Глава 4. Определение оптимальных параметров колонной флотации

4.1. Особенности конструкции колонны для обратной флотации

Флотационные колонны, применяемые для флотации кварца из железорудных концентратов, представляют собой аппараты пенной флотации, способные минимизировать потери железа в пенный продукт. Высокие технологические показатели вместе с низкими капитальными и эксплуатационными затратами привели к тому, что колонная флотация достаточно широко распространена на железорудных фабриках.

Популярность колонных флотомашин в железорудной промышленности вызвана также и тем, что они способны минимизировать объем воды в питании, который затем уходит в хвосты. Эта вода является одной из основных причин потерь раскрытого железа в хвосты. Отказ от этой воды и соответствующее улучшение показателей происходит благодаря созданию направленного вниз по пенной зоне потока жидкости. Для этого скорость течения концентрата должна быть выше ее в питании.

В отличие от обычных механических машин, которые обычно состоят из сравнительно мелких прямоугольных камер, колонные машины имеют большую высоту, обычно находящуюся в пределах от 8 и до 15 м. Поперечное сечение колонн может быть круглым, квадратным или прямоугольным в зависимости от условий применения. При одинаковой вместимости площадь поверхности колонны значительно ниже, чем в обычной камере. Это уменьшение поверхности улучшает стабильность пены и позволяет проводить процесс с весьма глубоким пенным слоем. Важной отличительной чертой флотационных колонн является система промывки пены. Промывка пены обеспечивает дополнительные возможности удаления примесей из пенного слоя во флотации. Промывная вода, подаваемая сверху колонны, фильтруется через пенный слой, вытесняя жидкую фазу пульпы вместе с механически вынесенными частицами, удерживаемыми между пузырьками. Кроме того, промывная вода, подаваемая в пенный слой, служит для стабилизации пены путем отделения пузырьков друг от друга и создания плотной упаковки сферических и поэтому весьма устойчивых пузырьков.

В отличие, от традиционных флотомашин в колоннах отсутствуют механические мешалки. Отсутствие интенсивного перемешивания обеспечивает селективность и способствует извлечению тонких частиц. Основные потоки в колонне показаны на рис.22. Поток питания подается в колонну в одном или нескольких местах, расположенных в верхней трети корпуса колонны, и движется вниз против восходящего потока мелких пузырьков, генерируемых системой аэрации. Частицы, сталкивающиеся с пузырьками и закрепляющиеся на них, поднимаются в верхнюю часть колонны, достигая раздела между пульпой (зоной минерализации) и пеной (зоной очистки). Расположение границы между пульпой и пеной, которое может регулироваться оператором, поддерживается неизменным при помощи контура автоматического управления, который управляет положением клапана в линии разгрузки хвостов колонны. Изменение положения этой границы ведет к увеличению или уменьшению высоты пенного слоя.

Воздух для флотации подается во внешний распределительный трубопровод и вводится в колонну через набор трубок, установленных в донной части колонны. Расход воздуха выбирается в зависимости от потока питания и требований к производительности по концентрату, от него, в частности, зависит положение рабочей точки на кривой обогатимости.

Флотационная колонна является типом флотационной машины, она имеет ряд конструктивных особенностей для улучшения технологических показателей процесса. К ним относятся:

• уменьшенное соотношение площади поверхности к объему камеры, что повышает стабильность пены.

• система промывки пены снижает ее загрязнение

• спокойные условия флотации повышают ее селективность

• схема аэрации обеспечивает подачу пузырьков, близких по размеру

Таким образом колонная флотация обеспечивает очень высокую чистоту пенных продуктов, поэтому применение её в перечистных операциях при обогащении углей и ряда руд цветных металлов позволяет получать высококачественные концентраты.

Природа обратной флотации железных руд предъявляет иные требования к колонной флотации принципиально отличные от других флотационных систем. При обратной флотации железных руд в пенный продукт извлекаются силикатные минералы, и он является хвостами, тогда, как нефлотируемый материал (камерный продукт) является концентратом окислов железа. В данном случае чистота (или качество) пенного продукта менее важна, чем высокая степень извлечения кварца из нефлотируемого концентрата окислов железа. Из-за этого основного различия не было полностью определенной стандартной колонной машины, которая бы хорошо работала при таком применении.

Для успешного применения в данном случае колонной флотации необходимы предварительные комплексные исследования по определению оптимальных параметров функционирования и критериев проектирования колонных аппаратов, важнейшими из которых являются производительность и плотность питания; газосодержание и расход воздуха; несущая способность и приведенная скорость смещения; высота пенного слоя и постоянная скорости флотации

.4.2. Постоянная скорости

Постоянная скорости представляет собой меру измерения скорости накопления частиц кремнезема, и определяет, в конечном итоге, время флотации, необходимое для достижения заданных содержаний кремнезема в концентрате.

Зона минерализации колонны расположена между поверхностью пены (Н_г) и уровнем максимального погружения пузырьков под аэраторы (Н_5ра) (рис. 25). В этой зоне флотоактивный материал из потока питания и материал, возвращаемый из пенного слоя (в результате осыпания) закрепляется на поднимающихся пузырьках. Извлечение материала в зоне минерализации зависит от времени пребывания в этой зоне и характеристик перемешивания.

Время пребывания в зоне минерализации оценивается для колонн круглого сечения следующим уравнением:

\57d]{H_c-H -H_f){\-p_collp_sl)

где xsi -	время пребывания в зоне минерализации (мин);
de -	диаметр колонны (м);
Не -	общая высота колонны (м);
Hspa —	уровень расположения аэраторов (м);
Hf -	уровень пульпы (м);
Pcol -	л плотность в зоне минерализации (т/м );
Psi	л плотность пульпы в концентрате (т/м );
Vtaii -	объемный расход хвостов (камерного продукта) (т/м3).
Уравнение	включает три части: объем колонны, газосодержание и

скорость пульпы

.