Флотационные машины
Флотационными машинами называют аппараты, в которых осуществляют флотацию. Широкое применение флотации для обогащения самых разнообразных полезных ископаемых привело к созданию большого числа типов и конструкций флотационных машин.
Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации и перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяют на механические, пневматические и пневмомеханические (рисунок …).
Рисунок … — Схемы механической (а) и пневмомеханической (б) флотационных машин
Механическая флотационная машина (рисунок …, а) состоит из последовательного ряда камер 1. В центральной части каждой камеры внутри трубы 4 размещен вращающийся вал 2 с импеллером 3. При вращении импеллера проходящая через него пульпа эжектирует (засасывает) атмосферный воздух и выбрасывает его в камеру, заполненную пульпой. Образование воздушных пузырьков и аэрация пульпы происходят в результате турбулизации пульповоздушной смеси, поступающей из импеллера в камеру. Пенный продукт (обычно концентрат) с помощью гребкового устройства 5 направляется на обезвоживание (или перечистку). Камерный продукт самотеком поступает в следующую камеру или выдается в качестве хвостов (из последней камеры машины). Пневмомеханическая флотационная машина (рисунок …, б) отличается от механической тем, что в ней на валу 1 установлена мешалка (аэратор) 2, назначение которой — перемешивать пульпу и подаваемый от воздуходувки под давлением воздух.
Пневматическая (аэрлифтная) флотомашина конструктивно является наиболее простой. Она представляет собой емкость, вытянутую вверх, прямоугольного или круглого сечения, с коническим днищем, внутри которой расположена аэрлифтная труба. В трубу под давлением подается сжатый воздух, который интенсивно перемешивает пульпу и насыщает ее пузырьками. Образующаяся на поверхности пена самотеком разгружается в желоба.
Флотационные машиныпредназначены для проведения собственно флотации. В них осуществляют перемешивание твердых частиц (суспендирование пульпы) и поддержание их во взвешенном состоянии; аэрацию пульпы и диспергирование в ней воздуха; селективную минерализацию пузырьков путем контакта с обработанными флотореагентами частицами; создание зоны пенного слоя; разделение пульпы и минерализов. пены; удаление и транспортировку продуктов обогащения. Впервые патент на флотационную машину выдан в 1860; первые промышленные образцы машин разработаны в 1910-14 (T. Гувер и Д. Кэллоу, США).
Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию разных конструкций машин. Каждая машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приемными и разгрузочными устройствами для пульпы; каждая камера снабжена аэрирующим и пено-съемным устройствами. Различают одно- и многокамерные флотационные машины. К однокамерным относятся флотационные колонны, в которых высота камер превышает их ширину более чем в 3 раза; эти аппараты применяют при флотационном обогащении мономинеральных руд и флотационном отделении шламов.
Многокамерные машины позволяют реализовать сложные схемы обогащения полиминеральных руд с получением нескольких концентратов.
По способам аэрации пульпы выделяют механические, пневмомеханические, пневмогидравлические и пневматические машины. В механических машинах взвешивание частиц руды (перемешивание пульпы), засасывание и диспергированиевоздуха осуществляется аэратором, или импеллером. В отличие от этих устройств в пневмомеханические машины (схему камеры см. на рис.) воздух подается в зону импеллера принудительно с помощью воздуходувки. В пневмогидравлических машинах воздух диспергируется в аэраторах спец. конструкций (например, в эжекторах) при взаимодействии струй жидкости и воздуха. В пневматических машинах воздух диспергируется при продавливании через пористые перегородки.
Работа механических и пневмомеханических машин в значительной степени определяется конструкцией импеллера, вариантом подвода к нему воздуха, особенностями перекачивания импеллером пульпы и ее циркуляции в камере. От способа перекачивания пульпы импеллером зависят особенности аэрации пульпы и гидродинамический режим в камере. Последний определяется также размерами зоны интенсивной циркуляции пульпы. По этому признаку различают машины с придонной циркуляцией и циркуляцией во всем объеме камеры.
Характер движения потоков пульповоздушной смеси в камере зависит от конструкций статора машины (имеет вид цилиндров или пластин), устройства для удаления минерализованной пены с поверхности пульпы (обычно применяют лопастной пеносъемник), успокоителей (предотвращают разрушение пенного слоя), межкамерных перегородок, наличия отбойников и формы камеры (имеет, как правило, скошенные снизу боковые стенки, благодаря чему исключается накапливание в углах твердых частиц и облегчается их перемещение у дна от стенок к импеллеру).
35.Флотационные машины должны удовлетворять следующим основным требованиям:
— обеспечивать непрерывность флотационного процесса;
— содействовать максимальному извлечению полезного минерала из перерабатываемой руды;
— обеспечивать оптимальную подачу воздуха в пульпу, хорошее диспергирование и равномернее распределение воздушных пузырьков по всему объему пульпы;
— обеспечивать полное отделение и удаление минерализованной пены и возможность простой и широкой регулировки подачи воздуха;
— иметь минимальную затрату времени иа флотирование материала и минимальную затрату энергии на диспергирование воздуха и перемешивание пульпы.
Флотационные машины
Флотационными машинами называются аппараты, в которых производится процесс флотации. Основным назначением флотационных машин являются:
— обеспечение необходимого перемешивания пульпы с целью поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии;
— насыщение пульпы тонкими пузырьками воздуха (аэрация) для подъема минеральных частиц в пенный слой;
— отстаивание минерализованной пены, образовавшейся на поверхности пульпы, с целью самопроизвольного удаления из нее механически увлеченных зерен минералов пустой породы.
При этом должна быть непрерывная раздельная выгрузка из машины пенного и камерного продуктов.
Флотационные машины состоят из четного числа отдельных камер. В зависимости от характера перетока пульпы из камеры в камеру они подразделяются на прямоточные, когда между отдельными камерами отсутствуют межкамерные перегородки пли в них вырезаны большие окна для свободного протекания пульпы, и всасывающие, когда из одной камеры в другую пульпа подается принудительно, в результате создания импеллером гидравлического разрежения.
В зависимости от способов перемешивания и аэрации пульпы флотационные машины подразделяются па механические, пневмомеханические и пневматические.
Механические флотационные машины представляют собой камеру с перемешивающим устройством — импеллером, который одновременно осуществляет засасывание и дробление воздуха.
На отечественных обогатительных фабриках широко применяется механическая флотационная машина «Механобр» (рис. 112), которая состоит из квадратной камеры с установленным в ней блоком импеллера.
Исходная пульпа поступает в камеру через приемный карман, из которого по питающему трубопроводу засасывается вращающимся импеллером и его лопатками выбрасывается через статор в камеру. Одновременно в воздушную трубу импеллером засасывается воздух из атмосферы, который, проходя через импеллер и статор, дробится и, перемешиваясь с пульпой, заполняет камеру в виде мелких пузырьков. Воздушные пузырьки, насыщая пульпу, сталкиваются с взвешенными в ней минеральными частицами, в результате происходит избирательное прикрепление частиц ценных минералов к поднимающимся на поверхность пульпы воздушным пузырькам. По мере подъема пузырьков на поверхности пульпы образуется минерализованная пена, которая затем снимается специальным устройством — пеногоном в желоб.
Камера флотационной машины имеет прямоугольное сечение размером от 500х500 до 2200х2200 мм и объем соответственно от 0,14 до 6,25 м3. Она соединяется с аналогичной камерой межкамерной перегородкой с окном. Две камеры и более (соответственно четыре, шесть, восемь и т. д.) называются ванной. Первая камера имеет приемный карман для пульпы (всасывающая камера), вторая — разгрузочный карман со специальным шибером для регулирования высоты уровня пульпы в обеих камерах и Песковой заслонкой для разгрузки крупнозернистого материала через песковое отверстие. Задняя стенка камеры изогнута по параболе, что позволяет направить поток пены к передней стенке, где имеется зона отстаивания и съема пены — шпицкастен. Над ним установлен пеногон — механизм для снятия пены, состоящий из непрерывно вращающихся двух или четырех лопастей, подгребающих и сбрасывающих пену в желоб. На дне камеры радиально установлены успокоительные лопатки, принимающие на себя поток пульпы из блока импеллера и направляющие его вверх.
Блок импеллера (рис. 113) подвешивается вертикально в центре камеры. Он представляет собой вал в полом корпусе (центральной трубе), на верхнюю часть которого насажен шкив, соединенный с электродвигателем посредством клиноременной передачи, а на нижнюю — импеллер, представляющий собой вогнутый диск с шестью радиальными лопатками и ступицей. В верхней части корпуса имеются специальные наплавы для подвески и крепления блока импеллера в камере, а в середине — ввод воздушной трубы, через которую в камеру засасывается воздух. Нижняя часть корпуса блока представляет собой надымпеллерный стакан со статором, в котором вращается импеллер. Статор состоит из надымпеллерного диска с отверстиями для циркуляции пульпы и лопаток, установленных под углом 60°. Пульпа и воздух, отброшенные лопатками импеллера, попадают на лопатки статора и затем выбрасываются в камеру. Выше статора, в центральной трубе, имеется отверстие с задвижкой для регулирования циркулирующего потока пульпы.
Для предотвращения быстрого износа импеллера статор и внутреннюю часть надымпеллерного стакана гуммируют износостойкой резиной.
Механические машины «Механобр», установленные на многих отечественных флотационных фабриках различной производительности, позволяют получать хорошие технологические показатели независимо от свойств флотируемой пульпы при потоке от 0,16 до 12 м*/мин. Количество засасываемого воздуха в машинах «Механобр» составляет 1 м3/мин на 1 м3 объема камеры.
Основным недостатком машины является потребление энергии не только на перемешивание для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии, но и на засасывание воздуха.
На зарубежных обогатительных фабриках применяется несколько конструкций механических флотационных машин.
Выпускаемая фирмой «Денвер» (США) машина «Денвер Суб-А» (рис. 114) имеет импеллер с шестью радиальными лопатками и статор, состоящий из надымпеллерного диска с радиальными лопатками. Импеллер и статор обычно гуммируют резиной.
В центральной трубе машины имеются отверстия для внутрикамерной циркуляции пульпы, а в кармане — отверстие для крупнозернистого материала.
Машины «Денвер Суб-А» самоаэрирующиеся, т. е. засасывание необходимого для флотации количества воздуха происходит при вращении импеллера. Исключение составляет только самая большая машина этого типа (№ 30) с камерой объемом 2,84 м3, в которой воздух подается в центральную трубу от воздуходувки.
Флотационная машина «Денвер Суб-А» применяется для флотации различных руд. Однокамерные машины используются в цикле измельчения для флотации крупнозернистых материалов. В последнее время для интенсификации основной и контрольной флотации выпускается машина типа «Денвер D-R» (рис. 115), в которой циркуляция пульпы увеличена за счет установки открытого сверху стакана. Это позволило увеличить аэрацию и уменьшить расслоение твердых частиц по глубине камеры.
В настоящее время фирмой «Вемко» выпущены машины «Фагергрин» с модернизированными цельнолитыми из резины или пластмассы ротором и статором (см. рис. 116, в). Зазор между лопатками ротора и статором увеличен, что позволило уменьшить турбулентность потоков пульпы. Например, для машины емкостью 1,73 м3 (№66) он равен 100 мм, а для машины емкостью 8,55 м3 (№ 120) — 180 мм. В результате воздушные пузырьки равномерно распределяются в объеме камеры, и создается спокойное ценообразование. Переход на новый вид статора и ротора позволил снизить окружную скорость ротора на 25% (до 6,25—7,5 м/с), в результате чего уменьшился их износ.
Флотационные машины «Фагергрин» выпускаются с камерами объемом от 0,31 до 14,25 м3. При этом в камерах объемом от 4,28 м3 и выше установлено перфорированное ложное днище, не доходящее до стенок камеры и обеспечивающее циркуляцию пульпы между ложным и основным днищем к всасывающей трубе, откуда пульпа ротором засасывается вверх. Наличие днища предотвращает осаждение материала на дне камеры в процессе работы.
Съем пены в машинах этого типа может быть односторонним или двусторонним и осуществляется самотеком.
Кроме флотационных машин «Денвер» и «Фагергрин» на зарубежных обогатительных фабриках применяется еще несколько видов механических машин, отличающихся конструкцией аэратора. Например, машина американской фирмы «Бут» (рис. 117) имеет верхний импеллер со статором, расположенный в верхнем слое пульпы, и нижний осевой, у самого дна камеры.
Пневмомеханические флотационные машины отличаются от машин механического типа тем, что в них импеллер вращается со скоростью, необходимой только для поддержания частиц минералов во взвешенном состоянии и тонкого диспергирования воздуха, в то время как сам воздух подается в машину от воздуходувки или вентилятора при избыточном давлении 0,1—0,3 кгс/см2. Благодаря этому появляется возможность точно регулировать расход воздуха по всему фронту флотации.
Отечественной конструкцией машин этого типа является флотационная машина типа ФПР (флотационная пневмомеханическая рудная), состоящая ив глубоких квадратных камер (рис. 119) с блоком импеллера (аэратором), включающим импеллер и диспергатор.
Импеллер состоит из конуса, по нижнему срезу которого установлены пальцы — вертикальные стержни прямоугольного сечения, и полого вала, по которому под импеллер подается воздух от воздуходувки низкого давления.
Диспергатор флотационной машины ФПР представляет собой диск с радиальными лопатками. Он предназначен для снижения турбулентности потоков пульпы в камере и диспергирования (дробления) воздуха.
Выпускаются два вида флотационных машин этого типа: ФПР-40 с камерой объемом 3,26 м3 и ФПР-63 с камерой объемом 6,3 м3. Импеллер и диспергатор машин гуммируются с целью увеличения их срока службы.
Для обогащения крупновкрапленных руд, для межцикловой флотации и для других операций при относительно грубом измельчении руды применяется пневмомеханическая машина с кипящим слоем КС (рис. 120).
Машина КС сконструирована на базе камеры машины «Механобр». Вертикально она разделена решеткой с живым сечением 12—18% на два отделения: нижнее, в котором производится засасывание и диспергирование воздуха, и верхнее, в котором создается кипящий слой, происходит минерализация воздушных пузырьков И обеспечивается всплывание их в восходящих ламинарных потоках в пенный слой.
Аэратор машины КС состоит из импеллера — плоского диска с шестью радиальными лопатками на нижней плоскости и статора от машины «Механобр», но перевернутого на 180° и установленного на дне камеры.
Для флотации крупнозернистого материала используются однокамерные машины с загрузкой исходного питания на поверхность пульпы. Пенный продукт удаляется через порог самотеком.
На зарубежных обогатительных фабриках применяется несколько видов пневмо-механических флотационных машин. Одна из них «Аджитейр» американской фирмы «Галигер» представляет собой квадратную камеру прямоточного типа с аэратором (рис. 121), состоящим из плоского импеллера с кольцами (аналогичными импеллеру флотомашины ФПР) и радиального успокоителя. Выпускается восемь номеров машины «Аджитейр» различного объема (от 0,043 м3 до 11,3 м3). При этом в машинах объемом 1,7—2,83 и 7,1—11,3 м3 установлен успокоитель в виде квадратной плиты с центральным отверстием для крепления нижней части вала импеллера и радиальными лопатками (рис. 122). Зазоры между плитой и днищем камеры, а также между плитой и стенками камеры способствуют интенсивной циркуляции пульпы и предотвращают заиливание импеллера при его остановках.
Пенный продукт удаляется самотеком через порог и его выход регулируется специальными накладными планками и количеством подаваемого в камеру воздуха. Машины «Аджитейр» выпускаются с одно- или двусторонним съемом пены. При одностороннем съеме на задней стенке, примерно на середине высоты камеры, устанавливается отбойник пульпы под углом 45°.
Пневмомеханическая флотационная машина «Булиден» или «Салa», выпускаемая шведской фирмой «Сала», представляет собой прямоточную камеру сложной формы с аэратором, состоящим на импеллера и статора (рис. 123). Импеллер имеет форму диска с лопатками на верхней стороне с фигурным вырезом перед каждой лопастью. Такая конструкция импеллера обеспечивает поступление пульпы в полость импеллера снизу. Статор в виде диска с клапановидными лопатками установлен над импеллером и крепится к центральной воздушной трубе. Воздух в камеру подается от воздуходувки. Если в машине съем пены односторонний, то задняя стенка выполнена с отбойником, установленным под углом 45°. Пенный продукт удаляется из камеры пеногоном. Уровень пульпы регулируется шибером.
В последние годы фирма «Булиден» выпускает новую флотационную машину BFR с квадратным сечением камеры и оригинальной конструкцией аэратора (рис. 124), который состоит из импеллерного кольца с соплами и успокоителя.
Импеллер выполнен в виде плоского гуммированного диска с радиальными лопатками. Кольцо изготовляется из эластичной резины толщиной 5—8 мм. Вдоль полукруглой части периферии кольца расположены 3—5 рядов сопел в виде прорезей длиной 2—5 мы. Например, в машине объемом 3,2 м3 на кольце имеется 1000 сопел. В процессе работы машины через каждое сопло проходит 20—25 см3 воздуха в секунду. Полость кольца с полостью воздушных патрубков соединяется при помощи специальных коротких трубок. Воздух при избыточном давлении 0,4 кгс/см2 подается в кольцо через кольцевое пространство и патрубки и продавливается через сопла. В результате образуются воздушные пузырьки, которые подхватываются потоками пульпы, выбрасываемой из импеллера, и поступают в камеру в зону успокоителя. Успокоитель представляет собой плоский диск, уложенный на дно камеры, па котором закреплены гуммированные радиальные лопатки. Дополнительное диспергирование воздуха и уменьшение турбулентности пульпы осуществляется в зоне успокоителя. При прекращении подачи воздуха сопла самопроизвольно закрываются и пульпой не забиваются.
Образующаяся в процессе флотации пена может удаляться на камеры самотеком или пеногоном.
Выпускается 6 видов машины BFR с камерой объемом от 0,6 до 7,9 м3.
Пневматические флотационные машины отличаются от механических и пневмомеханических отсутствием блока перемешивания пульпы и засасыванием воздуха. В машинах этого типа перемешивание пульпы производится подводимым воздухом, а диспергирование его — созданием в камере вихревых потоков пульпы.
Пневматические машины подразделяются на аэролифтные (мелкие и глубокие), эжекторные и колонные.
Мелкие аэролифтные флотационные машины имеют глубину камер до 1 м. Они отличаются простотой конструкции, отсутствием движущихся и вращающихся частей, простотой обслуживания и ремонта. Однако в машинах этого типа наблюдается недостаточное перемешивание пульпы, а коэффициент использования воздуха не превышает 10%. При остановках машины возможно запливание концов воздушных трубок. Кроме того, пневматические машины обладают повышенной чувствительностью к колебаниям плотности пульпы и ситовой характеристики твердой фазы. Изменение этих параметров вызывает изменение сопротивления движения воздуху на выходе из трубок, что влияет на расход воздуха, а следовательно, на интенсивность перемешивания пульпы и ее аэрирование.
Из отечественных машин этой конструкции следует указать машину «Апатит» (рис. 125), представляющую собой ванну прямоугольного сечения с тремя рядами аэраторов на дне. Воздух в аэраторах диспергируется в результате смешения его с водой при проходе в камеру водо-воздушной смеси черев калиброванные отверстия распределительной головки.
К флотационным машинам этого типа относятся американские машины «Келлоу», «Мак-Интош», «Форрестер» и «Саусвестерн». В качестве примера рассмотрена одна ив них.
Флотационная машина «Келлоу» представляет собой ванну с пористым дном для подачи воздуха. В качестве пористой перегородки используют трех-четырехслойную фильтровальную или брезентовую ткани, тонкую (0,2—0,25 мм) перфорированную ревину из чистого каучука с 30 отверстиями диаметром 0,25 мм на 1 см2 поверхности, а также пористый бетон.
Несмотря на простоту конструкции и высокую производительность машины частое заиливание пористого дна является существенным недостатком. Например, на американской фабрике «Хейден» в связи с подачей в процесс извести приходится один paз в неделю очищать пористое днище металлическими щетками.
Глубокие аэролифтные машины отличаются от мелких главным образом высотой камеры, которая в отдельных конструкциях достигает 3,5 м. В результате увеличения глубины ванны повышается производительность машины на единицу занимаемой площади, улучшаются аэрация и интенсивность перемешивания пульпы. Расход воздуха с увеличением глубины ванны снижается, так как в глубоких машинах на подъем 1 м3 пульпы требуется меньшее количество воздуха в результате увеличения разницы гидростатического давления в боковых отсеках и аэролифтной камере. Расход воздуха на 1 м длины машины составляет 5—8 м3/мин. Необходимое избыточное давление воздуха в связи с увеличением глубины камеры возрастает до 0,4 кгс/см2.
Однако в глубоких аэролифтных машинах более легко забиваются воздухоподводящие трубки (в момент отключения подачи воздуха), поэтому на концах их устанавливают специальные резиновые наконечники, выполняющие роль обратных клапанов.
Одной из наиболее современных глубоких аэролифтных машин является машина АФМ-2,5 с двусторонним щелевым подводом воздуха (рис. 126). Машина АФМ-2,5 представляет собой ряд отдельных секций длиной 3 м и шириной 1,5 м. Глубина машины 2 м.
Особенностью этой машины является наличие щелевых аэраторов, состоящих из пустотелых металлических коробок с щелевыми клапанами сбоку, образованных стенкой коробки и резиновой накладкой, и системы направляющих щитов с регулируемыми отверстиями для выпуска воздуха. Эти приспособления обеспечивают хорошее перемешивание и аэрацию пульпы при равномерном регулируемом подводе воздуха по всей длине машины.
Пена удаляется с двух сторон самотеком. Количество пенного продукта регулируется съемными планками, устанавливаемыми на сливном пороге. Расход воздуха составляет 5—7 м3/мин на 1 м длины машины, избыточное давление воздуха — 0,25—0,3 кгс/см*. Коэффициент использования воздуха достигает 25%.
На некоторых фабриках установлена машина АФМ-1,25 с одним щелевым аэратором и односторонним съемом пены, представляющая собой разделенную вдоль машину АФМ-2,5.
Эжекторная флотационная машина представляет собой камеру, в которую подается пульпа, подготовленная к флотации (рис. 127). Процесс подготовки пульпы заключается в подаче ее в насос и далее под давлением 3,5 кгс/см2 в эжектор, представляющий собой конически суженную часть трубы с отводной трубкой для подсоса воздуха из атмосферы. Пройдя через эжектор, пульна превращается в пульпо-воздушную смесь, которая поступает в камеру, где и происходит флотация.
Схема установки эжекторных машин предусматривает последовательную установку трех эжекторов и флотационных камер с возможным возвратом части пульпы обратно в насос.
Колонная флотационная машина представляет собой колонну высотой 7—9 м и диаметром до 1 м (рис. 128). Она включает нижнюю часть, из которой с помощью диффузора и колонну подается диспергированный воздух, центральную часть, имеющую патрубок для подачи исходного питания, и верхнюю часть, на которой смонтированы патрубки для выгрузки пенного продукта и подачи чистой воды. Хвосты удаляются в нижней части колонны.
Промышленные испытания этой машины в России показали перспективность ее применения. Использование колонных машин позволяет получать более чистые концентраты. За рубежом колонные машины применяются в Канаде, Польше и некоторых других странах.