本发明与采矿工业的改进浮选机构有关，具体有关通过将矿物从矿石中浮选并提取的矿物分离方法。 在采选工业中，浮选法还仍然是将矿物精选和回收的主要方法，诸如在铜、镍、铁、钼，硫化铅及硫化锌、煤、磷，及其他矿物所用的铜浮选法，粉煤浮选法，贱金属硫化物浮选法和贵金属硫浮选法等等。
浮选法主要是一种三相的过程，包括将研细的固体，液体和空气均匀拌合，通过某种浮选方法，从矿碴中精选需要的矿物。在进行浮选过程时，将矿砂研成固体粉末，和液体混合成矿泥或矿浆。然后用浮选机通过外空气源或自抽气浮选机在矿浆中通气取得固体和液体的混合，并将空气扩散。美国专利第4，425，232号中叙述了一种浮选设备和方法，包括一种浮选机，其中设一转子定子泵组合件浸没在矿浆中，其转子叶片彻底搅和固体和液体，并引入空气在混合浆中充气，在浮选室表面产生泡液或泡沫。矿物颗粒附在载体气泡上，气泡本质为浮体故形成泡液，这是矿物回收的有效机构。通常利用一种润湿剂促进矿物粉末的润湿，使之具疏水性，并促进其在气泡上附着，形成泡液。用液动方法将泡液连带携带的矿物颗粒从矿浆表面上收集，在泡液积累并干燥时，回收矿物颗粒。
如专利第4，425，232号中揭示，浮选机构有一个泵，其中有转子和定子各一，按流体动力学设计，从机构中排出径向的充气矿浆喷流。转子提供强力的泵送作用，将矿浆的固体悬浮，并将引入矿浆腔的空气驱散，提供高效率的消散空气的方法。在浮选室的下部，转子抽吸沉淀的固体，用扇形布置的径向喷咀喷出。浮选室的定子部分消灭转子流中的旋转分力，使之按要求从转子中径向排出。结果使矿浆在室中再循环，而消除室中矿浆地涡流。矿浆的涡旋是不利的，因倾向于抑制矿浆表面上稳定泡沫层的形成。并且定子造成转子边缘和定子叶片之间的高剪力区，助使小气泡形成。出自转子的充气流体有自然的浮力，并且在有较大量的空气引入浮选室时，转子的排出流的浮力增高，并且室的上区中的湍流干扰机会也增高。此外，充气水平过低时，室的角隅中产生湍流，向室的表面上升，干扰泡沫区。
在浮选机构中，就矿物和其载体气泡的脱离，以及从泡液区落入下面矿浆而言，泡液区表面的湍流是运转性能下降的主要原因。空气在浮选室表面上的不均匀分布，以及充气量的过低或过高，造成表面上的湍流。充气量过低时，浮选室的四角中产生湍流，充气量过高时在转子轴上面产生中心湍流，在任一情况下都有对泡液的干扰。并且，假使室的工作中没有良好的分区，则室下区中进流和出流状况，将表现为室上区中的扰动，包括泡液中的湍流。
采选工业中面临降低成本的压力，而同时要求保持质量，有时还要求增高产量。本发明针对的是这些目的，特别注意浮选设备。
本发明的改进浮选室中，有一个转子/定子泵组合体，很大改进室中的流体动力学性能，特征在于将矿浆明显分为四区，自下而上依次为湍流区，宁静区，富集区和泡液区。在室的靠下的区中，在泵组合件附近有强湍流区，有使固体在矿浆中悬浮并在矿浆中和气泡上接触所必须的高流速。在湍流区上方有一个相对平静的区，称为宁静区，其中的低循环速度，不足以将没有在载体气泡上粘附的颗粒完全悬浮，而落回湍流区，在湍流区中气泡和颗粒发生碰撞。附在载体气泡上的颗粒在宁静区的上方分离，向室顶浮升。在宁静区的上方有一个富集区，里面完全没有扰动，而对泡液作清理，这区域一般称为泡液富集区，在泡液和矿浆接界面下约延伸四至六英寸。泡液富集区的特点是由于泡液中气泡破裂，泡液排泄，和将泡液中的低质材料排弃，于是颗粒和泡液脱离。这些颗粒向矿浆折回，划分了富集区的界限。对于浮选进料中的行动慢的泡液成分，宁静区和富集区的明确定界特别重要，因为这些成分或颗粒由于湍流在宁静区和富集区中漂移，很容易和载体气泡分离。改良的浮选室另外还起将室中的湍流限制在下部区域中的作用，在下部区域中悬浮，而使室中的上部中没有扰动是很重要的。
浮选室装置中有一个转子定子泵组合件，互相配合以改进室的性能，尤其通过降低泡液区中的湍流，其结果，从泡液区回降到矿浆中的气泡携带矿物较少。并且，浮选机构可在矿浆的流体动力学状态中取得良好的区域分界，并且下面的湍流区进流和出流状况不影响室中上面的宁静区或泡液表面。由于浮选室在良好的分区下工作，浮选室的流体动力学特点不受室里下面的区域的进流和出流状态的影响。室中湍流区的循环速度，比典型的给矿/尾矿流的速度高非常多。并且，改良浮选室的悬浮特点，即无砂子堵塞，也比传统设计优异很多。据信是因为改良浮选室将转子液流通过定子向室底引导，将倾向于在底部静卧的颗粒连续搅动。因为改良浮选室有良好的分区，便可很大程度减少泡液区中的湍流。
改良浮选室根据流体动力学原理设计，发出径向上向下的充气喷流，在浮选室中扩散，形成通过矿浆的上升均匀空气分布。从转子定子泵组合件中喷出的径向气流，将保证通过收集矿物颗粒的宁静区上升的载体气泡分布，将矿粒向泡液区携带。从泵的定子中喷出的充气喷流被在浮选室中沿一个小倾斜角度方向向下引导，造成全部宁静区中气泡的均匀分布，使载体气泡将矿粒作高效率回收，消灭传统浮选室中空气造成的湍流，在中心湍流出现前，很大增高最大充气水平。
在本发明中，浮选机构提出了转子和定子间的新尺寸关系，特别增加了偏导叶片将转子流向下偏导，将转子相对于室底定位，和定子叶片宽度的角度关系，以减少矿浆的旋流，又将湍流区局限在室的下部区域中，室中充气均匀，以及尽量减少泵转子下面的砂子堵塞等等。
改良浮选机构有转子定子泵组合件安装在接受矿浆的槽箱中。这浮选机构用相对低的动力消耗提供高泵送流速，为粗细颗粒产生优良的悬浮特点。槽箱一般有直立的侧壁和端壁，有大致方形的剖面，并有弧形底壁和端壁和侧壁相连，泵组合件靠近室底固定，定子组件固定在安装在室底壁上的一个定子基础板上。转子在定子中轴向对正，用管形轴支承，它将转子向两个方向旋转，将通过转子向矿浆供气，对运转时形成的矿浆喷流充气。将矿浆引入浮选室的底部，转子旋转时，造成朝向定子叶片的一组充气喷流，定子叶片将喷流稳定，消灭其涡旋流分力。当矿浆被向上引入转子叶片中，并向上向定位叶片排送时，在工作的转子叶片造成一个湍流相当大的区域。定子有一个偏导叶片，接受从径向来自转子的充气喷流，并以一个小的定位角度将喷流向外下方对着浮选室壁偏导。当有湍流的充气喷流从定子叶片中出现，喷流一部分以涡流的形式向室底再循环，在本发明中，槽箱的壁配合，将湍流喷流向浮选室底部和泵转子的进口区再引导，从而将湍流区有效限制在浮选室下部区域中。这种效果之取得，是由干提供了紧凑的构造/槽箱尺寸，以T/D之比例表示，式中T为槽箱的宽度，D为转子直径。改良浮选机构的T/D比例在2.5和6之间。
在本发明的另一个方面中，转子定子泵组合件有流体动力学的结构，提供优异的分区，均匀的空气分布，和浮选室的改良冶金法。特别重要的是改良定子相对于转子的位置和结构。定子有一个上环与转子轴线同心，起偏导叶片的作用，用位于浮选室底的基础板支承。定子叶片从定子环下伸，有效接受从转子中出现的充气喷流。偏导叶片为定子环作下表面的定界，接受充气喷流，将其向外下方引导，将湍流区有效限制在浮选室的下部区域中，并取得空气通过宁静区的均匀向上分布。空气均匀分布的结果是改良浮选室还可以将大量的通过浮选室的空气扩散，而不造成泡液表面的液跃或湍流。在理想浮选室中，T/D值，空气量和动力输入关系到给定选矿用途中最佳冶金效果的取得。
转子本身位于定子基础板上方，有一个距离以保证基础板附近有湍流，并将砂子堵塞量减至微小。
本发明的一个目的，是提出一种浮选机构有回收量增高很多的性能。
发明的另一目的是提出一种浮选室，最大限度将空气向矿浆中有效扩散，以提高矿粒的悬浮。
发明的又一目的是将浮选室泡液区中的湍流降到最低，以改进总的冶金性能。
发明的又一目的是提出浮选室的一种转子定子构形，其转子排出流被向下引导，将湍流局限在浮选室的下部区域中，并消灭泡液区中的湍流。
发明的一个目的是提出一种浮选室，有优异的区域划分将湍流区局限在浮选室的下部区域中，划定向上扩展的宁静区范围，特点为区域中有基本均匀的空气分布，宁静区上方有一个富集区阻截从泡液区中落出的矿粒，将其送回泡液区，由于浮选室中充气，故泡液区中没有表面湍流。
发明的一个目的是使较大量的空气均匀分布，而在泡液区中没有湍流。
发明的另一目的是提出一种浮选室转子定子泵组合件，它喷出矿浆的高速充气喷流，并将喷流局限在浮选室的下部区域中，而同时发出上升载体气泡，在全部浮选室中基本均匀分布。
本发明还有一个目的，是将湍流区局限在浮选室的下部区域中，并将浮选室底部产生的砂子堵塞减至最少。
本发明的又一目的是提出一种其转子/定子泵组合件与浮选室尺寸相关的浮选室，以将湍流区局限于浮选室的下部区域，减少砂子堵塞，通过宁静区向浮选室提供均匀充气和很大增高浮选室最高充气水平的利益效果最佳化。
本发明的其他目的，通过介绍技艺现状，并了解下面的叙述，以及实际使用本发明后便能有所了解。
现选择一种理想实施方案对本发明作叙述并用附图说明。
图1为本发明浮选室的概略图，表示位于室中的泵转子定子组合件。
图2为本发明改良浮选机构的概略图，表示转子定子和浮选槽箱的尺寸关系。
图3为转子运转图，表示湍流区及其分区，包括抽吸区，涡流区和喷出区。
图4为一概略图，表示定子设计的几何问题。
图5为本发明定子的侧视。
图6为局部剖面的前视，表示发明的定子叶片。
参看附图，特别注意图1，理想实施方案中改良浮选室有一个浮选室10，有液密侧壁12和端壁14，大致为一方箱形，带弧形底16。浮选室有进口18接受待加工的矿浆P，有出口20排出矿尾。矿浆大致可说成是三相的体系，其中有破碎形式的含矿物的矿石，和一种适当的液体均匀混合，并充入空气便于通过浮选将矿物分选。
一个泵机构22中有转子24和定子26在轴向上对正，放在浮选室下部的区域28中。定子固定在安装在浮选室底部的一块基础板28上。图5示出最清楚，定子有四个扇形部26a-d，用适当的装置拼合，有若干定子叶片30从上环32上下垂。有间距的支架34支持定子，将其和基础板固定。定子组合件的上环有下侧的水叶表面，形成偏导叶片36，下文中将详细叙述。
泵转子（图3）有一个主体38，从空心传动轴40向下伸，运转时将加压空气引入浮选室，将矿浆充气，加压空气典型压力为表压2磅/平方英寸。转子的主要功能为提供强泵压作用，在相对低动力消耗下将固体悬浮，并将空气在浮选室中分散。转子有一个水平顶板42，和若干垂直方向的锥形转子叶片44，从内壁或尘头46形成的转子毂向外伸。相邻转子叶片有中间尖头，形成一组泵腔48，当浮选室运转时接受并排出高速的矿浆。每一泵腔有一个抽吸区将矿浆抽入泵中，一个排出区，并有一个中间涡流区，承受围绕切向轴线的高速脉动旋转流。泵毂的内部50中空，有一组孔52将加压空气供给每一泵腔，当将矿浆作为泵的向上的切向高速喷流喷出时，向矿浆中充气。
转子的切向喷射的喷流，自然倾向于通过浮选室旋转，抑制在矿浆表面上形成稳定泡液层。定子叶片30阻截喷流，将其偏导为泵组合件的径向流，以消灭涡旋。有一个高剪力圆形区在转子叶片和定子叶片之间形成，助使细小气泡在矿浆喷流中形成。每一定子叶片从上环32向抽吸区的上部伸展，在不干扰转子在抽吸区吸入的条件下，保证将旋转喷流偏导并消灭。定子叶片的数目和宽度根据几何形状决定，如图4所示，从而每一泵腔（叶尖）的切向排出流完全由一个定子叶片接受并偏导。
本发明的一个重要方面，是定子上环的水叶表面界定一个偏导叶片36，将出现的喷流向外下方朝接受槽箱10的壁偏导。偏导叶片在图2及6中最清晰示出，有一个半径恒定的水叶表面36，有进口点36a和出口点36b基本水平对正。叶片表面在进口点和出口点都向下倾斜，倾斜角度在进口点为α，在出口点为β，在理想实施方案中两角度基本相等。对叶片进口点的角度作选定，接受从转子出现的向上的充气喷流，经水叶表面偏折后，偏导喷流被按出口角β决定的一个小方向角度向下从定子出现，偏导叶片进口和出口角α，β最好约为15°。
图1及3所示最清晰，浮选室产生一个矿浆湍流区T，基本局限在浮选区的下部区域，产生本发明的一个很大的优点。湍流区的限制，由泵的作用和浮选室下部区域中的接受槽箱壁配合而取得。当向下引导的充气矿浆流在从定子叶片和偏导叶片径向流出的湍流中出现时，喷流槽箱侧壁将喷流引导，朝向泵的下侧或抽吸区。通过这种局限，砂子堵塞可减到最低，砂子堵塞指的是矿石和矿物在转子下方和定子基础板上方的积聚。由于在参与浮选室完成的矿石分离过程的积极循环中保持砂粒沉淀，便可保持上述区域中洁净。
将湍流局限于浮选室下部区域中，以及由此产生的优点，可通过泵的转子和定子组件之间的流体动力关系，和泵组合件与槽箱本身之间的流体动力学关系予以促进并取得。
在取得湍流区的良好定界时，形成定子一部分的偏导叶片有一个出口角，造成从定子中出现的喷流向下偏折。此外，在改良浮选室的特定用途中，将转子与定子间的尺寸关系，作转子直径D的函数选定。
偏导叶片的进流点36a的位置在转子叶片上边缘的矿浆喷流出发点的上方，垂直距离约为0.1D。此外，定子的位置也在水平方向上离喷流出发点约0.1D，准确确定喷流阻截点的位置，或在偏导叶片上出现的充气喷流的进口点36a。如图2所示，叶片在上面C和下面F处的宽度，由图4所示的出现喷流切向关系决定。沿矢量CDE从转子切向移动的出现喷流，通过前一叶片30的内缘D，由下一叶片的最外表面E阻截。交点E在定子叶片的上下边缘上确定叶片的外边缘。在理想的十六叶片定子中，上边缘处的叶片宽C约为0.37D，下边缘F处约为0.291D。定子的这种安排可有效消灭充气喷流流动的旋转分力。
转子下表面在基础板上方相距约0.1至0.15D;这尺寸的选定是为了浮选室这区域中的矿浆有最少的砂子堵塞。定子叶片的深度约0.5D，使叶片下缘处在抽吸区中。偏导叶片的圆弧半径约0.714D，圆弧中心用三角方法处在叶片表面上。
每一定子叶片内缘的休止角约11°，其选择是为保持转子叶片边缘和定子叶片边缘间等距离，建立转子和定子间形成细小气泡的高剪力区。
良好分区之取得是因为使用了本发明的转子定子泵，还因为正确选择浮选室壁相对于转子中线的位置。如上所述，接收容器有大约方形截面，并选择槽箱相对壁之间的宽度，取得和从定子偏导叶片出现的向下喷射的充气喷流配合的作用，以利将湍流区局限在浮选室的下部。经本发明人测定，槽箱宽度T表示为转子直径的一个比率T/D，应在约2.5至6的范围内。在下文叙述的特定应用中，最佳T/D比约为4.5至4.9。在一个作说明的举例中，商品规模的槽箱宽度约为100英寸，转子直径约20英寸。在这比例范围中，向下的偏折限制在浮选室的下部区域，使出现的喷流一部分有效再循环，并和通过宁静区Q向上的充气矿浆喷流的空气有效均匀分布配合。
从定子中喷出的湍流，被在偏导叶片出口角β决定的小偏向角下向下引导，造成浮选室中在湍流区上方的宁静中区或Q区中，基本均匀的充气。充气液流中有载体气泡，一部分附有矿物颗粒，通过宁静区上升并均匀扩散。其余的上升气泡和宁静区中的矿粒接触，将其带入泡液区FR。空气的均匀分布和无湍流，对浮选室回收矿物的性能有很大利益。富集区位置紧靠泡液的下方，接收从回入富集区的泡液上脱离的矿粒，向上升空气粒子再依附，从而很大提高冶金回收。
用改良浮选机构取得的均匀空气分布，使充气量增大，并改进冶金性能。充气量低时浮选室的四角中有强上流状态，称为角部端流。充气量增高时，角部湍流减弱，浮选室中有一个宁静的稳定泡液柱。充气量可在一个很大的范围内增高，达到浮选室空气扩散能力的极限，超过极限时便会在转子轴周围发生活跃的沸腾（中心湍流）。用改良转子定子泵组合件时，尤其用水叶偏导叶片36时，在中心湍流开始发生前，产生增高很多的最高充气水平，将泡液区破坏。在一种用途中，在最佳转子速度为800转/分钟下工作的改良浮选室的最高充气水平，为标准大气每小时55立方英尺，与之比较，在相似的传统浮选室中，转速为700转/分钟时，为30立方英尺/小时标准大气。当浮选室的T/D比例约在2.8至6之间时，产生改进的充气水平。理想的T/D工作范围为4.5至5，最佳为4.9，可达到最高充气水平。
在将改良浮选室和传统浮选室作实验室比较测试中，验证了用改良浮选室的空气动力学原理可改进冶金性能。在这测试中，原始斑岩铜矿石的矿浆含固体27%，将其加工并观察在各种空气流速下铜和钼的回收量。将作比较的浮选室在充气量为70立方英尺/小时标准大气的条件下运转约15分钟，改良浮选室的铜回收率约为80%，标准浮选室的回收率约为74%。在相同的工作条件下，本发明浮选室的钼回收率约46%，标准浮选室约为39%。