Введение
Для ведения флотационного процесса во флотационной машине должны обеспечиваться: необходимое перемешивание для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии; необходимый для эффективного разделениячастиц расход воздуха, его диспергирование на мелкие пузырьки и равномерное распределениепузырьков по объему камеры; создание на поверхности пульпыспокойной зоны ценообразования; подача питания и раздельная разгрузка пенного и камерного продуктов.
По способу перемешивания и аэрации пульпы большинство применяемых в настоящее время флотационных машин разделяются на: механические, в которых перемешивание пульпы и засасывание воздуха осуществляются импеллером; пневмомеханические, в которых перемешивание пульпы, осуществляется импеллером, а воздух подается от воздуходувки; пневматические, в которых перемешивание и аэрация пульпы осуществляются подачей сжатого воздуха. Возможны комбинации этих способов. Так, в некоторых машинах механического типа осуществляется дополнительная подача воздуха воздуходувкой.
Механические флотационные машины
Флотационная машина машиностроительного Завода им. Котлякова. Прототипом этой машины, как и многих других конструкций механических флотационных машин, является машина "Денвер-Фаренволд".
Аэратор машины завода им. Котлякова (рис. 1), состоящий из лопастного радиального импеллера и надымпеллерного диска, по устройству аналогичен низконапорному центробежному насосу, в котором роль турбинки выполняет импеллер. При вращении импеллера пульпа отбрасывается лопатками к его периферии, в результате чего в центральной зоне импеллера создается небольшое разрежение. Поэтому пульпа поступает на импеллер практически самотеком, ее дебит определяется высотой уровня в загрузочном устройстве и пропускной способностью питающего патрубка. Из-за того, что производительность импеллера по пульпе значительно больше поступающего на него потока пульпы, разрежение полностью не компенсируется и в полость импеллера через центральную трубу засасывается воздух. Воздух увлекается пульпой и концентрируется в областях пониженного давления за лопатками вращающегося импеллера, образуя воздушные полости. В хвостовой части полостей на границе с жидкостью возникают вихри, отрывающие от полостей пузырьки воздуха, которые вместе с пульпой выбрасываются в камеру.
Рис.1 Флотационная машина завода им. Кирова. 1 – импеллер; 2 – надымпеллерный диск; 3 – питающая труба; 4 – карман; 5 – центральная труба; 6 – шибер для регулирования уровня пульпы; 7 – циркуляционные отверстия; 8 – пеногон; 9 – радиальные успокоительные ребра; 10 – труба для промпродукта; 11 – корпус камеры
Четыре радиальных ребра в камере машины устраняют завихрения пульпы и способствуют образованию спокойного пенного зеркала. Съем пены односторонний и осуществляется пеногоном с жестко закрепленными лопатками.
Флотационная машина машиностроительного завода им. Котлякова при работе на грубоизмельченных пульпах не забивается песками, так как питание поступает на импеллер сверху. Надымпеллерный диск предохраняет импеллер от заиливания при остановках машины и ее можно пускать в работу, не выпуская пульпу из камер.
Машина состоит из всасывающих камер. Каждая такая камера имеет питающий патрубок и разгрузочный карман, снабженный шибером для регулирования уровня пульпы в камере. Промежуточные продукты, возвращаемые в процесс, могут подаваться в любую камеру через специально устанавливаемый для этой цели патрубок.
Флотационная машина "Механобр" состоит из камер квадратного сечения со шпицкастеном. Импеллер машины "Механобр" представляет собой вогнутый диск с шестью радиальными лопатками. Статор состоит, из диска с отверстиями и лопаток, установленных под углом 60° к радиусу по направлению вектора абсолютной скорости выхода пульпы с импеллера. Центральная труба в нижней части заканчивается расширением, называемым надымпеллерным стаканом. Надымпеллерный стакан имеет регулируемое отверстие. Это отверстие, так же как и отверстия в статоре, предназначено для подачи на импеллер циркуляционного потока пульпы.
Наличие статора с косо поставленными лопатками и подача на импеллер циркуляционного потока пульпы являются отличительными особенностями машины "Механобр" по сравнению с машиной завода им. Котлякова. Эти особенности позволяют увеличить расход засасываемого воздуха в 1,5—2 раза при том же расходе энергии на камеру.
Расход воздуха существенно зависит от потока пульпы, подаваемой на импеллер. Для каждого номера машины существуют оптимальные потоки пульпы, обеспечивающие максимальный расход засасьшаемого воздуха. Эти потоки пульпы для машин ФМ 1,2, ФМ 3,2 и ФМ 6,3 составляют соответственно 2-3, 5—7, 7-12 м3/мин. Статор и подача на импеллер оптимального потока пульпы обеспечивают поступление в машины "Механобр" всех размеров, включая машину ФМ 6,3 глубиной 1200 мм, 1 м3/мин воздуха на 1 м3 вместимости камеры без использования воздуходувки. При этом радиальный зазор между импеллером и лопатками статора должен составлять 5—8 мм, а осевой зазор между лопатками импеллера и статором - 6-10 мм. Увеличение радиального и осевого зазоров приводит к снижению расхода засасываемого воздуха.
Импеллер и статор гуммируются износостойкой резиной. Приводной механизм и импеллер со статором собраны в единый блок, что позволяет быстро заменять изношенные импеллер и статор.
Для создания спокойнойзоны ценообразования в последней конструкции машин "Механобр" предусмотренаустановка успокоителя, состоящего из радиальных Г-образных пластин, расположенных вокруг статора и крепящихся ко дну камеры. Для направления пены к сливному порогу задняя стенка камеры в верхней части выполнена в виде плавной кривой. Съем пены в машине осуществляется пеногоном.
Таблица 1. Технические характеристики флотационных машин “Механобр”
| Параметры | ФМ 0,2 | ФМ 0,4 | ФМ 1,2 | ФМ 3,2 | ФМ 6,3 |
| Размеры камеры, мм Вместимость камеры, м3 Диаметр импеллера, мм Частота вращения импеллера, мин-1 Окружная скорость импеллера, м/с Производительность по потоку пульпы, м3/мин Установочная мощность электродвигателя на одну камеру, кВт Мощность, потребляемая электродвигателем одной камеры для руды плотностью 2700 кг/м3 в пульпе с содержанием твердого 30 %, кВт Расход засасываемого воздуха на камеру, м3/мин Площадь пола, занимаемая одной камерой машины (без карманов и пенных желобов) | 500х500х х500 0,14 7,3 До 0,25 1,1 0,2 0,58 | 700х700х х700 0,38 7,2 До 0,6 2,2 0,4 0,85 | 1100х1100х х110 1,35 7,8 1,5-2,5 5,5 4,5 2,1 | 1750х1750х х1750 3,2 280(320) 8,8 (10,1) 3,5-6,0 11(13) 3,2 | 2200х2200х х2200 6,3 240(275) 9,4(10,8) 7-12 22(30) 6,5 |
Машина "Механобр" собирается из двухкамерных секций и может состоять из одних всасывающих камер или звеньев, включающих всасывающую и одну или несколько прямоточных камер. Пульпа поступает самотеком из приемного кармана машины (или из промежуточного кармана) через питающий патрубок на импеллер всасывающей камеры и проходит по машине через отверстия в межкамерных перегородках.
Разгрузка пульпы из последней прямоточной камеры «звена осуществляется через карман, снабженный шибером для регулирования уровня пульпы в звене и песковой заслонкой для регулирования ширины отверстия, через которое загружается крупнозернистый материал. Шибер приводится в движение от электродвигателя. Промежуточные продукты могут поступать в любую камеру самотеком через специально устанавливаемый для этой цели патрубок.
Технические характеристики флотационных машин "Механобр" приведены в табл. 1. Для каждого номера машины целесообразно выбирать максимальные потоки питания, указанные в табл. 1, для снижения вредного влияния продольного перемешивания. Подача на импеллер таких потоков пульпы обеспечивает также максимальный расход засасываемого воздуха.
Таким образом, при работе на максимальных потоках пульпы в машинах "Механобр" достигается наиболее высокая скорость флотации. При подаче в машину максимальных потоков пульпы во всасывающих камерах отверстия в статоре и надымпеллерном стакане должны быть закрыты. При меньших потоках питания отверстия в диске статора должны быть открыты, чтобы общий поток, поступающий на импеллер, был постоянен. В прямоточных камерах эти потоки на импеллер обеспечиваются открытием отверстий в диске статора и надымпеллерном стакане и не зависят от подачи питания в машину.
Флотационная машина "Механобр" — первая в мире механическая машина с камерами большой вместимости (6,3 мэ) и одним импеллером в камере.
Флотационные машины "Механобр" установлены на фабриках разной производительности, перерабатывающих различные руды.
Флотационная машина "Денвер Суб-А", выпускаемая фирмой "Денвер" (США), создана на основе машины "Денвер — Фа-ренволд". Вместо надымпеллерного диска в машине "Денвер Суб—А" установлен статор — диск с радиальными лопатками. Статор увеличивает аэрацию и улучшает распределение воздуха в камере. Эти выемки служат для направления выбрасываемой импеллером пульповоздушной смеси к центральной трубе и обеспечивают более равномерное распределение воздуха в камере.
Импеллер представляет собой диск с шестью лопатками, выступающими за края диска. Импеллер и статор гуммированы износостойкой резиной. В тех случаях, когда в качестве реагентов применяются масла, керосин или жирные кислоты, импеллер и статор гуммируются неопреном.
Воздух во флотационные машины "Денвер Суб-А" засасывается из атмосферы и подается от воздуходувки. Расход поступающего воздуха в машины всех размеров составляет 1,25 м3/мин на 1 м3 вместимости камеры. Машина "Денвер Суб-А" состоит из всасывающих камер и выпускается с одно- или двусторонним съемом пены. Пена удаляется пеногоном. Технические характеристики машин "Денвер Суб-А" приведены в табл. Ш.8. В настоящее время флотационные машины этого типа в основном применяются в перечистных операциях и при разделении коллективных концентратов, так как обеспечивают возврат пром-продуктов без применения насосов.
Таблица 2. Технические характеристики флотационных машин “Денвер Суб- А”
| № машины | Размеры камеры, мм | Вместимость камеры, м3 | Диаметр импеллера, мм | Окружная скорость импеллера, м/с | Установочная мощность электродвигателя на одну камеру, кВт |
| 483х406х406 711х610х762 914х813х864 1220х1092х1016 1575х1422х1220 1981х1829х1626 2235х2235х1829 2845х2692х1981 | 0,08 0,34 0,68 1,42 2,38 5,09 8,49 14,16 | - - - | 9,15 9,15 9,15 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 | 1,1 2,2 3,7 5,5 7,4 14,7 22,1 29,4 |
Флотационная машина "Вемко", выпускаемая фирмой "Вемко" (США), состоит из квадратных или прямоугольных камер, имеющих в нижней части по ширине трапецеидальное сечение (рис. 2)
Разработанный фирмой в 1967-68 гг. аэратор, состоящий из цельнолитых ротора и статора, получил название "1 + 1" (см. рис.2,б)
Звездообразный ротор имеет 6—10 радиальных лопаток, заканчивающихся трапецеидальным утолщением. Статор выполнен в виде цилиндра с овальными отверстиями, между которыми с внутренней стороны расположены полуцилиндрические ребра. Ротор и статор целиком изготовлены из резины. Между ротором и статором имеется большой зазор, который для машин № 120 (вместимость камеры 8,49 м3), например, составляет 180 мм.
При вращении ротора из атмосферы через центральную трубу засасывается воздух, а снизу — пульпа. Воздух и пульпа смешиваются в полости ротора, и пульповоздушная смесь выбрасывается через отверстия статора в камеру в радиальном (а не тангенциальном) направлении, так как благодаря большому зазору турбулентные потоки в значительной степени гасятся в пространстве между ротором и статором. Радиальный выброс аэрированной пульпы способствует более равномерному распределению воздушных пузырьков по объему камеры.
Рис. 2. Флотационная машина "Вемко": а — поперечный разрез; б — ротор и статор конструкции. 1 + 1: 1- ротор; 2 - камера; 3 - статор; 4 - центральная труба; 5 -труба для засасывания воздуха; 6 - конический перфорированный колпак; 7 - циркуляционная труба; 8 - перфорированное ложное днище; С — зазор между ротором и статором; d — глубина погружения ротора
Для создания на поверхности пульпы спокойной зоны пенообразования на центральной трубе установлен конический перфорированный колпак.
В камерах вместимостью 2,83 м3 и более для усиления циркуляции пульпы установлено ложное дно, не доходящее до стенок камеры, с циркуляционной трубой. Пульпа, выброшенная ротором к стенкам камеры, проходит между настоящим и ложным дном и через циркуляционную трубу засасывается ротором вверх. Такая циркуляция препятствует осаждению материала на дне камеры, что позволяет увеличить глубину камеры с 686 (№ 66) до 2667 мм (№ 190). При этом расстояние от поверхности пульпы до верхней кромки ротора в камерах большей глубины по сравнению с мелкими камерами изменяется незначительно.
Так, для камеры вместимостью 28,32 м3 (№164) глубина погружения ротора составляет в стандартных условиях всего 250 мм. Малая глубина погружения ротора обеспечивает засасывание в машину значительных объемов воздуха. Фирма указывает, что максимальный расход воздуха составляет для машин всех размеров 1 м3/мин на 1 м3 вместимости камеры. Номинальный расход воздуха для больших номеров машин приблизительно равен 0,5 (№ 120), 0,5 (№ 144) и 0,4 м3/мин на 1 м3 вместимости камеры (№№ 164, 190), что соответственно составляет 0,8—1 м3 /мин на 1 м2 сечения камеры.
Съем пены в машинах "Вемко" обычно двусторонний и осуществляется самотеком, однако при необходимости для удаления пены используется пеногон. Машина состоит из отдельных прямоточных звеньев, устанавливаемых каскадно.
Наибольшее число камер в звене равно шести для машин до № 120 включительно, пяти — для машин № 144 и четырем — для машин №№ 164, 190. Звенья машины соединяют посредством промежуточных карманов. В конце машины устанавливается разгрузочный карман. Регулирование уровня пульпы в промежуточных и разгрузочных карманах может быть ручным и автоматическим. Пульпа поступает в машину самотеком через приемный карман, перетекает из камеры в камеру через отверстия в межкамерных перегородках и промежуточных карманах и выпускается через разгрузочный карман. Реагенты и промпродукты могут подаваться в приемный и промежуточные карманы. Промпродукты подаются насосами.
Технические характеристики машин "Вемко" приведены в табл. 3.
В последние годы фирма "Вемко" разработала конструкцию машины, в которой вместо воздуха используется азот. Машина получила название "Инертный газ". Необходимость разработки была вызвана применением на ряде фабрик при разделении медно-молибденового концентрата азота вместо воздуха с целью снижения расхода подавителя сульфидов меди — гидросульфида натрия.
В основе конструкции машины "Инертный газ" лежит стандартная машина "Вемко". Она состоит из ряда камер, собранных в единую установку. Камеры и желоба герметизированы, над ними имеется замкнутое пространство. В начальный момент в машину из атмосферы засасывается воздух. В пульпе кислород, содержащийся в воздухе, расходуется на окисление гидросульфида натрия, а оставшийся почти чистый азот используется в качестве флотационного газа. Частично азот выделяется из пульпы при разрушении пены и собирается в замкнутом пространстве над машиной, частично уходит с пенным и камерным продуктами.
Для извлечения азота из камерного продукта последняя камера машины превращена в камеру дегазации. В ней вместо блока "Вемко" смонтирован корабельный винт. Частота вращения винта обеспечивает только взвешивание частиц и позволяет пузырькам азота выделиться из пульпы и собраться в замкнутом пространстве над машиной. Для извлечения азота из пенного продукта последний поступает в буферный чан, а оттуда в дегазатор.
В дегазаторе под действием центробежной силы и вакуума из пенного продукта выделяется азот, направляемый в замкнутое пространство под машиной, а обезгаженный концентрат через буферный чан идет на дальнейшие операции. Собранный в замкнутом пространстве азот вновь засасывается в пульпу и таким образом многократно используется для флотации.
Машина "Инертный газ" производит азот из воздуха, ей не требуются специальные источники азота. Применение машины № 66 на фабрике Твин—Бьютте в основной молибденовой флотации позволило уменьшить расход подавителя на 68 %.
Флотационные машины "Вемко" применяются при обогащении медных, медно-молибденовых, свинцово-цинковых, полиметаллических, железных, фосфатных и других руд на обогатительных фабриках многих стран. Машины больших размеров установлены на ряде зарубежных предприятий, реконструированных и построенных в последние годы: "Чайно", "Пима", "Магна" и "Артур" (США), "Квеста" (Канада), "Эль-Тениенте" и "Чукикамата" (Чили), "Кобриза" (Перу) и др.
Таблица 3. Технические характеристики флотационных машин “Вемко”
| № машины | Размеры камеры, мм | Вместимость камеры, м3 | Диаметр ротора, мм | Окружная скорость ротора, м/с | Установочная мощность электродвигателя на одну камеру, кВт |
| 66Д | 305х457х254 457х711х305 914х914х406 1118х1118х508 1422х1422х610 1676х1676х686 1524х1676х1194 1600х2134х1346 2286х3048х1346 2743х3658х1600 3023х4166х2362 3556х4826х2667 | 0,03 0,09 0,31 0,59 1,13 1,7 2,83 4,25 8,49 14,16 28,32 42,48 | 4,6 5,1 5,3 5,6 6,2 6,4 5,7 6,6 6,4 6,6 7,4 7,7 | 0,4 0,7-1,1 2,2 3,7 5,5 7,4 11,0 11,0 18,4-22,1 22,1-29,4 44,2-55,2 73,6-92,0 |