книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

тов на минеральной поверхности и в объеме пульпы, приме­ нением электрохимической, магнитной, ультразвуковой, терми­ ческой обработок пульпы и растворов реагентов, использова­ нием режимов «скоростной», «флокулярной» флотации, пен­ ной сепарации и других мероприятий.

10.4. Ф лотационны е м аш ины и аппараты

Общим для всех современных конструкций флотацион­ ных машин является использование в качестве рабочего аген­ та воздуха в виде мелких пузырьков, образуемых в пульпе тем или иным способом.

По способу аэрации пульпы основные флотационные ма­ шины могут быть разделены на следующие группы:

•механические, в которых аэрация пульпы осуществляет­ ся вследствие засасывания воздуха из атмосферы мешалками различных конструкций;

•пневмомеханические, обеспечивающие аэрацию пульпы сжатым воздухом, подаваемым в машину от вентиляторов, воз­ духодувок или компрессоров, диспергирование которого осу­ ществляется мешалками или виброустройствами различной конструкции;

•пневматические с аэрацией пульпы сжатым воздухом, подаваемым через патрубки или пористые перегородки.

10.4.1. Требования к современным конструкциям Флотационных машин

•Равномерная по всему объему аэрация пульпы при вы­ сокой степени диспергирования воздуха и оптимальном соот­ ношении тонкодисперсных и более крупных (несущих) пу­ зырьков.

•Все твердые частицы в пульпе должны находиться во взвешенном состоянии и в условиях тесного контакта с пу­ зырьками воздуха. Максимальная частота столкновения час­ тиц с пузырьками должна протекать при минимальных отно­ сительных скоростях их движения, но при достаточном для пол­ ной минерализации пузырьков пути их движения в пульпе.

•Всплывание минерализованных пузырьков должно про­ ходить в относительно спокойной (безвихревой) среде или в восходящем потоке пульпы, что улучшает флотацию крупных частиц и агрегатов.

•Должно обеспечиваться оптимальное соотношение ме­ жду количеством флотационной пены и скоростью ее удале­ ния. Если эта скорость будет чрезмерно большой, то не будет обеспечиваться возможность возврата частиц пустой породы, механически захваченных пузырьками, из пены в пульпу и ка­ чество концентрата ухудшится. Если же скорость удаления пе­ ны будет недостаточной, то из-за деминерализации пены сни­ зится извлечение.

•Непрерывность флотации, т. е. непрерывное питание ма­ шины и непрерывная разгрузка сфлотированных и несфлотированных частиц.

•Возможность регулировки высоты уровня пульпы и пе­ ны, величины внутрикамерной циркуляции и аэрации пульпы.

Кроме этих требований, к флотационной машине, как и ко всякой другой, предъявляются общетехнические требования: надежность в работе, высокая износоустойчивость деталей, ма­ лая энергоемкость, дешевизна, простота конструкции и т. д.

10.4.2. Механические Флотационные машины

Во всех аэрационных узлах флотационных машин заса­ сывание воздуха из атмосферы и образование пульповоздуш­ ной смеси, выбрасываемой под действием центробежных сил в камеру, обусловлено образованием небольшого вакуума в полости вращающегося импеллера. В качестве импеллеров ис­ пользуются мешалки различных конструкций (дисковые с ра­ диально расположенными лопатками, стержневые — типа бе­ личьего колеса с осевыми насосами внутри них — и др.).

В России наибольшее распространение получили механи­ ческие флотационные машины ФМР. Стандартная машина собирается из двухкамерных секций: первая камера является всасывающей, вторая — прямоточной (рис. 10.14).

В каждой камере устанавливается блок аэраторов. Блок состоит из вертикального вала 10 с насаженным на нем им­ пеллером, который представляет собой диск 19 с шестью ра­

диальными лопатками 17. Вал вращается внутри трубы 2, верхний конец которой закрыт наглухо. В нижней части тру­ ба расширяется и к ней крепится Надымпеллерный диск 9 с лопатками статора 16, расположенными под углом 60° к ра­ диусу. Направляющие лопатки (статора) способствуют пре­ вращению тангенциальной составляющей динамического на­ пора пульпы в статическую, увеличивая тем самым аэрацию.

Радиальный зазор между лопатками импеллера и статора не должен превышать 5—8 мм. Исходная пульпа из приемно­ го кармана 1 поступает в аэратор по трубе 20, а воздух — по трубе 3. Для внутрикамерной циркуляции надымпеллерный диск имеет круглые отверстия, расположенные по окружности над лопатками 17 импеллера 19. Кроме того, для регулирова­ ния внутрикамерной циркуляции в нижней части трубы 2 име­ ются небольшие отверстия в верхней части, а в нижней (рас­ ширенной) — большое отверстие 18, которое прикрывается заслонкой 14. Тягой 5 она устанавливается в таком положе­ нии, чтобы был обеспечен оптимальный поток пульпы на им­ пеллер, необходимый для достижения максимальной аэрации. Для всасывания промпродуктов в каждой камере может быть установлен патрубок, идущий от центральной трубы к перед­ ней стенке камеры. В тех камерах, куда промпродукт не посту­ пает, патрубок не устанавливается, а отверстие в расширен­ ной части вертикальной трубы закрывается пробкой 15. Пен­ ный продукт удаляется в сборный желоб.

Всасывающая (а) и прямоточная (б) камеры разделены пе­ регородкой 4. В каждой второй камере секции, или в послед­ ней камере прямоточной машины, имеется устройство для ре­ гулирования уровня пульпы и удаления камерного продукта (хвостов). Основная часть пульпы переливается через отвер­ стие 13 в боковой стенке камеры 12 и поступает в приемный карман следующей камеры. Чтобы вместе с камерным продук­ том не уходила пена, разгрузочное отверстие экранировано пе­ регородкой 6. Для регулирования высоты слоя пены в камере (секции) или, что то же самое, уровня пульпы, разгрузочное отверстие со стороны межкамерного кармана прикрыто за­ слонкой 11, положение которой регулируется устройством 8.

Рис. 10.14. Схема продольного разреза ф лотационной машины Ф М Р с всасывающ ими (а) и прямоточной (б) камерами

Для разгрузки крупных частиц (песков), находящихся в нижнем слое пульпы, внизу межкамерной перегородки 12 име­ ется небольшое отверстие, которое может перекрываться ши­ бером при опускании его тягой 7.

Для создания спокойной зоны пенообразования предусмот­ рен успокоитель, состоящий из радикальных Г-образных пла­ стин, расположенных вокруг статора и прикрепленных ко дну камеры. Для устранения застаивания пены в задней части ка­ меры и ускорения пеносъема задняя стенка выполнена изо­ гнутой в сторону пенного порога, лопасти пеносъемника име­ ют шарнирную подвеску.

Преимуществами механических флотационных машин по сравнению с другими типами машин являются их хорошие ги­ дродинамические параметры, универсальность применения и пригодность для использования в любых технологических схе­ мах, отсутствие потребности в дополнительных источниках воздуха.

К недостаткам механических машин относятся: непосто­ янная аэрационная характеристика, зависящая от степени изно­ са импеллера и статора, отсутствие регулирования количества воздуха в зависимости от потребностей технологического про­ цесса, сложность конструкции, относительно высокая энерго­ емкость и металлоемкость, довольно быстрый износ статора и импеллера.

Ю.Ц.З. Пневмомеханические Флотационные машины

Из пневмомеханических машин с пальцевым аэратором на­ ибольшее распространение получили флотационные машины типа «Аджитейр». Машины являются прямоточными и имеют принципиально одинаковый аэрирующий узел (рис. 10.15, а).

На полый вал 4 насажен конический или плоский импел­ лер 2, по окружности которого на расстоянии 20—30 мм друг от друга вертикально расположены стержни (пальцы) неболь­ шой длины. Импеллер в камере 1 окружен статорной решет­

кой (успокоителем) с радиальными лопастями 3. Сжатый воз­ дух по воздухопроводу через полый вал 4 подается под крышку импеллера от воздуходувки низкого давления (0,10—0,15 атм).

Эффективная диспергация воздуха и аэрация пульпы осу­ ществляются при прохождении их между стержнями враща­ ющегося импеллера и при ударе о радиальные лопатки 3 ста­ торной решетки, обеспечивающей также гашение турбулент­ ных потоков, выбрасываемых импеллером, вращающимся с окружной скоростью 6,0—8,5 м/с.

Рис. 10.15. Схема поперечного разреза флотационной машины с пальцевым аэратором (а) и аэратора флотационны х машин Ф П М и «Денвер Д Р » (б)

Машины ФПМ (Россия) и «Денвер ДР» (США) с большим объемом камеры (до 36,1 м3) имеют принципиально одинако­ вый центробежный аэратор (рис. 10.15, б). Нижняя часть воз­ душной трубы /, в которой вращается вал импеллера 3, по­ мещена внутрь открытого конуса 2, к нижней части которого присоединяется статор 4. Труба и конус соединены между со­ бой вертикальными ребрами. Такая конструкция обеспечива­ ет создание кольцевого пространства между трубой и цилин­ дром. При работе машины пульпа засасывается через кольце­ вое пространство между трубой и цилиндром, а воздух наг­ нетается по трубе 1. Пульповоздушная смесь, насыщенная хо­ рошо диспергированными пузырьками воздуха, выбрасывает­

ся через статор по всей поверхности днища камеры, преобра­ зуясь затем в равномерные потоки, направленные вверх и спо­ собствующие подъему пузырьков к поверхности.

Аэратор прямоточных флотационных машин типа ОК (Финляндия) с объемом камеры до 100 м3 состоит (рис. 10.16) из лопастного ротора 1 и радиального статора 2. Ротор пред­ ставляет собой диск, к которому снизу по кругу крепятся 10 элементов. Каждый элемент состоит из двух радиальных ло­ пастей сложного профиля и имеет V-образную форму. Лопа­ сти соседних элементов параллельны и между ними имеются щели, из которых воздух, подаваемый через полый вал 2, вы­ ходит в камеру.

Рис. 10.16. А эратор флотационных машин О К

При вращении ротора пульпа со дна камеры засасывается вверх в полость между радиальными лопастями и выходит в верхней части ротора. Точки выхода пульпы и воздуха из по­ лости ротора чередуются попеременно по кругу, но на выходе из него смешиваются. Образованная пульповоздушная смесь выбрасывается между лопатками статора 2 в камеру. Аэратор обладает хорошими аэрационными характеристиками и ма­ шина ОК нашла широкое применение.

Достоинства пневмомеханических машин: достаточная про­ стота их конструкции; постоянство аэрационной характери­

стики, не зависящей от износа рабочих органов; возможность регулирования количества воздуха в широком диапазоне; не­ большая металлоемкость; меньший расход электроэнергии; большой срок службы аэратора; простота эксплуатации.

К недостаткам пневмомеханических машин относятся: невозможность организации покамерной регулировки уровня пульпы; необходимость использования всасывающего меха­ нического блока для перекачки промпродуктов, а также при­ менения воздуходувок для нагнетания воздуха.

10.Ц.4. Пневматические Флотационные машины

В пневматических флотационных машинах пульпа аэри­ руется и перемешивается сжатым воздухом.

В аэролифтных машинах (рис. 10.17, а) подаваемый из ре­ сивера 1 под давлением 0,12—0,3 атм воздух, выходя из тру­ бок 6, поднимается между продольными стенками аэролифта 5, установленными в ванне 4, и смешивается с пульпой, понижая ее плотность в этой зоне. Вследствие возникающей разности гидростатического давления пульпа выбрасывается из аэро­ лифта 5 и падает между его стенками и перегородками 2. В аэ­ ролифте и зоне падения происходит интенсивное перемеши­ вание воздуха с пульпой и его диспергирование. Аэриро­ ванная пульпа вытекает из зоны падения через отверстия в пе­ регородках 2. Толщина слоя пены, образующейся между пере­ городками и стенками машины, регулируется хвостовым по­ рогом или накладками на пенных порогах 3.

Пульпа циркулирует в ванне машины под действием аэро­ лифта и течет вдоль машины под напором поступающего в машину потока.

В последние годы в России и за рубежом испытываются и используются в качестве флотационных аппаратов пневмати­ ческие флотационные колонны (рис. 10.17, б). Высота их меня­ ется от 2 до 10 м, а сечение может быть круглым, эллиптиче­ ским или прямоугольным. Исходная пульпа по пульпопрово­ ду 5 подается в среднюю часть колонны 4, а воздух из ресиве­ ра 1 под необходимым давлением вводится в аэратор 6, имеющий сменную поверхность из пористого материала с от­ верстиями от 5 мкм до 2,5 мм.

Флотация в колонне осуществляется при противоточном движении воздушных пузырьков и потоков пульпы. Пульпа движется вниз к раз1рузочному отверстию 7 навстречу всплы­ вающим пузырькам. Воздушные пузырьки образуют на по­ верхности колонны пену, которая орошается для удаления ча­ стиц пустой породы водой из трубы 3. Пена отводится по тру­ бе 2. При работе колонны скорость нисходящих потоков пуль­ пы должна быть меньше скорости всплывания воздушных пу­ зырьков. Превышение этой скорости приведет к локальному скоплению пузырьков, их коалесценции и периодическому выбросу воздушных пробок.

Во флотационной машине пенной сепарации (рис. 10.17, в) загрузка пульпы, обработанной реагентами, осуществляется сверху через загрузочное устройство 1 и приемные желоба 3, обеспечивающие равномерное распределение пульпы по всей длине флотационной машины — на ее правую и левую сторо­ ны. Пульпа в желобах 3 подвергается разжижению и аэрации воздухом, эжектируемым при работе брызгал 2, и воздухом, подаваемым через резиновые пористые трубки, установлен­ ные в этих желобах. Затем пульпа поступает на пенный слой, образуемый в результате подачи сжатого воздуха (под давле­ нием около 1,5 атм), через трубчатые резиновые аэраторы 4 с пористыми стенками, установленными на 150—200 мм ниже пенных порогов.

Гидрофобные минеральные частицы закрепляются на по­ верхности воздушных пузырьков, а гидрофильные частицы под действием силы тяжести падают на дно камеры и разгру­ жаются через разгрузочное устройство 6. Разгрузка сфлотированных частиц осуществляется через пенные пороги в концентратные желоба 5.

Принципиально новый способ подачи пульпы в машину, обеспечивающий максимальную вероятность флотации при минимальных значениях инерционных сил, позволяет значи­ тельно увеличить скорость флотации и повысить крупность флотируемых частиц в 3—4 раза по сравнению с обычными флотационными машинами.