Dispergierdüse, damit ausgestattete Flotationsmaschine, sowie Verfahren zu deren Betrieb

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Dispergierdüse (1,1') zum Dispergieren einer Flüssigkeit (6), insbesondere einer Suspension (6'), mit weiterhin mindestens einem Gas (7), umfassend eine Gaszuführdüse (2) und eine rohrförmige Mischanordnung (3), die einen Eintrittbereich für das mindestens eine Gas (7) und die Flüssigkeit (6) und einen Austrittsbereich (1a) für ein aus dem mindestens einen Gas (7) und der Flüssigkeit (6) gebildetes Gas-Flüssigkeits-Gemisch (8) aufweist, wobei die Mischanordnung (3) sich an die Gaszuführdüse (2) anschließt, dass die Gaszuführdüse (2) sich in Richtung der Mischanordnung (3) verjüngt und in deren Eintrittsbereich mündet, und wobei die Mischanordnung (3) im Eintrittsbereich mindestens eine Ansaugöffnung (4) für die Flüssigkeit (6) aufweist. Die Erfindung betrifft neben der Dispergierdüse (1,1') weiterhin eine Flotationsmaschine (100) und Verfahren zu deren Betrieb.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dispergierdüse zum Dispergieren einer Flüssigkeit, insbesondere Suspension, mit weiterhin mindestens einem Gas, umfassend eine Gaszuführdüse und eine rohrförmige Mischanordnung, die einen Eintrittbereich für das mindestens eine Gas und die Flüssigkeit und einen Austrittsbereich für ein aus dem mindestens einen Gas und der Flüssigkeit gebildetes Gas-Flüssigkeits-Gemisch aufweist, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Dispergierdüse.

[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin eine mit mindestens einer derartigen Dispergierdüse ausgestattete Flotationsmaschine, ein Verfahren zum Betreiben der Flotationsmaschine sowie deren Verwendung.

[0003] Dispergierdüsen der eingangs genannten Art werden bereits in Flotationsmaschinen eingesetzt, siehe DE 32 11 906 C2 oder auch CA 2 462 740 A1.

[0004] Die Flotation ist ein physikalisches Trennverfahren zur Trennung feinkörniger Feststoffgemenge, wie beispielsweise von Erzen und Gangart, in einer wässrigen Aufschlämmung bzw. Suspension mit Hilfe von Luftbläschen aufgrund einer unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit der in der Suspension enthaltenen Partikel. Sie wird zur Aufbereitung von Bodenschätzen und bei der Verarbeitung von vorzugsweise mineralischen Stoffen mit einem niedrigen bis mittleren Gehalt an einer Nutzkomponente bzw. eines Wertstoffs verwendet, beispielsweise in Form von Nichteisenmetallen, Eisen, Metallen der seltenen Erden und/oder Edelmetallen sowie nichtmetallischen Bodenschätzen.

[0005] Flotationsmaschinen sind bereits hinreichend bekannt. Die WO 2006/069995 A1 beschreibt eine Flotationsmaschine mit einem Gehäuse, das eine Flotationskammer umfasst, mit mindestens einer Dispergierdüse, hier als Ejektor bezeichnet, weiterhin mit mindestens einer Begasungseinrichtung, bei Verwendung von Luft Belüftungseinrichtungen oder Aeratoren genannt, sowie einem Sammelbehälter für ein bei der Flotation gebildetes Schaumprodukt.

[0006] Bei der Flotation bzw. der pneumatischen Flotation wird generell eine mit Reagenzien versetzte Suspension aus meist Wasser und feinkörnigem Feststoff in eine Flotationskammer eingebracht. Die Reagenzien sollen bewirken, dass insbesondere die wertvollen, bevorzugt abzutrennenden Partikel in der Suspension hydrophob ausgebildet werden. Gleichzeitig mit einer Suspension wird der mindestens einen Dispergierdüse Gas, insbesondere Luft oder Stickstoff, zugeführt, das mit den hydrophoben Partikeln in der Suspension in Berührung kommt. Mittels einer Begasungseinrichtung wird weiteres Gas in die Suspension eingebracht. Die hydrophoben Partikel haften an sich bildenden Gasbläschen an, so dass die Gasbläschen-Gebilde, auch Aeroflocken genannt, aufschwimmen und an der Oberfläche der Suspension das Schaumprodukt bilden. Das Schaumprodukt wird in einen Sammelbehälter ausgetragen und üblicherweise noch eingedickt.

[0007] Es hat sich gezeigt, dass die Qualität des Schaumprodukts bzw. der Trennerfolg des Verfahrens der Flotation oder pneumatischen Flotation unter anderem von der Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem hydrophoben Partikel und einem Gasbläschen abhängt. Je höher die Kollisionswahrscheinlichkeit, desto größer ist die Anzahl an hydrophoben Partikeln, die an einem Gasbläschen anhaften, an die Oberfläche aufsteigen und zusammen mit den Partikeln das Schaumprodukt bilden. Die Kollisionswahrscheinlichkeit wird dabei unter anderem durch die Dispergierung von Suspension und Gas in einer Dispergierdüse beeinflusst.

[0008] Dispergierdüsen werden im Bereich der Flotationsanlagen nicht nur dazu eingesetzt, einer Flotationskammer Gas und Suspension als Gemisch, zuzuführen. Sie werden ebenfalls eingesetzt, um Flüssigkeiten ohne oder mit sehr geringem Feststoffanteil mit Gas zu dispergieren und das Gemisch in die, in der Flotationsmaschine enthaltene Flüssigkeit oder Suspension einzudüsen.

[0009] Es ist ein anhaltender Bedarf an möglichst verschleißarmen Einrichtungen zur Begasung von Flüssigkeiten, insbesondere Suspensionen, vorhanden, mit denen besonders kleine Gasbläschen erzeugt werden können.

[0010] Es ist erstens Aufgabe der Erfindung, eine weitere Dispergierdüse bereitzustellen, um einen Anteil von Gasbläschen in einer Flüssigkeit zu erhöhen sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Dispergierdüse bereitzustellen.

[0011] Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Flotationsmaschine mit einer höheren Ausbeute bereitzustellen und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben.

[0012] Die Aufgabe wird erstens durch eine Dispergierdüse zum Dispergieren einer Flüssigkeit, insbesondere Suspension, mit weiterhin mindestens einem Gas gelöst, umfassend eine Gaszuführdüse und eine rohrförmige Mischanordnung, die einen Eintrittbereich für das mindestens eine Gas und die Flüssigkeit und einen Austrittsbereich für ein aus dem mindestens einen Gas und der Flüssigkeit gebildetes Gas-Flüssigkeits-Gemisch aufweist, wobei die Mischanordnung sich an die Gaszuführdüse anschließt, wobei die Gaszuführdüse sich in Richtung der Mischanordnung verjüngt und in deren Eintrittsbereich mündet, und wobei die Mischanordnung im Eintrittsbereich mindestens eine Ansaugöffnung für die Flüssigkeit aufweist.

[0013] Die erfindungsgemäße Dispergierdüse ermöglicht ein intensives Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit, insbesondere Suspension, wobei besonders kleine Gasbläschen mit Durchmessern von < 1 mm bei geringem Verschleiß erzeugbar sind. Insbesondere ist eine Begasung einer sich bereits in einem Behälter oder dergleichen befindenden Flüssigkeit bzw. Suspension möglich. Dabei wird die Flüssigkeit, insbesondere Suspension, über die Ansaugöffnung(en) ins Innere der Mischanordnung gesaugt. Auf Pumpen, die die Flüssigkeit, insbesondere Suspension, unter Druck in die Mischanordnung fördern, kann hier vorteilhafter Weise verzichtet werden.

[0014] Die intensive Vermengung von Gas und Flüssigkeit innerhalb der Mischanordnung der erfindungsgemäßen Dispergierdüse ist vergleichbar mit einer Vermischung in einer herkömmlichen Dispergierdüse, über welche jedoch sowohl Gas als auch Flüssigkeit zugeführt werden. Die erfindungsgemäße Dispergierdüse ermöglicht eine Erhöhung des Gasanteils, ohne gleichzeitig den Anteil an zu begasender Flüssigkeit zu erhöhen. Somit ist die erfindungsgemäße Dispergierdüse insbesondere geeignet, eine Erhöhung der Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen Gasbläschen und hydrophoben Partikeln in Flotationsmaschinen zu erreichen.

[0015] Im Falle einer Dispergierung des Gases mit einer Suspension ist aufgrund der Bauweise der erfindungsgemäßen Dispergierdüse der Verschleiß im Vergleich mit herkömmlichen Dispergierdüsen, über welche einer Flotationsmaschine gleichzeitig Suspension und Gas unter hohem Druck zugeführt werden, deutlich vermindert, insbesondere im Bereich der Suspensionseinspeisestelle. Auf die bisher erforderlichen, verschleißanfälligen Pumpen, über welche einer Flotationsmaschine gleichzeitig Suspension und Gas unter hohem Druck zugeführt wurden, kann bei der erfindungsgemäßen Dispergierdüse vollständig verzichtet werden.

[0016] Es hat sich bewährt, wenn ein Verhältnis eines Durchmessers D_G einer Gasaustrittsöffnung der Gaszuführdüse und eines Innendurchmessers D_M der Mischanordnung im Eintrittsbereich der Mischanordnung im Bereich von 1:3 bis 1:5, insbesondere im Bereich von 1:3 bis 1:3,5 liegt.

[0017] Aufgrund der dadurch erfolgenden starken Expansion des Gases in der Mischanordnung wird eine besonders intensive Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit, insbesondere Suspension, erreicht.

[0018] Es ist von Vorteil, wenn die Mischanordnung ausgehend von der Gaszuführdüse nacheinander in eine Mischkammer, welche den Eintrittsbereich umfasst, ein Mischrohr und weiterhin einen Diffusor, dessen Diffusordurchmesser sich ausgehend vom Mischrohr erweitert und welcher den Austrittsbereich umfasst, unterteilt ist. Die Mischkammer weist hier die mindestens eine Ansaugöffnung für Flüssigkeit, insbesondere Suspension, auf.

[0019] Alternativ kann die Mischanordnung ausgehend von der Gaszuführdüse nacheinander in ein Mischrohr, welches den Eintrittsbereich umfasst, und weiterhin einen Diffusor, dessen Diffusordurchmesser sich ausgehend vom Mischrohr erweitert und welcher den Austrittsbereich umfasst, unterteilt sein. Das Mischrohr weist hier die mindestens eine Ansaugöffnung für Flüssigkeit, insbesondere Suspension, auf.

[0020] Bevorzugt erfolgt eine mechanische Verbindung zwischen der Gaszuführdüse und der Mischkammer bzw. dem Mischrohr mittels mindestens eines Verbindungselements, das außerhalb bzw. am Umfang der Gaszuführdüse und der Mischanordnung angeordnet ist.

[0021] Ein Innendurchmesser des Mischrohrs ist für beide Ausführungsformen entweder durchgehend gleich groß ausgebildet oder verjüngt sich in Richtung des Diffusors.

[0022] Der Diffusor ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gekrümmt ausgebildet. Dies ist hinsichtlich des Platzbedarfs der Dispergierdüse von Vorteil und führt zur Ausbildung einer Drallströmung des gebildeten Gas-Flüssigkeits-Gemischs, was eine weitere Verbesserung der Dispergierung von Gas und Flüssigkeit mit sich bringt.

[0023] Ein Verhältnis eines Durchmessers D_MR einer Mischrohreintrittsöffnung des Mischrohrs und einer Länge L_MR des Mischrohrs liegt vorzugsweise im Bereich von 1:3 bis 1:8, insbesondere im Bereich von 1:4 bis 1:6.

[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform der Dispergierdüse liegt lediglich eine Ansaugöffnung im Eintrittsbereich der Mischanordnung vor.

[0025] Der Eintrittsbereich der Mischanordnung weist in einer alternativen Ausführungsform mindestens eine Anzahl N ≥ 2, insbesondere N ≥ 8, an Ansaugöffnungen auf, über die Flüssigkeit, insbesondere Suspension, in das Innere der Mischanordnung gesaugt werden kann. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere und schnellere Durchmischung der Flüssigkeit mit dem aus der Gaszuführdüse strömenden Gas.

[0026] Ansaugöffnungen werden dabei bevorzugt mit einem kreisförmigen, rechteckigen oder schlitzförmigen Umriss ausgebildet. Bevorzugt wird ein Lochdurchmesser von kreisförmigen Ansaugöffnungen in Abhängigkeit der Wandstärke der Mischanordnung im Eintrittsbereich ausgebildet. Insbesondere wird der Lochdurchmesser größer oder gleich der Wandstärke gewählt.

[0027] Die Ansaugöffnung(en) ist/sind bevorzugt senkrecht zu einer Längsmittelachse der Dispergierdüse angeordnet, aber alternativ ist auch einen Anordnung in einem Winkel zur Längsmittelachse möglich.

[0028] Bevorzugt sind mehrere Ansaugöffnungen in einem gleichmäßigen Abstand voneinander auf mindestens einer Kreisbahn um die Längsmittelachse der Dispergierdüse zentriert angeordnet, um eine möglichst gleichmäßige allseitige Zufuhr von Flüssigkeit zum Gas zu erreichen.

[0029] Der Gaszuführdüse ist vorzugsweise mindestens ein Gasregelventil zur Dosierung einer Gasmenge des der Flüssigkeit zuzuführenden mindestens einen Gases zugeordnet, um das Verhältnis von Gas und Flüssigkeit in der Mischanordnung und die Geschwindigkeit des Gases im Bereich der Gasaustrittsöffnung beeinflussen zu können.

[0030] Die sich in Richtung der Mischanordnung verjüngende Gaszuführdüse weist vorzugsweise eine Innenwandung auf, die in einem Winkel α im Bereich von 3° bis 15°, insbesondere in einem Winkel α im Bereich von 4° bis 6°, zur Längsmittelachse der Dispergierdüse ausgerichtet ist. Die Geschwindigkeit des Gases und der Gasdruck im Bereich der Gasaustrittsöffnung werden dadurch erhöht.

[0031] Die erfindungsgemäße Dispergierdüse wird bevorzugt zur Begasung von Flüssigkeiten wie Wasser, Abwässern, Prozesswässern usw. eingesetzt. Insbesondere wird eine erfindungsgemäße Dispergierdüse zur Begasung von Flüssigkeiten in Form von Suspensionen bei Flotationsprozessen eingesetzt.

[0032] Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Dispergierdüse gelöst, indem über die Gaszuführdüse mindestens ein Gas in die Mischanordnung eingeleitet wird, indem über die mindestens eine Ansaugöffnung Flüssigkeit, insbesondere Suspension, ins Innere der Mischanordnung angesaugt wird, indem in der Mischanordnung ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch gebildet wird und eine Gaszufuhr über die Gaszuführdüse derart erfolgt, dass das mindestens eine Gas an einer Gasaustrittsöffnung der Gaszuführdüse mit einer Impulsstromdichte im Bereich von 5_*10³ bis 5_*10⁴ kg/(m_*s²) vorliegt.

[0033] Dadurch wird eine besonders intensive und gleichmäßige Dispergierung von Gas und Flüssigkeit erreicht, wobei überwiegend ein bevorzugter Bläschendurchmesser von < 1 mm des dispergierten Gases erzielt wird.

[0034] Besonders bevorzugt liegt die Impulsstromdichte im Bereich von 1_*10⁴ bis 5_*10⁴ kg/ (m_*s²) , insbesondere aber im Bereich von 3_*10⁴ bis 5_*10⁴ kg/(m_*s²) .

[0035] Für das Verfahren hat es sich bewährt, sofern die Mischanordnung ein Mischrohr umfasst, dass für das Gas-Flüssigkeits-Gemisch an einer Mischrohraustrittsöffnung eine Scherrate im Bereich von 500 bis 5000 1/s, insbesondere von 1000 bis 1500 1/s, vorliegt. Je höher die Scherrate, desto kleiner sind die im Gas-Flüssigkeits-Gemisch erzeugten Gasbläschen. Dadurch wird die Dispergierung von Gas und Flüssigkeit noch weiter verbessert.

[0036] Die Aufgabe wird für die Flotationsmaschine gelöst, indem diese mindestens eine erfindungsgemäße Dispergierdüse umfasst. Der Einsatz von einer oder mehreren erfindungsgemäßen Dispergierdüsen an einer Flotationsmaschine ermöglicht ein intensives Einmischen von Gas in eine bereits in der Flotationsmaschine vorhandene Flüssigkeit, insbesondere Suspension, ohne über die Dispergierdüse(n) weitere Flüssigkeit in die Flotationsmaschine einzubringen. Dadurch lässt sich der Anteil an Gas in der Flüssigkeit, insbesondere Suspension, erheblich erhöhen. Die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Gasbläschen und einem abzuscheidenden Partikel aus einer Suspension steigt an und die Ausbeute wird erhöht.

[0037] Die Flotationsmaschine umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform ein Gehäuse mit einer Flotationskammer, in welche die mindestens eine Dispergierdüse mündet.

[0038] Dabei wird die Mischanordnung inklusive der mindestens einen Ansaugöffnung insbesondere in der Flotationskammer angeordnet, so dass die Mischanordnung von Flüssigkeit, insbesondere Suspension, umspült wird und durch die Ansaugöffnung(en) Flüssigkeit problemlos und ohne irgendwelche Hilfskonstruktionen in das Innere der Mischanordnung gelangen kann. Es erfolgt eine Gasanreicherung der in der Flotationskammer enthaltenen Flüssigkeit, ohne diese zu vermehren bzw. zu verdünnen.

[0039] Alternativ kann die Mischanordnung auch außerhalb der Flotationskammer angeordnet sein, wobei allerdings Flüssigkeit zu der/den Ansaugöffnung(en) geführt werden muss, beispielsweise über eine zusätzliche Rohrleitung oder ähnliches. Dabei kann Flüssigkeit in Form von Wasser, Prozesswasser, Suspension usw., insbesondere von Suspension aus der Flotationskammer, zu den Ansaugöffnungen geleitet werden. Im Falle einer Dispergierung von Wasser oder Prozesswasser mit dem Gas und einem Eindüsen in die Flotationskammer einer Flotationsmaschine enthaltend eine Suspension, wird die Suspension selbstverständlich durch das zusätzliche Wasser oder Prozesswasser verdünnt. Im Falle einer Dispergierung von weiterer Suspension mit dem Gas und einem Eindüsen in die Flotationskammer einer Flotationsmaschine enthaltend eine Suspension, wird die Suspension selbstverständlich durch die weitere Suspension vermehrt. Die erzielbare Anzahl an Gasbläschen pro Volumeneinheit Flüssigkeit ist somit für diese Fälle geringer.

[0040] Die Aufgabe wird für ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Flotationsmaschine gelöst, indem die Flotationskammer mit Flüssigkeit, insbesondere Suspension, gefüllt wird derart, dass sich die mindestens eine Ansaugöffnung der mindestens einen Dispergierdüse unter einer von der Flüssigkeit, insbesondere Suspension, gebildeten Oberfläche befindet.

[0041] Die mindestens eine vorhandene, erfindungsgemäße Dispergierdüse wird bevorzugt gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Dispergierdüse betrieben.

[0042] Die Flotationskammer wird insbesondere mit einer Suspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 30 bis 60% befüllt. Derartige Feststoffgehalte von Suspensionen sind insbesondere bei der Flotation von Erz enthaltenden Mineralien üblich.

[0043] Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Flotationsmaschine zum Absondern eines Erzes von Gangart hat sich demnach bewährt. Die Flotationsmaschine kann aber auch anderweitig eingesetzt werden, z.B. in der Flotation von Abwässern, von Suspensionen enthaltend andere als Erz enthaltende Mineralien, z.B. kohlehaltiges Gestein, usw.

[0044] Die Figuren 1 bis 5 sollen erfindungsgemäße Dispergierdüsen und deren Verwendung sowie deren Einsatz in Flotationsmaschinen beispielhaft erläutern. So zeigt:

FIG 1

eine erste Dispergierdüse im Längsschnitt;

FIG 2

einen vergrößerten Ausschnitt aus der ersten Dispergierdüse im Bereich der Gaszuführdüse;

FIG 3

das Funktionsprinzip einer Dispergierdüse mit gekrümmtem Diffusor;

FIG 4

eine zweite Dispergierdüse mit gekrümmtem Diffusor in einer Seitenansicht; und

FIG 5

eine Flotationsmaschine im Teillängsschnitt mit einer Dispersionsdüse.

[0045] FIG 1 zeigt im Längsschnitt eine erste Dispergierdüse 1 zum Dispergieren einer Flüssigkeit 6, insbesondere Suspension 6', mit weiterhin mindestens einem Gas 7. Die erste Dispergierdüse 1 umfasst eine Gaszuführdüse 2 mit einer Gasaustrittsöffnung 2a und eine rohrförmige Mischanordnung 3, die einen Eintrittbereich für das mindestens eine Gas 7 und die Flüssigkeit 6 bzw. Suspension 6' und einen Austrittsbereich 1a für ein aus dem mindestens einen Gas 7 und der Flüssigkeit 6 bzw. Suspension 6' gebildetes Gas-Flüssigkeits-Gemisch 8 aufweist. Der Gaszuführdüse 2 ist vorzugsweise mindestens ein, hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestelltes Gasregelventil zur Dosierung einer Gasmenge des der Flüssigkeit 6 zuzuführenden Gases 7 vorgeschaltet. Die Mischanordnung 3 schließt sich an die Gaszuführdüse 2 an. Die Gaszuführdüse 2 verjüngt sich in Richtung der Mischanordnung 3 und mündet in deren Eintrittsbereich. Die Mischanordnung 3 weist weiterhin im Eintrittsbereich mehrere Ansaugöffnung 4 für die Flüssigkeit 6 bzw. Suspension 6' auf. Die Ansaugöffnungen 4 sind hier senkrecht zu einer Längsmittelachse 9 der ersten Dispergierdüse 1 angeordnet. Die Mischanordnung 3 ist in dieser Ausführungsform ausgehend von der Gaszuführdüse 2 nacheinander in eine Mischkammer 3a, welche den Eintrittsbereich umfasst, ein Mischrohr 3b mit einer Mischrohraustrittsöffnung 5 und weiterhin einen Diffusor 3c, dessen Diffusordurchmesser sich ausgehend vom Mischrohr 3b erweitert und welcher den Austrittsbereich 1a umfasst, unterteilt. Die Mischkammer 3a und das Mischrohr 3b können aber genauso einstückig ausgebildet sein. Alternativ können auch das Mischrohr 3b und der Diffusor 3c oder aber die Mischkammer 3a, das Mischrohr 3b und der Diffusor 3c einstückig ausgebildet sein.

[0046] FIG 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der ersten Dispergierdüse 1 gemäß FIG 1 im Bereich der Gaszuführdüse 2. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Gaszuführdüse 2 weist hier eine Innenwandung auf, die in einem Winkel α von 4°zur Längsmittelachse 9 der ersten Dispergierdüse 1 ausgerichtet ist. Ein Verhältnis eines Durchmessers D_G der Gasaustrittsöffnung 2a der Gaszuführdüse 2 und eines Innendurchmessers D_M der Mischanordnung 3 im Eintrittsbereich, hier gleichzeitig der Innendurchmesser der Mischkammer 3a, liegt hier bei etwa 1:3 bis 1:5.

[0047] Ein Verhältnis eines Durchmessers D_MR einer Mischrohreintrittsöffnung des Mischrohrs 3b und einer Länge L_MR des Mischrohrs 3b liegt hier bei etwa 1:5.

[0048] FIG 3 zeigt das Funktionsprinzip einer Dispergierdüse mit einer Mischanordnung 3 mit gekrümmtem Diffusor 3c. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Ein gekrümmter Diffusor 3c verringert die Dimensionen der Dispergierdüse und ermöglicht deren Verwendung auch unter beengten räumlichen Bedingungen. Dem gebildeten Gas-Flüssigkeits-Gemisch 8 wird eine Drallbewegung aufgeprägt, die zu einer weiteren Verbesserung der Dispergierung von Gas 7 und Flüssigkeit 6 bzw. Suspension 6' führt.

[0049] FIG 4 zeigt eine zweite Dispergierdüse 1' mit gekrümmtem Diffusor 3c in einer Seitenansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in den FIGen 1 und 3 kennzeichnen gleiche Elemente.

[0050] FIG 5 zeigt eine Flotationsmaschine 100 mit einem an sich bekannten Aufbau im Teillängsschnitt, wobei die rechte Hälfte aufgeschnitten gezeigt ist. Die Flotationsmaschine 100 umfasst ein Gehäuse 101 mit einer Flotationskammer 102, in welche mindestens eine herkömmliche Dispergierdüse 10 zur Zuführung von Gas 7 und Suspension 6' in die Flotationskammer 102 mündet. Der Einbau von herkömmlichen Dispergierdüsen 10 erfolgt üblicherweise derart, dass die Längsachse der Dispergierdüse(n) 10 horizontal ausgerichtet wird. Das Gehäuse 101 weist einen zylindrischen Gehäuseabschnitt 101a auf, an dessen unterem Ende optional eine Begasungsanordnung 103 angeordnet ist.

[0051] Innerhalb der Flotationskammer 102 befindet sich eine Schaumrinne 104 mit Stutzen 105 zum Austragen des gebildeten Schaumproduktes. Die Oberkante der Außenwandung des Gehäuses 101 befindet sich oberhalb der Oberkante der Schaumrinne 104, wodurch ein Überlauf des Schaumproduktes über die Oberkante des Gehäuses 101 ausgeschlossen ist. Das Gehäuse 101 weist weiterhin eine Bodenaustragsöffnung 106 auf. Partikel der Suspension 6', die beispielsweise mit einer nicht ausreichend hydrophobierten Oberfläche versehen sind oder nicht mit einem Gasbläschen kollidiert sind, sowie hydrophile Partikel sinken in Richtung der Bodenaustragsöffnung 106 ab und werden ausgetragen. Das Schaumprodukt gelangt aus der Flotationskammer 102 in die Schaumrinne 104 und wird über die Stutzen 105 abgeführt und gegebenenfalls eingedickt.

[0052] Der Einbau von erfindungsgemäßen Dispergierdüsen 1,1', über welche hier lediglich Gas 7 in die Flotationskammer 102 eingetragen wird, das mit bereits in der Flotationskammer 102 vorhandener Suspension 6' dispergiert wird, erfolgt hier vorzugsweise derart, dass die Längsmittelachse 9 der Dispergierdüse 1, 1' horizontal ausgerichtet wird. Aber auch eine Anordnung erfindungsgemäßer Dispergierdüsen 1,1' an der Flotationsmaschine 100 in einem Winkel der Längsmittelache 9 zur Horizontalen ist möglich.

[0053] Mittels der optionalen Begasungseinrichtung 103, welche an eine Gaszuführung 103a angeschlossen ist, wird in den zylindrischen Gehäuseabschnitt 101a optional zusätzliches Gas 7 eingeblasen, so dass weitere hydrophobe Partikel daran gebunden werden und aufsteigen. Im Idealfall sinken vor allem die hydrophilen Partikel weiter ab und werden über die Bodenaustragsöffnung 106 ausgeschleust.

[0054] Durch Einsatz mindestens einer erfindungsgemäßen Dispergierdüse 1, 1', mit beispielsweise gekrümmtem Diffusor, in der Flotationsmaschine 100 wird die Dispergierung von Suspension 6' und Gas 7 noch verbessert und damit die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Gasbläschen und einem aus der Suspension 6' abzutrennenden Partikel erhöht. In Folge sind erhöhte Abscheideraten und ein optimales Schaumprodukt erzielbar. Eine gekrümmte Bauform der Mischanordnung 3 insgesamt ist platzsparend und daher optimal auch im Inneren einer Flotationskammer mit geringem Durchmesser einsetzbar.

[0055] Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Dispergierdüse ist jedoch nicht auf eine Flotationsmaschine allgemein oder eine Flotationsmaschine mit einem Aufbau gemäß FIG 5 begrenzt. Eine erfindungsgemäße Dispergierdüse kann in Flotationsanlagen jeglichen Aufbaus oder Anlagen eingesetzt werden, bei denen mindestens ein Gas in einer Flüssigkeit, insbesondere Suspension, fein und gleichmäßig verteilt werden soll. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Dispergierdüse somit unabhängig von einer bevorzugten Anwendung bei Flotationsmaschinen auch zur Begasung von Wasser, Abwasser, Prozesswasser usw. eingesetzt werden.

Ansprüche

1. Dispergierdüse (1,1") zum Dispergieren einer Flüssigkeit (6), insbesondere Suspension (6'), mit weiterhin mindestens einem Gas (7), umfassend eine Gaszuführdüse (2) und eine rohrförmige Mischanordnung (3), die einen Eintrittbereich für das mindestens eine Gas (7) und die Flüssigkeit (6) und einen Austrittsbereich (1a) für ein aus dem mindestens einen Gas (7) und der Flüssigkeit (6) gebildetes Gas-Flüssigkeits-Gemisch (8) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischanordnung (3) sich an die Gaszuführdüse (2) anschließt, dass die Gaszuführdüse (2) sich in Richtung der Mischanordnung (3) verjüngt und in deren Eintrittsbereich mündet, und dass die Mischanordnung (3) im Eintrittsbereich mindestens eine Ansaugöffnung (4) für die Flüssigkeit (6) aufweist.

2. Dispergierdüse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Durchmessers D_G einer Gasaustrittsöffnung (2a) der Gaszuführdüse (2) und eines Innendurchmessers D_M der Mischanordnung (3) im Eintrittsbereich im Bereich von 1:3 bis 1:5 liegt.

3. Dispergierdüse nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischanordnung (3) ausgehend von der Gaszuführdüse (2) nacheinander in eine Mischkammer (3a), welche den Eintrittsbereich umfasst, ein Mischrohr (3b) und weiterhin einen Diffusor (3c), dessen Diffusordurchmesser sich ausgehend vom Mischrohr (3b) erweitert und welcher den Austrittsbereich (1a) umfasst, unterteilt ist.

4. Dispergierdüse nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischanordnung (3) ausgehend von der Gaszuführdüse (2) nacheinander in ein Mischrohr (3b), welches den Eintrittsbereich umfasst, und weiterhin einen Diffusor (3c), dessen Diffusordurchmesser sich ausgehend vom Mischrohr (3b) erweitert und welcher den Austrittsbereich (1a) umfasst, unterteilt ist.

5. Dispergierdüse nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Durchmessers D_MR einer Mischrohreintrittsöffnung des Mischrohrs und einer Länge L_MR des Mischrohrs im Bereich von 1:3 bis 1:8 liegt.

6. Dispergierdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsbereich mindestens eine Anzahl N ≥ 3, insbesondere N ≥ 8, an Ansaugöffnungen (4) aufweist.

7. Dispergierdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung(en) (4) senkrecht zu einer Längsmittelachse (9) der Dispergierdüse (1,1') angeordnet ist/sind.

8. Dispergierdüse nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnungen (4) in einem gleichmäßigen Abstand voneinander auf mindestens einer Kreisbahn um die Längsmittelachse (9) der Dispergierdüse (1,1') zentriert angeordnet sind.

9. Dispergierdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszuführdüse (2) mindestens ein Gasregelventil zur Dosierung einer Gasmenge des der Flüssigkeit (6) zuzuführenden mindestens einen Gases (7) zugeordnet ist.

10. Dispergierdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die sich in Richtung der Mischanordnung (3) verjüngende Gaszuführdüse (2) eine Innenwandung aufweist, die in einem Winkel α im Bereich von 3 bis 15°, insbesondere in einem Winkel α im Bereich von 4 bis 6°, zur Längsmittelachse (9) der Dispergierdüse (1,1') ausgerichtet ist.

11. Verfahren zum Betreiben einer Dispergierdüse (1,1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass über die Gaszuführdüse (2) mindestens ein Gas (7) in die Mischanordnung (3) eingeleitet wird, dass über die mindestens eine Ansaugöffnung (4) Flüssigkeit (6), insbesondere Suspension (6'), ins Innere der Mischanordnung (3) angesaugt wird, dass in der Mischanordnung (3) ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch (8) gebildet wird und dass eine Gaszufuhr über die Gaszuführdüse (2) derart erfolgt, dass das mindestens eine Gas (7) an einer Gasaustrittsöffnung (2a) der Gaszuführdüse (2) mit einer Impulsstromdichte im Bereich von 5_*10³ bis 5_*10⁴ kg/ (m_*s²) vorliegt.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsstromdichte im Bereich von 1_*10⁴ bis 5_*10⁴ kg/(m_*s²) liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsstromdichte im Bereich von 3_*10⁴ bis 5_*10⁴ kg/ (m_*s²) liegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischanordnung (3) ein Mischrohr (3b) umfasst, wobei für das Gas-Flüssigkeits-Gemisch (8) an einer Mischrohraustrittsöffnung (5) eine Scherrate im Bereich von 500 bis 5000 1/s, insbesondere von 1000 bis 1500 1/s vorliegt.

15. Flotationsmaschine (100) umfassend mindestens eine Dispergierdüse (1,1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

16. Flotationsmaschine nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationsmaschine (100) ein Gehäuse (101) mit einer Flotationskammer (102) umfasst, in welche die mindestens eine Dispergierdüse (1,1') mündet.

17. Flotationsmaschine nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischanordnung (3) inklusive der mindestens einen Ansaugöffnung (4) in der Flotationskammer (102) angeordnet ist.

18. Verfahren zum Betreiben einer Flotationsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationskammer (102) mit Flüssigkeit (6), insbesondere Suspension (6'), gefüllt wird derart, dass sich die mindestens eine Ansaugöffnung (4) der mindestens einen Dispergierdüse (1) unter einer von der Flüssigkeit (6), insbesondere Suspension (6'), gebildeten Oberfläche befindet.

19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dispergierdüse (1,1') gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 betrieben wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19,
wobei die Flotationskammer (102) mit einer Suspension (6') mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 30 bis 60% befüllt wird.

21. Verwendung einer Flotationsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zum Absondern eines Erzes von Gangart.

Zeichnung