Привести схему и описать принцип работы флотационной машины для обогащения угля

Флотационные машины машин делят на три группы: механические, пневмомеханические и пневматические.

При флотации углей применяют в основном механические машины. На фабриках работают машины 8 типов в основном с камерами вместимостью 6 и 12 м³, иногда 20 и 25 м³.

Механические импеллерные машины могут быть разделены по конструкции на лопастные и пальцевые, причем среди первых различают группу машины с узко- и широколопастным импеллером. Особенность пальцевых импеллеров — выполнение лопасти из последовательно расположенных пальцев, перпен­дикулярных к горизонтальному диску импеллера. Пальцы при вращении могут выполнять роль гидравлической лопатки (при радиальной расстановке паль­цев) или узких лопаток, закрепленных в дорожку по периметру. Лопастные импеллеры группы широколопастных характеризуются равенством длины и ширины лопасти, в то время как узколопастные имеют лопатки, длина которых в 3-4 раза больше ширины лопасти.

Лопастные импеллеры отличаются большим разнообразием конструктив­ных решений. Разнообразие формы лопатки связано с желанием конструк­торов добиться высокой подачи импеллера по пульпе и воздуху, а также хорошей диспергации воздуха, поскольку эти параметры во многом опреде­ляют эффективность работы машины. Таким требованиям, как показывает практика, в большой степени отвечают импеллеры широколопастного типа, которые позволяют улучшить аэрационные и гидродинамические характерис­тики машин, ускорить флотационный процесс и повысить его эффективность. Вместе с тем, развитая рабочая поверхность лопатки позволяет достичь высо­ких аэрационно-гидравлических характеристик при снижении частоты враще­ния импеллера. Эксплуатация тихоходных импеллеров значительно увеличива­ет их износостойкость, снижает энергозатраты и повышает общую надежность работы машин. Особенность широколопастных тихоходных импеллеров - возможность работы как в режиме механической машины, так и пневмомеха­нической. Так обогащения угольных и антрацитовых шламов в мировой практике используют оба типа машин, но наибольшее распространение полу­чили механические.

Узколопастные импеллеры для эффективного перемешивания пульпы и диспергации воздуха должна иметь частоту вращения в 1,5-2 раза больше. При этом ускоряется абразивный износ импеллера и резко возрастает по­требление электроэнергии. У лопастных импеллеров потоки пульпы направ­лены от оси вращения к периферии, но потоки воздуха в зависимости от кон­струкции лопатки направлены либо от ступицы, либо попадают в пульпу с кромки лопатки. Увеличение ширины лопатки (высота импеллера) способству­ет расширению зоны взаимодействия пульпы с воздухом и улучшению процесса образования и диспергирования пузырьков.

Всасывание пульпы импеллером может осуществляться только нижними кромками лопаток со дна камеры либо нижними кромками со дна и верхними через отверстия в статоре или через специальную трубу из верхней области камеры. Всасывание пульпы только со дна камеры чаще осуществляется в механических и пневмомеханических флотомашинах с подачей воздуха через вал. Поток пульпы через верхнюю часть импеллера обычно используется для увеличения подачи воздуха за счет эжектирующего эффекта. Способ перекачивания пульпы импеллером существенно влияет на гидродинамическую обстановку в камере и особенности аэрации.

Гидродинамический режим в камере во многом определяется штабом зоны интенсивной циркуляции пульпы. По этому признаку можно выделить машины обогащения с придонной циркуляцией и циркуляцией во всем объеме камеры. Организация внутрикамерных потоков влияет на конструктивные особенности камеры. К ним относятся конструкции диспергатора, успокоителей (предохраняющих пенный слой от разрушения), форму камеры, наличие специальных отбойни­ков и размер окон в межкамерных перегородках.

Диспергаторы в основном двух типов - цилиндрические и пластинчатые. Цилиндрический диспергатор устанавливается вокруг импеллера и имеет сис­тему отверстий по образующей цилиндра. На внутренней поверхности цилин­дра имеются выступы, уменьшающие закручивание пульпы вокруг импеллера. Пластинчатый диспергатор представляет собой систему вертикально расположенных пластин вокруг импеллера, направленных радиально. Диспергатор любой конструкции располагается так, чтобы не затруднять всасывание пульпы со дна камеры и равномерно распределять аэрированную пульпу по всему объему камеры.

Успокоителями оснащены не все флотационные машины. В машинах с глу­бокой камерой и придонным расположением импеллера успокоители обыч­но не ставят, поскольку турбулентные потоки, создаваемые импелле­ром, значительно ослабевают, достигнув пенного слоя. Успокоители необхо­димы в мелкой камере и при расположении импеллера вблизи пенного слоя. Так, в машине типа "Вемко" успокоитель установлен над статором. Его особенность состоит в том, что под действием потоков, создаваемых импеллером, он поднимается и защищает только пенный слой в средней области камеры.

Форма камеры играет большую роль в организации циркуляционных по­токов и перемешивании твердых частиц. Камерам современных флотационных машин придается форма, наиболее оптимальная с гидродинамической точки зрения. Для этого боковые стенки изготовляют скошенными книзу, что исключает накапливание твердых частиц в углах и облегчает перемещение частиц у дна от стенок к импеллеру.

Большое влияние на гидродинамические характеристики оказывает размер окон в межкамерных перегородках. В зависимости от размеров окон, камеры можно классифицировать на изолированные (полностью или частично) и прямоточные. Полностью изолированные камеры отделены друг от друга небольшим окном или промежуточным карманом, где установлен регулятор уровня пульпы. Частично изолированные камеры представляют собой изо­лированную секцию из двух камер, между которыми установлена перегородка с большим окном. Камеры прямоточных машин связаны между собой окнами, через них свободно циркулируют потоки пульпы в прямом и обратном направлениях. Однако степень изолированности камер друг от друга и, связанная с этим интенсивность продольного перемешивания пульпы между камерами, зависят не только от размера окон, но и от конструктивных особенностей аэрационного блока, а также от потока пульпы в машину.

В зависимости от характеристик питания флотации и технологической операции, в которой установлена машина, необходимо проводить регулировку машины для достижения оптимальных показателей разделения. Такая на­стройка может осуществляться изменением расхода воздуха, подаваемого в камеру, толщины пенного слоя, уровня пульпы, подачи импеллера, площади окна в межкамерной перегородке и т.д. Технологические возможности маши­ны определяются тем, насколько глубоко могут осуществляться такие регу­лировки.

Распространенный типоразмерный ряд флотационных машин составляют МФУ - машины флотационные угольные (рис. 5, табл. 5).

Рис. 5 Флотационная машина МФУ2-6.3

1 - камера; 2 - двойной пеногон; 3 - вал с кожухом; 4 - центральный импеллер; 5 - статор; 6 - осевой импеллер

Таблица 5

Технические характеристики флотационной машины МФУ

Параметр	МФУ-6	МФУ-12	МФУ-25
Вместимость камеры, м3
Импеллер:
- диаметр, м	0,4	0,4	0,7
- частота вращения, мин-1
- периферическая корость, м/с	12,6	12,6	10,3
- удельныйрасход мощности, кВт/м3	2,79	2,37	1,76
Габариты камеры, мм:
- длина	2,20	5,0	2,95
- ширина	3,15	3,36	4,0
- глубина	1,3	1,55	2,15

Машины предназначенные для обогащения угольных шламов крупностью менее 0,5 мм. Они монтируются из двух трехкамерных секций с перепадом по уровню 300 мм. В центре камеры установлены по одному блок-аэратору. Первоначально машины выпускали с двойным импеллером на валу блок-аэратора - осевым для создания контура придонной циркуляции и центробежным для обеспечения эффективной аэрации.

Статор пальцевого типа выполнен в виде диска, оснащенного направленными вниз особым образом расположенными пальцами. Диск статора крепится к обсадной трубе. Импеллерно-статорное устройство расположено в при­донной части камеры. Пульпа засасывается импеллером со дна камеры и из верхней надымпеллернои части через кольцевое отверстие в опорном диске статора.

Воздух для аэрации поступает через патрубок обсадной трубы непосредственно к лопаткам импеллера. Пульповоздушная смесь выбрасывается импел­лером на пальцы статора, диспергируется и распределяется по объему камеры.

Производительность флотационных машин МФУ-6, МФУ-12, МФУ-25 по потоку в большинстве случаев составляет, м³/ч: МФУ-6 – 250-300; МФУ-12 около 400-550 и МФУ-25 (ЦОФ "Сибирь") 700-750 м³/ч.

Укрнииуглеобогащением и СКО Гипромашобогащения осуществлена модернизация машин МФУ. Усовершенствованные машины МФУ-6А и МФУ-12А снабжены новым импеллером, который представляет собой три конусообразных диска, между ними расположены шесть вертикальных лопаток (рис. 5). Благодаря такой конструкции потоки пульпы от импеллера направляются не параллельно дну камеры, а в сторону днища по диагонали. Статор состоит из 12 радикально расположенных вертикальных пластин, закрепленных по образующей обсадной трубы. Такое решение импеллерно-статорного блока позволяет устанавливать его на более высоком уровне по отношению к днищу без снижения аэрационных характеристик машины, что особенно важно для машин большой единичной производительности. Машины такого типа имеют более благоприятные энергетические характеристики.

Машины МФУ оснащаются автоматической системой стабилизации уровня пульпы. Важным моментом является весьма высокий уровень унификации машин этого типоразмерного ряда.

Флотационные машины типоразмерного ряда ФМ разработаны ИОТТ и выпускаются Красноярским заводом "Спецтехномаш". Разработаны три типоразмера ФМ-8, ФМ-16 и ФМ-25. Машины снабжены тихоходным широколопаст­ным импеллером (табл. 6).

Таблица 6

Технические характеристики флотационных машин ФМ

Параметр	ФМ-8	ФМ-16	ФМ-25
Вместимость камеры, м3
Число камер
Пропускная способность по потоку, м3/ч
Мощность электродвигателя привода, аэратора, кВт
Частота вращения импеллера. с-1
Габариты, м:
- длина	15,50	19,70
- ширина	3,20	3,68	4,28
- высота	3,13	3,80	4,40
Масса, т		29,95

Флотационная машина ФМ широколопастного типа имеет статор цилиндрической формы. Импеллер крепится консольно на конус вала специальной гайкой. Он имеет симметричную форму в виде шестерни, лопасти которой выполнены литыми или съемными. Возможность вращения импеллера в любую сторону позволяет за счет запрограммированного реверса увеличить срок его работы. Съемные лопасти делают возможной их периодическую замену.

Импеллер устанавливают в средней части камеры так, что нижняя его часть входит в телескопический подвижный патрубок, закрепленный в центре ложного днища, а верхняя часть охватывает обсадной трубой, образующей камеру воздухозабора. Имеются варианты составного импеллера, когда между верхней и нижней составляющей шестерню ротора существует зазор. Такая конструкция ротора позволяет создавать в камере два контура циркуляции, из которых нижний обладает повышенной перекачивающей способностью. На образующей обсадной трубы крепят статор и регулировочное кольцо, выполненные и металлического листа, перфорированного отверстиями.

Регулировочное кольцо и подвижной патрубок могут изменять свое положение, за счет чего осуществляется внутрикамерное управление технологией процесса флотации.

Ложное днище в нижней части камеры позволяет увеличить нижний контур циркуляции, достичь наиболее полного перемешивания по всему флотацион­ному объему. Камера машины прямоугольной формы со слегка скошен­ной нижней частью (по ширине). Камеры соединяются между собой почти пря- моточно, по три в секцию, в конце которой имеется устройство для поддержания заданного уровня заполнения машины пульпой. Секции располагаются относительно друг друга уступом, что обеспечивает переток пульпы и камер­ность машины.

Работа машины осуществляется следующим образом. Вращающийся импел­лер образует в обсадной трубе параболоид вращения пульпы, через поверхность которого осуществляется аэрация. Пульповоздушная смесь выбрасыва­ется радиально, где при прохождении ее через статор, а также в результате подмешивания камерного продукта происходит перемешивание воздуха и диспергирование его в более мелкие пузырьки. В придонной части образуется второй контур циркуляции пульпы, поступающей из-под ложного днища и отдаленных частей камеры флотации. Сфлотированные частицы угля всплы­вают в верхнюю часть камеры, откуда образующаяся пена удаляется двухло­пастными пеносъемниками.

Высокие эксплуатационные показатели обеспечиваются малой окружной скоростью вращения импеллера, в результате чего к конструкционным материалам машины не предъявляется особых требований.

Флотационная машина лучше работает на тонких пульпах. Содержание классов крупностью более 0,5 мм в питании флотации должно быть не более 5 %, содержание твердого в пульпе около 10%.

ИОТТ совместно с СКБ и механическими мастерскими ПО "Кузбассуглеобогащение" осуществили разработку и внедрение аэрационных блоков конструкции ФМ на флотационных машинах МФУ-6 и МФУ-12, что позволило наряду с улучшением технологических характеристик флотации на 30-40 % увеличить производительность машин, снизить затраты на их ремонт и эксплуатацию.

Модернизация флотационных машин ряда МФУ импеллерно-статорными устройствами машины ФМ получила широкое распространение на фабриках.

Задание 7