Установка для извлечения ценного вещества из суспензии и способ извлечения битума из суспензии воды и нефтеносного песка

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕННОГО ВЕЩЕСТВА ИЗ СУСПЕНЗИИ И СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БИТУМА ИЗ СУСПЕНЗИИ ВОДЫ И НЕФТЕНОСНОГО ПЕСКА Способ и установка пенной флотации для извлечения ценного вещества из суспензии, содержащей смесь твердой фазы, жидкой фазы и указанного вещества. При помощи газораспределительного механизма (4), газ направляют в суспензию (1), находящуюся во флотационной камере (2), для введения в суспензию пузырьков газа. Для диспергирования пузырьков газа в суспензии суспензию,находящуюся во флотационной камере (2), перемешивают. Пузырьки газа захватывают ценное вещество из суспензии и образуют пенную фазу F над суспензионной фазой S. Пенную фазуF извлекают из камеры переливом. Гребковые лопасти (9) механически генерируют непрерывно движущиеся зоны отрицательного давления (7) в пенной фазе F. Зоны отрицательного давления (7) распространяются из пенной фазы F в суспензионную фазу S. Зоны отрицательного давления (7) улавливают нежелательную суспензию и жидкостные пузыри (8), захваченные из суспензионной фазы пенной фазой F, и образуют пути для направления указанной нежелательной суспензии и жидкостных пузырей (8) по указанным путям из пенной фазы F обратно вниз в суспензионную фазу S. Настоящее изобретение относится к способу и установке пенной флотации и их применению. В частности, настоящее изобретение относится к новому и улучшенному способу и установке для извлечения битума из суспензии воды и нефтеносного песка, содержащего битум. В традиционных флотационных способах и установках ценное вещество извлекают из суспензии,содержащей смесь твердой фазы, жидкой фазы и указанного вещества. Газ подают в суспензию, находящуюся во флотационной камере, для введения в суспензию пузырьков газа, тогда как суспензию, находящуюся во флотационной камере, перемешивают для равномерного диспергирования в ней пузырьков. При контакте с пузырьками газа, частицы ценного вещества прикрепляются к пузырькам и поднимаются вверх к поверхности суспензии, образуя слой пены (здесь называемый пенной фазой) над свободной поверхностью суспензии (суспензионная фаза). Затем пена может быть удалена из камеры переливом и направлена на последующую обработку. Общей проблемой известных способов и установок является захват суспензии и жидкостных пузырей, т.е. загрязнений, которые попадают из суспензионной фазы в пенную фазу. Эти загрязнения могут выходить из флотационной камеры вместе с переливающейся пеной, что снижает эффективность разделения. Цель настоящего изобретения состоит в преодолении вышеуказанных недостатков. Соответственно, цель настоящего изобретения состоит в снижении вероятности захвата суспензии и жидкостных пузырей пенной фазой. Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа и установки флотации, снабженных механическими средствами возврата захваченной нежелательной суспензии и жидкостных пузырей из пенной фазы обратно в суспензионную фазу. Другая цель изобретения состоит в повышении эффективности разделения. В частности, конкретная цель изобретения состоит в обеспечении усовершенствованного способа и установки пенной флотации для извлечения битума из суспензии воды и нефтеносного песка. Вышеуказанные и другие цели реализуют в соответствии с настоящим изобретением посредством применения нового и улучшенного способа пенной флотации для извлечения ценного вещества из суспензии, содержащей смесь твердой фазы, жидкой фазы и указанного вещества. Способ включает стадии подачи газа в суспензию, находящуюся во флотационной камере, для введения в суспензию пузырьков газа; перемешивания суспензии, находящейся во флотационной камере, для диспергирования пузырьков газа в суспензии, в результате чего пузырьки газа захватывают указанное вещество из суспензии и образуют пенную фазу над суспензионной фазой, причем указанную пенную фазу удаляют из камеры переливом, и механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления в пенной фазе,находящейся во флотационной камере, перед ее переливом, при этом указанные зоны распространяются от пенной фазы к суспензионной фазе и указанные зоны захватывают нежелательную суспензию и жидкостные пузыри, захваченные из суспензионной фазы пенной фазой, и образуют пути для направления указанной нежелательной суспензии и жидкостных пузырей по указанным путям из пенной фазы обратно вниз в суспензионную фазу. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу пенной флотации для извлечения битума из суспензии воды и нефтеносного песка, содержащего битум, где способ включает стадии подачи воздуха в суспензию, находящуюся во флотационной камере, для введения пузырьков воздуха в суспензию; перемешивание суспензии, находящейся во флотационной камере, для диспергирования пузырьков воздуха в суспензии, причем указанные пузырьки газа захватывают гидрофобный битум из суспензии и образуют пенную фазу над суспензионной фазой, причем пену удаляют из камеры переливом, и механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления в пенной фазе, находящейся во флотационной камере, до ее перелива, при этом указанные зоны распространяются от пенной фазы к суспензионной фазе и указанные зоны захватывают нежелательную суспензию и водяные пузыри, захваченные из суспензионной фазы пенной фазой и образуют пути для направления указанной нежелательной суспензии и водяных пузырей из пенной фазы обратно вниз в суспензионную фазу. Кроме того, изобретение относится к установке для извлечения ценного вещества из суспензии, содержащей смесь твердой фазы, жидкой фазы и указанного вещества, где установка включает флотационную камеру, включающую средство подачи суспензии во флотационную камеру; газораспределительный механизм для подачи газа в суспензию для введения в суспензию пузырьков газа, причем указанные пузырьки газа захватывают указанное вещество из суспензии и образуют пенную фазу над суспензионной фазой; средство удаления пены из флотационной камеры переливом и средства механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления в пенной фазе, находящейся во флотационной камере, до ее перелива, так что зоны отрицательного давления, генерируемые этими средствами, распространяются из пенной фазы к суспензионной фазе, и указанные зоны отрицательного давления улавливают нежелательную суспензию и жидкостные пузыри, захваченные из суспензионной фазы пенной фазой, и образуют пути для направления указанной нежелательной суспензии и жидкостных пузырей по указанным путям из пенной фазы обратно вниз в суспензионную фазу. Преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет снизить количество суспензии, захваченной пенной фазой, при помощи очень простых механических средств. Таким образом, другое пре-1 019764 имущество изобретения состоит в повышении эффективности разделения. Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении установки для флотационного способа,включающей механические средства, возвращающие захваченную нежелательную суспензию и жидкостные пузыри из пенной фазы обратно в суспензионную фазу. В одном из примеров осуществления способа зоны отрицательного давления генерируют в пенной фазе при помощи вращающихся наклонных гребковых лопастей; таким образом, позади гребковых лопастей при их прохождении через пенную фазу образуются зоны отрицательного давления. В одном из примеров осуществления способа суспензия представляет собой смесь нефтеносного песка в качестве твердой фазы и воды в качестве жидкой фазы, и указанное извлекаемое вещество представляет собой битум, удерживаемый зернами нефтеносного песка. В одном из воплощений установки средства механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления включают наклонные гребковые лопасти, проходящие частично в пенной фазе и частично в суспензионной фазе, и средства вращения гребковых лопастей для образования зон отрицательного давления позади гребковых лопастей при прохождении гребковых лопастей через пенную фазу. В одном из воплощений установки средства механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления включают винтовой ротор, снабженный гребковыми лопастями, и каждая гребковая лопасть имеет спиралевидную форму и закручена вокруг вертикальной центральной оси вращения,при этом гребковые лопасти расположены на разных радиальных расстояниях от центральной оси вращения. В одном из воплощений установки угол наклона спирали наружных гребковых лопастей составляет приблизительно 30, а внутренние гребковые лопасти имеют больший угол наклона спирали. В одном из воплощений установки гребковые лопасти имеют V-образное поперечное сечение с вершиной и двумя крыльями, отходящими от вершины, при этом вершина направлена в направлении вращения, и при вращении винтового ротора в пенной фазе между крыльями образуются зоны отрицательного давления. В одном из воплощений установки спиралевидные гребковые лопасти закручены на пол-оборота вокруг центральной оси вращения. В одном из воплощений установки винтовой ротор имеет вертикальный вал, присоединенный к приводу и имеющий центральную ось вращения; два идентичных комплекта гребковых лопастей, каждый из которых включает по меньшей мере две, предпочтительно больше, спиралевидных гребковых лопасти с разными углами наклона спирали и радиальными расстояниями от центральной оси вращения,и при этом каждая из гребковых лопастей имеет верхний конец и нижний конец, и гребковые лопасти каждого комплекта закручены вокруг центральной оси вращения, при этом комплекты расположены на противоположных сторонах в вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось вращения; верхние горизонтальные кронштейны закреплены на вертикальном валу и проходят в противоположных направлениях от вертикального вала, верхние концы гребковых лопастей закреплены на верхних кронштейнах, а нижние горизонтальные кронштейны закреплены на вертикальном валу на расстоянии от верхних горизонтальных кронштейнов и проходят в противоположных направлениях от вертикального вала, и нижние концы проходят в противоположных направлениях лопастей закреплены на нижних кронштейнах. В одном из воплощений установки газораспределительный механизм содержит газораспределительный ротор, включающий газопроводы для диспергирования газа в суспензии, и ротор установлен для вращения вблизи днища флотационной камеры, при этом ротор присоединен через вертикальную вращающуюся ось к приводу, и вертикальный вал винтового ротора закреплен на вращающейся оси для вращения вместе с газораспределительным ротором. Краткое описание чертежей Сопроводительные чертежи, представленные для лучшего понимания изобретения, составляют часть настоящего описания, иллюстрируют примеры осуществления изобретения и вместе с описанием позволяют более полно рассмотреть принципы изобретения. На фиг. 1 схематически представлен вид в вертикальном разрезе одного из воплощений установки для пенной флотации по изобретению. На фиг. 2 представлен вид в перспективе винтового ротора флотационной установки, изображенной на фиг. 1, предназначенного для генерации в пене зон отрицательного давления позади гребковых лопастей ротора. На фиг. 3 представлен вид сбоку одной из гребковых лопастей в четырех положениях в течение ее перемещения через пенную фазу и верхнюю часть суспензионной фазы и путь продвижения захваченной суспензии и жидкостного пузыря. На фиг. 4 представлено поперечное сечение одного из воплощений гребковой лопасти и путь продвижения захваченной суспензии и жидкостных пузырей при перемещении гребковой лопасти. На фиг. 1 показана установка для пенной флотации, сконструированная для обработки суспензии 1 с целью извлечения из суспензии ценного вещества, например минералов или нефти в форме битума или подобного вещества. Конкретное, но не ограничивающее применение установки состоит в извлечении битума, удерживаемого зернами нефтеносного песка, из суспензии, которая является смесью нефтеносного песка в качестве твердой фазы и воды в качестве жидкой фазы. Флотационная установка включает флотационную камеру 2, ограниченную боковыми стенками 25 и нижней стенкой (днищем) 23. В боковой стенке 25 расположено впускное отверстие 3 для подачи суспензии 1 в камеру 2. Установка также включает выпускное отверстие 26 для извлечения обработанной суспензии и шлама. Установка дополнительно включает газораспределительный механизм 4, предназначенный для ввода газа, например воздуха, в суспензию для образования в суспензии пузырьков газа. На фиг. 1 суспензия 1 и суспензионная фаза S показаны вертикальными штрихами. Пузырьки поднимаются над поверхностью суспензионной фазы S, образуя пенную фазу F. Газораспределительный механизм 4 включает газораспределительный ротор 21, включающий газопроводы 22 для диспергирования газа в суспензии. Газораспределительный ротор 21 установлен с возможностью вращения вблизи днища 23 флотационной камеры 2. Ротор 21 присоединен при помощи вертикальной вращающейся оси 24 к приводу 16, например электрическому двигателю, предназначенному для приведения во вращательное движение вращающейся оси 24. Вращающаяся ось 24 представляет собой полую трубку, по которой в ротор 21 направляют флотационный газ. Ротор 21 обеспечивает перемешивание суспензии и одновременную подачу газа с образованием пузырьков. Следует отметить, что изобретение не ограничено газораспределительным механизмом, показанным на фиг. 1. Газораспределительный механизм может представлять собой любой известный подходящий механизм для диспергирования газа, способный формировать пузырьки газа в суспензии. Верхняя часть камеры 2 в области нахождения пенной фазы F образована верхней частью боковых стенок, свободная часть которых образует средство 5 перелива, через которое пена может переливаться для удаления из флотационной камеры, после чего пену направляют на дальнейшую обработку. Установка дополнительно включает средства 6 механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления 7 (см. также фиг. 2-4) в пенной фазе F, находящейся во флотационной камере 2, до извлечения пены переливом. Генерацию осуществляют при помощи наклонных гребковых лопастей 9, установленных на винтовом роторе 10. Винтовой ротор 10 включает вертикальный вал 15,который закреплен на вращающейся оси 24 газораспределительного ротора 21 таким образом, что оба эти элемента вращаются с одинаковой скоростью вокруг одной центральной оси вращения 11. Некоторые воплощения также могут включать отдельный вращающий механизм, предназначенный для вращения винтового ротора 10. На винтовом роторе 10 расположены два идентичных комплекта гребковых лопастей 9 спиралевидной формы. Спиралевидные гребковые лопасти 9 закручены вокруг центральной оси вращения 11 на пол-оборота. Гребковые лопасти 9 проходят в пенной фазе F и частично в суспензионной фазе S. Каждый комплект включает три спиралевидные гребковые лопасти 9, имеющие разные углы наклона спирали и радиальные расстояния d1, d2, d3 от центральной оси 11 вращения. Как показано на фиг. 1, угол наклона спирали а наружных гребковых лопастей составляет приблизительно 30, тогда как углы наклона спиралей двух внутренних гребковых лопастей превышают 30. Как показано на фиг. 2, каждая гребковая лопасть 9 имеет верхний конец 17 и нижний конец 18. Два комплекта гребковых лопастей 9 расположены на противоположных сторонах воображаемой вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось вращения 11. Винтовой ротор 10 включает два верхних горизонтальных кронштейна 19, закрепленных на вертикальном валу 15 и проходящих в противоположных направлениях от вертикального вала 15. Верхние концы 17 гребковых лопастей 9 закреплены на этих верхних кронштейнах 19. Винтовой ротор 10 также включает нижние горизонтальные кронштейны 20, закрепленные на вертикальном валу 15 на расстоянии от верхних горизонтальных кронштейнов 19. Аналогично, нижние горизонтальные кронштейны 20 проходят в противоположных направлениях от вертикального вала 15, и нижние концы 18 гребковых лопастей 9 закреплены на нижних кронштейнах 20. Как показано на фиг. 4, гребковая лопасть 9 имеет V-образное поперечное сечение с вершиной 12 и двумя крыльями 13, 14, отходящими от вершины 12. Вершина 12 направлена в направлении вращения, а крылья 13, 14 направлены в стороны под углом от направления вращения. На фиг. 3 и 4 представлен принцип действия гребковых лопастей 9. Этот принцип состоит в создании гребковой лопастью 9 при ее движении через пенную фазу F градиента давления. Во время вращения винтового ротора 10 в пенной фазе F по мере перемещения гребковой лопасти 9 через пенную фазуF, между крыльями 13, 14 перед гребковой лопастью 9 создается зона положительного давления, а позади гребковой лопасти 9 образуется зона 7 отрицательного давления или разрежения. Как показано на фиг. 3, зоны отрицательного давления распространяются из пенной фазы F к суспензионной фазе S. Зоны отрицательного давления 7 улавливают нежелательную суспензию и жидкостные пузыри 8, захваченные из суспензионной фазы S пенной фазой F. Зона отрицательного давления 7 образует путь для направления нежелательной суспензии и жидкостных пузырей 8 из пенной фазы F обратно вниз в суспензионную фазу S. На фиг. 3 показана гребковая лопасть 9 в четырех последовательных положениях при ее перемещении через пенную фазу и путь суспензии и одного жидкостного пузыря 8. Захваченный пузырь 8 под действием силы тяжести опускается из пенной фазы F вместе с зоной отрицательного давления 7 в суспензионную фазу S, предотвращая ее перелив вместе с пеной. Таким образом,-3 019764 обеспечивается определенный канал, по которому нежелательные пузыри 8 движутся обратно в суспензионную фазу. Наклон гребковой лопасти 9 обеспечивает непрерывное нисходящее движение зоны разрежения. Из приведенного описания очевидно, что существует множество модификаций и вариантов настоящего изобретения. Таким образом, понятно, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения можно осуществлять изобретение иным образом, чем конкретно описано выше. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для извлечения ценного вещества из суспензии, содержащей смесь твердой фазы,жидкой фазы и целевого вещества, которая включает флотационную камеру, снабженную впускным отверстием для подачи суспензии во флотационную камеру; газораспределительный механизм для подачи газа в суспензию для введения в суспензию пузырьков газа, причем указанные пузырьки газа захватывают указанное вещество из суспензии и образуют пенную фазу над суспензионной фазой; средство удаления пены из флотационной камеры переливом и средства механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления в пенной фазе, находящейся во флотационной камере, перед ее переливом, так что зоны отрицательного давления распространяются от пенной фазы к суспензионной фазе и указанные зоны отрицательного давления улавливают нежелательную суспензию и жидкостные пузыри, захваченные из суспензионной фазы пенной фазой, и образуют пути для направления указанной нежелательной суспензии и жидкостных пузырей из пенной фазы по указанным путям обратно вниз в суспензионную фазу, где средства механической генерации непрерывно движущихся зон отрицательного давления включают винтовой ротор, образованный наклонными гребковыми лопастями, проходящими в пенной фазе и частично в суспензионной фазе, причем каждая гребковая лопасть имеет спиралевидную форму и закручена вокруг вертикальной центральной оси вращения, и гребковые лопасти расположены на разных радиальных расстояниях от центральной оси вращения; и средства вращения указанных гребковых лопастей, посредством которых зоны отрицательного давления образуются позади гребковых лопастей при прохождении гребковых лопастей через пенную фазу. 2. Установка по п.1, в которой угол наклона спиралинаружных гребковых лопастей составляет приблизительно 30, и угол наклона спирали внутренних гребковых лопастей превышает 30. 3. Установка по п.1, в которой гребковые лопасти имеют V-образное поперечное сечение с вершиной и двумя крыльями, отходящими от вершины, при этом указанная вершина направлена в направлении вращения, и при вращении винтового ротора в пенной фазе между крыльями образуется зона отрицательного давления. 4. Установка по п.1, в которой спиралевидные гребковые лопасти закручены на пол-оборота вокруг центральной оси вращения. 5. Установка по п.1, в которой винтовой ротор включает вертикальный вал, присоединенный к приводу и имеющий центральную ось вращения; два идентичных комплекта гребковых лопастей, каждый из которых включает по меньшей мере две, предпочтительно три, спиралевидные гребковые лопасти с разными углами наклона спирали и радиальными расстояниями от центральной оси вращения, и при этом каждая из гребковых лопастей имеет верхний конец и нижний конец; каждый комплект гребковых лопастей закручен вокруг центральной оси вращения, и комплекты расположены на противоположных сторонах воображаемой вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось вращения; верхние горизонтальные кронштейны, закрепленные на вертикальном валу и проходящие в противоположных направлениях от вертикального вала, и верхние концы гребковых лопастей закреплены на верхних кронштейнах; нижние горизонтальные кронштейны, закрепленные на вертикальном валу на расстоянии от верхних горизонтальных кронштейнов и проходящие в противоположных направлениях от вертикального вала, и нижние концы гребковых лопастей закреплены на нижних кронштейнах. 6. Установка по п.1, в которой газораспределительный механизм содержит газораспределительный ротор, включающий газопроводы для диспергирования газа в суспензии, причем указанный ротор установлен для вращения вблизи днища флотационной камеры и указанный ротор присоединен через вертикальную вращающуюся ось к приводу; вертикальный вал винтового ротора закреплен на вращающейся оси для вращения вместе с газораспределительным ротором. 7. Способ извлечения битума из суспензии воды и нефтеносного песка, содержащего битум, включающий использование установки по п.1.