Изучить материал лекции. Подробно описать принципы действия реагентов применяемых во флотации.

КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ФЛОТАЦИОННЫХ МАШИН.

Цель: Ознакомить студентов с принципом работы, а так же с конструкциями флотационных машин.

План:

1.
Лабораторные флотационные машины.

2.
Производственные флотационные машины.

Ключевые слова: флотация, смачиваемость, пустая порода, минерал, реагент, лабораторные флотационные машины, производственные флотационные машины, Механобр, ФМ-1, импеллер, аэрированность, механические, пневматические, пневмомеханические машины.

1.Флотационные испытания проводят в лабораторных флотационных машинах. Удобной для этой цели является машина Гинцветмета с механическим съемом пены и приспособлением для регулирования подачи воздуха. Недостатками машины являются быстрый износ кольца и увеличение зазора между валом и кольцом в импеллерной крышке. В результате увеличивается поток пульпы на импеллер, что интенсивность перемешивания (иногда с уменьшением степени аэрации). То же наблюдается, когда импеллер опускается очень низко, в результате чего увеличивается зазор между импеллером и крышкой над ним. Объем камеры машины 3,6 л, ее можно использовать для флотации навесок руды 1-2 кг.

Механобром разработаны чертежи лабораторных машин на емкость 0,25; 0,5 л.

Рис. 48. Механическая флотационная машина "Механобр" ФМ 1 - карман; 2 - центральная труба; 3 - труба для засоса воздуха; 4 - перегородка; 5 - тяга; 6 - короб; 7 - стержень; 8 – контргруз; 9 - стакан; 10 - вал импеллера; 11 - подвижная заслонка; 12 - песковое отверстие; 13 - окно; 14 - шибер; 15 — пробка; 16 - направляющие статора; 17 - диск статора; 18 - отверстие; 19- импеллер; 20-патрубок

Перед загрузкой машину промывают водой, включают электродвигатель, закрывают трубку, проводящую воздух, взмучивают в приемнике пульпу, которую затем выливают в отделение машины, где производится перемешивание. Если на дне приемника остался слой осевшего материала, то добавляют небольшое количество воды; осевший осадок приводят во взвешенное состояние струей воды.

В машину добавляют такое количество воды, чтобы обеспечить свободную циркуляцию пульпы из камеры для перемешивания в пирамидальную камеру. Воду в избыточном количестве добавлять не следует, так как, когда будет открыт доступ воздуху, объем пульпы в машине увеличится, и будут созданы условия для перелива пульпы из машины.

Рис. 49. Флотационная машина Механобра с камерой объемом 15 л

Затем добавляют в определенном порядке реагенты, перемешивают необходимое время и впускают воздух. Если уровень пульпы оказался низким, в машину добавляют воду в таком количестве, чтобы гребок, снимающий пену, касался уровня пульпы (если пульпу снимают вручную гребком, то уровень пульпы нужно держать возможно выше, не допуская выплескивания через пенный борт). В процессе снятия пены с ней увлекается значительное количество воды, и уровень пульпы падает. Для поддержания постоянного уровня добавляется вода, имеющая примерно ту же щелочность, что и пульпа в начале флотации. При проведении опыта нужно несколько раз смывать налипшую на стенки и на другие части камеры пену.

Окончание флотации определяется по изменению цвета пены и результатом осмотра на часовом стекле проб пены. В начале флотации пена имеет цвет флотируемого минерала; например, при флотации свинцового блеска пена имеет цвет от стального (при крупном помоле) до черно-синего (при мелком помоле); цинковая пена имеет цвет от светло-коричневого до темно-коричневого в зависимости от крупности помола. По окончании флотации данного материала пена становится пустой, белой или принимает окраску следующего по флотируемости минерала.

Если в пробе пены, взятой на часовое стекло после отмучивания тонких шламов, видны (лучше всего через ручную или бинокулярную лупу) частицы флотируемого минерала, значит флотация еще не закончилась.

При известном навыке можно в некоторых случаях по внешнему виду пены определить качественно результаты флотации, не анализируя продукты.

Для ориентировочной оценки флотируемости, а так же для беспенной и вакуумной флотации применяют аппараты малого объема.

Более совершенной является трубка Халлимонда, измененная Фюрстенау и др. в этой трубке можно флотировать навески минерального порошка 2-3 г.

А.А. Абрамовым для малых навесок (0,3-0,5 г) предложен аналогичный прибор из органического стекла. С прибором из обычного стекла встретились затруднения в опытах с применением катионных реагентов, которые адсорбируются на стекле и вызывают прилипание пузырьков воздуха к стенкам прибора.

Необходимое количество камер флотомашин механического и пневмомеханического типов можно определить по следующей формуле

n= V^. t / 1440^. V_k^. K (1)

где V - суточный объем пульпы в операции, м³/сут;

t - время флотации, мин;

V_{k -} геометрический объем камеры, м ;

К= 0,7...0,8-степень заполнения камеры пульпой.

Если объем пульпы заменить выражением

V = Q R + (2)

где Q-суточная производительность машины по твердому, т/сут;

R - отношение Т:Ж в пульпе;

р - плотность твердой фазы, т/м³,

то n= Q R + ^. t / 1440^. V_k^. K (3)

Общая длина пневматических машин определяется по формуле

L= Q R + ^. t / 1440^. S^. K (4)

где L - общая длина машины, м;

S- площадь поперечного сечения машины, м².

2. Флотационные машины –аппараты для флотационного обогащения полезных ископаемых, в камерах которых исходный материал разделяется, в аэрированной пульпе, на пенный и камерный продукты. Эти машины должны обеспечивать:

1.
непрерывную, равномерную подачу исходной пульпы и разгрузку пенного и камерного продукта;

2.
достаточно интенсивное перемешивание пульпы для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии и их контактирования с воздушными пузырьками;

3.
оптимальную аэрированность пульпы и диспергирование воздуха на мелкие пузырьки с равномерным их распределении по всему объему пульпы;

4.
создание спокойной зоны пенообразования на поверхности пульпы.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации пульпы. По этому признаку машины разделяются на механические, в которых перемешивание пульпы, засасывание и диспергирование воздуха осуществляется импеллером (мешалкой) различной конструкции; пневмонические, в которых перемешивание и аэрация пульпы осуществляется подачей через патрубки или пористые перегородки сжатого воздуха; пневмомеханические, в которых воздух подается от воздуходувки, а перемешивание пульпы и диспергирование воздуха осуществляется импеллером; пневмогидравлические с самоаэрацией или использованием для диспергирования принудительно подаваемого воздуха, различных гидравлических устройств; электрофлотационные, в которых аэрация пульпы проводится пузырьками, выделяющимися при электролизе; машины с изменяемым давлением, аэрация в которых обеспечивается растворением газов из пульпы, комбинированные, в которых пульпа аэрируется несколькими способами. Наибольшее распространение получили механические, пневмомеханические и пневматические флотационные машины.

Механические флотационные машины (см. рис. из предыдущего вопроса) представляют собой аппараты, у которых аэрация и перемешивание пульпы в камере осуществляет аэратор с вращающимся импеллером, всасывая необходимый для флотации воздух, непосредственно из атмосферы. Основная масса воздушных пузырьков, образующихся при этом, имеет диаметр 0,6 – 1мм. Наибольшее распространение для флотации руд получили механические флотационные машины ФМ с объемом камеры от 0,14 до 6,25 м³.

Флотационная машина ФМ монтируется из двухкамерных секций и может состоять из одних всасывающих камер или звеньев, включающих всасывающую или несколько прямоточных камер. Общее число камер во флотационном отделе обычно не превышает 22 – 24.

Имеются флотационные машины с кипящим слоем, в которых над аэратором по всему сечению камеры установлено решето для создания кипящего слоя из крупнозернистой фракции пульпы. В этих машинах флотируются частицы повышенной крупности при большой скорости флотации.

Флотационные машины механического типа нашли широкое применение при обогащении большинства полезных ископаемых (руд цветных и редких металлов, неметаллических полезных ископаемых, углей и др.).

Пневматические флотационные машины. В машинах этого типа аэрирование и перемешивание пульпы осуществляется подачей в нее сжатого воздуха от воздуходувок(давления до 25 – 35 кПа). Диспергирование воздуха производится через пористые перегородки (ткань, пористая керамика, пористый бетон и т.п.) или через трубки с мелкими отверстиями (металлические, резиновые и т.п.). Средний диаметр воздушных пузырьков в пневматических флотационных машинах составляет 2 – 3 мм. Пневматические флотационные машины проще механических, по конструкции, затрачивают меньше энергии, занимают меньшую площадь. Однако интенсивность перемешивание пульпы у них ниже, а размер воздушных пузырьков почти в 3 раза больше. Машины этого типа применяют в основном для флотации полезных ископаемых простого состава.

Из флотационных машин пневманического типа наибольшее распространение получили аэролифтные патрубочные машины, колонные флотационные машины и машины пенной сепарации.

Флотационные машины пенной сепарации принципиально отличаются от всех других тем, что в них исходная пульпа подается на пенный слой сверху. Это позволяет увеличить крупность извлекаемых частиц и повысить скорость флотации по сравнению с обычными флотационными машинами. При подаче исходной пульпы сверху на пенный слой гидрофобные частицы закрепляются на воздушных пузырьках и остаются в пене, а гидрофильные (или менее гидрофобные) проходят между воздушными пузырьками и выпадают в подпенном пространстве, оседая на дно камеры.

Пневмомеханические машины по сравнению с механически­ми имеют ряд преимуществ. В этих машинах достигается большая скорость флотации за счёт лучшей аэрации пульпы, а следовательно и большая производительность. Хорошее диспергирование происхо­дит при подаче воздуха до 4,5 м³/мин, в то время как в механической машине импеллер засасывает только 3 м³/мин воздуха. Удельный расход электроэнергии на 1 м³ воздуха, подаваемого воздуходувкой в пальцевой аэратор значительно меньше по сравнению с удельным расходом электроэнергии на I м воздуха, засасываемым из атмосфе­ры импеллером механической флотомашины.

Практика флотации различных руд в пневмомеханических флотомашинах показала, что скорость процесса в этих машинах вы­ше на 30... 40 %, а расход электроэнергии на 30... 40 % ниже, чем в механических машинах.

Рис. 50. Пневмомеханическая флотационная машина ФПМ:1-корпус, 2-импеллер, 3-полый вал, 4-радиальный успокоитель,5- воздушный коллектор, 6 – вентиль, 7-отверстие, 8 – привод, 9-перегон.

Фирма «OUTOKUMPU» (Финляндия) разработала пневмомеханическую машину типа ОК с объёмом камеры 0,5; 1,5; 3; 8; 16; 38; 50 м³. эти машины (рис. 51) имеют камеры и - образной формы, что позволяет исключить мёртвые зоны. Машины типа ОК отлича­ются высокой производительностью, оригинальной конструкцией импеллера, обеспечивающей высокую степень диспергирования воз­духа аэрацию и перемешивание пульпы. Каждая лопатка импеллера состоит из двух пластин, установленных таким образом, что бы между ними образовалась щель по всей их высоте для выхода посту­пающего из полого вала воздуха. Высота лопаток статора больше высоты лопаток импеллера.

Рис. 51. Пневмомеханическая флотационная машина ОК

1 - пустотелый вал; 2 - импеллер; 3 - камера; 4 - лопатки статора

Пневмомеханические флотомашины разнообразны по конст­рукции. В колонной флотационной машине (рис. 52) применен принцип минерализации воздушных пузырьков при противоточном движении пульпы и пузырьков. Колонна диаметром до 0,5 м имеет высоту от 2 до 10 м, В верхней части колонна 1 имеет трубу для по­дачи промывной воды 7 и трубу для разгрузки пенного продукта 6.

Рис. 52. Колонная флотационная машина

Исходная пульпа подается трубопроводом 2 в среднюю часть колон­ны под давлением 0,15 МПа. В нижней части колонны находится диффузор 3 (конус с пористой поверхностью). Хвосты разгружаются через трубу 4. Воздух от воздуходувки 5 подаётся в диффузор, а из него - в пульпу. Минеральные частицы под действием силы тяжести и нисходящего потока воды движутся вниз навстречу пузырькам воздуха. Пенный продукт поднимается вверх, а хвосты удаляются через клапан - затвор в нижней части колонны.

Колонные флотомашины имеют высокую удельную произво­дительность, потребляют меньше электроэнергии, требуют меньших капитальных затрат.

Для флотации крупнозернистых материалов (до 3...4 мм) применяются машины пенной сепарации, которые позволяют увели­чить в 5-10 раз крупность извлекаемых минеральных зерен и в десят­ки раз - скорость флотации, что снижает эксплуатационные и капи­тальные затраты на переработку руд на 30.. .40 %.

Пенная сепарация применяется при обогащении алмаз- и зо­лотосодержащих, оловянных, фосфоритовых, марганцевых и других РУД.

Сущность пенной сепарации состоит в следующем: пульпа, обработанная реагентами, подается на поверхность пены, которая создается постоянной концентрацией пенообразователя (~ 40 мг/л).

Машина пенной сепарации (рис. 53) состоит из флотацион­ной камеры, в центре которой находится загрузочное устройство. Над приемными желобами расположены брызгала.

Рис. 53. Принципиальная схема машины пенной сепарации

1 - загрузочное устройство; 2 - струйчатый делитель; 3 - карман;

4 - пеногон; 5 - трубчатые аэраторы; 6 - шланговый затвор; 7 - пирамидальная ванна;

8 - опоры; 9 - сливной порог; 10 – деки

По обе стороны от приемных желобов на глубине 200 мм от уровня пенных порогов расположены два ряда трубчатых резиновых аэраторов с пористыми стенками, через которые сжатый воздух под давлением 0,15 МПа поступает на поверхность пены. Пульпа через загрузочное устройство с помощью приемных желобов равномерно распределяется по всей длине ванны (машины). В желобах пульпа аэрируется и разжижается водой из брызгал. Гидрофобные частицы закрепляются на воздушных пузырьках и движутся к пенному поро­гу. Движение минерализованных пузырьков к пенному порогу осу­ществляется дифференцированной подачей воздуха.

В аэраторы, расположенные около загрузки, подается больше воздуха, а в аэраторы, находящиеся около пенных порогов - меньше. Это способствует перемещению пены к пенным порогам. Гидро­фильные частицы, пройдя через пенный слой, под действием силы тяжести падают на дно машины и разгружаются через шланговый затвор. Флотационные машины пенной сепарации в зависимости от условий применения могут изготовляться одно- и многокамерными, мелкими и глубокими. В мелких машинах высота пенного слоя не превышает 150...200 мм, а в глубоких-200... 1000 мм.

Выводы: