Курс лекций по дисциплине «Утилизация отходов»

6 Лекция. Оборудование для сортировки отходов

6.1 Флотационные сепарация отходов

Флотационная сепарация или флотация - это процесс разделения твердых материалов, основанный на избирательном прилипании частиц мине­ралов к поверхности раздела двух фаз.

Различают три вида флотации для отходов производства и потребления:

• пенная флотация,

• пленочная флотация,

• масляная флотация.

Пенной флотацией называется про­цесс, при котором гидрофобные час­тицы прилипают к вводимым в пульпу пузырькам воздуха или газа и подни­маются с ними кверху, образуя пену, а гидрофильные частицы остаются взве­шенными в пульпе.

Пленочной флотацией называется процесс, при котором гидрофобные частицы, попадая на поверхность дви­жущегося потока воды, остаются на ней, образуя пленку, а гидрофильные частицы тонут.

Масляной флотацией называется процесс, при котором гидрофобные частицы прилипают к каплям масла в пульпе и всплывают наверх, а гид­рофильные частицы остаются взве­шенными в пульпе.

Схемы флотации различаются по:

• методу флотации (селективная или коллективная)

• числу стадий обогащения (одно-, двух- или много­стадийные).

Под стадией обогащения понима­ется совокупность операций измель­чения, классификации и флотации, в результате которых получается один или несколько продуктов обогащения (концентраты), которые отличаются повышенным содержанием ценных компонентов.

Схемы с одинаковым числом ста­дий могут различаться порядком и расположением технологических опе­раций внутри каждой стадии. При наличии в схеме операций контрольной флотации (очистка хво­стов) и операций перечистки кон­центрата их число зависит от требо­ваний к качеству концентрата, содер­жания полезного минерала в руде и флотационных свойств, составляю­щих руду минералов.

Одностадийные схемы. Руды с от­носительно равномерной вкрапленно­стью, не превышающей 0,3—0,25 мм, и малошламующиеся при измельче­нии обычно обогащают в одну ста­дию. По схеме одностадийной фло­тации обогащается, например, апати­товая руда. В связи с тем, что содержа­ние апатита в руде высокое и требо­вания, предъявляемые к качеству кон­центрата, также высокие, в схему включены две контрольные флота­ции и одна или две перечистные фракции.

Многостадийные схемы. Число стадий обогащения определяется размером и характером вкраплен­ности минералов и склонностью руды к ошламованию.

Осуществление двухстадийной схемы обогащения возможно по трем вариантам:

1. выделение после относительно грубого измельчения в I стадии готовых хвостов и бедного концен­трата, подвергаемого доизмельчению и флотации во II стадии;

2. выделение после относительно грубого измельчения в I стадии готового или достаточно богатого концентрата и богатых хвостов с доизмельчением и флотацией их во II стадии;

3. выделение после предварительного измельчения в I стадии го­тового концентрата, бедных хвостов и промпродукта, который доизмельчается и подвергается последующей флотации во II стадии.

Флотационными машинами называются аппараты, в которых осу­ществляется флотация.

Для ведения флотационного процесса во флотационной машине должны обеспечиваться:

1) необходимое пере­мешивание для поддержания ми­неральных частиц во взвешенном состоянии;

2) необходимый для эффективного разделения частиц расход воздуха, его диспергирова­ние на мелкие пузырьки и равно­мерное их распределение по объе­му камеры;

3) создание спокойной зоны пенообразования на поверх­ности пульпы;

4) подача питания и раздельная разгрузка пенного и камерного продуктов.

По способу перемешивания и аэрации пульпы применяемые в настоящее время флотационные машины разделяют­ся на:

1) механические, в которых перемешивание пульпы и засасы­вание воздуха осуществляются им­пеллером;

2) пневмомеханичес­кие, в которых перемешивание пульпы осуществляется импелле­ром, а воздух подается от воздуходувки;

3) пневматические, в кото­рых перемешивание и аэрация пульпы осуществляются подачей сжатого воздуха.

Флотационная машина «Механобр» (рисунок 6.1) состоит из ряда камер квадратного сечения. В каждой камере имеется аэратор, включающий им­пеллер и статор. Импеллер (рисунок 6.1, б) представ­ляет собой вогнутый диск с шес­тью радиальными лопатками и сту­пиццей. Статор состоит из диска с от­верстиями и лопаток, установлен­ных под углом 60° по направлению вектора абсолютной скорости вы­хода пульпы с импеллера. Централь­ная труба в нижней части заканчи­вается расширением, называемым надымпеллерным стаканом. Надымпеллерный стакан имеет отверстие, степень открытия которого регули­руется заслонкой. Это отверстие, так же как и отверстия в статоре, пред­назначено для подачи на импеллер циркуляционного потока пульпы.

Наличие статора с косо поставлен­ными лопатками, расположенными тангенциально выбрасываемому пото­ку пульпы, и подача на импеллер циркуляционного потока пульпы через отверстия в статоре и регулируемое отверстие в надымпеллерном стакане являются отличительными особенно­стями машины «Механобр».

Эти особенности позволяют при тех же энергетических затратах увеличить расход засасываемого воздуха в 1,5—2 раза и обеспечить поступле­ние в машины «Механобр» всех раз­меров, включая и машину глубиной 1200 мм, до 1- 1,2 м³/мин воздуха на 1 м³ вместимости камеры без исполь­зования воздуходувки.

а - флотатор;

б - импеллер и статор;

в - блок импеллера

1. - статор;

2. 2— импеллер;

3- центральная труба;

4- отверстие для пульпы;

5-заслонка, регулирующая степень открытия отверстия;

6 - питающий трубопровод;

7 - шибер для регулирования уровня пульпы;

8 - карман;

9 - пеногон;

10 - окно;

11 — успокоитель;

12 — диск импеллера;

13- лопатки статора;

14 — диск статора;

15 -лопатки импеллера;

16- ступица импеллера

Рисунок 6.1 - Флотационная машина «Механобр»

Импеллер и статор гуммируван износостойкой резиной. Для создания спокойной зоны пенообразования предусмотрена установка успокоителя, состоящего радиальных Г-образных пластин.

Стандартная 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 приемного кармана машины по трубопроводу в полость импеллера всасывающей камеры и проходит по машине через отверстия в перегородках. Разгруз пульпы из последней прямоточной камеры звена осуществляется через карман, снабженный шибером для регулирования уровня пульпы в звене и песковой заслонкой для разгрузки крупнозернистого материала.

Отличительная особенность пнев­момеханических флотационных ма­шин — то, что в этих машинах им­пеллер вращается с частотой, необ­ходимой для поддержания частиц во взвешенном состоянии и тонкого дис­пергирования воздуха, воздух подает­ся в машину от воздуходувки под давлением р = 10—30 кПа. Поступле­ние воздуха от воздуходувки позволяет по сравнению с механическими флотационными машинами обеспе­чить постоянный расход в машине независимо от износа аэратора и ре­гулировать его по фронту флотации.

В машинах с камерами им­пеллер представляет со­бой конус, на нижней стороне которого по периферии установлены пальцы - вертикальные стержни прямоугольного сечения. По поло­му валу от воздуходув­ки низкого давления через коллек­тор, воздушную трубу и корпус под­шипников воздух подается под им­пеллер. При вращении импеллера пульпа снизу через зазор между дном камеры и импеллером заса­сывается в его полость, смешива­ется с воздухом и выбрасывается через промежутки между пальца­ми импеллера, при этом воздух диспергируется.

В пневматических флотационных машинах пульпа перемешивается подводимым воздухом; съем пены — двусторонний и часто осуществ­ляется самотеком. Флотационная машина с непод­вижным пористым днищем «Келлоу» - это простейшая кон­струкция флотационной машины шириной 600— 900 мм, глубиной от 450 до 1000 мм и длиной до 18 м с наклонным дном.

На дно машины укладываются чугунные коробки длиной 900 мм и ши­риной 600—900 мм, на которые натягивается ткань или каучяук с отверстиями 0,2—0,25 мм. Простота конструкции, отсутствие движущихся частей, высока производительность и низкий расход энергии — достоинства машин с неподвижным пористым днищем. К недостаткам этих машин относят­ся: быстрое забивание пор (особен­но при использовании в качестве реагента извести); необходимость выпуска пульпы при останов­ках машин; трудности при перера­ботке грубозернистого материала.

Для обогащения руд в РФ разработаны флотационная машина с кипящим слоем и пневматическая флотаци­онная машина пенной сепарации.

Флотационная машина пенной се­парации (рисунок 6.3) представляет со­бой пирамидальную камеру, в верхней части которой установлено два перфорированных трубчатых резиновых аэраторов на расстояние между собой 18—20 мм. Число перфораций в трубках — до 50 на 1 см³. Избыточное давление воздуха в аэраторах равно 20 кПа, расход воз­духа на камеру — до 2 м³/мин.

З агрузочное устройство машины состоит из нескольких наклонных леек, равномерно распределяющих пульпу по всей длине машины, и делителя, обеспечивающего поступление пульпы на правую и левую стороны. Пульпа поступает на пенный слой, создаваемый с помощью аэра­торов. Гидрофобные частицы час­тично остаются в пенном слое, час­тично вместе с пульпой проходят сквозь пену и флотируются из объе­ма пульпы. Несфлотированные час­тицы опускаются в нижнюю часть камеры и выгружаются через шланговый затвор.

1 — камера;

2 — резиновые аэраторы;

3— за­грузочное устройство;

4 — наклонные деки;

5— сопла;

6 — пенный порог;

7— желоба;

8 - шланговый затвор

Рисунок 6.3 - Флотационная машина

пенной сепарации