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:

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, пневмонические, пневмомеханические, пневмогидравлические с самоаэрацией, электрофлотационные, комбинированные. Наибольшее распространение получили механические, пневмомеханические и пневматические флотационные машины.

Флотационные испытания проводят в лабораторных флотационных машинах. 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.

Контрольные вопросы:

1.
Какие машины, применяемые при флотации в лабораторных условиях, вы знаете?

2.
Опишите кратко принцип проведения флотации в лабораторных условиях.

3.
Как вычисляется объем флотационных камер и количество камер во флотомашине, при проектировании данных аппаратов для процессов обогащения полезных ископаемых?

4.
Для чего применяют флотационные машины, что они непременно должны обеспечивать?

5.
Какие типы машин Вы знаете?

6.
Краткое описание флотационных машин.

7.
Какие выводы можно сделать из данной лекции?

омашнее задание: