Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние теории и практики разделения минерального сырья в пневматической флотационной технике 14
1.1. Гидродинамика элементарного акта флотации 15
1.2. Роль газовой фазы в процессе флотации минералов 20
1.3. Аэраторы пневматических флотационных машин 32
1.4. Конструкции современных пневматических флотационных машин и практика их применения 37
Цели и задачи исследований 44
ГЛАВА 2. Исследование физико-химических и аэрогидродинамических характеристик активированных водных дисперсий воздуха 46
2.1. Физико-химические аспекты процесса разделения полезных компонентов в АВДВ 46
2.2. Аэрогидродинамические особенности процесса образования и устойчивого течения активированных водных дисперсий воздуха 59
2.3. Исследования в области математического моделирования процесса образования АВДВ 72
Выводы 79
ГЛАВА 3. Аэропдаодинамические основы конструирования флотационной техники для разделения руд в АВДВ 82
3.1. Исследования различных способов диспергирования воздуха 82
3.2. Оценка способов диспергирования и режимов течения активированных водо-воздушных смесей 94
3.3. Разработка принципов приготовления и дозирования АВДВ Расчет конструктивных параметров узла аэрации 110
Выводы 118
ГЛАВА 4. Создание флотационной техники для раз деления руд в АВДВ 120
4.1. Пневматическая флотационная машина ФК-9 120
4.2. Конструкция и принцип действия флотационной приставки ФК-93 127
4.3. Пневматическая флотационная машина ФК-50 130
4.4. Конструкции устройств для приготовления и дозирования реагентов в виде АВДВ 134
Выводы 143
ГЛАВА 5. Технологические исследования по флотации неметаллических и сульфидных руд 144
5.1. Обогащение бедной апатитовой руды 144
5.2. Переработка отходов апатитовой флотации хибинской руды 146
5.3. Переработка хвостов апатитовой флотации ковдорской руды 148
5.4. Флотация медно-никелевой руды 149
5.5. Исследование флотируемости апатитсодержащих руд с применением устройств для приготовления и дозирования реагентов в виде АВДВ 152
Выводы 168
ГЛАВА 6. Промышленные испытания и перспективы использования авдв для флотационного обогащения минерального сырья 169
6.1. Испытания флотационной машины ФК-9 на медно-никелевых рудах 169
6.2. Разработка технологии переработки отходов апатитовой флотации Ковдорского ГОКа с использованием аппарата для разделения руд в АВДВ 173
6.3. Испытания флотомашины ФК-50 на хвостах апатитовой флотации ковдорской руды 181
6.4. Основные результаты применения АВДВ для интенсификации флотации медно-никелевых руд Ждановского месторождения 186
6.5. Применение АВДВ для очистки сточных вод 192
6.6. Область применения техники для разделения минералов в АВДВ... 194
Выводы 195
Основные выводы 198
Заключение 201
Список использованной литературы
- Аэраторы пневматических флотационных машин
- Аэрогидродинамические особенности процесса образования и устойчивого течения активированных водных дисперсий воздуха
- Разработка принципов приготовления и дозирования АВДВ Расчет конструктивных параметров узла аэрации
- Пневматическая флотационная машина ФК-50
Введение к работе
Актуальность. Необходимость обеспечить высокие технико-экономические показатели в условиях постоянного снижения качества минерального сырья и резкого удорожания энергоносителей ставит перед обогатителями задачи дальнейшего развития и совершенствования процессов обогащения и создания новой эффективной обогатительной техники. Из обогатительных процессов флотация один из основных процессов переработки минерального сырья, который находит все более широкое применение и в других отраслях промышленности.
Перспективным направлением интенсификации флотационного разделения минеральных суспензий является разработка и создание новых процессов, технологий и конструкций флотационных аппаратов, в которых обеспечиваются благоприятные условия для эффективного извлечения ценных компонентов пузырьками воздуха, предварительно обработанными реагентами.
Цель работы заключается в развитии теории закрепления поверхностно-активных веществ (ПАВ) на поверхности пузырьков и установление закономерностей диспергирования воздуха для интенсификации процесса флотационного разделения руд в потоках активированной газожидкостной смеси, обеспечивающей повышение эффективности извлечения минеральных частиц широкого диапазона крупности и создании для этой цели новых флотационных машин и устройств.
Идея работы состоит в использовании аэрогидродинамических характеристик течения и устойчивости активированной водной дисперсии воздуха (АВДВ) и закономерностей формирования ее физико-химических свойств, для интенсификации флотации ценных минеральных частиц и создания на этой основе пневматической флотационной техники.
Методики исследования. Работа выполнена с применением комплекса
экспериментальных и аналитических исследований и включала: методику по
изучению флотируемое руд в АВДВ, математическое моделирование с
использованием статистических методов, методы определения течения
газожидкостных систем (гранулометрический состав, газосодержание, скорость
подъема пузырьков), измерение сорбции реагентов на минералах методом
радиоактивных индикаторов, определение удельной поверхности порошков
минералов методом тепловой десорбции аргона, гранулометрический,
минералогический и химический анализы продуктов обогащения,
лабораторные, полупромышленные и опытно-промышленные испытания
образцов флотационной техники, J 'Joc. национальная {
I БИБЛИОТЕКА ,{
Научная новизна. Разность концентраций поверхностно-активных веществ на взаимодействующих фазах для системы активированный пузырек -гидратированная минеральная частица, которая достигается путем предварительной адсорбции ПАВ на газовых пузырьках, способствует образованию флотационных комплексов.
Показано, что разрушение гидратных оболочек происходит как за счет инерционных сил, так и сил электрического происхождения, которые ' неизбежно возникают в случае применения в процессе реагентов гетерополярного типа.
По результатам изучения условий образования и аэрогидродинамических характеристик АВДВ в зависимости от общего газосодержания, концентрации флотационных реагентов в исходном растворе, их расходов и других факторов предложен способ приготовления активированных дисперсий, обеспечивающий их устойчивое течение в заданном пузырьковом режиме.
Установлена закономерность изменения гранулометрического состава газовой фазы в зависимости от концентрации ПАВ, расхода жидкой и газовой фаз, что позволило сформулировать основные предложения по управлению физико-химическими и механическими свойствами формируемой АВДВ.
Разработана математическая модель процесса образования АВДВ, позволяющая на стадии приготовления газожидкостной смеси выбирать оптимальные параметры составляющих компонентов для обеспечения максимальной флотационной активности формируемой газожидкостной смеси.
Предложена методика расчета основных конструктивно-технологических параметров узла приготовления АВДВ, в основу которой положены установленные зависимости изменения параметра Ф (удельный расход газа на единицу расхода ПАВ) от критериев Фруда и Рейнольдса.
Изложенные выше положения послужили теоретической предпосылкой создания флотационной техники, позволяющей осуществлять разделение в потоках активированных пузырьков без механического перемешивания пульпы.
Практическая значимость. Созданы опытно-промышленные образцы
пневматических флотационных машин ФК-9 и ФК-50 производительностью 60 '
и 200 т/час соответственно, а также устройства для дозирования АВДВ,
приготовленных с применением поверхностно-активных веществ
гетерополярного строения. '
Разработана и испытана в промышленных условиях технология обогащения хвостов магнитной сепарации обогатительной фабрики ОАО «Ковдорский ГОК», позволяющая повысить извлечение пятиокиси фосфора в апатитовый концентрат-на 1.4%.
ті» '*
Разработана технология переработки текущих отходов апатитовой флотации ковдорской руды и наработаны опытные партии фосфатных продуктов, пригодных для производства плавленных фосфорно-магниевых удобрений.
Разработан способ очистки сточных вод от вредных примесей с применением флотации в АВДВ.
Технология обогащения медно-никелевых руд с применением АВДВ в 1987 году внедрена на комбинате «Печенганикель», что позволило увеличить извлечение никеля в концентрат на 0.8%. Реальный экономический эффект от использования данной технологии за первый год эксплуатации составил более 7 млн. рублей.
На защиту выносятся: теоретическое и экспериментальное обоснование способа разделения минеральных суспензий в потоках активированных газожидкостных смесей, сущность которого заключается в предварительной активации газовой фазы, вводимой во флотационную пульпу.
Закономерности изменения гранулометрического состава газовой фазы в зависимости от изменения концентрации и расхода ПАВ и способы управления физико-химическими и механическими свойствами формируемой активированной водной дисперсии воздуха, основанные на оптимизации времени выдержки газожидкостной смеси и гидродинамики ее течения.
Математическая модель процесса образования АВДВ по трем предложенным вариантам, позволяющая на стадии приготовления активированной газожидкостной смеси выбирать оптимальные параметры составляющих компонентов для обеспечения максимальной флотационной активности.
Основные принципы конструирования флотационных машин для разделения руд в АВДВ и методика расчета основных конструктивно-технологических параметров, основанные на использовании установленных зависимостей изменения параметра Ф (удельный расход ПАВ на единицу расхода газа) от изменения критериев Фруда и Рсйнольдса.
Конструкции пневматических флотационных машин для разделения руд в потоках активированной газожидкостной смеси и результаты испытаний новой флотационной техники на различных типах руд.
Конструкции устройств для приготовления и дозирования АВДВ в известные типы флотационных машин.
Лабораторные исследования выполнены с использованием экспериментальной базы Горного института Кольского научного центра РАН. Промышленные испытания новых образцов флотационной техники проведены с участием автора на ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Апатит», ОАО «Печенганикель», Ленинабадском ГХК и на ряде других предприятий.
Автор признателен кандидату технических наук | С.С.Шахматову, профессорам, докторам технических наук П.М.Соложенкину, Н.Ф.Мещерякову, докторам технических наук А.Ш.Гершенкопу, П.А.Усачеву, кандидатам технических наук А.А. Лавриненко, В.П. Якушкину, М.С. Хохуле,
ст. инженеру Шилину В.Б. и другим и выражает им глубокую благодарность. В выполнении работ активное участие принимали работники перечисленных выше комбинатов, СКБ института «Механобр» и сотрудники лаборатории новых обогатительных процессов и аппаратов Горного института Кольского научного центра РАН всем им автор также выражает искреннюю признательность и благодарность.
Апробация работы: Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на: Всесоюзной конференции по обогащению шламов, Апатиты, 1983 г; Всесоюзной конференции по совершенствованию техники и технологии грубозернистой флотации, Апатиты, 1986; Всесоюзной конференции «Технологическое и минеральное сырье в производстве строительных и технических материалов», Ленинград 1988г., Научно-технической конференции «Развитие экологически безопасных технологий переработки минерального сырья», посвященной памяти И.Н.Плаксина, Апатиты, 1994 г.,П конгрессе обогатителей стран СНГ, Москва 1999г., Региональной конференции «Информационные технологии в региональном развитии», Апатиты, 1999г., Международной конференции «Проблемы комплексной переработки минерального сырья и охраны окружающей среды», Москва 1999г., Международной научной конференции, посвященной 275-летию образования Российской академии наук, Апатиты 1999., Третьем региональном совещании «Внедрение научных технологий в практику Северного флота», Мурманск, 1999г., III конгрессе обогатителей стран СНГ. Москва 2001г., New developments in mineral processing/Processings of the 9 mineral proccesing Congress (Turkey 11-13 September, Istambul, 2001.), Sixth International Nickel Conference on Ecologic, Tocologic and Human Health Issues Assotiated with the Mining Refining and Production of Nickel and Companion Elements. Murmansk Kola Peninsula, Russia September 1-6, 2002., Second International Conference Ecological Chemistry. Chisinau, Moldova, 11-12 October, 2002., Международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья», Чита 2002., International scientific symposium " Universimaria Ropet 2001" 18-20 October 2001Petrosani (Петрошань), Romania., Conference NEW TRENDS IN MINERAL PROCESSING IV. VSB - Technical University of Ostrava, Czech. Republic 28-30.6.2001, IV конгрессе обогатителей стран СНГ, Институт стали и сплавов, Москва, 2003 г., XXII IMPC (International Mineral Processing Congress, Cape Town 28 September-3 October 2003.
Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 48 статей, получено 2 авторских свидетельства и 5 патентов на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и содержит 252 стр., включая 47 рис., 21 таблиц и список использованных источников из 214 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Аэраторы пневматических флотационных машин
В настоящее время на подавляющем большинстве обогатительных фабрик установлены флотационные машины импеллерного типа. В таких машинах структура потоков жидкой и твердой фаз близка к идеальному перемешиванию, что, как известно из теории процессов разделения, не является оптимальной гидродинамической организацией операций сепарации. Установка импеллера снижает энергетический КПД флотационной машины, так как большая часть энергии расходуется на поддержание пульпы во взвешенном состоянии и не связана непосредственно с флотационным процессом. Интенсивное перемешивание способствует механическому выносу мелких частиц локальными восходящими потоками. Конструктивные особенности импеллерных машин затрудняют оперативное управление процессом. Указанных недостатков лишены флотационные машины пневматического типа.
По мнению многих исследователей, во флотационных машинах пневматического типа, благодаря встречному движению частиц и пузырьков, обеспечивается высокая вероятность столкновения частиц с пузырьками, а также высокая вероятность образования и сохранения флотационных агрегатов [66, 67]. В рабочих режимах в колоннах относительные скорости их движения колеблются в пределах 10-12 см/с, что по данным Ф.Дедека [67, 68] создает оптимальные условия для слипания. В колоннах отсутствуют инерционные силы, которые вызывают отрыв частиц от пузырьков, что повышает сохранность комплексов минерал-пузырек. Широкое применение колонных аппаратов сдерживалось как объективными причинами (отсутствие надежных аэраторов и методов расчета параметров), так и консерватизмом технологов.
В мировой практике развития пневматических флотационных машин чанового типа проблемы разработки, освоения и их эксплуатации находились под пристальным вниманием научно-технической общественности. Неоднократно эта проблема обсуждалась на научных семинарах и конференциях. В нашей стране этой теме были посвящены Всесоюзные школы передового опыта, Всесоюзный научно-практический семинар. Доклады, посвященные созданию и испытаниям различных конструкций колонных аппаратов, были представлены на XIV и XV конгрессах по обогащению полезных ископаемых, на 24-й, 25-й и 26-й ежегодных конференциях металлургов Канады. На 114-й и 115-й конференциях американского общества горных инженеров колонной флотации были посвящены специальные заседания. В 1988 г. в штате Аризона (США) состоялся Международный симпозиум по колонной флотации, в 1991 г. - в Канаде.
Активизации практических исследований за рубежом в начале 80-х годов в области разработки и внедрения пневматических машин способствовала информация о замене 13 перечисток концентрата на фабрике "Гаспе" (Канада) двумя операциями в таких машинах с улучшением технологических показателей [59, 69-71]. В последние годы разработка пневматических машин является одним из важных направлений совершенствования флотационного оборудования во многих странах мира [1].
Технологи часто недооценивают роль гидродинамического фактора во флотационном процессе, хотя хорошо известно, что показатели флотации шламистых и крупнозернистых пульп во многом зависят от правильного выбора оборудования.
Гидродинамика элементарного акта флотации значительно усложняется вследствие турбулизации пульп всплывающими пузырями и искажений, вносимых в поток самими частицами.
Уравнения, предложенные для расчета вероятности столкновения частиц с пузырьками, можно разделить на две группы (табл. 1.1). К первой относятся формулы /1-5/, основанные на концепции столкновения в результате турбулентных блужданий частицы и пузырька. Во вторую группу входят формулы /6-15/, полученные на основе детерминированного описания движения частицы в окрестности пузырька с учетом действия различных сил.
Гидродинамические условия влияют не только на вероятность столкновения частиц и пузырька, но и на устойчивость флотокомплекса.
Вероятность закрепления частиц на пузырьке зависит от соотношения времени контакта частицы с пузырьком и времени индукции. Время контакта определяется в основном гидродинамическими условиями. Для расчета его значения используют две взаимоисключающие гипотезы. Согласно одной из них, столкновение частицы с поверхностью пузырька представляет собой удар, при этом расчетное время контакта тс в зависимости от размера частиц меняется от 1 до 103 мкс. В соответствии с другой гипотезой, после столкновения с пузырьком частица в течение некоторого времени (время контакта) скользит по его поверхности, в этом приближении расчетное время контакта значительно больше (тс= 10-100 мс). Адекватность одного из этих предположений зависит, очевидно, от соотношения размеров частицы и пузырька и параметров потока.
Вероятность закрепления частиц меняется при уменьшении скорости относительного движения. С одной стороны, опыты в статических условиях свидетельствуют о снижении времени индукции при увеличении силы, прижимающей частицу к пузырьку (при флотации роль этой силы играют силы инерции, тяжести и центробежные). С другой стороны расчеты показывают, что уменьшение кинетической энергии частицы обуславливает неупругий удар и уменьшение конечной толщины пленки. Последнее повышает вероятность спонтанного разрыва пленки с образованием трехфазного периметра смачивания
Аэрогидродинамические особенности процесса образования и устойчивого течения активированных водных дисперсий воздуха
Параллельно были выполнены эксперименты по флотации чистой разности в колонной флотационной камере. Измеренные и пересчитанные на единицу веса материала количественные значения адсорбированного олеата натрия в зависимости от уровня расположения диспергатора от поверхности камер приводятся ниже.
Уровень расположения 250 900 1200 диспергаторов, мм Концентрация OINa, мг/л 0.035 0.05 0.089 Сравнивая эти данные со значениями кинетики адсорбции, представленными на рис. 2.3 а, можно сделать вывод о том, что в условиях флотации материала в колонковой камере и при расположении диспергатора на уровне 250 мм на поверхности зерен апатита адсорбируется олеата натрия не более 7%, что составляет 0.28 моль/см" (рис. 2.3 а). Фактически же эта величина еще меньше, поскольку в расчетное значение адсорбции равное 0,035 мг/л входит и то количество собирателя, которое было привнесено в пенный продукт пузырьками воздуха, что подтверждается разницей в величинах адсорбции, полученных при расположении диспергаторов на уровнях 900 и 1200 мм.
Таким образом, приведенный экспериментальный материал дополнительно показывает, что в изучаемом способе элементарный акт флотации происходит в результате взаимодействия иных поверхностей границы раздела, одной из которых является активированная адсорбированными пленками собирателя поверхность газового пузырька, а другой — гидратированная поверхность минеральной частицы.
Процесс образования флотационного комплекса по указанной схеме имеет свою специфику и принципиально отличается от механизма образования флотационных комплексов по известному методу.
В случае предварительной активации поверхности пузырька, скорость его движения уменьшается, что является следствием увеличения толщины пограничного слоя пузырька. С точки зрения вероятности соударения флотационная способность заторможенного пузырька увеличивается за счет роста площади сечения трубки тока, которая квадратично зависит от толщины пограничного слоя. При этом, заторможенная поверхность меньше искажает гидродинамическое поле скоростей жидкости вокруг пузырька, следовательно, с его поверхностью имеет возможность столкнуться большее количество частиц минерала. Кроме того, при потенциальном режиме движения активированного пузырька при больших числах Рейнольдса [1] в его кормовой части возникают весьма полезные, особенно для тонких частиц, вихревые движения жидкости. В этих условиях, если инерция частицы недостаточна для разрушения прослойки жидкости в месте удара, то контакту, при последующем скольжении по сфере пузырька, будет способствовать вынос частицы в его кормовую зону, где вихревой поток может привести к ее закреплению. Наконец, на этапе встречи нельзя не принимать во внимание и действие электрических эффектов, которые наиболее проявляются при флотации минералов в АВДВ. В общем виде действие электростатических сил может быть представлено следующим образом.
Согласно работам [184-192], на движущемся в водной среде пузырьке возбуждается слабое электрическое поле, через которое пузырек может взаимодействовать с минеральными частицами. Для условий классической флотации, когда поверхность частицы экранирована молекулами гидрофобизатора, эффективность действия электрического поля пузырька сильно ослабляется электронейтральностью частицы. В этом случае этап сближения и встречи частицы и пузырька в основном определяется направлением их движения, инерционными силами частицы, скоростью подъема пузырька и некоторыми другими факторами.
Иная картина наблюдается в условиях, когда поверхность пузырька покрыта молекулами гетерополярного собирателя. В этом случае на всплывающем пузырьке возникает поверхностный электропотенциал, величина которого может в сотни раз превышать его величину на пузырьке, не имеющем адсорбционных пленок собирателя [193]. Существенным является и то, что в условиях флотации в АВДВ поверхность частиц не подвергается гидрофобизации и поэтому при движении в жидкой среде на частицах также возбуждается потенциал, характер которого определялся полностью зарядом частицы и его знаком и может предварительно регулироваться путем различных воздействий в процессе подготовки минеральной суспензии к флотации. В результате дополнительно возникают дальнодействующие силы кулоновского притяжения, которые не только ускоряют этап сближения пузырька и частицы, но и, благодаря направленности действия сил, повышают вероятность их встречи. Важным является и то, что силы кулоновского притяжения существенно повышают общую энергию взаимодействия пузырька и частицы, обеспечивая более благоприятные условия для прорыва гидратного слоя и последующего этапа прилипания.
Изложенные соображения не противоречат выводам и других авторов [187-193], изучающих электрокинетические явления на границе раздела газ-жидкость с целью объяснения механизма разрушения межфазных жидкостных пленок, отделяющих флотируемые частицы и пузырьки газа. Соответствуют им и результаты измерения седиментационного потенциала (потенциал Дорна) всплывающих пузырьков, полученные по методике, приведенной в работе [179]. Измерения потенциалов проводили на пузырьках воздуха, барботировавшихся через растворы двух типов ионогенных ПАВ. В качестве анионного поверхностно-активного вещества был выбран жирнокислотный собиратель - олеат натрия (Ci7H35COONa), в качестве второго ПАВ был взят катионный собиратель - лилафлот (R-NtTCHjCOO ), где радикал R представлен углеводородной цепочкой, содержащей 8-22 атома углерода.
Разработка принципов приготовления и дозирования АВДВ Расчет конструктивных параметров узла аэрации
В процессе исследований были испытаны различные существующие способы дробления воздушного потока в жидкости для образования пузырьковой системы. Неплохие результаты показал эжекционный принцип, но использование его в промышленности из-за колебаний давления воды, реагента и постоянного засорения сопла оказалась невозможным. Ниже рассмотрены результаты наиболее перспективных способов аэрирования. В опытах изучалось влияние расхода раствора ПАВ и их концентрации на газонысыщение, гранулометрический состав пузырьков. На рис. 3.2, 3.3, 3.4 представлены результаты аэрирования растворов олеата натрия, аэрофлота и МДТМ импеллерным диспергатором, конструкция которого описана в главе 5. Оптимальные конструктивные характеристики элементов импеллера совпадают с изложенными в работе [60] и использовались при расчете аэрирующего узла. Максимальные аэрирующие способности импеллера получены при количестве оборотов импеллера 2300, окружной скорости 4.2 м/сек.
Экспериментальные данные аэрирующего устройства с "засыпкой" в растворах олеата натрия изображены на рис. 3.5. Засыпка включает дробленный рудный материал, помещенный навалом на сетку в круглый канал 0 65 мм в два слоя: нижний (200 мм) гравий, крупностью - 15+10 мм и верхний (10 см) магнетит, крупностью-8+3 мм. Обычно, при таком принципе получения ГЖС используются круглые тела из различных материалов, либо полые кольца Рашига [200]. Предварительными экспериментами установлено, что плотно упакованные тела, полости цилиндров при длительной эксплуатации устройств зарастают отложениями флотореагентов и шламами. Был предложен способ подвижной засыпки, которая управляется внешним переменным электромагнитом.
С этой целью в верхней части засыпки на высоту катушки помещали куски магнетита. Вибрация постели создает условия для самоочистки засыпки и дополнительного дробления газовой струи.
Сравнение испытуемых аэраторов проводилось с аэрационными способностями войлочных диспергаторов, так как ранее выполненными исследованиями [111, 198, 201-202] показана хорошая аэрационная способность последних как по гранулометрическому составу пузырьков, так и устойчивости ГЖС (рис. 3.6, 3.7, 3.8). Условия всех опытов проведены в близких гидродинамических режимах, которые оценивались по критерию Рейнольдса (Re). Концентрации для каждого флотореагента, в области которых проводились исследования, определялись по выражению (2.6).
Зависимость степени аэрации от расхода олеата натрия при аэрировании импеллерным диспергатором 1.5 Qp, л/мин -5 - концентрация олеата натрия в растворе соответственно 100,200, 250, 300, 350 мг/л
Сравнительная оценка аэрирующей способности устройств с различными типами диспергаторов показала, что лучшие показатели имеют устройства с диспергаторами из пористых элементов и импеллерного типа. Причем, при малых концентрациях ПАВ в растворах (за исключением дибутилдитиофосфата натрия) переходный режим течения ГЖС в последних с увеличением воздуха наступает несколько раньше. При концентрациях ПАВ близких к насыщению адсорбционного слоя, аналогичная картина наблюдается лишь при расходах раствора, примерно, до 0.5 л/мин. При данной концентрации и расходах раствора свыше 0.5 л/мин и при концентрации ПАВ выше указанной области переходный режим с увеличением расхода воздуха наступает раньше уже в устройствах с диспергаторами из войлочных пористых элементов.
Во всех случаях при заданной концентрации реагента в растворе зависимость расхода воздуха от расхода раствора, как это видно на примере олеата натрия, рис. 3.9, имеет экспоненциальную зависимость.
И чем выше концентрация, тем при большем количестве воздуха наступает переход режимов течения. Причем для всех реагентов существует некоторая предельная концентрация, выше которой граница режимов течения ГЖС не изменяется независимо от типа диспергаторов.
При аэрировании диспергаторами всех типов крупность пузырьков уменьшается с увеличением концентрации реагента в растворе. При концентрациях ниже ККМ крупность пузырьков колеблется в пределах 1.5-2.5 мм.
Пневматическая флотационная машина ФК-50
В машине регулируются глубина флотационного отделения ступенчато от 450 до 490 мм (считая со стороны загрузки), количество разгружаемого крупного несфлотированного продукта, расходы реагентов и дополнительной воды в отсеки аэрационного отделения.
Флотационная машина работает следующим образом.
Раствор флотореагнетов с концентрацией, равной или превышающей критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ), из коллектора (11) поступает в отсеки аэрационного отделения (2) и диспергаторами (9), куда подается воздух из коллектора (10), насыщается тонкодисперсными пузырьками и переводится в состояние, близкое к пенообразному. Образованная газожидкостная смесь за время прохождения пути от диспергаторов до дугообразных каналов приобретает максимальную флотационную активность. В зоне дугообразных каналов смесь разбавляют водой, поступающей из коллектора (12) . Дополнительная вода переводит смесь из пенообразного состояния в активированную водную дисперсию воздуха (АВДВ), повышает ее устойчивость к дисперсному составу пузырьков и ускоряет истечение дисперсии во флотационное отделение машины через щелевидные отверстия пластин (13). В отделение дисперсия смешивается с пульпой, осуществляя ее аэрацию. При встрече газовых пузырьков с флотируемыми частицами происходит образование флотокомплексов, которые всплывают на поверхность пульпы и в виде минерализованного пенного продукта самотеком или с помощью пеносьемника выводится в приемник (5). Несфлотированные частицы, осаждаясь и транспортируясь вдоль машины, пересекают восходящие потоки пузырьков, подвергаются дофлотации и далее выводятся из камеры раздельно: крупные частицы - через приспособление (7), а мелкие - через переливной порог (6). - Из технических достоинств машины необходимо отметить следующие: - отсутствие движущихся частей и деталей; - потребление низконапорного (0.2-0.4 кг/см2) и, в результате, относительно дешевого воздуха; - полная и надежная изоляция узла приготовления АВДВ от флотационного отделения, что исключает механический перенос рабочих элементов диспергаторов, во много раз увеличивает срок их службы;
С целью оптимизации технологических и конструктивных параметров модели были испытаны на разных рудах и переменных значениях по расходу исходного раствора, концентрации в них поверхностно - активных флотореагентов, расходу газовой фазы, глубины аэрационной камеры, уровня ввода дополнительной воды и других факторов.
Для интенсификации флотации крупнозернистых фракций пульпы в механических флотационных машинах был разработан промышленный х образец флотационной приставки ФК-93. При его создании использовались результаты исследований новых принципов образования АВДВ и широких промышленных испытаний флотомашины типа ФК-9[110] на Ковдорском ГОКе и Африкандском рудоуправлении. Результаты этих испытаний изложены в работе [205]. Основные технические данные приставки следующие: пропускная способность по пульпе не более 150 т/час; объем флотационной камеры 2.0 м3; расход воздуха не более 450 м3/час; давление воздуха 0.05 МПа; расход воды не более 180м3/час; Конструкция флотационной приставки ФК-93, представленной на рис. 4.4, несколько отличается от флотомашины ФК-9, а принцип работы аналогичен.
Приставка предназначена для работы в комплексе с флотомашинами 129 механического типа, а в случае снабжения ее регулируемым разгрузочным устройством может быть использована для разделения грубоизмельченных руд самостоятельно. Приставка состоит из двух основных отделений: флотационного 1 и аэрационного 2, разделенных перегородкой 3. Флотационное отделение представляет собой прямоточную ванну прямоугольного сечения. Перегородка 3 является днищем флотационного отделения и имеет уклон 25-27 в сторону разгрузки. Аэрационное отделение 2 предназначено для приготовления АВДВ и представляет собой емкость прямоугольного сечения, разделенную вертикальными перегородками 4 на девять автономных отсеков. Каждый отсек оканчивается в верхней части суживающимся каналом 5. В нижней части трех смежных отсеков помещается блок-диспергатор воздуха 6 так, что каждый отсек снабжается диспергаторами воздуха 7 с пористыми элементами из войлочных колец.
Приставка имеет загрузочную коробку 8 для равномерного распределения флотируемого материала по всей ширине флотационного отделения и пеноприемник 9. Тонкие частицы несфлотированного материала выводятся из флотоприставки через окно 10, а крупные через патрубок 11.
Существенным узлом приставки является перегородка 3, имеющая поперечные щелевидные отверстия прямоугольного сечения, которыми оканчивается каждый отсек аэрационного отделения. Со стороны загрузки у щели к перегородке металлической планкой 12 жестко фиксируется гибкая резиновая пластина-клапан - 13. При этом пластина своей подвижной частью перекрывает щелевидное отверстие. Так как каждый из трех смежных аэрационных отсеков не полностью изолированы друг от друга, то для равномерного выхода дисперсии во флотационное отделение два верхних клапана из трех снабжены устройством 14, позволяющим регулировать степень открытия щелевидного отверстия.
Коллекторы 15, 16 и 17 служат для распределения соответственно воздуха, раствора флотореагентов и дополнительной воды по отсекам аэрационного отделения. Количество воздуха, раствора и воды регулируется с помощью специальных зажимов 18, устанавливаемых на соединительных резиновых шлангах.
Для уменьшения отрицательного влияния на флотацию продольного перемешивания пульпы во флотационном отделении установлены поперечные перегородки 19. Верхний край перегородок расположен на уровне пенного порога, а нижний - на расстоянии 100-150 мм от днища камеры. Благодаря такому расположению перегородок возрастает скорость перемещения песковой части пульпы, что исключает заиливание резиновых клапанов. Расстояние между перегородками составляет 600-700 мм.
Принцип работы приставки мало чем отличается от флотомашины ФК-9, поэтому в этой работе не излагается. Следует отметить, что те недостатки, которые были выявлены в результате промышленных испытаний флотомашины ФК-9, в приставке исключены. В частности, увеличен угол наклона разделительной перегородки 3, устранен неравномерный выход дисперсии по щелевидным отверстиям из-за различного гидростатического давления по длине флотационного отделения, установлены поперечные перегородки, изменена конструкция диспергирующих элементов. Опытный промышленный образец приставки ФК-93 был изготовлен механическими мастерскими КНЦ РАН и рекомендован для испытания на АБОФ Ковдорского ГОКа.
