Flotationsvorrichtung, Verfahren zum Betreiben der Flotationsvorrichtung sowie deren Verwendung

Die Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung zur Abtrennung von Feststoffpartikeln, insbesondere aus einem Wert- stoffmineral, aus einer Suspension, umfassend ein Gehäuse mit einer Flotationskammer, mindestens einen Schaumsammler zur Abführung eines in einem oberen Bereich der Flotationskammer gebildeten Schaumprodukts, und mindestens eine Zuführanord ^¬ nung zur Zuführung von Gas und/oder Suspension in die Flotationskammer. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Flotationsvorrichtung sowie deren Verwendung .

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 minerali ^¬ schen Stoffen mit einem niedrigen bis mittleren Gehalt an einer Nutzkomponente bzw. eines Wertstoffs verwendet, bei ^¬ spielsweise in Form von Nichteisenmetallen, Eisen, Metallen der seltenen Erden und/oder Edelmetallen sowie nichtmetallischen Bodenschätzen. Generell ist eine Anwendung der Flotation aber auch auf anderen technischen Gebieten, wie beispielsweise der Abwasseraufbereitung, bereits hinreichend bekannt.

Die WO 2006/069995 AI beschreibt eine Flotationsvorrichtung in Form einer pneumatischen Flotationszelle mit einem Gehäuse, das eine Flotationskammer umfasst, mit mindestens einer Düsenanordnung, hier als Ejektoren bezeichnet, weiterhin mit mindestens einer Begasungseinrichtung, bei Verwendung von Luft Belüftungseinrichtungen oder Aeratoren genannt, sowie einem Sammelbehälter für ein bei der Flotation gebildetes Schaumprodukt .

Bei der pneumatischen Flotation wird generell eine mit Rea- genzien versetzte Suspension aus Wasser und feinkörnigem

Feststoff über mindestens eine Düsenanordnung in eine Flota ^¬ tionskammer eingebracht. Die Reagenzien sollen bewirken, dass insbesondere die wertvollen, bevorzugt abzutrennenden Parti ^¬ kel bzw. Wertstoffpartikel in der Suspension hydrophob ausge- bildet werden. Meist werden als Reagentien Xanthate einge ^¬ setzt, insbesondere um sulfidische Erzpartikel selektiv zu hydrophobisieren . Gleichzeitig mit der Suspension wird der mindestens einen Düsenanordnung Gas, insbesondere Luft, zuge ^¬ führt, das mit den hydrophoben Partikeln in der Suspension in Berührung kommt. 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.

Die Qualität des Schaumprodukts bzw. der Trennerfolg des Ver ^¬ fahrens der Flotation ist unter anderem von der Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem hydrophoben Partikel und einem Gasbläschen abhängig. 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.

Ein bevorzugter Durchmesser der Gasbläschen ist dabei kleiner als etwa 5 mm und liegt insbesondere im Bereich zwischen 1 und 5 mm. Derart kleine Gasbläschen weisen eine hohe spezifische Oberfläche auf und sind daher in der Lage, deutlich mehr Wertstoffpartikel, insbesondere Erzpartikel, pro eingesetzte Menge an Gas zu binden und mit sich zu nehmen, als es größere Gasblasen in der Lage sind. Spezifische Ausbildungen der pneumatischen Flotation sind bspw. die Entspannungsflotation oder Säulenflotation.

Bei säulenartig ausgebildeten Flotationszellen, bei welchen ein Durchmesser der Flotationskammer um ein Vielfaches geringer ist als deren Höhe, ist der Weg, welchen ein Gasbläschen in der Suspension bzw. der Flotationskammer zurücklegen muss, um an die Oberfläche der Suspension zu gelangen, besonders groß. Aufgrund des besonders langen Weges entstehen in der Suspension besonders große Gasblasen. Dadurch sinkt der spezifische Austrag an Wertstoffpartikeln aus der Suspension und somit auch der Wirkungsgrad der Flotationsvorrichtung.

Bei sogenannten Hybridflotationszellen, die eine Kombination einer pneumatische Flotationszelle mit einer säulenartig aus ^¬ gebildeten Flotationszelle darstellen, werden insbesondere größere Wertstoffpartikel mit Partikeldurchmessern im Bereich von 50 μπι und größer nicht vollständig an die vorhandenen Gasbläschen gebunden und können somit nur zum Teil von der Suspension abgetrennt werden. Feinanteile mit Partikeldurchmessern im Bereich von 20 μπι und weniger werden hingegen besonders gut abgeschieden.

Die Rührwerksflotation basiert zwar ebenfalls auf der Ein- bringung von Gasblasen in den Flotationsprozess , wird jedoch in der Regel nicht als pneumatisches Flotationsverfahren be ^¬ zeichnet. Bei letzterer Aus führungs form der Flotation erfolgt die Erzeugung gewünschter Gasblasen, insbesondere gewünschter Größenverteilungen der Gasblasen, durch ein Rührwerk. Zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Flotations ^¬ vorrichtungen werden daher auch u.a. als Rührwerkszellen bezeichnet .

Die obigen Flotationsverfahren werden in der Regel mittels entsprechender Flotationsvorrichtungen, insbesondere Flotati onszellen, ausgeführt. Bspw. wird bei der Gewinnung von Erz, z.B. Kupfer-Erz oder Molybdän-Erz das abgebaute Erz in wässriger Suspension gemahlen und vorbehandelt, so dass die zu gewinnenden Erz-Partikel andere Oberflächeneigenschaften aufweisen, als die nicht zu gewinnenden Stoffe. Dies kann bspw. durch selektives Hydro- phobisieren der Erz-Partikel erreicht werden.

Durch aufsteigende Gasblasen werden die hydrophoben Erz-Partikel gesammelt und an die Oberfläche der Suspension oder Pulpe transportiert. Der dadurch mit Erz-Partikeln angerei ^¬ cherte, entstehende Schaum wird aus der Flotationsvorrichtung abgeführt und in gewünschter Weise weiterprozessiert. Eine solche Flotationsvorrichtung ist bspw. bekannt aus

EP 0 560 561 A2.

Wesentlich für die Wirtschaftlichkeit einer Flotationsvorrichtung im Bergbau ist ein hoher Durchsatz bei hoher Ausbeute an Wertstoffen. Grundsätzlich ist bei einer Flotation gewünscht, diese bei hohem Durchsatz durchzuführen, und dabei die Ausbeute eines auszubringenden Wertstoffs möglichst zu maximieren .

Bei Flotationsverfahren hängt die Ausbeute wesentlich von den Strömungsverhältnissen in der Flotationszelle sowie von der Homogenität des Dreiphasengemisches, d.h. Feststoff, Flüssig ^¬ phase und Gasphase, ab.

Kommt es bei den Strömungsverhältnissen oder Mischverhältnissen zu Abweichungen von einem gewünschten Zustand, reduziert sich meist die Ausbeute der Flotationsvorrichtung.

Derartige Abweichungen können von prozessbedingten Schwankungen der Suspensionsqualität und des in die Flotationsvorrich ^¬ tung zugeführten Volumenstroms verursacht sein. Diese Schwan ^¬ kungen können bspw. zu einer Entmischung des Dreiphasengemisches in der Suspension führen, zu einer Sedimentation von Feststoff und zur Ausbildung unerwünschter Strömungen führen. Damit sind in der Regel Sekundärprobleme verbunden, wie bspw. verstopfende Gaszuführungen, und eine für die Ausbeute nachteilige Strömung der Suspension in der Flotationsvorrich tung. Dies führt zu einer signifikanten Reduzierung der Ausbeute .

So wurde in der US 2,609,097 und der US 2,815,859 bereits vorgeschlagen, Drehklappen in die Flotationskammer einzubauen, mittels welcher der Strömungsverlauf der Suspension innerhalb der Flotationskammer beeinflusst werden kann. Die Möglichkeit der Beeinflussung ist hier allerdings sehr unge ^¬ nau und nur mit großer Zeitverzögerung möglich, so dass nach wie vor Einbußen in der Ausbeute vorlagen.

Die US 5,251,764 offenbart eine Flotationsmaschine zur Ab- scheidung mineralischer Partikel von einer Suspension, die mindestens ein verstellbares Führungselement aufweist, mit welchem die freie Oberfläche der Suspension in der Flotati ^¬ onskammer gezielt verringert wird. Aufgrund der Anordnung ei nes solchen Führungselements teilweise in der Suspension und teilweise inmitten des Schaumprodukts wird der Strömungsver ^¬ lauf der Suspension wie auch des daraus aufsteigenden Schaum Produkts beeinflusst. Der unmittelbare Kontakt zwischen Schaumprodukt und Führungselement ( en) führt hier allerdings dazu, dass im Kontaktbereich Bläschen des Schaumprodukts vor zeitig zerplatzen und die daran gebundenen Partikel wieder zurück in die Suspension wandern und nicht, wie vorgesehen, mit dem Schaumprodukt ausgetragen werden können. Auch dies hat Einbußen in der Ausbeute zu Folge.

Bisher konnte daher auf unerwünschte Abweichungen im Flotati onsprozess, die zu einer Reduktion der Ausbeute führen, nur unzureichend reagiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Flo ^¬ tationsvorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen, welche die Auswirkungen der oben erwähnten unerwünschten Abweichungen im Flotationsprozess reduzieren bzw. diesen entgegenzuwirken. Die Aufgabe wird für die Flotationsvorrichtung zur Abtrennung von Feststoffpartikeln, insbesondere aus einem Wertstoffmine ^¬ ral, aus einer Suspension, umfassend

ein Gehäuse mit einer Flotationskammer,

mindestens einen Schaumsammler zur Abführung eines in einem oberen Bereich der Flotationskammer gebildeten Schaumprodukts,

mindestens eine Zuführanordnung zur Zuführung von Gas und/oder Suspension in die Flotationskammer,

gelöst, indem weiterhin vorhanden sind:

mindestens eine verstellbare Blende, durch welche die Flo ^¬ tationskammer horizontal in einen oberen Teil und einen unteren Teil unterteilt ist und ein freier Innendurchmes ^¬ ser der Flotationskammer lokal veränderbar ist, und welche vollständig in einem Suspensionsbereich der Flotationskammer angeordnet ist,

mindestens eine Messanordnung zur Erfassung mindestens ei ^¬ ner Zustandsgröße im Betrieb der Flotationsvorrichtung, und

mindestens eine, mit der mindestens einen Messanordnung verbundene Steuer- und Regeleinrichtung zur automatischen Verstellung der Blende in Abhängigkeit von der mindestens einen Zustandsgröße.

Eine derartige Blende erlaubt es, die Strömung der Suspension automatisch und in Abhängigkeit der mindestens einen Zu ^¬ standsgröße derart zu beeinflussen, dass unerwünschten Strö ^¬ mungsbedingungen entgegengewirkt wird und eine Verbesserung der Durchmischung des Dreiphasengemisches erreicht wird.

Dabei befindet sich die mindestens eine Blende im Suspensi ^¬ onsbereich der Flotationskammer und damit nicht in Kontakt zum auf der Suspension aufschwimmenden Schaumprodukt. Der Suspensionsbereich ist der Bereich der Flotationskammer, der mit Suspension gefüllt ist, so dass die mindestens eine Blen ^¬ de vollständig in die Suspension eingetaucht angeordnet ist bzw. vollständig unterhalb der Oberfläche der Suspension an- geordnet ist und mit der Oberfläche der Suspension auch nicht in Kontakt steht. Dadurch wird verhindert, dass Bläschen des Schaumprodukts an der Grenzfläche zur mindestens einen Blende zerstört und der Austrag an Schaumprodukt verringert wird.

Durch die Blende wird ein Stellglied bereitgestellt, mit wel ^¬ chem während des Betriebs der Flotationsvorrichtung ein schnelles Eingreifen und Entgegenwirken im Hinblick auf unerwünschte Prozesse, wie Strömungsprozesse und Sedimentations- prozesse realisiert, werden kann.

Wesentlich für die Erfindung ist es, dass eine die Blende verändernde Einstellung automatisch während des Betriebs der Flotationsvorrichtung erfolgt.

Eine solche Blendenlösung ist für bestehende Flotationsvorrichtungen einfach nachrüstbar und kann dazu beitragen, bereits installierte Flotationsvorrichtungen mit höherer Ausbeute bei gleichem oder ggf. sogar höherem Durchsatz zu betreiben.

Die Blende ist vorzugsweise in ihrer Position, d.h. längs ei ^¬ ner senkrechten Mittelachse der Flotationskammer und/oder in der Neigung der Blendenfläche und/oder in den Abmessungen ih- rer Blendenöffnung einstellbar.

Die Regelung der Blendenstellung in Abhängigkeit von der mindestens einen Zustandsgröße kann als offener oder geschlosse ^¬ ner Regelkreis ausgebildet sein. Durch ein derartiges Vorge- hen wird ein höherer Automatisierungsgrad für die Flotations ^¬ vorrichtung bzw. für den Flotationsprozess erreicht, wodurch die Ausbeute durch schnellere Reaktionszeiten gesteigert wer ^¬ den kann. Als geeignete Zustandsgrößen werden alle Größen bzw. Prozessparameter angesehen, welche den Flotationsprozess in der Flo ^¬ tationsvorrichtung maßgeblich beeinflussen, d.h. insbesondere zu einer signifikanten Ausbeute-Steigerung oder Ausbeute- Senkung beitragen können.

Es hat sich bewährt, mindestens eine Messanordnung im oberen Teil und/oder mindestens eine Messanordnung im unteren Teil der Flotationskammer anzuordnen, um Zustandsgrößen im oberen Teil und/oder im unteren Teil der Flotationskammer zu erfassen. Besonders bewährt hat es sich hierbei, sowohl Zustands ^¬ größen im oberen Teil und gleichzeitig im unteren Teil der Flotationskammer zu erfassen und die Blende von diesen abhän gig einzustellen.

Die mindestens eine Messanordnung ist bevorzugt dazu einge ^¬ richtet, mindestens eine der folgenden Zustandsgrößen zu erfassen: eine Dichte der Suspension, eine Konzentration an ab zutrennenden Feststoffpartikeln in der Suspension, einen Volumenstrom an zugeführtem Gas, einen Volumenstrom an der Sus pension zugeführten Flotationshilfsmitteln, einen Volumenstrom an gebildetem Schaumprodukt und eine Konzentration an Feststoffpartikeln im Schaumprodukt.

Da jeder dieser Parameter „online" während des Flotationspro zesses erfassbar ist, sind diese erfindungsgemäß als Zustand ^¬ große optimal geeignet, in deren Abhängigkeit die zugehörige optimale Blendenstellung sehne11 und einfach ermittelt und eingestellt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann bspw. auch die Schaumhöhe oder die Schaumblasengrößenverteilung als Zustandsgröße genutzt werden. Hierdurch wird auch ein mittelbares Feedback für die Auswirkung der Blendeneinstellung auf die Ausbeute erhalten .

Es hat sich insbesondere bewährt, wenn die Blende derart aus gebildet ist, dass der Innendurchmesser der Flotationskammer ausgehend von einer Innenwandung der Flotationskammer lokal veränderbar ist. Dabei ist die Blende angrenzend an die In ^¬ nenwandung der Flotationskammer angeordnet, so dass zwischen Blende und Innenwandung kein Spalt entsteht, durch welchen Suspension hindurchströmen könnte. Hierdurch wird eine unerwünschte Wirbelbildung bzw. werden Undefinierte Strömungsverhältnisse in der Flotationskammer vermieden.

Insbesondere hat sich hier eine stufenlose lokale Veränderung des Innendurchmessers der Flotationskammer mittels der min ^¬ destens einen Blende bewährt.

Die Blende kann aber auch derart in der Flotationskammer angeordnet sein, dass diese nicht in direktem Kontakt zur In ^¬ nenwandung der Flotationskammer steht.

In einer vorteilhaften alternativen Aus führungs form ist die Blende ringartig, insbesondere kreisringartig, polygonringar ^¬ tig, hohlkegelstumpfartig oder hohlpyramidenstumpfartig aus ^¬ gebildet. Hierdurch lassen sich Blenden in nahezu beliebiger Ausführung für eine Vielzahl an Typen von Flotationsvorrichtungen bereitstellen. Die Ausbildung als sich verjüngender Hohlkörperstumpf ist deswegen von Vorteil, da die Blende zusätzlich noch einen Sammeleffekt erzeugt und eine Umleitung von Wertstoff bzw. Suspension bewirkt, die nicht unmittelbar durch die Blendenöffnung hindurchgelangt, sondern zunächst auf den Blendenkörper trifft.

In einer vorteilhaften Aus führungs form ist die Blende aus einer Mehrzahl an Blendenelementen gebildet, wobei die Blendenöffnung durch Bewegung der Blendenelemente einstellbar ist. Bspw. sind die Blendenelemente als Ringsegmente ausgebildet, welche um einen Drehpunkt drehbar sind. Die Drehpunkte der einzelnen Ringsegmente sind vorzugsweise derart angeordnet, dass eine Drehung der Ringsegmente um ihren Drehpunkt zu ei ^¬ ner Änderung des Blendenöffnungsdurchmessers führt. Alterna ^¬ tiv kann bspw. eine Mehrzahl an ebenen Blendenblechen eingesetzt werden, welche z.B. verschiebbar und/oder drehbar, etwa an der Begrenzungsfläche, angeordnet sind, so dass durch Ver ^¬ schieben und/oder Drehen der Blendenbleche die Blendenöffnung einstellbar ist. Bevorzugt ist die Blende als eine Irisblende ausgebildet. Er ^¬ staunlicher Weise ist der Betrieb einer solchen Irisblende auch unter rauen Bedingungen, wie sie bei der Flotation von Erz-Pulpe herrschen, möglich.

Ferner ist es von Vorteil, dass die Blendenelemente eine Nei ^¬ gung in Richtung des unteren Teils der Flotationskammer aufweisen. Einerseits wird hierdurch eine Störung der Strömung in der Flotationsvorrichtung verringert. Ferner wird Partikelablagerungen auf den Blendenelementen entgegengewirkt. Darüber hinaus ist durch geneigte Blendenelemente eine einfa ^¬ che Umlenkung von auszubringenden Feststoffpartikeln erreichbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der auszubringende Feststoff stets in Richtung gasblasenreicher Bereiche der Suspension umgelenkt wird.

Insbesondere ist die Flotationsvorrichtung als eine säulenartige Flotationszelle, eine pneumatische Flotationszelle oder eine Hybridflotationszelle ausgebildet. Hinsichtlich der De ^¬ finition dieser Begriffe wird auf den einleitenden Beschreibungstext verwiesen.

Es hat sich bewährt, wenn im oberen Teil der Flotationskammer konzentrisch zu einer Innenwandung der Flotationskammer ein Rohrelement eingesetzt ist, welches den oberen Teil der Flo ^¬ tationskammer in einen Mittelteil und einen ringförmigen Außenteil unterteilt. Dabei ist weiterhin bevorzugt mindestens eine erste Zuführeinrichtung zur Zuführung von Gas und Sus- pension in den Außenteil der Flotationskammer vorhanden und mindestens eine zweite Zuführeinrichtung zur Zuführung von Gas in den unteren Teil der Flotationskammer vorhanden. Die mindestens eine zweite Zuführeinrichtung ist gegenüber der Blende bevorzugt derart angeordnet, dass durch die Blenden- Öffnung hindurchtretende Suspension mit dem gebildeten Gasblasenstrom zusammentrifft. Hierdurch wird aktiv mittels der Blende eine Durchmischung von Festphase, Flüssigphase und Gasphase begünstigt, die zu einer hohen Ausbeute verhilft. Eine derartige Aus führungs form ermöglicht somit eine optimal Begasung der Suspension im oberen und unteren Teil der Flota tionskammer unter Optimierung der Ausbeute.

Insbesondere ist hier die mindestens eine Messanordnung ein ^¬ gerichtet, als Zustandsgröße mindestens eine der folgenden zu erfassen: einen Volumenstrom an gebildetem Schaumprodukt im Mittelteil, einen Volumenstrom an gebildetem Schaumprodukt im Außenteil, eine Konzentration an Feststoffpartikeln im

Schaumprodukt im Mittelteil, eine Konzentration an Feststoff ^¬ partikeln im Schaumprodukts im Außenteil, eine Schaumhöhe des Schaumprodukts im Mittelteil, eine Schaumhöhe des Schaumpro ^¬ dukts im Außenteil, eine Schaumblasengrößenverteilung des Schaumprodukts im Mittelteil und eine Schaumblasengrößenver ^¬ teilung des Schaumprodukts im Außenteil.

Erfindungsgemäß ist die Blende oder deren einzelne Blenden ^¬ elemente mittels elektrischer Mittel, wie beispielsweise min ^¬ destens einem Stellmotor, automatisch verstellbar.

Weiterhin hat es sich zur Erhöhung der Ausbeute bewährt, die Flotationskammer im oberen Teil einen größeren Innen durchmesser aufweist als im unteren Teil.

Zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil ist ein Übergangsbereich vorhanden, wobei die Blende bevorzugt innerhalb des Übergangsbereichs angeordnet ist. So kann diese aktiv die Strömungsbedingungen im Übergangsbereich beeinflussen und damit zur Steigerung der Ausbeute beitragen. Insbesondere wird verhindert, dass sich im unteren Teil der Flotationskammer konvektive Zellenströmungen ausbilden, welche Feststoffparti ^¬ kel von einem Gasblasenstrom wegführen bzw. der Flotation des Feststoffes entgegenwirken.

Die erfindungsgemäße Flotationsvorrichtung ist auf den verschiedensten technischen Gebieten anwendbar, bevorzugt im Bergbau, wo Erzpartikel als Wertstoff aus einer Erz-Pulpe ge- wonnen werden sollen. Insbesondere hat sich eine Verwendung der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung zur Flotation von Wertstoffpartikeln, insbesondere Erzmineralpartikeln, aus einer Suspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 10 bis 60 % unter Ausbildung des Schaumprodukts bewährt.

Ferner ist eine Anwendung in der Papierindustrie vorteilhaft, wo Farbrückstände aus der Suspension bzw. einer Papierpulpe ausgetragen werden sollen, um den Weißheitsgrad der Pulpe zu erhöhen. Weitere vorteilhafte Anwendungsgebiete bestehen im Bereich der Ölsandaufbereitung, wo ggf. Bitumenrückstände oder organische Verbindungen mit Hilfe eines Flotationsverfahrens aus einer Suspension entfernt werden oder im Bereich der Abwasser-Technik, wie z.B. bei Kläranlagen.

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung mit folgenden Schritten:

Zuführen von Suspension und Gas in die Flotationskammer; Erfassung mindestens einer Zustandsgröße der Flotations ^¬ vorrichtung mittels der mindestens einen Messanordnung; und

Übermitteln der mindestens einen Zustandsgröße an die min ^¬ destens eine Steuer- und Regeleinrichtung, mittels welcher die Blende in Abhängigkeit von der mindestens einen Zu ^¬ standsgröße verstellt wird.

Eine derartige Vorgehensweise erlaubt es, unerwünschten Ab ^¬ weichungen vom gewünschten Prozessverhalten schnell und effizient entgegenzuwirken. Hierdurch wird eine Reduzierung der Ausbeute aus der Flotationsvorrichtung durch derartige Abweichungen vermieden, wodurch die oben gestellte Aufgabe gelöst wird .

Die zur Flotationsvorrichtung gemachten Ausführungen gelten analog für das Verfahren. Hierzu ist vorzugsweise eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Flotationsvorrichtung vorgesehen, welche maschinenlesbaren Programmcode aufweist, welcher Steuerbefehle um- fasst, welche die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, welches anhand der schematischen Zeichnungen genauer erläutert wird. Es zeigen: eine seitliche Schnittansicht einer Flotationsvor richtung mit einer Blende,

FIG 2 eine Draufsicht auf eine Flotationsvorrichtung mit

Blende .

Eine mögliche Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung wird nachfolgend anhand einer Anwendung im Bergbau erläutert. Jedoch sind, wie bereit oben erwähnt, er ^¬ findungsgemäße Flotationsvorrichtungen auch auf anderen technischen Feldern, bspw. der Papierindustrie, der Ölsandindust- rie, der Abwasser-Industrie und in anderen Industrien anwend ^¬ bar .

FIG 1 zeigt eine Flotationsvorrichtung 100, welche als pneu ^¬ matische Flotationszelle zur Gewinnung von Feststoffpartikeln aus Erzmineral ausgebildet ist. Die Suspension, hier Erz ^¬ Pulpe genannt, umfasst neben den Fest- oder Wertstoffparti ^¬ keln weiterhin zu verwerfende Partikel aus Gangart.

Die Flotationsvorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 1. Ferner weist das Gehäuse eine Flotationskammer 3 zur Aufnahme der Suspension auf. Die Flotationskammer 3 weist auf ihrer, der Suspension bzw. Erz-Pulpe zugewandten Seite eine Innenwandung B auf. Weiterhin ist eine senkrechte Mittenachse M der Flota ^¬ tionsvorrichtung 100 dargestellt. Im vorliegenden Beispiel wird der Flotationskammer 3 mittels einer Mehrzahl an ersten Zuführeinrichtungen 4, welche als Ejektoren ausgebildet sind, zur Durchführung einer Entspannungsflotation mit Gas versetzte Suspension zugeführt.

Die in der Suspension enthaltenen Wertstoffpartikel, z.B. aus Erz, insbesondere Kupfer-Erz oder Molybdän-Erz, sind in einem Vorbehandlungsschritt hydrophobisiert worden, d.h. weisen ei ^¬ ne hydrophobe Oberfläche auf und können so an Gasbläschen in der Suspension anhaften und mit diesen nach oben getragen werden. Die Partikel aus Gangart hingegen sind hydrophil und sinken nach unten ab.

Das Erz-Pulpe-Gas-Gemisch wird im Ausführungsbeispiel mittels der ersten Zuführeinrichtungen 4 im Wesentlichen horizontal in die Flotationskammer 3 eingedüst. Vorzugsweise werden vier erste Zuführeinrichtungen 4 bzw. Ejektoren verwendet, welche jeweils um 90 ° versetzt, gleichmäßig über den Umfang des Ge ^¬ häuses 1 verteilt, angeordnet sind.

Die mit Gas angereicherte Erz-Pulpe wird unter hohem Druck in die Flotationskammer 3 eingedüst. Aufgrund hoher Scherraten in der Düse wird das zugeführte Gas in kleine Gasbläschen zerteilt. Durch den Druckabfall in der Flotationskammer 3 bilden sich zusätzliche Gasblasen, welche dann ebenfalls für die Flotation genutzt werden. Dieser Mechanismus wird als so ^¬ genannte Entspannungsflotation bezeichnet.

Das mit der Erz-Pulpe in die Flotationskammer 3 eingebrachte Gas bildet Gasblasen, welche an die Oberfläche der Erz-Pulpe bzw. an eine Grenzfläche gebildet durch Erz-Pulpe und Atmo ^¬ sphäre aufsteigen. Die Gasblasen selbst sind hydrophob, wo ^¬ durch hydrophobe Wertstoffpartikel an deren Oberfläche ange ^¬ lagert werden. Diese steigen zusammen mit den Gasblasen aus der Erz-Pulpe auf, und bilden in diesem Ausführungsbeispiel an der Pulpenoberfläche ein wertstoffhaltiges Schaumprodukt. Dieses Schaumprodukt wird mittels Schaumsammlern 2 bzw.

Schaumablaufrinnen aus der Flotationsvorrichtung 100 abgeführt und weiterverarbeitet. Dieser Vorgang stellt eine erste Flotationsstufe der in FIG 1 gezeigten Flotationsvorrichtung 100 dar.

Jedoch werden mittels dieser ersten Flotationsstufe nicht al ^¬ le Wertstoffpartikel aus der Erz-Pulpe entfernt, insbesondere nicht ene Wertstoffpartikel, die in einen Bereich unterhalb der ersten Zuführeinrichtungen 4 bzw. Ejektoren absinken. Dieser Bereich ist in der Regel vollständig mit Suspension bzw. Erz-Pulpe gefüllt und wird hier als Suspensionsbereich bezeichnet. Um auch derartige Wertstoffpartikel noch gewinnen zu können, ist in der vorliegenden Flotationsvorrichtung 100 hierzu eine zweite Flotationsstufe vorgesehen. Im Ausfüh ^¬ rungsbeispiel arbeitet die zweite Flotationsstufe als soge ^¬ nannte Säulenflotation.

Hierzu ist im unteren Teil T2 der Flotationskammer 3, wo auch eine Bodenauslassöffnung 6 für absinkende hydrophile Fest- stoffpartikel aus Gangart vorgesehen ist, eine zweite Zuführ ^¬ einrichtung 5 zum Zuführen von Gas angeordnet, die bspw. als Aerator ausgebildet ist. Diese gibt Gasblasen ab, welche dazu geeignet sind, Wertstoffpartikel im unteren Teil T2 der Flo- tationsvorrichtung 100 an sich zu binden.

Die aus der zweiten Zuführeinrichtung 5 austretenden Gasblasen steigen im Wesentlichen im zentralen Bereich der Flotationsvorrichtung 100, insbesondere im Wesentlichen vertikal, auf und sammeln in diesem Bereich die mittels der ersten Flotationsstufe nicht flotierten Wertstoffpartikel auf. In FIG 1 ist ein Rohrelement 12 mit offenen Stirnflächen vorhanden, das den oberen Teil Tl der Flotationskammer 3 in einen Mittelteil und einen ringförmigen Außenteil unterteilt. Durch den Mittelteil steigen die Gasblasen der zweiten Flotationsstufe an die Oberfläche bzw. Grenzfläche der Suspension auf. Gelangen die mit Wertstoffpartikeln beladenen Gasblasen an die Oberfläche bzw. Grenzfläche der Suspension, so wird das dadurch entstehende Schaumprodukt mittels der Schaumsamm ^¬ ler 2 abgeführt.

Durch die Kombination dieser zwei Flotationsstufen wird eine höhere Ausbeute von Wertstoffpartikeln aus der Erz-Pulpe erzielt, als bei vielen anderen Flotationszellentypen, welche nur mit einer Flotationsstufe innerhalb einer Flotationsvor ^¬ richtung arbeiten.

Bei der Flotation hängt die Ausbeute wesentlich von den Strömungsverhältnissen in der Flotationskammer sowie von der Homogenität des Dreiphasengemisches, d.h. Feststoff, Flüssig ^¬ phase und Gasphase, ab.

Kommt es bei den Strömungsverhältnissen oder Mischverhältnissen zu Abweichungen von einem gewünschten Zustand, reduziert sich die Ausbeute der Flotationsvorrichtung, d.h. die Menge und/oder Güte des Schaumprodukts.

Derartige Abweichungen können von prozessbedingten Schwankungen der Suspensionsqualität, der zugeführten Gasvolumenströme und des in die Flotationsvorrichtung zugeführten Volumenstroms an Suspension verursacht sein. Diese Schwankungen können bspw. zu einer Entmischung des Dreiphasengemisches in der Suspension führen, zu einer Sedimentation von Feststoffpartikeln und zur Ausbildung unerwünschter Strömungen führen. Damit sind in der Regel Sekundärprobleme verbunden, wie bspw. verstopfende Zuführungen für Gas, und eine für die Ausbeute nachteilige Strömung der Suspension in der Flotationsvorrichtung. Dies führt zu einer signifikanten Reduzierung der Ausbeute an Wertstoffpartikeln.

Aus diesem Grund weist die Flotationsvorrichtung 100 eine Blende 7 mit einer automatisch verstellbaren Blendenöffnung 0 auf. Die Blende 7 befindet sich dabei vollständig im Suspen ^¬ sionsbereich der Flotationskammer 3, d.h. sie ist unterhalb der Oberfläche der Suspension bzw. vollständig innerhalb der Suspension angeordnet. Insbesondere ist eine Position der Blendenöffnung 0, ggf. der gesamten Blende 7, in senkrechter Richtung verstellbar.

Hierdurch wird ein Stellglied bereitgestellt, mit welchem bei sich ändernden Prozessbedingungen und/oder unvorteilhaften Strömungsbedingungen korrigierend auf die Strömung in der Flotationsvorrichtung 100 eingewirkt werden kann.

In FIG 1 ist die Blende 7 in einem Übergangsbereich Z zwischen oberem Teil Tl und unterem Teil T2 der Flotationskammer 3 angeordnet. Die Flotationskammer 3 weist dabei im oberen Teil Tl einen größeren Innendurchmesser auf als im unteren Teil T2. Dabei findet die Entspannungsflotation überwiegend im ersten Teil Tl statt und die Säulenflotation überwiegend im zweiten Teil T2 der Flotationskammer 3.

Gerade im Übergangsbereich Z kann es, insbesondere aufgrund äußerer Einflüsse, bei einer solchen kombinierten Flotationsvorrichtung 100 zu Strömungsinstabilitäten kommen, welche sich auf die Ausbeute niederschlagen.

Jedoch ist die Verwendung einer einstellbaren Blende 7 voll unabhängig von der vorliegenden Aus führungs form der Flotati onsvorrichtung 100, da in jeder Flotationsvorrichtung die Prozessbedingungen und/oder Strömungsbedingungen innerhalb der Flotationsvorrichtung die Ausbeute des auszubringenden Stoffs maßgeblich beeinflussen.

Die Blende 7 umfasst eine Mehrzahl an Blendenelementen 8. Diese sind im Ausführungsbeispiel trapezförmig ausgebildet und in Neigungsrichtung des Übergangsbereichs Z verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung der Blendenelemente 8 erfolgt automatisch mittels nicht dargestellter Stellmotoren.

Vorzugsweise sind die Blendenelemente 8 nicht nur verschieb ^¬ bar, sondern auch um einen vorgegebenen Drehpunkt drehbar. Durch eine Überlagerung von Verschiebung und Drehbewegung der Blendenelemente 8 können so verschiedene Blendenöffnungs- durchmesser stufenlos für eine feste Blendenöffnungsposition in Richtung der Mittenachse M realisiert werden. Vorzugsweise ist der Drehpunkt bzw. die Drehachse eines Blendenelements 8 nahe oder an der Innenwandung B der Flotationskammer 3 ange- ordnet.

Die Blende 7 weist somit eine Blendenöffnung 0 auf, welche sowohl in ihrer Position längs der Mittenachse M als auch in ihrem Durchmesser automatisch verstellbar ist.

Die Einstellung der Blende 7 erfolgt vorzugsweise anhand ei ^¬ ner oder mehrer erfasster Zustandsgrößen, die während des Betriebs der Flotationsvorrichtung 100 vorliegen und erfasst werden können. Dafür sind in FIG 1 zwei Messanordnungen 10 bzw. 10' vorgesehen.

Dabei wird hier mittels der Messanordnung 10 ^' eine Zustands- größe erfasst, welche den Austrag an Wertstoffpartikeln aus der Flotationsvorrichtung 100 charakterisiert, wie die

Schaumqualität des Schaumprodukts, das sich aus den auf ^¬ schwimmenden Aeroflocken an der Grenzfläche zwischen ErzPulpe und Atmosphäre bildet. Die Messanordnung 10 ^' ist hier beispielsweise dazu eingerichtet, entweder die Schaumhöhe und/oder die Schaumblasengrößenverteilung des Schaumprodukts, die Konzentration an Feststoffpartikeln insgesamt im Schaumprodukt, die Konzentration an Wertstoffpartikeln im Schaumprodukt oder die Konzentration an taubem Gestein bzw. Gangart im Schaumprodukt zu erfassen. Besonders bevorzugt ist bei der in FIG 1 dargestellten Flota ^¬ tionsvorrichtung 100, bei der das Rohrelement 12 im oberen Teil Tl der Flotationskammer 3 diese in einen Mittelteil und einen ringförmigen Außenteil unterteilt, eine Erfassung eines Volumenstroms an gebildetem Schaumprodukt im Mittelteil und/oder eines Volumenstroms an gebildetem Schaumprodukt im

Außenteil. Alternativ oder in Kombination dazu wird eine Konzentration an Feststoffpartikeln im Schaumprodukt im Mittelteil und/oder eine Konzentration an Feststoffpartikeln im Schaumprodukt im Außenteil getrennt erfasst. Auch eine ge ^¬ trennte Erfassung der Schaumhöhe und/oder Schaumblasengrößen- verteilung im Mittelteil und Außenteil hat sich bewährt. Da ^¬ mit lassen sich besonders gute Ergebnisse erzielen, da eine getrennte Charakterisierung der Prozesse im Bereich der

Entspannungsflotation sowie der Säulenflotation möglich ist.

Zusätzlich, wie in FIG 1 dargestellt, oder alternativ zur Messanordnung 10 ^' , wird mittels einer weiteren Messanordnung 10 eine andere/weitere Zustandsgröße erfasst, wie die Dichte der Suspension, eine Konzentration an abzuscheidenden Wert- stoffpartikeln in der Suspension, ein zugeführter Gesamtvolumenstrom an Suspension oder ein Volumenstrom an der Suspension mittels der Zuführeinrichtungen zugeführtem Gas.

Es wird mindestens eine der erfassten Zustandsgrößen, insbesondere aber mehrere in Kombination, wobei diese im oberen Teil Tl und/oder im unteren Teil T2 der Flotationskammer 3 erfasst sein können, zur Einstellung der Blende 7 verwendet.

Die verwendete (n) Messanordnung ( en) 10 bzw. 10' ist bzw. sind dazu mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 wirkverbunden, welche Stellgrößen in Abhängigkeit von den erfassten Zustandsgrößen ermittelt und Stellsignale an die nicht ge- zeigten Hilfsmittel zur Einstellung der Blendenelemente 8 ausgibt. Die Blende 7 wird dann entsprechend dieser Stellsig ^¬ nale automatisch eingestellt, wobei die Blendenöffnung 0 verändert bzw. auf die aktuell vorliegenden Prozessparameter hin optimiert wird.

Zur Ermittlung der Stellgrößen können ggf. physikalische oder empirische Modelle genutzt werden, welche den Flotationspro- zess beschreiben. Insbesondere sind aufgrund der Prozessdyna ^¬ mik neuronale Netze vorteilhaft anwendbar.

Diese dargelegte Vorgehensweise erlaubt eine dynamische Steu ^¬ erung der Flotationsvorrichtung 100 mit einer durchwegs maxi- malen Ausbeute, so dass eingesetzte Ressourcen optimal ge ^¬ nutzt werden.

FIG 2 zeigt die in FIG 1 dargestellte Flotationsvorrichtung 100 in der Draufsicht. Die in der Draufsicht sichtbare Blende 7, gebildet aus den trapezförmigen Blendenelementen 8, weist eine einstellbare Blendenöffnung 0 auf. Die Blendenelemente 8 sind in Neigungsrichtung vertikal verschiebbar. In dieser translatorischen Bewegung ist ein radialer Anteil enthalten, durch welchen der Durchmesser der Blendenöffnung 0 einstellbar ist.

Benachbarte Blendenelemente 8 sind überlappend angeordnet, so dass zwischen den benachbarten Blendenelementen 8, wie auch zwischen der Innenwandung B der Flotationskammer 3 und den

Blendenelementen 8, im Wesentlichen keine Erz-Pulpe hindurchfließen kann. Die Blende 7 ist ähnlich einer Irisblende aus ^¬ geführt, welche hier als eine besonders bevorzugte Ausfüh ^¬ rungsform erkannt wurde, da sie eine stufenlose und besonders genaue Verstellung des Blendendurchmessers ermöglicht.

Die Überlappung stellt sicher, dass auch bei Vergrößerung der Blendenöffnung, z.B. durch radiale Verschiebung der Blendenelemente 8 nach außen, zwischen den benachbarten Blendenele- menten 8 im Wesentlichen keine Erz-Pulpe hindurch strömen kann. Dadurch wird eine Störung der Strömungsverhältnisse, wie beispielsweise eine Wirbelbildung, verhindert.

Als Blendenelemente können im Allgemeinen beliebige, geeigne- te Körper eingesetzt werden, z.B. ebene oder gebogene gesteu ^¬ ert bewegbare Bleche oder ringsegmentförmige Körper. Insbe ^¬ sondere werden die oben genannten Irisblenden in angepassten Dimensionen eingesetzt. Eine automatisch verstellbare Blende kann erfindungsgemäß an einer beliebigen Stelle innerhalb der Flotationskammer einer beliebig ausgebildeten Flotationsvorrichtung eingesetzt werden . Insbesondere ist die Erfindung für alle bekannten Flotations ^¬ vorrichtungen anwendbar, sowohl auf dem Gebiet des Bergbaus, wie auch auf dem Gebiet der Papierindustrie oder Abwasser ^¬ technik, z.B. für Kläranlagen, usw.