MÖLLER-BORS · GROEWING · Dn1JH-L . ?r.'!^N . HERTEL
PAT£NTANV"ÄLTE
MÜNCHEN · BRAUNSCHWEIG · KÖLN 2512643
H1 21. MRZ. 1975
N 1 ZOO Dr. w# Müller-Bcre · Braunschwelg
H. Grociiing, Dipl.-ing. · München
Dr. P. Dcufcl, Dipl.-Chem. · München
Dr. A. Schön, Dipl.-Chem. · München
Werner Hertel, Dipl.-Phys. · Köln
NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION London, England
Verfahren und Vorrichtung für die Schaumflotation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Schaumflotation.
Der Aufbereitungsgrad eines Materials, der mit der Schaumflotation
bzw. der Schwimmaufbereitung in einer einzigen Flotationszelle erreicht werden kann, kann durch Verwendung
einer Vielzahl von getrennten Zellen verbessert werden, wobei der Schaum aus einer Zelle zu der nächsten Zelle geführt wird,
in der er erneut flotiert wird. Um die Kosten eines solchen Verfahrens zu reduzieren, die im wesentlichen proportional
zur Anzahl der verwendeten Zellen steigen, wurde vor über zwanzig Jahren vorgeschlagen, ein Mehrstufen-Schaumflotationsverfahren
zu benutzen, bei welchem ein Behälter verwendet wird, der unterteilt ist, um so eine Vielzahl von Zellen zu
erhalten, die übereinander angeordnet sind, wobei der Schaum nach oben von einer Zelle zur anderen geführt wird. Die Ausführungsformen
einer solchen Vorrichtung, die für die Durchführung eines solchen vertikalen Mehrstufen-Schaumflotationsverfahrens
vorgeschlagen wurden, erwiesen sich jedoch nicht
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3üro München: 8 München 80 · Slebertstr. 4 ■ Postfach 803720 · Kabel. Mueboput München · Telex 5-22C50.E-22659 Tebfon (CM) 4710 73/29 £3
als zufriedenstellend, so daß trotz der potentiellen Vorteile eines solchen Verfahrens es nicht weiterentwickelt wurde.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung
einer Mehrstufen-Schaumflotation zu schaffen, wobei eine
Vielzahl von vertikal angeordneten Zellen benutzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung der Schaumflotation
in einem Behälter, der durch Trenneinrxchtungen unterteilt ist, so daß zwei oder mehr Flotationszellen erhalten
werden, die übereinander angeordnet sind, umfaßt das Führen des Schaums nach oben durch die Trenneinrichtung von
einer ersten Zelle in eine zweite Zelle, die darüberliegt, während die Stärke der Schaumschicht in der ersten Zelle gesteuert
wird, um Änderungen darin zu korrigieren und dadurch ein Zusammenwachsen bzw. ein Vereinigen zu verhindern.
Die Bedeutung der Erfindung besteht darin, daß man erkannt hat, daß die Aufrechterhaltung geeigneter Flotationsbedingungen
in den einzelnen Zellen der Vorrichtung wesentlich ist. So wurde gefunden, daß für eine erfolgreiche Durchführung
eines vertikalen Mehrstufen-Schaumflotationsprozesses der beschriebenen Art es von erheblicher Bedeutung ist, daß ein
Zusammenwachsen der Schaumblasen in jeder Zelle, mit Ausnahme der obersten Zelle, auf ein Minimum reduziert wird .
Der Anteil des Zusammenwachsens bzw. Vereinigens ist proportional zur Verweilzeit der Blasen in dem Schaum, die wiederum
proportional zur Stärke des Schaums ist, so daß durch Steuern der Stärke der Schaumschicht in einer Zelle, um Änderungen
darin zu korrigieren und um einen ausgewählten geeigneten Wert für die auszuführende Flotation aufrechtzuerhalten, ein
Zusammenwachsen in einem wesentlichen Ausmaß vermieden v/erden kann. Obwohl es nicht möglich ist, eine Änderung der Schaumstärke
in einer Zelle vollständig auszuschließen, ist die Erfindung auf die Steuerung solcher Änderungen gerichtet, um
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den gewünschten Wert der Stärke wieder herzustellen und um einen Gesamtwert für die Stärke aufrechtzuerhalten, der im
wesentlichen konstant ist. Dabei möchte man insbesondere jede Erhöhung der Stärke der Schaumschicht von dem gewählten
Wert aus überwachen bzw. steuern. Das erfindungsgemäße Verfahren schließt jedoch nicht eine solche Durchführung des
Schaumflotationsprozesses aus, daß nach Aufrechterhaltung der
Schicht auf einer gewählten Stärke für einen gewünschten Zeit raum diese gewählte stärke auf einen Alternativwert eingestellt
wird, der dann für einen weiteren Zeitraum aufrechterhalten wird.
Die Durchführung des Verfahrens mit dem Ziel, das Zusammenwachsen (der Blasen) auf ein Minimum zu reduzieren, steht in
einem deutlichen Gegensatz zu der üblichen Praxis bei der Schaumflotation, die ein Zusammenwachsen zur Verbesserung der
Schaumqualität verlangt.
Willkürliche Änderungen in der Stärke der Schaumschicht in einer Zelle ,können durch Verwendung eines Steuermechanismus
vermieden werden, der auf jede geringfügige Abweichung von einer ausgewählten Form bzw. von einem gewählten Wert anspricht,
um diese Abweichung zu berichtigen, wodurch die gewählte Stärke aufrechterhalten wird.
Die Erfindung umfaßt eine Vorrichtung für die Verwendung bei
der Schaumflotation. Die Vorrichtung umfaßt einen durch Trenneinrichtungen
unterteilten Behälter, so daß zwei oder mehr Flotationszellen geschaffen werden, die übereinander angeordnet
sind. Die Trenneinrichtungen v/eisen in Betrieb Durchgangseinrichtungen für den Durchlaß von Schaum nach oben durch die
Trenneinrichtungen von einer ersten Zelle in eine zweite, darüberliegende Zelle auf. Die erste Zelle hat Steuereinrichtungen,
die so wirken, daß die Stärke der Schaumschicht in der Zelle ansprechend auf eine Änderung der Stärke der Schicht gesteuert
wird.
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Zweckmäßigerweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung
mehr als zwei, beispielsweise drei, vier oder mehr Flotationszellen. Für die Schaumerzeugung sind eine oder mehrere Gasblasen
erzeugende Einrichtungen erforderlich, beispielsweise in Form eines Lufteinlasses, der in geeigneter Beziehung bezüglich
einer bestimmten Form einer Rühreinrichtung positioniert ist, die in der untersten Zelle sitzt und für eine
Mischung der zugeführten feinen Blasen mit der in die Zelle eingebrachte breiartigen Charge sorgt . Als Rühreinrichtungen
können verschiedene Ausführungsformen benutzt werden, beispielsweise eine vibrierende perforierte Platte sowie
ein Rührflügel, der auf einer sich drehenden vertikalen Welle sitzt, die nach unten durch die verschiedenen Zellen der Vorrichtung
eingeführt ist. Eine besonders vorteilhafte Rühreinrichtung hat einen Rührflügel, der auf einer rotierenden
vertikalen Welle sitzt, die nach oben in die unterste Zelle durch eine Dichtung in ihrer Basis eingeführt ist. Die Dichtung
verhindert ein Herauslecken des Breies aus der Zelle. Als Dichtungen werden beispielsweise V-Ringe verwendet. Eine
solche Rühreinrichtung führt zu einer vorteilhaften Trubulenz in der untersten Zelle. Die Turbulenz umfaßt zwei getrennte
Zonen, nämlich eine untere Zone mit einer, torusförmigen Bewegung,
die durch den Rührflügel hervorgerufen wird, und eine darüber liegende Ruhezone mit willkürlicher Bewegung.
Durch Verwendung einer Leiteinrichtung kann eine Verbindung zwischen den beiden Zonen in zweckmäßiger Weise gesteuert
werden. Eine bevorzugte Ausführungsform einer solchen Leiteinrichtung umfaßt eine Vielzahl von vertikal angeordneten
Platten sowie vier horizontal angeordnete Platten, die in den Ecken der Zelle angeordnet sind. Zur Erleichterung der
Befestigung können die verschiedenen Bauteile der Leiteinrichtung miteinander verbunden sein. Gewünschtenfalls können
zusätzliche Rührquellen bei einer Zellensäule etwas höher vorgesehen werden, beispielsweise in Form einer vibrierenden,
perforierten Trenneinrichtung, welche zwei Zellen unterteilt.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Kolonne auch dann recht zufriedenstellend arbeitet, wenn nur ein rotierender Rührflügel
in der untersten Zelle angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Flotationsvorrichtung kann so ausgebildet sein, daß
eine Säule von vertikal angeordneten Zellen auf eine einer Anzahl von Flotationszellenarten als unterste Zelle der Vorrichtung
aufgebracht wird, wobei die Turbulenz in dieser untersten Flotationszelle auf verschiedene Weisen erzeugt
wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise mit einer
Einlaßeinrichtung für die Zuführung von frischer Rücklaufflüssigkeit in die oberste Zelle und/oder mehrere obere
Zellen versehen. Dieser Anordnung werden zweckmäßigerweise Einrichtungen zum Durchführen eines Breistroms nach unten
durch die Vorrichtung zugeordnet, wobei die Versorgung mit frischer Flüssigkeit gesteuert wird, um die Schaumqualität
in der Vorrichtung zu regulieren. Auf diese Weise ist eine untere Flotationszelle vorzugsweise mit einer Einrichtung
zum Durchführen von Brei nach unten in die Zelle von einer
oberen Zelle versehen, die zweckmäßigerweise die Zelle ist, in welche der Schaum von der unteren Zelle geht. Mit Ausnahme
des Falles, in welchem die untere Zelle die unterste Zelle der Vorrichtung ist, wird sie im allgemeinen wiederum mit
einem Auslaß für das nach unten Herausführen von Brei aus
der Zelle versehen. Der Breieinlaß und -auslaß einer Zelle kann außen oder innen liegen, d. h. kann in einer Wand der
Zelle liegen oder durch ihre Decke bzw. ihren Boden gehen. Bei einer Vorrichtung, bei welcher die Zellen im wesentlichen
einen quadratischen Querschnitt haben, hat eine Anordnung, bei welcher der Breieinlaß und -auslaß auf gegenüberliegenden
Seiten der Zelle liegen, wobei der Einlaß in die unterste Zelle gegenüber dem Chargenzustrom angeordnet
ist, den Vorteil, daß eine Annäherung an eine Stopfenströmung bzw. an die Strömungsart "plug-flow" durch
die Vorrichtung erreicht wird, wodurch die· Möglichkeit des
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Kurzschließens auf ein Minimum reduziert wird. Bei einer Vorrichtung, bei welcher die Zellen einen ausgesprochenen
rechteckigen Querschnitt haben, kann eine Anordnung mit einer Vielzahl von Breieinlässen und -auslassen bestimmte
Vorteile haben, die später noch erläutert werden.
Es ist jedoch nicht notwendigerweise für alle Zellen der Vorrichtung vorteilhaft, daß sie mit einem direkten Anschluß
für die Breiströmung versehen sind. Um ein Verdünnen der Pulpe bzw. des Breis in der untersten Zelle zu
vermeiden, kann beispielsweise der Brei von der angrenzend darüber liegenden Zelle zu einer Eindickeinrichtung führen,
in welcher Wasser durch Absetzen entfernt wird. Der eingedickte Brei wird dann mit der neuen Charge in die unterste
Zelle eingeführt. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, die oberste Zelle von einer Verbindungsanordnung auszuschließen,
so daß die frische Flüssigkeit in eine oder mehrere Zellen unter der obersten Zelle zugeführt wird, beispielsweise in
die daran angrenzende Zelle. Es gibt also von der obersten Zelle aus .keinen nach unten gerichteten Breistrom. Dies kann
dann erwünscht sein, wenn ein Zuführen der Flüssigkeit in die oberste Zelle und der Abstrom des Breies daraus nach unten
unter bestimmten Umständen zu einem Abführen von Mineral aus der obersten Zelle führen, welches von dem Schaum beim
Zusammenwachsen der Blasen abgetropft ist, was im Gegensatz zu den anderen Zellen in dieser Zelle eintritt.
Die Steuereinrichtung der Vorrichtung kann auf verschiedene Weisen arbeiten. Wie vorstehend erwähnt, wird eine Zelle,
ausgenommen die oberste oder unterste, vorzugsweise mit einem Einlaß- und einer Auslaßeinrichtung versehen, um den
Durchgang des Breies nach unten in die Zelle bzw. daraus heraus zu ermöglichen. Bei einem Gleichgewicht in einer
zentral in der Vorrichtung angeordneten Zelle ist in Betrieb die Materialmenge, die in eine Zelle als Brei und
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als Schaum strömt, gleich der Materialmenge, die aus der Zelle als Brei oder Schaum abströmt. Jeder Änderung der
Stärke der Schaumschicht in einer Zelle kann deshalb durch Einstellung des Mengenstroms von einem oder mehreren Schaumströmen
in die Zelle, dem Mengenstrom des Schaumstroms aus der Zelle, dem Mengenstrom des Breistroms in die Zelle und
dem Mengenstrom des Breistroms aus der Zelle entgegengewirkt werden. Die Steuerung wirkt vorzugsweise entweder auf den
Breistrom in die Zelle oder auf den Schaumstrom aus der Zelle. Die Situation in der untersten Zelle der Vorrichtung ist natürlich
eine besondere. Zweckmäßigerweise wird jedoch auch hier die Schaumstärke durch den Breistrom nach unten in die
Zelle oder den Schaumstrom nach oben aus der Zelle gesteuert.
Der Arbeitsmechanismus der Steuereinrichtung ändert sich im einzelnen bei verschiedenen Ausführungsformen, insbesondere
hinsichtlich der Ausbildung der Trenneinrichtung, üblicherweise
wirkt jedoch die Steuereinrichtung so, daß der Schaumstrom und/oder der Breistrom dann verringert wird, wenn die
Schaumstärke zunimmt. Dabei wird die jeweilige Durchgangseinrichtung, welche eine Leitung für diese Materialien
bildet, verengt. Für eine Mengenstromzunahme gilt das Umgekehrte.
Die Steuereinrichtung umfaßt somit gewöhnlich irgendeine Form einer Ventileinrichtung, d. h. eine Einrichtung
mit einer Öffnung oder Öffnungen variabler Größe an einem Abschnitt der Durchlaßeinrichtung. Die Ventileinrichtung
kann selbst direkt auf eine Änderung der Schaumstärke ansprechen. Alternativ kann jedoch auch die Steuereinrichtung
zusätzlich irgendeine Ausführungsform einer Aktiviereinrichtung für die Ventileinrichtung haben, die
auf eine Änderung der Schaumstärke anspricht. Zur Feststellung der Änderung der Schaumstärke können verschiedene
Ausführungsformen von Sensoren verwendet werden, beispielsweise ein Ultraschallumformer, der zwischen Schaum und Brei
unterscheiden kann und welcher in die Wand der Zelle in dem Bereich der Schaum-Brei-Trennfläche eingesetzt ist.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Sensors spricht auf die eine oder andere Weise auf Druckänderungen
in der Vorrichtung als Folge des Vorhandenseins von Schaum anstelle von Brei auf der Oberseite einer Zelle an.
Wie vorstehend erwähnt, stehen die Ausführungsformen der
benutzten Steuereinrichtung und der benutzten Trenneinrichtungen in enger Beziehung. Eine allgemeine Ausführungsform
einer Trenneinrichtung umfaßt eine Öffnung oder gewöhnlich eine Vielzahl von öffnungen für den Durchgang von Schaum,
wobei die öffnungen eine konstante Größe haben. Ein solcher durchbrochener bzw. perforierter Separator kann eine von
vielen Auslegungsformen haben. Obwohl bei einer bevorzugten Ausführungsform die öffnungen kegelstumpfförmig oder sich
verjüngend ausgebildet sind, wobei das breitere Ende der Öffnung angrenzend an die Schaumschicht an der Oberseite
der ersten Zelle sitzt, können bei anderen Ausführungsformen die öffnungen eine konstante Querschnittsfläche haben und
im wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein. Alternativ können sie im wesentlichen rechteckig die Form von Schlitzen
haben. Die Querschnittsfläche der einzelnen öffnungen und die gesamte Öffnungsfläche hat einen Einfluß auf die Schaumstärke
und sollte deshalb in Verbindung mit der Form der Steuereinrichtung abhängig von der Art des zu behandelnden
Materials ausgewählt werden. Die Trenneinrichtung, welche die öffnungen konstanter Größe enthält, hat vorteilhafterweise
die Form horizontaler Platten. Gewünschtenfalls können diese Platten um ihre Ränder herum mit Dichtungen
versehen sein, um eine unerwünschte Bewegung des Materials von einer Zelle zur anderen zu unterbinden. Eine derartige
allgemeine Form einer Trenneinrichtung, wie sie vorstehend beschrieben ist, wird gewöhnlich in Verbindung mit einer
Ausführungsform einer Steuereinrichtung verwendet, die auf den Breistrom in die Zelle oder aus der Zelle, vorzugsweise
das erstere, einwirkt. Die Steuereinrichtung spricht
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zweckmäßigerweise auf eine Änderung der Druckdifferenz
zwischen dem Boden der zweiten Zelle und der Oberseite der ersten Zelle an. Eine zweckmäßige derartige Anordnung
besteht darin, daß der Breieinlaß in eine Zelle durch eine Ventileinrichtung gesteuert wird, die öffnet, um den Breistrom
zu erhöhen, wenn die Stärke der Schaumschicht zunimmt, und umgekehrt, wobei die Ventileinrichtung entweder mit einem
Sensorsystem verbunden ist oder selbst ein solches System bildet, v/elches auf die Druckänderung zwischen dem Boden der
zweiten Zelle und der Oberseite der ersten Zelle als Folge einer Änderung der Tiefe der Schaumschicht anspricht. Wenn
der Breistrom von der zweiten Zelle in die erste Zelle eingeschränkt wird, verursacht das Vorhandensein der Schaumschicht
einen weiteren Druckabfall über der Trenneinrichtung zwischen dem Boden der zweiten Zelle und der Oberseite
des Breies in der ersten Zelle. Dieser Druckabfall tritt zusätzlich zu dem Druckabfall auf, der sich aufgrund des
Höhenverlustes ergibt. Eine Steigerung der Stärke der Schicht führt deshalb zu einer Erhöhung des Druckunterschiedes
zwischen den beiden Zellen und umgekehrt.
Eine Bauweise einer Ventileinrichtung benutzt ein Element, welches in Betrieb den entgegengesetzten Kräften des nach
unten gerichteten Drucks des Breies in der oberen Zelle und des nach oben gerichteten Drucks des Breies infolge des
Auftriebs in der unteren Zelle ausgesetzt ist. Das Element bewegt sich, um die Einengung des Breieinlasses aufzuheben
und den Breistrom zu steigern, wenn eine Erhöhung der Schaumdicke zu einer Abweichung vom Gleichgewicht dieser Kräfte
führt, und umgekehrt. Das Element kann beispielsweise eine Kugel aus einem geeigneten Material sein, die in einem perforierten
Käfig eingeschlossen und so angeordnet ist, daß bei einer Aufwärtsbewegung die Kugel den Breieinlaßkanal
verengt und umgekehrt. Alternativ kann das Element ein Scharnierelement sein, das mit einem Schwimmer aus einem
geeigneten Material verbunden und so angeordnet ist, daß
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bei einer Aufwartsbewegung das Element den Breieinlaß
einengt und umgekehrt.
Eine weitere Ausführungsform eines Ventils, das auf den
Breieinlaß in die Zelle einwirkt und den Vorteil hat, daß es leicht einstellbar ist, hat ein scharnierartiges Wehr,
das in einer externen Druckkammer sitzt, eine obere und untere Zelle verbindet und über welches in Betrieb der Brei
nach unten zwischen den beiden Zellen strömt, wobei eine Bewegung des Wehrs Einrichtungen zum Ändern des Luftdrucks
in der Kammer betätigt. Die den Druck steuernde Einrichtung kann beispielsweise eine Scheibe aufweisen, die eine öffnung
in der Wand der Druckkammer verschließt und eine Außenfläche hat, auf die durch eine erste Einrichtung, beispielsweise
durch eine Feder oder ein Gewicht, eingewirkt wird und welche eine Innenfläche aufweist, auf welche eine
zweite Einrichtung einwirkt, welche die Innenfläche der Scheibe mit dem Wehr verbindet. Der wirksame Verschluß der
Druckkammer hängt dabei von der sich ergebenden Wirkung der zwei auf die Scheibe wirkenden Kräfte ab. In Betrieb führt
eine Zunahme der Schaumtiefe in der unteren Zelle, mit der die Druckkammer in Verbindung steht, zu einer Steigerung
der Änderung des Breipegels am Wehr, was zu einem erhöhten Auswärtsdruck auf die Scheibe und zu einer Abnahme des Luftdurcks
in der Kammer führt, wodurch der Breistrom über das Wehr infolge des Anstiegs des Breiflüssigkeitspegels über
die Wehrkante zunimmt und die Schaumtiefe wieder auf den gewünschten Wert zurückgeführt wird. Eine Abnahme der
Schaumtiefe führt zu einer entgegengesetzten Folge von Wirkungen. Durch Einstellen der auf die Scheibe von der
ersten Einrichtung ausgeübten Kraft und durch Anordnen
dieser Einstelleinrichtung außerhalb der Druckkammer, ist ein Einstellen während des Betriebs auf einfache Weise
möglich. Gewünschtenfalls kann so auch die Stärke der aufrechtzuerhaltenden Schaumschicht etwas modifiziert werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform einer Ventileinrichtung,
die ebenfalls leicht einstellbar ist, ist ein druckempfindliches Ventil vorgesehen, welches mit zwei Drucksensoren
verbunden ist, die in der Zelle, bei welcher die Stärke der Schaumschicht überwacht bzw. gesteuert werden
soll, und in der Zelle angeordnet sind, aus der der Brei strömt. Das Ventil ist so eingestellt, daß es öffnet und
dadurch den Breistrom steigert, wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden Sensoren über einen ausgewählten Wert
ansteigt, der dem Wert der Druckdifferenz entspricht, die vorhanden ist, v.'enn die Schaumschicht die gewünschte Stärke
hat, und umgekehrt. Eine solche Ventileinrichtung ist für eine Einstellung während des Betriebs leicht zugänglich.
Gewünschtenfalls kann die aufrechtzuerhaltende Stärke der Schaumschicht etwas modifiziert werden. Die Einstellung
wird erleichtert, wenn anstelle der Einstellsteuerung die Ventileinrichtung außerhalb der Zelle angeordnet ist, d. h.
wenn der Einlaß zu der unteren Zelle und der Auslaß aus der oberen Zelle extern sind.
Eine weitere allgemeine Ausführungsform einer Trenneinrichtung umfaßt eine öffnung oder gewöhnlich eine Vielzahl von
öffnungen für den Durchgang von Schaum, wobei die öffnungen
eine variable Größe haben und sich die Variabilität soweit erstreckt, daß die öffnungen an bestimmten Stellen in Betrieb
der Vorrichtung schließbar sind. Ein solcher perforierter Separator hat verglichen mit einem Separator mit öffnungen
konstanter Größe bestimmte Vorteile. So ist er beispielsweise oft für die Schaumflotation mit viskosen Schäumen
geeigneter. Bei dieser Ausführungsform einer Trenneinrichtung gibt es verschiedene Bauweisen. Vorzugsweise variiert beim
Einsatz die Größe der öffnungen entsprechend der Stärke der Schaumschicht unter der Trenneinrichtung, so daß der Mengenstrom
an Schaum durch die öffnungen zunimmt, wenn die Stärke der Schaumschicht irgendeine zunehmende Tendenz zeigt, und
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umgekehrt. In diesem Fall bildet die Einrichtung für das Trennen auch wenigstens teilweise die Steuereinrichtung der
Vorrichtung.
Die Trenneinrichtung hat üblicherweise eine Vielzahl von Abschnitten, wobei wenigstens ein Abschnitt beweglich ist,
so daß man eine Vielzahl von öffnungen variabler Größe erhält , durch welche der Schaum hindurchgehen kann. Die Größe
der Öffnungen wird durch das Ausmaß der Bewegung festgelegt. So kann beispielsweise die Trenneinrichtung ein Blatt eines
flexiblen Materials, beispielsweise ein Kautschukblatt, aufweisen, das auf einem starren Gitter sitzt. Durch Entfernen
von Abschnitten aus dem Material zur Bildung von öffnungen und durch Ausbilden mehrerer Schlitze in dem Blatt, die mit
jeder öffnung in Verbindung stehen, nimmt die Größe der öffnungen
zu, wenn der Druck gegen das Blatt zunimmt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Trenneinrichtung mit Öffnungen variabler Größe h=at eine Vielzahl von Abschnitten,
von denen jeder sich bezüglich der angrenzenden Abschnitte frei bewegen kann, so daß eine öffnung variabler Größe
zwischen dem einen Abschnitt und dem anderen gebildet wird. Obwohl eine solche Trenneinrichtung auf verschiedene Weisen
gebaut werden kann, sind die öffnungen zweckmäßigerweise mehr geradlinig als kreisförmig, so daß die Trenneinrichtungen
eine Vielzahl von Stäben haben können, die sich frei bezüglich einander bewegen. Obwohl die Stäbe verschiedene
Querschnittsformen haben können, haben sie zweckmäßigerweise einen Kreisquerschnitt. Die Reihe von Stäben wird vorzugsweise
nebeneinander quer über die Kolonne positioniert, beispielsweise so, daß die Längsachse der Kolonne senkrecht
zu der die Stäbe aufnehmenden Ebene liegt. Die Stäbe ruhen zweckmäßigerweise an jedem Ende auf einem Abstützteil, das
an der Innenwand der Kolonne befestigt ist. Gewünschtenfalls
kann auch eine kleinere Anzahl zusätzlicher Stäbe an der Oberseite der Stäbe, welche die Hauptreihen bilden, angeordnet
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werden. Die Anzahl und Größe der Stäbe wird so gewählt, daß jeder Stab neben seinem Nachbarn in geeigneter Weise angeordnet
ist. Obwohl diese Positionierung entsprechend dem für die Vorrichtung vorgesehenen Einsatz variieren kann,
soll als Richtlinie dienen, daß ein geeigneter Abstand zwischen dem einen Stab und dem nächsten Stab, wenn die
Stäbe über der Kolonne gleichen Abstand haben, in vielen Fällen in der Größenordnung von 1 mm liegt. Die Stäbe können
eine solche Wichte haben, daß sie beim Einsatz im wesentlichen jederzeit auf den Abstützteilen bleiben und ihre
Bewegung in einem dauernden seitlichen Ausweichen bzw.. Schieben besteht. Alternativ können die Stäbe eine wichte
haben, die ein geringes Anheben der Stäbe in Betrieb zusätzlich zu der seitlichen Bewegung gestattet. Die Stäbe
können zweckmäßigerweise aus Kunststoff bestehen. Gewünschtenfalls sollte jedoch ihre Gesamtwichte durch Verwendung
von Einsätzen, beispielsweise aus Metall, wie Eisen, eingestellt werden können. Wenn Schwierigkeiten dahingehend auftreten,
daß sich die Stäbe während des Betriebs kreuzen, so werden diese dadurch beseitigt, daß auf das Ausmaß der den
Stäben gestatteten Bewegung eine bestimmte Form eines Zwangs ausgeübt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Trenneinrichtung mit öffnungen variabler Größe hat einen ersten Abschnitt, der
eine Vielzahl von öffnungen enthält, sowie einen zweiten Abschnitt, der für das Verengen der öffnungen vorgesehen
ist. Der zweite Abschnitt ist bezüglich des ersten Abschnittes beweglich, um die Größe der öffnungen.durch die
Trenneinrichtung proportional zum Ausmaß der Bewegung des zweiten Abschnittes zu verändern. Eine derartige Ausführungsform einer Trenneinrichtung kann auf verschiedene Weisen
gebaut werden. So kann der erste Abschnitt der Trenneinrichtung eine Reihe von kreisförmigen öffnungen haben,
während der zweite Abschnitt aus einer entsprechenden Reihe von kugeligen Stopfen besteht, die mit den öffnungen
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zusammenwirken. Gewünschtenfalls können die Kugelstopfen
ein zusätzliches Verankerungsgewicht tragen. Alternativ kann der erste Abschnitt eine Reihe von Schlitzen enthalten,
während der zweite Abschnitt aus einer entsprechenden Reihe von Scharnierteilen besteht, welche mit den Schlitzen zusammenwirken
.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform wird ein erstes Teil verwendet, welches eine Vielzahl von Abschnitten
hat, die so angeordnet sind, daß zwischen dem einen und dem anderen Abschnitt öffnungen gebildet werden. Vorzugsweise
haben die Abschnitte eine lineare Form und bilden lineare öffnungen oder Schlitze. Das erste Teil umfaßt deshalb zweckmäßigerweise
eine Vielzahl von Stäben, die im Abstand voneinander gehalten sind, indem sie in der Kolonne oder in
einem Rahmen sitzen, der von der Kolonne entfernbar ist. Die Stäbe können verschiedene Querschnittsformen haben, beispielsweise
die eines Kreises, eines Quadrates oder einer Raute. Sie sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Längsachse
der Kolonne senkrecht zu der Ebene liegt, welche die Stäbe enthält. Zweckmäßigerweise sind die Stäbe einer jeden
Trenneinrichtung rechtwinklig zu den benachbarter Einrichtungen. Das erste Teil mit einer Vielzahl von Abschnitten
wirkt zweckmäßigerweise mit einem zweiten Teil zusammen, welches eine Vielzahl von Abschnitten hat, die, wenn das
zweite Teil nicht beim Betrieb der Vorrichtung nach oben gedürckt worden ist, in öffnungen zwischen den Abschnitten
des ersten Teils sitzt. Die öffnungen in einer solchen Trenneinrichtung können somit manchmal gänzlich geschlossen werden.
Vorzugsweise sind das erste und das zweite Teil so augelegt, daß in der Ruhestellung die öffnungen nicht gänzlich eingeengt
sind. Die Abschnitte sowohl des ersten als auch des zweiten Teils sollen linear sein. Das zweite Teil umfaßt
deshalb zweckmäßigerweise eine Vielzahl von Stäben, die bezüglich einer Vielzahl von Stäben bewegbar sind, die
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der erste Abschnitt aufweist, so daß öffnungen durch die beiden Reihen von Stäben geschaffen werden, die sich in der
Größe entsprechend dem Ausmaß der Bewegung der Stäbe des zweiten Teils bezüglich der des ersten Teils ändern. Es
hat sich gezeigt, daß ein Stab des zweiten Teils auch weggelassen werden kann, ohne daß die Arbeitsweise der Vorrichtung
dadurch übermäßig beeinträchtigt wird. Jeder Stab dieser zweiten Reihe von Stäben ist zweckmäßigerweise unabhängig
von den anderen, obwohl eine bestimmte Form von Zwang vorgesehen werden kann, um, falls erwünscht ein
völliges Lösen der zweiten Reihe von Stäben aus der ersten zu verhindern, wobei diese Beschränkung bzw. dieser Zwang
durch irgendeine Gitterform erreichbar ist. Die Stäbe der ersten Reihen tragen zweckmäßigerweise um ihren Umfang
herum an jedem Ende ein erhabenes Teil, um eine völlige Einengung der öffnungen zwischen den beiden Reihen von Stäben,
wenn sie sich in Ruhelage befinden, zu verhindern. Die Stäbe der zweiten Reihen können ebenso wie die der ersten Reihen
verschiedene Querschnittsformen haben, die gewünschtenfalls
gegenüber denen der Stäbe der ersten Reihen verschieden sind. Die festgelegten Stäbe können so beispielsweise einen quadratischen
oder rautenförmigen Querschnitt haben, wobei die Stäbe mit ihren Diagonalachsen vertikal und horizontal angeordnet
sind, während die beweglichen Stäbe alle einen kreisförmigen Querschnitt haben. Um ein ungleichmäßiges
Dichten der Stäbe zu vermeiden, sind vorzugsweise die Stäbe der beiden Reihen gerade und parallel, wobei eine solche Anordnung
in Betrieb beibehalten wird. Beim Bau der Stäbe werden deshalb ihre Abmessungen abhängig von dem Material gewählt,
aus dem sie hergestellt v/erden, um so jede wesentliche Abweichung
von der Linearität zu verhindern. Es hat sich gezeigt, daß bewegliche Stäbe mit geringerer Wahrscheinlichkeit
an den Wänden der Kolonne festgeklemmt werden, wenn ihre Enden im wesentlichen entweder kugelförmig oder konisch
sind. Weiterhin kann ein Aufrauhen der Außenseite der Stäbe
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hinsichtlich der Unterbindung des Zusammenwachsens vorteilhaft sein. Diese Betrachtungen sind auch bei der vorstehend
genannten Trenneinrichtung anwendbar, welche eine Reihe von Stäben aufweist, von denen jeder beweglich ist.
In manchen Fällen, beispielsweise bei einer Trenneinrichtung mit einer einzigen Reihe von Stäben, die alle beweglich sind,
kann es für den Strom des Breies nach unten von der zweiten Zelle in die ersten Zelle sehr günstig sein, wenn dies durch
die Trenneinrichtung erfolgt und keine getrennte Einrichtung für den Breistrom vorgesehen werden muß. In diesem Fall werden
der Strom des Breies sowie der Strom des Schaums zweckmäßigerv/eise entsprechend jeder Neigung zu einer Änderung der Stärke
der Schaumschicht gesteuert. In anderen Fällen, beispielsweise bei einer Trenneinrichtung mit einem festen ersten Teil und
einem beweglichen zweiten Teil, kann es jedoch, obwohl der Abwärtsstrom des Breies auch je nach Wunsch durch die Trenneinrichtung
gehen kann, günstig sein, eine getrennte Einrichtung für die Führung des Breies nach unten von der zweiten
Zelle in die erste vorzusehen. Die Einrichtung kann verschiedene Formen haben. So kann sie beispielsweise von einem
Spalt zwischen den Endstäben einer Reihe und den Innenwänden der Vorrichtung oder von einer öffnung gebildet werden, die
durch jeden Stab rechtwinklig zu dessen Achse ausgebildet ist. Alternativ kann auch eine bestimmte Form eines Kanals
für die überführung des Breies außerhalb, der Zellen benutzt
werden. Die getrennte Einrichtung für die Breiüberführung kann zur Aufrechterhaltung der Schaumstärke über eine
Steuerung des Breistroms beitragen, beispielsweise wenn eine der Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen
Steuereinrichtungen für diesen Zweck eingesetzt wird. Vorzugsweise sorgen diese Einrichtungen jedoch nur für einen
uneingeschränkten Abwärtsstrom des Breies.
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Um die Größe der öffnungen der Trenneinrichtung entsprechend
der Stärke der Schaumschicht zu ändern, ist es erforderlich r
die Größe und Dichte des beweglichen Teils der Trenneinrichtung der Natur des in der Kolonne zu behandelnden Breies
und der in Betrieb erforderlichen Schaumstärke anzupassen. Bei einer Trenneinrichtung mit einem ersten Teil, welches
eine Vielzahl von öffnungen enthält, und einem zweiten beweglichen Teil, das so angeordnet ist, daß es die öffnungen
verengt, insbesondere wenn dieses Teil zusammen mit einer getrennten Einrichtung für einen uneingeschränkten Breistrom
verwendet wird, hat das zweite Teil der Trenneinrichtung vorzugsweise eine solche Form, daß in Gebrauch das Gesamtgewicht
des in dem Brei suspendierten Materials, d. h. des zweiten Teils der Einrichtung plus der Flüssigkeit und
den Feststoffen in dem Schaum, gleich dem Gewicht des Breies ist, das durch das Vorhandensein einer Schaumschicht der gewünschten
Stärke verschoben wird. Unter diesen Umständen führt eine Zunahme der Stärke der Schaumschicht zu einer reinen
Aufwärtskraft auf das zweite Teil, wodurch dieses von dem
ersten Teil wegbewegt wird und dadurch die Öffnungsgröße und den Aufwärtsstrom des Schaums erhöht. Dadurch wird wieder
die geforderte Stärke der Schaumschicht hergestellt. Das gleiche gilt umgekehrt für eine Abnahme der Stärke der
Schaumschicht.
Obwohl die optimale Größe und Dichte des zweiten Teils der Trenneinrichtung sich entsprechend dem für die Vorrichtung
vorgesehenen Einsatz ändert, kann eine allgemeine Richtlinie gegeben werden, die für Vorrichtungen von besonderer Bedeutung
ist, bei welchen eine Reihe von Stäben als zweites Teil verwendet wird, deren Größe dann abhängig von der
Querschnittsfläche ist. Es ist natürlich der Fall, daß für jeden Brei die mit den Stäben erhaltene Schaumdicke umso
kleiner ist, je kleiner die Querschnittsfläche der Stäbe,
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d. h. der Durchmesser im Falle von Stäben mit kreisförmigem
Querschnitt, und je kleiner ihre Dichte ist. Es soll nun untersucht werden, welche dieser beiden Parameter
zur Erzielung einer unterschiedlichen Schaumdicke zu ändern ist. Ein Stab mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche,
der aus einem Material relativ hoher wichte hergestellt ist, hat den Vorteil, verglichen mit einem Stab einer großen
Querschnittsfläche aus einem Material niedriger Wichte, die der des Breies näher liegt, daß er gegenüber Änderungen
der Wichte des Breies während des Einsatzes weniger empfindlich ist und deshalb ein diesbezüglich besseres Gesamtniveau
der Wirksamkeit hat. Eine kleine Anzahl von Stäben mit einer großen Querschnittsfläche ist jedoch robuster als eine große
Anzahl von Stäben mit kleiner Querschnittsfläche. Es muß also ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Faktoren erreicht
werden, indem die Art der zu benutzenden Stäbe für die Behandlung irgendeines speziellen Breies gewählt wird. Für
die Stäbe sind besonders Kunststoffe geeignet, beispielsweise Polyamid (Nylon), Polypropylen usw.. Die Stäbe können
Einsätze haben, beispielsweise aus Metall, wie Eisen, um ihre Gesamtdichte zu erhöhen. Um die Einsatzmöglichkeiten
der Stäbe zu erhöhen, können sie so gebaut sein, daß ihre Einsätze auswechselbar sind. Die gesamte Wichte des Stabes
wird natürlich abhängig von der Art des zu behandelnden Breies gewählt, wobei ein Wert genommen wird, der geeigneter
Weise über dem des Breies liegt. Als Richtlinie ist jedoch ein Wert von etwa 1,1 bis 1,3 in vielen Fällen geeignet.
Wie vorstehend erläutert wurde, ist wenigstens ein Anteil der Zellen der Vorrichtung so verbunden, daß der Brei nach
unten durch die Kolonne strömen kann. Man möchte entweder in der Vorrichtung ein konstantes Gesamtgefälle bzw. eine konstante
Gesamtdruckhöhe oder vorzugsweise einen konstanten Pegel in der obersten Zelle aufrechterhalten, um so eine
stationäre Geschwindigkeit des Schaumabstroms zu erhalten.
Diese beiden Parameter v/erden von dem Zustrom von frischer
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Flüssigkeit, dem Zustrom von Brei aus der Charge, dem
Abstrom von Rückständen und dem Abstrom von Schaum beeinflußt.
Die Steuerung der Parameter wird günstigerweise dadurch erreicht, daß Steuereinrichtungen für die Regulierung
des Abstroms von Rückständen vorgesehen werden. Ein Verfahren zur Steuerung des Rückstandabstroms umfaßt den
Einsatz eines Auslasses am Boden der Vorrichtung in eine externe Kolonne mit einstellbarer Höhe, über deren Oberseite
die Rückstände strömen, wobei im Boden der äußeren Kolonne eine Entnahmeöffnung vorgesehen ist, um das Verschlammen zu
steuern. Gewöhnlich wird jedoch ein etwas engerer Pegel für die Steuerung des Rückstandabstroms verwendet, beispielsweise
dadurch, daß solche Anordnungen getroffen werden, daß eine Änderung des abfließenden Mengenstroms durch eine Änderung
in der gesamten Druckhöhe der Vorrichtung oder des Pegels in der obersten Zelle betätigt wird. Um dies zu bewirken,
können verschiedene Anordnungen verwendet werden, zu denen ein Membranventil gehört, das durch die ganze Vorrichtung
oder in der obersten Zelle direkt druckempfindlich ist, beispielsweise ein modifiziertes Ventil der Bauweise
"Saunders", oder ein Ventil, das durch irgendeine Form
einer druckempfindlichen Steuerung aktiviert wird, die entweder am Boden oder an der Oberseite der Kolonne angeordnet
ist. Um eine Schlammbildung beim Abschalten zu verhindern, sollte der Sitz eines jeden Ventils vorzugsweise hart gegenüber
der Wand der untersten Zelle sein. Eine weitere Alternative umfaßt eine Form eines Kegelventils in der
Basis der untersten Zelle, beispielsweise eines der handelsüblichen Kegel- bzw.'Stopfenventile, die entweder direkt
auf die Lage der Schaumschicht anspricht oder von Hand steuerbar ist. Eine geeignete Anordnung besteht darin,
daß der Kegel von einer Magnetsteuerung betätigt wird, die
vorzugsweise auf eine druckfühlende Einrichtung anspricht, die an der Oberseite der Vorrichtung sitzt.
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Das Sammeln des Schaums aus der obersten Zelle kann auf
verschiedene Weisen bewirkt werden. Das benutzte Verfahren sollte im wesentlichen vermeiden, daß irgendein Material,
welches in dem Schaum in der Kolonne enthalten ist, zurückfällt. Ein mögliches Verahren umfaßt den Einsatz eines geneigten
Daches an der obersten Zelle mit einem Winkel von beispielsweise etwa 4o bis 5o°, wobei ein Auslaß für den
Schaum in einen Sammler nur am Scheitel der Zelle vorgesehen ist. Ein zweites bevorzugtes Verfahren umfaßt die. Benutzung
eines Kratzers, um den Schaum von einer obersten Zelle zu entfernen, die dann oben offen ist.
Für einen kontinuierlichen Betrieb, im Gegensatz zum Chargenbetrieb, kann eine Vorrichtung verwendet werden, deren Abmessungen
in Richtung des in die Vorrichtung zugeführten Breistroms mehrere Male größer ist als jede Abmessung quer zu
dieser Richtung. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Abstufung der Trennung längs der untersten Zelle. Wenn eine
Vielzahl von Breieinlässen und Breiauslässen, zweckmäßigerweise bei der Internbauweise, verwendet wird, die in der Richtung
der größten Abmessung der Zelle beabstandet sind, kann diese Abstufung nach oben durch die Kolonne von Zellen aufrechterhalten
werden. Eine solche Anordnung entspricht im wesentlichen einer Vielzahl von Kolonnen, beispielsweise von acht
oder mehr, die nebeneinander angeordnet und so miteinander verbunden sind, daß man horizontale Ströme von Säule zu
Säule sowie vertikale Ströme durch jede Säule erhält. Der Schaum aus den verschiedenen Abschnitten der obersten Zelle
einer solchen Vorrichtung kann getrennt gesammelt werden. Gewünschtenfalls können Einrichtungen zur Bewirkung einer
Schaumrückweisung von jedem Abschnitt vorgesehen werden, in welchem der Anteil des gewünschten Materials unzureichend
ist. Bei einer solchen Vorrichtung kann eine Vielzahl von Rührflügeln verwendet werden, beispielsweise einer für
jeweils zwei verbundene Säuleneinheiten.
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Die Erfindung läßt sich auch für die Konzentration einer breiten Vielfalt von Teilchen in flüssiger Suspension anwenden,
beispielsweise für das Reinigen von Feinkohle und die Behandlung von metallhaltigen Erzen, beispielsweise
Sulfiderzen oder nicht metallischen Erzen, wie Flußspat. Das Verfahren kann nahezu unverändert auf die Herstellung
von Schaum aus wässrigen Gaspensionen mit Luft angewendet werden.
Es können Sammler, Drücker und dergleichen benutzt werden, die für die zu bewirkende spezielle Trennung geeignet
sind.
Wenn Trenneinrichtungen mit einer Vielzahl von Teilen verwendet werden, von denen wenigstens eins beweglich ist, um
Öffnungen mit variabler Größe zu erzeugen, durch welche der Schaum hindurchgehen kann, arbeitet die Vorrichtung, wie
oben erwähnt, dann am besten, wenn die Art des beweglichen Abschnittes der Trenneinrichtung auf die Wichte des zu behandelnden
Breies ausgerichtet ist. Wegen dieser Reaktion bevorzugt man, daß große Änderungen der Breidichte vermieden
v/erden und. daß der Breistrom in die Kolonne zweckmäßigerweise behandelt werden kann, um eine wesentliche Dichteänderung
zu vermeiden.
Obwohl für jede spezielle Trennung geeignete Zustände gewählt werden müssen, ist in vielen Fällen eine Stärke der
Schaumschicht in jeder Zelle,außer der obersten, zwischen o,5 und etwa 1,5 cm, beispielsweise von etwa o,9 bis etwa
1,1 cm, d. h. von etwa 1 cm, geeignet.
Die Verweilzeit der Luftblasen in der Schaumschicht einer Flotationskolonne und somit die Geschwindigkeit des Zusammenwachsens
dieser Blasen ist nicht nur proportional zu der Stärke der Schaumschicht, sondern auch proportional zu der
Querschnittsfläche des Schaums und umgekehrt proportional zu dem Luftvolumenstrom durch die Schaümschicht. Es ist
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deshalb wichtig zu berücksichtigen, daß eine Änderung bei
jedem dieser Parameter die Verweilzeit beeinflußt. Umgekehrt ist es möglich, die Schaumtiefe ohne Erhöhung der
Verweilzeit zu vergrößern, wenn die Schaumfläche entsprechend verringert wird.
Obwohl die besten Ausführungsformen von Steuereinrichtungen
die Steuerung der Schaumdicke im wesentlichen Ausmaß ausführen, auch wenn beträchtliche Änderungen solcher Parameter
auftreten, wie des Luftmengenstroms und der Dichte des Beschickungsbreis, sollten bei den meisten wirksamen Arbeitsweisen
diese Parameter so wenig wie möglich während eines Durchlaufs bzw. Versuchs geändert werden.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen v?ird die Erfindung
beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Axialschnitt eine Ausführungsform einer Vorrichtung für den Chargenbetrieb.
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1
und zeigt als Einzelheit die Leitplatte der Vorrichtung von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die für den kontinuierlichen Betrieb geeignet
ist.
Fig. 4 zeigt perspektivisch in einer Einzelheit eines der Steuerventile der Vorrichtung von Fig. 3.
Fig. 5 zeigt in einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung von Fig. 1 für den Chargenbetrieb
.
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Fig. 6 zeigt in einer Schnittansicht das Mittelteil der Vorrichtung von Fig. 5 mit einer anderen Trenneinrichtung
zwischen den Zellen und einer unterschiedlichen Breiüberführung nach unten von einer Zelle zur anderen.
Fig. 7 zeigt in einer Schnittansicht das Mittelteil einer weiteren Vorrichtung ähnlich der von Fig. 5 mit dem Unterschied
gegenüber der Vorrichtung von Fig. 5 und 6, daß die Trenneinrichtung zwischen den Zellen sowie die Abwärtsführung
des Breies von einer Zelle zur anderen anders ausgebildet ist.
Fig. 8 zeigt in einer Einzelheit eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Auslaßsteuerventils für Rückstände
für die in den Figuren gezeigten Vorrichtungen.
Die Vorrichtung der Figuren 1 und 2 ist in Betrieb gezeigt, während die Vorrichtungen der übrigen Figuren leer gezeigt
Die Vorrichtung von Fig. 1 hat einen Behälter 1 mit einem abnehmbaren geneigten Dach 2. Sie ist innen in drei Flotationszellen
3, 4 und 5 durch Platten 6 unterteilt, die von konischen Löchern 7 durchbrochen sind, deren engstens Ende
ganz oben liegt und die den Aufwärtsstrom des Schaums ermöglichen.
In der oberen Zelle 3 sind ein Einlaß 8 für Frischwasser und ein Auslaß 9 für den Schaum vorgesehen.
In den Zellen 3 und 5 sind Probenöffnungen 1o angeordnet. In der untersten Zelle 5 ist ein Einlaß 11 für die Beschickung
und ein Einlaß 12 für komprimierte Luft vorgesehen, wobei der Einlaß 12 vertikal nach unten durch den Behälter 1 läuft und
von der Mitte in beiden Richtungen versetzt ist. Ein Auslaß 13 aus der Zelle 5 dient zum Abführen von Rückständen. Der
Auslaß der Rückstände wird von einem Ventil 14 gesteuert, das in dem Auslaß 13 angeordnet ist und mit einem Fühler
in Verbindung steht, der den hydrostatischen Druck in der
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oberen Zelle 3 aufzeichnet. Das Ventil 14 wird durch eine
Steuerung 16 so eingestellt, daß es automatisch öffnet, wenn dieser Druck über den eingestellten Wert steigt,und umgekehrt.
Auslässe 17 in den Zellen 3 und 4 stehen in Verbindung mit den Einlassen 18 in den Zellen 4 und 5 über Kammern 19 für
die Überführung von Brei nach unten durch den Behälter.
Die Basis bzw. die Bodenfläche des Behälters 1 ist von einer starken Polyme thy line thacrylat-P latte 2o (perspex). verschloss
sen, die an dem Behälter durch Bolzen 21 befestigt ist. In den Behälter 1 ist durch eine öffnung 22 in der Mitte der Platte
2o eine Welle 23 eingeführt, die einen großen, mit niedriger Drehzahl laufenden Rührer trägt, der eine Platte 24 mit nach
oben gerichteten Zapfen 25 aufweist, die lösbar daran befestigt sind. In Ausnehmungen in der Oberseite und dem Boden
der Platte 2o sind die Welle 23 umgebend gehärtete barierte Stahlscheiben 26 und 27 durch Klebstoff befestigt. Ein Paar
entgegengesetzt zueinander ausgerichteter V-förmiger Kautschukringe 28 umgibt ebenfalls die Welle 23. Die Ringe stehen
in Kontakt.mit den Scheiben 26 und 27. Durch die Platte 2o erstreckt sich horizontal von außen her zu der Öffnung 22 ein
Schmierkanal 29 für die Zuführung von Fett zu der Welle 23. In Richtung des Bodens der unteren Zelle 5 ist eine im einzelnen
in Fig. 2 gezeigte Leiteinrichtung angebracht, die aus sechzehn vertikal angeordneten rechteckigen Platten 3o besteht,
die durch ein Gitter 31 und vier horizontal angeordnete quadratische Platten 32 verbunden sind, von denen jeweils
eine an jeder Ecke der Zelle 5 angeordnet ist. Unter der Platte 2o ist die Welle 23 von einem zylindrischen Lecktopf
33 umgeben, der durch Bolzen 21 an der Platte 2o sitzt, sowie von einem Lagergehäuse 34, das durch Bolzen 35 unter
dem Topf 33 angebracht ist. Der Topf 33 und das Gehäuse 34 sind durch eine ebenfalls durch die Bolzen 35 getragene
Platte 36 getrennt, die einen in den Topf 33 gerichteten Bundabschnitt 37 hat, durch welchen die Welle 23 hindurchgeht.
Um die Welle 23 herum ist daran durch eine Schraube 38
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befestigt ein Zylinder 39 vorgesehen, dessen eines offene Ende den Bund 37 umgibt. Diese Anordnung verhindert, daß
Leckflüssigkeit in das Lagergehäuse 34 gelangt. Das Abführen von etwaiger Leckflüssigkeit im Topf 33 erfolgt durch einen
Ablauf 4o. Das Gehäuse 34 enthält Lager 41, die durch Bunde 42 positioniert gehalten sind, von denen jeder an der Welle
23 mit einer Schraube 43 befestigt ist.
Die Kammer 19 für die Breiüberführung von einer Zelle zur anderen hat ein Wehr 44, das an ihrem unteren Ende durch
ein Scharnier 45 außerhalb des Behälters 1 zwischen dem Auslaß 17 und dem Einlaß 18 befestigt ist. Ein von einem
Drosselschieber 47 geschlossener Einlaß 46 sorgt für das Einführen von Niederdruckluft in die Kammer 19. Ein Luftauslaß
48 aus der Kammer 9 hat eine geschliffene Außenfläche und wird von einer Scheibe 49 geschlossen. Die
Wirksamkeit der Abdichtung zwischen der Scheibe 49 und der geschliffenen Fläche des Auslasses 48 wird durch die Wirkung
einer Feder 5o, die auf die Außenseite der Scheibe 49 aufliegt, und die Wirkung einer Stange 51 gesteuert,
die mit ihrem einen Ende an der Innenseite der Scheibe 49 und mit ihrem anderen Ende an dem oberen Ende des Wehrs
befestigt ist. Der auf die Scheibe 49 durch die Feder 5o ausgeübte Druck kann durch die Wirkung einer Steuerung 52
geändert werden.
Die in jeder Zelle vorhandenen Schaumschichten sind mit bezeichnet. Die einzelnen, durch die Vorrichtung aufsteigenden
Luftblasen sind nicht gezeigt.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung, die der der Figuren 1 und 2 sehr ähnlich ist, sind folgende
geringfügige Änderungen vorgenommen:
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a) Das Dach 2 ist durch eine offene Oberseite des Behälters
1 ersetzt, die der der Vorrichtung von Fig. 5 entspricht.
b) Das Ventil 14 ist näher an der Wand des Behälters 1 an dem inneren Ende des Auslasses 13 positioniert.
c) Der Sensor 15 sitzt an der Innenwand des Behälters 1, wie dies bei dem Sensor 1o der Vorrichtung von Fig. 5 der
Fall ist.
d) Der Auslauf 4o ist in dem Topf 33 niedriger und näher an der Platte 36 vorgesehen, welche die Basis des Topfes
bildet.
In Betrieb der Vorrichtung von Fig. 1 und 2 oder der vorstehend beschriebenen alternativen Ausfuhrungsform wird der
Behälter 1 zuerst mit Wasser gefüllt, das mit einer geeigneten Menge eines geeigneten Schäummittels gemischt ist.
über dem Einlaß 8 wird kontinuierlich frisches Rücklaufwasser
zugeführt, während der Beschickungsbrei, welcher das zu behandelnde Material enthält, chargenweise durch den
Einlaß 11 zugeführt wird. Die Rückstände aus dem Auslaß werden in den Behälter als Beschickung über den Einlaß 11
zurückgeführt. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis die Rückstände kein interessierendes Material mehr enthalten.
Erforderlichenfalls kann der Beschickung zusätzliches Schäummittel und irgendein anderes gewünschtes Additiv,
beispielsweise ein Sammelöl , zugegeben werden. Der Behälter 1 wird dann mit zusätzlichem Schäummittel bzw. einem
zusätzlichen Schaumbildner betrieben, der mit dem Frischwasser zugeführt wird, bis kein weiteres Material von Bedeutung
aus der Charge des Beschickungsbreies in dem Schaum enthalten ist, der die obere Zelle 3 durch den Auslaß 9
verläßt. Die Stärke der Schaumschichten 53 in den Zellen und 5 wird automatisch während des Betriebs durch die Wirkung
des Wehrs 44 gesteuert. Wenn somit der Schaumpegel in
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der Stärke abnimmt, führt dies zu einer Abnahme der Änderung
des Breipegels am Wehr 44, was dann wiederum zu einer Verringerung der Auswärtskraft führt, die gegen die Scheibe 49
durch das Wehr 44 über die Stange 51 ausgeübt wird. Die Scheibe 49 erzeugt dadurch eine wirksamere Abdichtung gegenüber
dem Luftauslaß 48, so daß der Luftdruck in der Kammer 19 steigt. Die Zunahme des Luftdrucks führt zu einem verringerten
Breistrom über das Wehr 44 infolge des Abfalls in dem flüssigen
Breipegel über der Kante des Wehrs. Somit wird die Schaumtiefe auf den gewünschten Wert wieder hergestellt.
Eine Zunahme der Schaumtiefe erfolgt von Fall zu Fall in entgegengesetzter
Folge.
Obwohl die vorstehenden Bedingungen geändert werden können, was von dem zu behandelnden Material abhängt, v/erden folgende
beispielsweisen Zustände genannt:
Öffnungsgröße (Oberseite) 2 cm
Schaumschicht ■ 1 cm (Variationsgrenzen
ο,5 bis 1,5 cm, vorzugsweise o,9 bis 1,1 cm)
Rührerdrehzahl für einen Rührer mit
6,5 cm Durchmesser 1 5oo Upm
Schaumdosierung (in frischem Rück- o,1 kg/t stromwasser und in der Beschickung)
Luftstrommenge 1 l/min für jeweils
ο 3ο cm Schaum
Verweilzeit vom Start bis zum Ende 5 bis 1o min
Der Behälter 6o von Fig. 3 hat einen rechteckigen Querschnitt und ein abnehmbares geneigtes Dach 61. Er ist in
vier Flotationszellen 62, 63, 64 und 65 durch Platten 66 unterteilt, die von konischen öffnungen 67 durchbrochen sind,
wobei ihr Ende mit der größten Verengung ganz oben liegt. In
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der untersten Zelle 62 ist für die Beschickung ein Einlaß 68 vorgesehen. Für die Druckluft sind Einlasse 69 in der
Zelle 62 vorgesehen. Für die Rückstände gibt es einen Auslaß 7o aus der Zelle 62. Die oberste Zelle 65 hat Einlasse 71 für
Frischwasser. Die Zelle 65 hat einen Auslaß 72 für aus der Zelle überströmenden Schaum. Drei Durchlässe 73 in jeder der
Platten 66 sorgen für einen Abwärtsstrom des Breies aus einer Zelle in die andere. Jeder Durchlaß 73 enthält eine Ventilanordnung
74, die in Fig. 3 nicht zu sehen ist, im einzelnen jedoch in Fig. 4 gezeigt ist. Probeöffnungen 75 dienen zur
Probenahme während des Betriebs der Kolonne.
In die unterste Zelle 62 sind durch die Grundplatte des Behälters 6o drei Wellen 76 eingeführt, von denen jede einen
Rührer trägt, der eine Platte 77 und Zapfen 78 aufweist, die lösbar daran sitzen. Jeder Rührer ist mit einer Antriebseinrichtung
und einer Abdichtung sowie einer Auffangtopfanordnung
ähnlich der bei der Vorrichtung von Fig. 1 beschriebenen versehen. Am Austrittspunkt des Auslasses 7o aus der Zelle 62 ist
ein Membranventil 78 angeordnet, welches direkt auf die Drucksäule in dem Behälter 6o für die Steuerung des Stroms der
Rückstände durch den Auslaß 7o anspricht.
Die Ventilanordnung 74 besteht aus einem Messingrohr 8o, welches im Schiebesitz in dem Durchlaß 73 sitzt und auf
einer Messingplatte 81 befestigt ist. An der Platte 81 ist durch eine Mutter- und Bolzenanordnung 62 eine Kautschukklappe
83 befestigt. An der Kautschukklappe 83 sitzt mittig unter dem Rohr 8o ein Polymethylmethacrylatzapfen 84, an dem
ein gekrümmter Draht 85 befestigt ist, der einen Zylinder 86 aus einem Auftriebmaterial trägt. Vor der Inbetriebnahme wird
die Form des Drahtes 85 und somit die Lage des Zylinders 86 so eingestellt, daß in Betrieb bei einer Schaumschicht mit der
gewünschten Stärke die Neigung des gegen die Klappe 83 drückenden Breis, diese zu öffnen, durch die Austriebskraft
genau ausgeglichen wird, die von dem Draht 85 ausgeübt wird und
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verschließend wirkt. Wenn die Stärke zunimmt, nimmt die
Auftriebskraft ab und die Klappe 83 öffnet, so daß Brei der Zelle zugeführt v/erden kann, um die Stärke nochmals
zu verringern, und umgekehrt. Der übrige Betrieb der Vorrichtung erfolgt ähnlich wie bei der in Fig. 1 beschriebenen
Ausführungsform, wobei die Breizuführung kontinuierlich über den Einlaß 68 erfolgt und die Rückstände von dem Auslaß abgeführt
v/erden. Bei einer alternativen Ausführungsform der
Vorrichtung, die der der Figuren 3 und 4 sehr ähnlich ist, werden folgende relativ geringfügige Änderungen vorgenommen:
a) Das Dach 61 wird durch eine offene Oberseite am Behälter 6o ähnlich wie bei der Vorrichtung von Fig. 5 ersetzt.
b) Der Ablauf aus dem Rührerlecktopf wird wie anhand der alternativen Ausführungsform von Fig. 1 und 2 modifiziert.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung entspricht der der Figuren 3 und 4.
Der in Fig. 5 gezeigte Behälter 9o ist innen in drei Flotationszellen
91, 92 und 93 durch zwei Reihen von Stäben 94 aus Kunststoff unterteilt. Die Stäbe 94, welche die Zellen 91 und
92 trennen, sind rechtwinklig zu den Stäben 94 angeordnet, welche die Zellen 92 und 93 trennen. Die Stäbe 94 haben
konisch geformte Enden und werden bei jeder Reihe an beiden Enden durch langgestreckte Halteelemente 94 getragen, die an
der Innenwand des Behälters 9o befestigt sind. In der oberen Zelle 91 sind ein Einlaß 96 für frisches Rücklaufwasser und
ein Auslaß 97 für Schaum vorgesehen. Die Zellen 91 und 92 haben Probenahmeöffnungen 98. Ein Entfernen von Schaum aus
der oberen Zelle wird durch die Verwendung eines nicht gezeigten Kratzers unterstützt. In der unteren Zelle 93 sind
ein Einlaß 99 für die Beschickung und ein Einlaß 1oo für Druckluft vorgesehen, wobei sich der Einlaß 1oo mit einem
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- 3ο -
steilen Winkel in die Zelle 93 erstreckt und ein Rückschlagventil 1o1 aufweist. Für die Rückstände ist ein Auslaß 1o2
aus der Zelle 93 vorgesehen. Der Auslaß der Rückstände wird über ein Ventil 1o3 gesteuert, das in dem Auslaß 1o2 angeordnet
ist und mit einem Fühler 1o4 verbunden ist, der den hydrostatischen Druck in der oberen Zelle 91 aufzeichnet. Das
Ventil 1o3 ist durch eine Steuerung 1o5 so einstellbar, daß es automatisch öffnet, wenn dieser Druck über den eingestellten
Wert ansteigt und umgekehrt.
Die untere Zellen 93 der Kolonne 9o enthält eine Leiteinrichtung und einen Rührer, wobei die Rührerantriebswelle und ihr
Gehäuse unter der Kolonne installiert sind. Dieser Teil der Vorrichtung entspricht in jeder Hinsicht dem Teil der Vorrichtung
der Figuren 1 und 2, d. h. den Bauteilen 2o bis 43, so daß diese nicht nochmals erläutert zu werden brauchen.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist ein Behälter 11o innen in drei Flotationszellen 111, 112 und 113 durch
eine Reihe von Stäben 114 und 115 aus Kunststoff unterteilt,.
Die Reihen von Stäben 114 und 115 sind paarweise angeordnet. Dabei trennen ein Paar von Reihen die Zellen 111 und 112 und
ein weiteres Paar von Reihen die Zellen 112 und 113. Jedes
Paar von Reihen von Stäben besteht aus einer Reihe von festen Stäben 114, die zwischen einem Paar von Rahmenelementen 116
installiert sind, und aus einer Reihe von beweglichen Stäben 115, die an jedem Ende konisch geformt sind und in den Räumen
zwischen den festen Stäben 114 liegen. Die die Zellen 111 und
112 trennenden Stäbe 114 und 115 sind rechtwinklig zu denen die Zellen 112 und 113 trennenden angeordnet.
Eine übermäßige Bev/egung der Stäbe 115 wird durch Drahtbügel
117 begrenzt, die zwischen jedem Stab 114 und dem benachbarten Stäben an beiden Enden angeordnet sind. Die ganze Anordnung
von Stäben 114 und 115 und Rahmenelementen 116 wird in jedem
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Fall durch Positionieren des Elementes 116 auf langgestreckten
Stützteilen 118 gehalten, die an den Innenwänden des Behälters 11o befestigt sind. Benachbarte Zellen der
Vorrichtung sind durch Rohre 119 verbunden, die an abwechselnden
Seiten der Vorrichtungen angebracht sind. Die weiteren Teile der Vorrichtung sind in der Figur nicht gezeigt, entsprechen
jedoch denen der Ausführungsform von Fig. 5. Das untere der Rohre 119 stellt dabei eine Verbindung mit der
Zelle 113 in gleicher Weise her, wie dies bei dem oberen der Rohre 119 mit der Zelle 112 der Fall ist.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist ein Behälter 12o intern in drei Flotationszellen 121, 122 und 123 durch
Reihen von Stäben 124 und 125 aus Kunststoff unterteilt.
Diese Reihen von Stäben 124 und 125 sind paarweise angeordnet, wobei ein Paar von Reihen die Zellen 121 und 122
trennt, während ein anderes Paar von Reihen die Zellen und 123 trennt. Jedes Paar von Stabreihen besteht aus einer
Reihe von festen Stäben 124, die zwischen einem Paar von Rahmenelementen 126 installiert sind, wobei die Stäbe
an den Enden der Reihen so positioniert sind, daß ein Spalt zwischen diesen Stäben 124 und der Innenseite der Wand des
Behälters 12o verbleibt. Die äußeren Stäbe eines jeden Paares von Reihen sind die beweglichen Stäbe 125, die an jedem
Ende konisch geformt sind und in den Räumen zwischen den festen Stäben 124 liegen, die auf den Drahtstützen 127 ruhen,
welche rund um jeden festen Stab 124 an beiden Enden gewickelt sind. Die die Zellen 121 und 122 trennenden Stäbe
124 und 125 sind rechtwinklig zu den Stäben angeordnet, welche die Zellen 122 und 123 trennen. Eine übermäßige Bewegung
der Stangen 125 wird durch Drahtbügel 128 eingeschränkt, die zwischen jedem Stab 124 und seinen Nachbarn
an beiden Enden installiert sind. Die ganze Anordnung von Stäben 124 und 125 und eines Rahmenelementes 126 wird in
jedem Fall dadurch abgestützt, daß das Element 126 auf dem
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langgestreckten Halteteil 129 positioniert wird, das an der Innenwand des Behälters 12o angebracht ist. Jede der Zellen
121 und 122 enthält eine Probenahmeöffnung 13o. Der Außenteil
der in Fig. 1 nicht gezeigten Vorrichtung entspricht in jeder Hinsicht dem der Vorrichtung von Fig. 5.
Bei alternativen Ausführungsformen der Vorrichtung, die der der Figuren 5, 6 und 7 ziemlich nahe kommen, v/erden folgende
relativ kleinen Änderungen gemacht:
a) Das Ventil 1o3 ist näher an der Viand des Behälters 1 am inneren Ende des Auslasses 1o2 angeordnet.
b) Der Auslaß 4o ist unter dem Topf 33 näher bei der Platte 36 positioniert, welche die Basis des Topfes 33 bildet.
Der Betrieb der Vorrichtung der Figuren 5, 6 oder 7 sowie der alternativen Ausführungsformen wird hinsichtlich des
Rücklaufwassers, des Beschickungsbreies und der Rückstände in genau der gleichen Weise ausgeführt, wie dies anhand der
Vorrichtung der Figuren 1 unf 2 beschrieben wurde. In diesem Fall wird die Stärke der Schaumschicht in der mittleren und
in der unteren Zelle automatisch während des Betriebs durch die Wirkung der beweglichen Stäbe 94, 115 oder 125 gesteuert.
Die Abwärtsbewegung des Breies durch den Behälter erfolgt durch die öffnungen zwischen den Stäben 94 in der
Vorrichtung von Fig. 5, durch die Rohre 129 in der Vorrichtung von Fig. 6 und durch die öffnungen zwischen den Stäben
124, 125 im bestimmten Ausmaß, jedoch hauptsächlich durch
die Spalte zwischen den Stäben 124 und der Behälterwand bei der Vorrichtung von Fig. 7. Obwohl sich die Bedingungen abhängig
von dem zu behandelnden Material ändern können, sollen folgende beispielsweisen Zustände genannt werden:
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Schaumschicht
Stabdurchmesser Stabtrennung Fig. 5)
Wichte
Luftmengenstrom
Rührerdrehzahl für einen Rührer mit 6,5 cm Durchmesser Schäummitteldosierung
(in frisches Rücklaufwasser und Beschickung) Verweilzeit vom Anfang bis zum Ende
1 cm (Änderungsgrenzen o,5 bis 1,5 cm, vorzugsweise
o,9 bis 1,1 cm) 1 ,2 cm o, 1 cm 1,3 (Bei Fig. 6 von nebensächlicher Bedeutung)
1 l/min für jeweils
2 3ο cm Schaum
15oo upm
o,1 kg/t
5 bis 1o min
Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform umgibt ein Zylinder 14o aus Polymethylmethacrylat (Perspex) einen Rückstandauslaß
141 in der Wand 142 der untersten Zelle des Behälters. Über eine Ringdichtung 143 besteht ein Kontakt zwischen
dem Zylinder 14o und der Wand 142. Der Zylinder 14o wirkt an seinem Außenende mit einem Ringelement 144 aus Polymethylmethacrylat
(Perspex) zusammen, welches an der Wand 142 durch Schrauben 154 befestigt ist, wodurch der Zylinder 14o in Lage
gehalten wird. Das Element 144 hat eine Nut 146 auf ihrer Innenseite um die Mittelöffnung des Elementes 144 herum. Die
Nut 146 ist für die Aufnahme des Außenendes des Zylinders 14o ausgebildet. Die Außenfläche des Elementes 144 ist so ausgebildet,
daß man einen Flansch 147 erhält, der sich in die Mittelöffnung des Elementes 144 erstreckt. Eine Kreismembran
148 aus Kautschuk oder Kunststoff deckt das Außenende des
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Zylinders 14o ab und hält ihn an seinem Rand zwischen dem Element 144 und dem Zylinder 14o. Eine Stange 151 geht durch
die Mitte der Membran 148, ist daran auf jeder Seite der Membran 148 durch einen verschraubten Bolzen 149 und eine Beilagscheibe
15o festgeklemmt, wobei die Stange 151 über, ihrem Mittelteil verschraubt ist, um mit dem Bolzen 149 zusammenzuwirken.
Das innere Ende der Stange 151 trägt einen Stopfen 152, dessen konisch geformtes Ende mit dem Auslaß 141 zusammenwirkt,
um den Rückstandstrom durch den Auslaß zu steuern. An ihrem anderen Ende geht die Stange 151 durch den Flansch
147 hindurch und ist mit einer Magnetsteuerung 153 verbunden, welche den Stab 161 und somit den Stopfen 152 bewegt, und
zwar ansprechend auf den von dem nicht gezeigten Sensor aufgezeigten Druck, wobei der Sensor in der obersten Zelle des
Behälters für die Aufzeichnung des hydrostatischen Drucks darin angeordnet ist.
In Betrieb führt eine Steigerung des hydrostatischen Drucks
in der obersten Zelle des Behälters dazu, daß die Magnetsteuerung 153 den Stab 151 und somit den Stopfen 152 nach
außen bewegt, wodurch der Abstrom der Rückstandsmengen durch
den Auslaß 141 zunimmt. Eine Abnahme des hydrostatischen
Drucks bewirkt den entgegengesetzten Effekt.
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