚并，并因此保留所述“低密度粒子”。这在气泡被迫通过顶阀时是特别重要的。

在图1至4中示出的所描述的实施方式中，提供了一种更高效且方便的排布以将所述进料浆液和气体进料到分离装置中，所述分离装置用于从含有低密度粒子和更稠密的粒子和/或物质的进料浆液分离所述低密度粒子。具体来说，所描述的实施方式被开发用于将所述进料浆液和气体进料到分别在国际专利申请号PCT/AU2007/001817和PCT/AU2011/000682中所描述的回流分级机或倒置回流分级机中。

参考图1，根据本发明的实施方式的进料设备1包含导管或仓室2，其具有位于设备1的上部4中的浆液入口3、位于所述设备的中部6中的气体进料入口5和位于所述设备的下部8的一个末端处的排放出口7。

导管2还包含图2中示出的多个中空管10，以及用于接收来自于浆液入口3的进料浆液的开放入口端12和用于将所述浆液和气体从所述导管排出的开放出口端14。所述中空管10还包含多孔区段16，以使来自于气体进料入口5的气体能够进入所述中空管并产生与从入口端12进来的进料浆液一起流动的尺寸基本上均匀的气泡。提供了安装孔18，用于将进料设备1安装在用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置30(正如在图3和4中最好地示出的)例如回流或倒置回流分级机上。

所述导管的上部4具有截头圆锥形状，以便于所述进料浆液在中空管10的入口端12中的分布。同样地，所述导管的下部8具有截头圆锥区段31，以将所述气体和浆液在通过出口7排出之前导入并浓缩在圆柱区段32中。圆柱区段32有效地起到类似下水管的作用，以将所述泡状流送往分离装置30的仓室。

所述进料浆液通过浆液进料入口3引入，经过每个中空管10的入口端12，并在由中空管壁形成的竖直通道中沿着所述中空管的长度向下流动。气体(通常采取空气的形式)通过气体入口5引入并经过每个中空管10的多孔区段16，产生与所述进料浆液一起流动并粘附于所述进料浆液中的低密度疏水粒子的尺寸基本上均匀的气泡。通常，所述气体以受控方式通过气体入口5进料，使得从每个中空管10的多孔区段16产生直径优选在0.3mm量级上的细小气泡，并与经过中空管的长度的进料浆液中的疏水粒子(其倾向于是低密度粒子)相互作用。附着到所述空气泡的疏水粒子被夹带向下通过所述竖直通道，然后从中空管10的出口端14排出。

多孔区段16确保尺寸相对均匀的气泡的形成，所述气泡作为所述浆液悬液的一部分流动并与所述固体粒子碰撞，在所述疏水粒子与空气泡之间产生附着，以实现分离。所述多孔区段16的几何形状的均匀性确保所述流动的浆液悬液中强而一致的剪切速率导致通过多孔区段16的孔隙的的空气流破裂并形成尺寸基本上均匀的气泡。通常，取决于为应用选择的材料的等级，所述多孔区段中孔隙或孔眼的平均孔径可以在1mm直至0.2微米的范围内。在某些实施方式中，所述孔隙或孔眼具有小于0.1mm的平均孔径。在其他实施方式中，所述平均孔径为10微米。在另一个实施方式中，所述平均孔径为2微米。在另一个实施方式中，所述平均孔径为100微米。

来自于浆液入口3的进料浆液和通过气体入口5进入中空管10的空气一起，通过出口端14离开进入导管2，作为泡状流从排放出口7排出。正如在图4中最好地示出的，这种泡状流进入上端35处和多个倾斜通道37上方的分离装置30的仓室33中，所述多个倾斜通道优选地由一组倾斜表面或理想情况下由平行倾斜板的阵列形成。所述泡状流分离成气体/气泡和浆液组分，并且上升气泡与附着的低密度疏水粒子在进料设备1的任一侧上向上升起，直至它们流入用于回收的出口40。所述更稠密的物质和粒子通过所述倾斜通道朝向用于从仓室33移除所述更稠密的物质的排放出口(未示出)下降。

因此，分离装置30以与上文引用的国际专利申请号中描述的基本上相同的方式运行，其中分离装置30采取回流分级机或倒置回流分级机的形式。然而应该认识到，进料设备1可以与使用泡沫浮选的其他类型的分离装置一起使用。

因此，进料设备1提供了国际专利申请号PCT/AU2011/000682中描述的进料箱的可替选构造。因此，进料设备1也具有在中空管10的每个通道中产生精确的层流场的主要优点。该层流场具有10s^-1至1000s^-1范围内的高剪切速率。这种高剪切速率由通过中空管10的阵列产生的层流实现，所述中空管能够在来自进料设备1的出口7处实现泡状流的高流速。应该认识到，在实际运行中，根据需要，所述进料浆液的流动可以从过渡流到湍流。

进料设备1还提供下述益处：

·为通过多孔区段16进入管10的气体提供增加的表面积–这实际上在多孔区段16处最大化了在给定的竖直高度内(对于竖直排列的中空管10来说)在所述空气相与流动的浆液悬液之间的可渗透界面的表面积，并将这个可渗透界面以均匀的几何形状呈现给所述流动的悬液；

·提供了用于所述气泡和浆液相互作用的封闭区域，提高了所述气体与低密度粒子附着的可能性；

·通过添加更多的管10或缩减现有的管10允许总表面积的可缩放性(放大或缩小)；

·产生单一气体进入点或多个气体进入点，使通往所有中空管10的气体具有受控的体积和压力；

·提供施加到所述气体和浆液的高剪切和精确的层流场，导致进入所述分离装置的泡状流的高流速；和

·确保在向浆液悬液添加气体之前所述浆液具有层流。

包含多个中空管的导管2还通过经气体入口5供应在进料设备1的外部上的空气的倒置安排而具有改进的可缩放性。因此，在分离装置30中只需要单一进料设备1即可容纳更高的流速，并且中空管10的数目可以随着分离装置30的横截面积容易地缩放，而不损失性能。在某些实施方式中，可能有理由包括超过一个进料设备1，例如在使用泡沫浮选的其他类型的分离装置中。

尽管所述实施方式被描述为具有横截面为圆形的中空管10，但应该认识到，在其他实施方式中，所述管可以具有矩形、正方形、椭圆形和任何其他多边形横截面。此外，中空管10可以各自具有一个或多个部分，它们具有比其他部分更大或更小的横截面积，而不是如说明的实施方式中所示具有均匀的横截面积。例如，中空管10可以具有膨大的开口端(即所述开口端具有比所述中空管的其余部分更大的横截面积)。可选地，所述中空管可以具有缩窄的开口端(即所述开口端具有比所述中空管的其余部分更小的横截面积)。进料设备1中出口直径(即开口端)的变化，可以通过在剪切速率变动之下改善所述气体在进料浆液中的局部合并，来改变构成所述分离设备内浮选的动力学速率的基础的流体动力学。同样地，出于相同原因，进料设备1中入口直径的变化也可以改善所述气体与进料浆液的局部合并。

同样地，采取下水管2形式的导管具有圆形横截面，但在其他实施方式中，所述导管可以具有矩形、正方形、椭圆形或任何其他多边形横截面。图5示出了使用中空管10和导管2的组合的不同实施方式的顶视图。在图5(i)中，导管2和中空管10两者具有圆形横截面。在图5(ii)中，导管50具有矩形或正方形横截面，而中空管10基本上垂直于所述导管的纵轴排列。在大多数情况下，中空管10将总体位于相对于导管50的竖直取向的水平方向上。在图5(iii)中，存在多个导管50，并且在导管外壳或阵列55内排列有基本上垂直的中空管10。导管50、阵列55的矩形横截面与中空管10上方和/或下方的平行通道相组合(正如下文关于图7至9更详细描述的)，具有在所述通道内提供明确限定的流场，和通过提供与流动方向垂直的第二维度用于粒子移动来降低粒子堵塞的风险的优点。因此，通道内堵塞风险的降低提供了尺寸过大粒子堵塞的额外防护，允许加工尺寸较大的粒子，并且与中空管10中容许的最大粒子尺寸相比将有效最大粒子直径提高到至多2倍。然而，应该认识到，在其他实施方式中，可以提供不具有平行通道的导管50和阵列55。此外，导管2、50和阵列55也可以具有一个或多个横截面积变化的部分，正如上文关于中空管10所讨论的。

在某些实施方式中，多孔区段16可以包含中空管10的穿孔区段、多孔表面、被多孔材料或膜覆盖的开口区段。

在某些实施方式中，多孔区段16可以包含内部放置的导管、管或管道60，正如在图6中最好地示出的，以形成环形带63(具有相应的环形横截面)或其他类似的几何形状。通常，所述内部导管60与中空管10共轴，但可能只是与中空管10的纵轴65平行。图6示出了中空管10与内部导管60的组合的端视图。图6(i)示出了多孔中空管10和多孔内部管60a；图6(ii)示出了多孔中空管10和无孔内部管60b；图6(iii)示出了无孔中空管10和多孔内部管60c。在每种示出的构造中，形成的环形带63允许所述气体与进料浆液合并并流过中空管10。环形带63的好处包括提供垂直于流动方向的第二维度和粒子尺寸的扩大到2倍，从而降低了粒子堵塞的可能性。环形带63以流动面积的少量损失为代价通过改变水力学直径提供了显著提高的剪切速率。例如，通过多孔区段16的流动面积的10％损失提供了剪切速率提高到2倍。此外，在其他实施方式中，内部管60可以包含所述内部管的穿孔区段、多孔表面、被多孔材料或膜覆盖的开口区段。

参考图7，示出了本发明的另一个实施方式。在这个实施方式中，采取下水管70形式的导管包含上部区段72、气体递送区段75和比上部区段72更长的下部区段77。每个区段具有用于彼此固定的法兰78和进料浆液入口组件(未示出)。由平行板85定义的总体平行的通道82的第一阵列80，位于气体递送区段75上方的上部区段72中。由平行板85定义的总体平行的通道82的第二阵列88，位于气体递送区段75下方的下部区段中。

气体递送区段75包含采取管式喷布器90形式的多个中空管，其基本上垂直于下水管70的纵轴92排列。优选地，每一个或两个平行通道82存在一个喷布器90。排布有多个气体入口95，将采取空气形式的气体沿着空气仓室96递送到喷布器90的一端97。所述空气从另一端98流出，进入另一个空气仓室96并经气体出口99离开。所述空气可以通过连接到喷布器的任一端97、98的公共汇集管(未示出)进料到喷布器90。

在这个实施方式的运行中，所述进料浆液通过下水管70的上部区段72进入，如箭头100所示通过通道82向下流动，并在喷布器90周围流动。空气通过气体入口95和空气仓室96递送到喷布器90。当空气沿着喷布器90的长度移动时，一部分空气通过喷布器的侧壁排出以形成空气泡，其随着进料浆液的向下料流流动，并开始粘附到悬液中的疏水性低密度粒子。喷布器90的基本上垂直的排列意味着所述进料浆液能够以高剪切速率在所述喷布器的外表面上方流过(而不是如前面的实施方式中那样通过中空管10流动)，以实现有效的气泡-粒子碰撞。通常，在所述喷布器半径周围存在高剪切区和剪切梯度。

参考图8和9，示出了本发明的另一个实施方式。在这个实施方式中，导管105与图7的导管70基本上相同。然而，气体递送区段75包含管式喷布器90，其排列成竖直对齐的多行110。在某些实施方式中，喷布器90可以堆叠排列。

设想了平行通道82的使用与前面实施方式中的中空管10的使用相比提供了更好的规模放大选项，并且可以降低设备的压力降和/或能量需求。使用平行通道82的另一个优点在于它们在所述通道内提供了明确限定的流场，并通过提供垂直于流动方向的第二维度用于粒子移动，降低了所述通道内粒子堵塞的风险。这提供了尺寸过大粒子堵塞的额外防护，允许加工尺寸较大的粒子，并且与中空管10中容许的最大粒子尺寸相比将有效最大粒子直径提高到至多2倍。

在某些实施方式中，平行板85不沿着下部区段77的全长延伸。然而，优选地，平行板85沿着下部区段77的全长延伸，以改善气泡-粒子碰撞。

在某些实施方式中，下水管70、105可以被套在圆形管中。尽管图7至9中示出的实施方式具有横截面为正方形的下水管70、105(即所述下水管是对称的)，但应该认识到，在其他实施方式中下水管70、105可能具有矩形、圆形、椭圆形、六边形或任何其他多边形横截面。

图7至9的实施方式具有与上文讨论的图1至4的实施方式相同的技术优点。此外，可以通过细分经过中空管和相关多孔区段的空气流来维持浆液悬液流的所有元件之间的连通性(如图1至4所示例)，或者可以通过细分经过中空管和相关多孔区段的浆液悬液流来维持我们的空气/气体流的所有元件之间的连通性(如图7至9所示例)。此外，使用多孔区段16，以实现几何均匀性的方式在所述气体和浆液相之间获得了大的可渗透表面区域。所述几何长度尺度最好通过所谓的水力学直径来度量，所述水力学直径被定义为4x悬液的总流动面积除以润湿周长，所述润湿周长是多孔表面/区段16的周长。然后，该水力学直径和悬液流速决定了剪切速率。因此，实际上，空气/气体流或浆液悬液流中任一者的细分导致在所述气体和液体相之间产生较大的界面区域，气体相通过所述界面区域进入液体相，目的在于通过所述流动的进料浆液悬液产生的剪切力在所述界面(多孔区段16)处形成气泡。所述相对细小的空气泡的基本上均匀的气泡尺寸有效地通过浮选来回收尺寸相对细小的疏水(低密度)粒子。而且，所述多孔区段的均匀几何形状有助于产生明显的剪切速率，从而促进气泡-粒子的碰撞和附着。

在其他实施方式中，进料设备1的排放出口7不必定延伸到仓室33的上端35中，而是可以代之以位于仓室33的顶部或进一步延伸向或延伸到仓室33的中点或中部。理想情况下，排放出口7位于多个倾斜通道37上方。因此，可以存在其中排放出口7朝向仓室33的下端放置或放置在仓室33的下端处的构造。此外，多个倾斜通道37可以根据需要位于仓室33中的任何位置，包括仓室33的上端35、中部或下端。

在某些实施方式中，如果需要，中空管10可以在导管2内倾斜，以代替被排列成竖直延伸。此外，中空管10可以在所述导管内简单地轴向延伸，基本上平行于导管壁(并且因此进料设备1可以具有带有倾斜的中空管10的倾斜的导管2)。

在其他实施方式中，中空管10沿着导管2的长度进一步延伸超过中部6并进入下部8，以将所述进料浆液和气体从它们的更接近导管出口7的相应出口端14排出。在另一个实施方式中，每个中空管10的出口端14与导管出口7邻近。

在某些实施方式中，导管2的形状可以根据需要改变。因此，上部4和下部8的区段31不必定是截头圆锥形状。

还设想了进料设备1特别适用于高体积进料速率和低固体浓度或低进料等级，并且可以与洗涤水一起使用，所述洗涤水从上方添加到分离装置30的仓室33中的泡状流。就此而言，应该指出图4中示出的分离装置30不使用洗涤水。

这个实施方式的目的是回收所有疏水粒子，并且在这种情况下，可以预期在最终产品中夹带了一些亲水粒子。在这种布置中，形成泡沫不是必需的。不必维护或控制泡沫是有好处的，因为泡沫的稳定性可能变化很大。

还应注意的是，绝大多数体积流量通常倾向于从容器底部排出。因此，所述系统在稀释条件下将有效运行，并因此存在该流量沿所有倾斜通道向下的良好分配。仍然可以使用较高的系统浓度。

还应注意，所述装置在高于传统泡沫浮选装置中所使用的进料和气体速率下将有效地运行，并且将使用较高的洗涤水速率运行。在所述系统的下部中所述倾斜通道的强有力效果使这些较高速率成为可能。这些通道提供了有效容器面积的增加，允许原本可能被向下夹带到底流的气泡朝向溢流向上上升。

还应该认识到，本发明的优选实施方式中的任何特点可以组合在一起，并且不必彼此隔离地应用。例如，倾斜中空管10的特点和矩形上部的特点可以组合到同一进料设备1中。本领域技术人员可以容易地实现来自本发明的上述实施方式的两个或更多个特点的类似组合。

通过为所述进料设备提供各自具有多孔区段的中空管，提供了一种用于将浆液进料到分离装置中的有用的可选配置，其同样具有施加高剪切和精确的层流场，在所述分离装置内引起泡状流的高流速的优点。因此，所述进料浆液被快速有效地输送，并被调制(由于与气体产生的气泡合并)以用于低密度粒子的分离。此外，所述多孔区段最大化了所述空气相和流动的浆液悬液之间的可渗透界面的表面积，增加了基本上均匀的气泡的生成量。所述多孔区段还确保了所述可渗透界面具有均匀的几何形状。在所有这些方面，本发明代表了对现有技术的实用且商业上重大的改进。

尽管已参考具体实例描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到，本发明可以以许多其他形式体现。

Claims (21)

1.一种用于将进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的设备，所述设备包含：

导管，其具有用于接收所述进料浆液的浆液入口、用于接收气体的气体进料入口和用于排出所述气体和进料浆液的出口；以及

所述导管内的多个中空管，其用于将来自于所述浆液入口和气体进料入口的所述进料浆液与气体合并,所述多个中空管具有用于接收来自于所述浆液入口的进料浆液的开放入口端和用于将所述浆液和气体从所述导管排出的开放出口端；

其中一个或多个所述中空管包含用于引导所述进料浆液和气体的流动的无孔区段和用于与所述气体进料入口流体相通，以便使气体进入所述中空管内并在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡的多孔区段，其中所述无孔区段位于所述多孔区段的下部区段。

2.权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个中空管包含多孔表面。

3.权利要求1或2所述的设备，其中所述多孔区段被形成在所述一个或多个中空管的下部处。

4.权利要求1或2所述的设备，其中所述多孔区段被形成在所述一个或多个中空管的侧壁中。

5.权利要求1或2所述的设备，其中所述多孔区段包含平均直径小于1mm至0.1微米的孔隙或孔眼。

6.权利要求1或2所述的设备，其中所述多孔区段具有1％至90％的孔隙率。

7.权利要求6所述的设备，其中所述多孔区段具有10％至80％的孔隙率。

8.一种用于将进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的设备，所述设备包含：

导管，其具有用于接收所述进料浆液的浆液入口、用于接收气体的气体进料入口和用于排出所述气体和进料浆液的出口；

所述导管内的多个中空管，其用于将来自于所述浆液入口和气体进料入口的所述进料浆液与气体合并，其中所述中空管被放置成基本上垂直于所述导管的纵轴并排布成一行或多行；以及

位于所述中空管上方和下方的多个通道，所述通道在所述导管内轴向放置；

其中所述中空管各自包含用于引导所述进料浆液和气体流动的无孔区段和多孔区段或表面，所述中空管接收来自于所述气体进料入口的气体，并通过开放出口端排出所述进料浆液和气体，其中所述多孔区段或表面与所述气体进料入口流体相通，以便使气体进入所述中空管内并在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡，且其中所述无孔区段位于所述多孔区段或表面的下部区段。

9.权利要求8所述的设备，其中所述通道由多个平行板限定。

10.权利要求8或9所述的设备，其中所述多孔区段或表面形成在所述一个或多个中空管的侧壁中。

11.权利要求8或9所述的设备，其中所述多孔区段或表面包含平均直径小于1mm至0.1微米的孔隙或孔眼。

12.权利要求8或9所述的设备，其中所述多孔区段或表面具有1％至90％的孔隙率。

13.权利要求12所述的设备，其中所述多孔区段或表面具有10％至80％的孔隙率。

14.权利要求8或9所述的设备，其中所述一个或多个中空管各自包含内部导管，以在所述中空管与所述内部导管之间限定环形带。

15.权利要求14所述的设备，其中所述内部导管包含多孔区段，用于在所述进料浆液内产生所述尺寸基本上均匀的气泡。

16.权利要求1、2、8或9所述的设备，其中所述一个或多个中空管包含下述至少一者：(a)膨大部分，其横截面积大于所述一个或多个中空管的其余部分的横截面积；和(b)缩窄部分，其横截面积小于所述一个或多个中空管的其余部分的横截面积。

17.一种用于从进料浆液分离低密度粒子的设备，所述设备包含：

仓室，其具有多个倾斜通道；

浆液进料器，其被排列成用于将所述进料浆液进料到前述权利要求中任一项所述的设备中；

气体进料器，其被排列成用于将气体进料到所述进料设备中；

其中所述进料设备的出口被排列成用于将所述气体和浆液进料到所述仓室中。

18.一种将气体和进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的方法，所述方法包括：

将所述进料浆液引入到导管的浆液入口中；

将气体引入到所述导管的气体进料入口中；

将所述进料浆液和气体输送到导管内的多个中空管中，所述多个中空管具有用于接收来自于所述浆液入口的进料浆液的开放入口端和用于排出所述进料浆液和气体的开放出口端，所述进料浆液和气体从所述导管的出口排出到分离装置中；并且

为一个或多个所述中空管提供用于引导所述进料浆液和气体的流动的无孔区段和用于与所述气体进料入口流体相通，以便使气体进入所述中空管内并在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡的多孔区段或表面，其中所述无孔区段位于所述多孔区段或表面的下部区段。

19.权利要求18所述的方法，其包括在所述一个或多个中空管的下部处形成所述多孔区段或表面。

20.一种将气体和进料浆液进料到用于从所述进料浆液分离低密度粒子的装置中的方法，所述方法包括：

将所述进料浆液引入到导管的浆液入口中；

将气体引入到所述导管的气体进料入口中；

放置基本上垂直于所述导管的纵轴并排布成一行或多行的多个中空管；

放置位于所述中空管上方和下方的多个通道，所述通道在所述导管内轴向放置；

将所述进料浆液和气体输送到多个中空管中，使得所述进料浆液和气体从所述导管的出口排出到分离装置中；并且

为所述中空管提供用于引导所述气体流动的无孔区段和多孔区段或表面；

将所述气体从所述气体进料入口引入所述中空管并通过所述多孔区段或表面排出气体，以在所述导管内流动的进料浆液中产生尺寸基本上均匀的气泡。

21.一种从含有低密度粒子的进料浆液分离这些粒子的方法，所述方法包括：

根据权利要求18至20中任一项所述的方法将所述进料浆液和气体引入到用于从所述进料浆液分离所述低密度粒子的装置中，其中所述分离装置包含具有多个倾斜通道的仓室；

允许所述浆液通过所述倾斜通道向下流动，使得所述低密度粒子通过在所述浆液中更稠密的粒子沿着所述倾斜通道向下滑动的同时沿着所述通道向上滑动而从避开所述流动；和

从所述仓室移除所述低密度粒子。

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