Beschreibung

FLOTATIONSZELLE MITVERSCHLEISSFESTER BESCHICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Flotationszelle mit einem Trenn- flüssigkeitsbehälter, insbesondere zur Aufkonzentration von Metallerzen .

Eine derartige Flotationszelle wird generell zum Trennen von Partikeln unterschiedlicher Oberflächenbenetzbarkeit in einem Feststoffgemenge eingesetzt. Dabei wird das Feststoffgemenge in Form einer Suspension oder Aufschlämmung zusammen mit einer Trennflüssigkeit in den Trennflüssigkeitsbehälter eingebracht und fein verteilt mit Gas durchsetzt. Die Feinvertei- lung des eingebrachten Gases wird dabei mittels eines Rührers oder einer tangentialen Einbringung der Suspension erzeugt, so dass sich insgesamt turbulente Verhältnisse einstellen. Diejenigen Partikel, die eine niedrige Oberflächenbenetzbarkeit gegenüber der Trennflüssigkeit aufweisen, werden mit Gasbläschen behaftet und nach oben getragen, während die anderen Partikel, die eine hohe Oberflächenbenetzbarkeit bezüg ^¬ lich der Trennflüssigkeit aufweisen, absinken. An der Oberfläche der Trennflüssigkeit entsteht ein Schaum, der bezüg ^¬ lich der Partikel mit niedriger Oberflächenbenetzbarkeit auf- konzentriert ist. Damit der Schaum stabilisiert und abge ^¬ schöpft werden kann, ist es üblich, der Trennflüssigkeit Schaumstabilisatoren, wie beispielsweise Tenside beizufügen.

Insbesondere wird eine Flotationszelle zur Aufkonzentration von Metallerzen eingesetzt, wobei mit Hilfe von Gasblasen die in einem feinkörnigen Gemenge enthaltenen Metallerze von Begleitgestein getrennt werden. Als Trennflüssigkeit wird hier ^¬ bei üblicherweise Wasser verwendet, dem gegebenenfalls als Schaumstabilisator öl oder andere Kohlenwasserstoffe beige- mengt sind. Eine Flotationszelle wird insbesondere zur Auf ^¬ konzentration von Kupfer-, Eisen-, Molybdän- und Zinkerzen eingesetzt .

Infolge der zur Feinverteilung der Gasblasen erforderlichen Turbulenz der eingebrachten Suspension ist die Innenwandung des Trennflüssigkeitsbehälters insbesondere im Falle der Trennung bzw. der Aufkonzentration von Metallerzen einer ho- hen Abrasion durch die in der Suspension verteilten Feinpartikel ausgesetzt. Auch ist die Innenwandung des Trennflüssig ^¬ keitsbehälters im Falle von sauren oder alkalischen Suspensionen einem beständigen Korrosionsangriff ausgesetzt. Aus diesem Grund ist es bekannt, den Trennflüssigkeitsbehälter einer Flotationszelle aus einem säurebeständigen und korro ^¬ sionsfesten Stahl zu fertigen, was nachteiligerweise sehr kostenintensiv ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flotationszelle der ein- gangs genannten Art anzugeben, die eine möglichst lange

Standzeit bei einem vergleichsweise niedrigen Kosteneinsatz aufweist .

Diese Aufgabe wird für eine Flotationszelle, insbesondere zur Aufkonzentration eines Metallerzes, der eingangs genannten

Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Innenwandung des Trennflüssigkeitsbehälters zumindest in einem Teilbereich, der mit der Trennflüssigkeit in Berührung kommt, mit einer Beschichtung aus einer metallischen Matrix mit eingelagerten Hartstoffpartikeln versehen ist.

Durch die Aufbringung einer derartigen Beschichtung kann auf die Verwendung eines teuren, verschleißfesten und korrosionsbeständigen Stahls verzichtet werden. Es genügt z.B. ein günstigerer Stahl, an dessen Werkstoffeigenschaften geringere Ansprüche zu stellen sind. Durch die Kombination eines metal ^¬ lischen Werkstoffes mit darin eingelagerten Hartstoffparti ^¬ keln ist die Innenwandung des Trennflüssigkeitsbehälters mit einer Beschichtung versehen, die den extremen mechanischen und chemischen Belastungen standhält, die bei der Durchführung des Flotationsverfahrens auftreten. Durch die eingela ^¬ gerten Hartstoffpartikel wird eine sehr hohe Oberflächenhärte und damit eine sehr hohe Abriebfestigkeit erhalten, so dass

selbst bei hohen mechanischen Belastungen und hohen Abriebkräften eine lange Lebensdauer erreicht ist. Insgesamt wird durch die Beschichtung ein Verschleiß- und Korrosionsschutz für den Trennflüssigkeitsbehälter ausgebildet.

Da aufgrund der aufgebrachten Beschichtung auf den Einsatz eines teuren SpezialStahls verzichtet werden kann, sind die durch die Beschichtung höheren Fertigungskosten mehr als ausgeglichen. Darüber hinaus ergibt sich durch die Beschichtung für die Flotationszelle eine erhöhte Lebensdauer, so dass die Fertigungskosten insgesamt zusätzlich durch verringerte War- tungs- und Reparaturkosten überkompensiert sind.

Selbstverständlich ist es auch möglich, den gesamten Flüssig- keitsbehälter mit der Beschichtung zu versehen. Aus Fertigungsgründen kann eine derartige Vollbeschichtung günstiger als eine Teilbeschichtung ein.

Neben dem Trennflüssigkeitsbehälter kann die Flotationszelle weiter eine Anzahl von Führungs- und Zuleitungselementen aufweisen, die ebenfalls im Trennflüssigkeitsbehälter angeordnet sind und somit mit der Trennflüssigkeit selbst in Berührung kommen. Zur Erhöhung der Standdauer der Flotationszelle empfiehlt es sich daher, auch diese Führungs- und Zuleitungsele- mente wenigstens in einem Teilbereich, der mit der Trennflüs ^¬ sigkeit in Berührung kommt, mit der Beschichtung zu versehen. Selbstverständlich können auch die Führungs- und Zuleitungselemente insgesamt beschichtet sein. Ein Zuleitungselement kann beispielsweise eine Rohrleitung sein, mit welcher die das Feststoffgemenge umfassende Suspension in den Trennflüs- sigkeitsbehälter eingebracht wird. Als Führungselemente sind beispielsweise Wandungen oder Rohre zu nennen, die zum Auf ^¬ stieg der Gasblasen Beruhigungszonen in der Trennflüssigkeit schaffen .

Vorteilhafterweise ist als Matrix Nickel oder eine Nickel-Le ^¬ gierung vorgesehen. Insofern wird gegenüber Eisen bereits eine höhere Korrosionsbeständigkeit erzielt. Ein weiterer Vor-

teil einer Nickelmatrix ist unter anderem in ihrer sehr hohen Dichtheit zu sehen. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass eine Matrix auf Basis von Nickel oder einer Nickel-Legierung sich sehr gut für die Einlagerung der Hartstoffpartikel eig- net .

Als weiteres Legierungselement kann beispielsweise Eisen oder Kobalt verwendet werden. Dabei empfiehlt sich die Verwendung von Kobalt aufgrund der insgesamt erzielbaren höheren Härte. Der Nickelanteil in einer Nickel-Kobalt-Legierung beträgt bevorzugt 65 bis 97 Vol.-%, insbesondere 90 bis 97 Vol.-%. Wird mehr Kobalt eingebracht, so wird die Matrix eher spröde, wo ^¬ bei gleichzeitig die Temperaturbeständigkeit sinkt.

Um eine hohe Abriebfestigkeit zu erzielen, sind als Hart- stoffpartikel zweckdienlicherweise Borcarbidpartikel, Dia ^¬ mantpartikel oder Graphitpartikel eingelagert. Der Anteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung beträgt vorzugsweise 5 bis 50 Vol.-%, weiter bevorzugt 10 bis 30 Vol.-%. Die einge- lagerten Hartstoffpartikel bilden insbesondere einen Teil der Oberfläche der Beschichtung bzw. stehen sogar etwas über die metallische Matrix hervor, so dass die Hartstoffpartikel als solche maßgebend die Oberflächeneigenschaften der Beschichtung, die Härte und Abriebfestigkeit, bestimmen.

Insbesondere ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Hartstoffpartikel eine Größe im nanoskaligen Bereich oder im Mikrometerbereich aufweisen. Besonders gute Eigenschaften lassen sich erzielen, wenn die Hartstoffpartikel insbesondere eine Größe von 100 bis 5000 nm aufweisen.

Für eine hohe Lebensdauer der Beschichtung ist es vorteilhaft, wenn die Schichtdicke der Beschichtung mehr als 0,2 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm beträgt. Prinzipiell sind die Be- Schichtungen in einem Bereich zwischen etwa 50 μm und 6 mm möglich und je nach Anwendungsfall auch vorgesehen.

Zweckmäßigerweise ist die Beschichtung auf die Innenwandung des Trennflüssigkeitsbehälters elektrolytisch aufgebracht. Durch eine galvanische Beschichtung wird eine gute Anbindung an den metallischen Grundkörper des Trennflüssigkeitsbehäl- ters bzw. der Führungs- und Zuleitungselemente erzielt. Auch bietet sich die elektrolytische Aufbringung an, da sie ein bekanntes und gut beherrschbares Beschichtungsverfahren dar ^¬ stellt.

Die vorgenannte Aufgabe wird weiterhin für ein Verfahren zum Herstellen einer Flotationszelle erfindungsgemäß dadurch ge ^¬ löst, dass die Innenwandung eines Trennflüssigkeitsbehälters zumindest in einem Teilbereich, der mit der Trennflüssigkeit in Berührung kommt, mit einer Beschichtung aus einer metalli- sehen Matrix mit eingelagerten Hartstoffpartikeln versehen wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird zusätzlich wenigstens ein Teilbereich von Führungs- und Zulei- tungselementen, der mit der Trennflüssigkeit in Berührung kommt, mit der Beschichtung versehen. Als Beschichtungsver- fahren wird insbesondere ein elektrolytisches Auftragungsver ^¬ fahren ausgewählt. Hierbei wird der zu beschichtende Trenn- flüssigkeitsbehälter gegebenenfalls zusammen mit den darin angeordneten Führungs- und Zuleitungselementen als elektrische Kathode geschaltet und als Anode ist eine Verbrauchs ^¬ elektrode, bestehend aus dem aufzubringenden metallischen Werkstoff, also insbesondere aus Nickel oder aus einer Ni ^¬ ckel-Legierung, vorgesehen. Zwischen der Anode und dem zu be- schichtenden Körper wird eine Elektrolytlösung eingebracht, in die die einzulagernden Hartstoffpartikel eingesetzt sind. Beim elektrolytischen Auftragungsverfahren werden die eingebrachten Hartstoffpartikel mit dem von der Anode beispiels ^¬ weise zur Innenwandung des Trennflüssigkeitsbehälters wan- dernden Metallionen mitgenommen und homogen und gleichmäßig verteilt in den Beschichtungsaufbau eingelagert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 in einem Teilschnitt eine Flotationszelle und FIG 2 in einer Aufsicht die Flotationszelle gemäß FIG 1.

FIG 1 zeigt in einem Teilschnitt den grundsätzlichen Aufbau einer Flotationszelle 1 zur Aufkonzentration von Metallerzen. Die Flotationszelle 1 weist einen trichterförmigen Trennflüs- sigkeitsbehälter 3 mit einem kreisförmigen Querschnitt auf, an dessen oberem Teil insgesamt vier Zuleitungen 4 zur Einbringung des zu trennenden Feststoffgemenges in etwa tangential ausgerichtet angeordnet sind. Am unteren Ende des Trenn- füssigkeitsbehälters 3 ist ein Auslass 5 zum Auslass der ab- gesunkenen Partikel aus dem Feststoffgemenge angeordnet. Wei ^¬ ter sind in einem unteren Bereich des Trennflüssigkeitsbe- hälters 3 Gaszuleitungen 9 angeordnet, die in den Trennflüs- sigkeitsbehälter 3 einmünden.

Zum Betrieb der Flotationszelle 1 wird über ein Schlauchsys ^¬ tem 7 den einzelnen Zuleitungen 4 eine wässrige Suspension von fein gemahlenem Erzabbau zugeleitet. Die Suspension weist dabei in etwa den gleichen Volumenanteil an Wasser wie an Erz auf. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass über das Schlauch- System 7 den Zuleitungen 4 mit der Suspension gleichzeitig auch Gas, wie Luft oder Stickstoff, zugeführt wird. Die zuge ^¬ führte wässrige Suspension, die gegebenenfalls bereits mit Gas durchsetzt ist, wird auch als "Pulpe" bezeichnet.

Durch die tangentiale Anordnung der Zuleitungen 4 gerät die eingebrachte Suspension in dem trichterförmigen Trennflüssig- keitsbehälter in eine Rotationsbewegung, was zu einer guten Durchmischung führt.

Am unteren Ende des Trennflüssigkeitsbehälters 3 wird mittels der Gaszuleitungen 9 ebenfalls Gas in die eingebrachte, ro ^¬ tierende Suspension eingebracht. Auch hierdurch wird die Tur ^¬ bulenz insgesamt erhöht. Da die Metallerze im Unterschied zu

Begleitgestein, wie beispielsweise Sand, eine erhöhte Hydro ^¬ phobie aufweisen, lagern sich an die Metallerze Gasblasen an, so dass trotz der gegenüber Sand höheren Dichte die Metall ^¬ erze nach oben steigen und auf der Oberfläche der eingebrach- ten Suspension einen Schaum bilden. Sand sinkt trotz der geringeren Dichte gegenüber dem Metallerz ab. Um eine gute Schaumstabilität zu erzielen, ist der wässrigen Suspension öl oder ein anderer Zusatzstoff beigefügt.

Der entstehende Schaum, der einen aufkonzentrierten Anteil an Metallerzen beinhaltet, wird über einen Ablauf 10 in einen Sammelbehälter 12 zur weiteren Verwendung geleitet. Um einen ruhigen Aufstieg der mit Gasblasen behafteten Metallerze zu erzielen, ist im Inneren des Trennflüssigkeitsbehälters 3 ein Innenrohr 14 angeordnet, welches gegenüber den tangential einschießenden Zuleitungen 4 eine Abtrennung darstellt. Der entstehende Schaum gelangt über die Oberfläche der Trennflüs ^¬ sigkeit in einen Konzentratsammeiring 15, der in den erwähnten Ablauf 10 mündet.

Um eine hohe Verschleißbeständigkeit des Trennflüssigkeitsbe ^¬ hälters 3, des Innenrohrs 14 und der Zuleitungen 4 zu errei ^¬ chen, sind die Innenwandung des Trennflüssigkeitsbehälters 3 sowie das Innenrohr 14 und die im Inneren des Trennflüssig- keitsbehälters 3 angeordneten Teile der Zuleitungen 4 mit ei ^¬ ner elektrolytisch aufgebrachten Beschichtung aus einer Nickel-Kobalt-Legierung versehen, in welche als Hartstoffpartikel Borcarbid eingebracht ist. Der Anteil an Kobalt in der Nickel-Kobalt-Legierung beträgt 3 bis 10 Vol.-%. Die Hart- Stoffpartikel weisen einen Durchmesser im Nano- oder auch im Mikrometerbereich auf. Ihr Anteil an der Beschichtung beträgt bis zu 50 Vol.-%. Die Beschichtung ist mit einer Schichtdicke zwischen 0,2 und 2 mm aufgebracht.

In FIG 2 ist die Flotationszelle gemäß FIG 1 in einer Auf ^¬ sicht dargestellt. Man erkennt den trichterförmigen Trenn- flüssigkeitsbehälter 3 mit den im oberen Bereich angeordneten und tangential ausgerichteten Zuleitungen 4 für die Einbrin-

gung des Feststoffgemenges . Deutlich sichtbar in der Aufsicht wird der Konzentratsammeiring 15, in welchem der von der Oberfläche der Trennflüssigkeit abgezogene oder überlaufende Schaum mit dem aufkonzentrierten Metallerz gesammelt und dem Sammelbehälter 12 zugeleitet wird.

Die gesamte Innenwandung des trichterförmigen Trennflüssig- keitsbehälters 3 ist mit der Beschichtung 17 aus einer Matrix aus einer Nickel-Kobalt-Legierung mit eingelagerten Borcar- bidpartikeln, wie zu FIG 1 angegeben, beschichtet. Durch die hohe Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Be ^¬ schichtung 17 ist als Material für den Trennflüssigkeitsbe- hälter ein günstiger Stahl eingesetzt, da dieser selbst nicht mit der Trennflüssigkeit in Berührung kommt bzw. durch die Beschichtung 17 vor Einflüssen durch die Trennflüssigkeit geschützt ist.