^ Д Промывная вода

Питание

восты

б)

Конц-т

Промывная вопя

Дренир. пена Е_в > 0.80

; и о

т

1 «

Пцотный Слои пуз-ков Е_а > 0.74

* ГгГгм'

тая

- Н+ъ,-

■ иС»«-

Расшир.

ад"

IV, те те тавд )Гк ггдг.

Iим-«« • <#

Барботажн спой Е₅<0.20

Рис. 25. Колонная флотомашина (а) и профиль пенного слоя (б)

Объем колонны, а также зоны минерализации практически постоянен и составляет:

у_м=ж/_с²(Я_с-Я^-Я_/).

Уровень пульпы (Щ, является единственным параметром, который может быть легко изменен для увеличения объема зоны минерализации, но его влияние на время пребывания невелико. Единственным эффективным способом изменить время пребывания является изменение расхода питания в колонну. Пенный слой простирается от зоны минерализации до переливного порога колонны. В этой зоне частицы и вода транспортируются между пузырьками. Плотность трехфазной системы в этом слое обычно колеблется

•5 л

от 0,2 г/см до 1,0 г/см в зависимости от типа флотируемого твердого, расположения точки измерения, глубины пены, расходов промывной воды и пенообразователя.

По мере подъема пузырьков в пенном слое происходит некоторая их коалесценция. Она снижает поверхность пузырьков, на которой могут закрепиться частицы, а также объем межпузырьковых каналов, где находитс

я

жидкость. Это ведет к увеличению газосодержания. Промывная вода стабилизирует пузырьки и уменьшает коалесценцию.

Поскольку суммарный поток жидкости в пенном слое направлен вниз (при положительном смещении), то частицы, не закрепленные на пузырьках, будут вынесены обратно в зону минерализации. Это включает частицы, увлеченные пузырьками, но не закрепившиеся на них (неселективный механический вынос) и частицы, оторвавшиеся от пузырьков вследствие коалесценции. Эти частицы, возвращающиеся в зону минерализации с промывной воды, образуют частичную внутреннюю рециркуляцию. Это явление часто называют «осыпанием», оно объясняет повышение чистоты пенного продукта, т.е. качества концентрата и снижение извлечение при опускании уровня пульпы.

Для того, чтобы определить постоянную скорости для конкретного минерала необходимо знать время флотации для средней частицы, которое зависит от условий перемешивания в камере флотации. Колонны малого диаметра, применяемые при испытаниях, обычно представляют условия потока вытеснения при практическом отсутствии осевого перемешивания. По мере увеличения диаметра соотношение высоты к диаметру снижается и, следовательно, в зоне коллектирования наблюдается больше перемешивания и, соответственно, завихрений потока. Для определения степени смешивания внутри колонны используется модель осевой дисперсии, позволяющая точно оценить время флотации частицы.

Колонны с применением промывочной воды и глубоким пенным слоем применяются для получения высокосортных концентратов. В них извлечение в пенный продукт будет значительно ниже по сравнению с механическими флотомашинами. Извлечение в пенный продукт измерить непросто, однако оно обычно оценивается в пределах 50-75% для колонн малого диаметра и даже менее для колонн большого диаметра. Частицы, выпадающие из пенной фазы, должны быть захвачены в зоне коллектирования и принесены обратно в нее. Некоторые факторы, влияющие на извлечение пенной зоны:

• размер частиц - более грубые частицы труднее удержать в пенной

фазе.

• скорость смещения (биас) - высокая скорость смещения снижает извлечение в пенную зону

• диаметр колонны - колонны большего диаметра обычно характеризуются меньшим извлечением

При пересчете данных испытаний к промышленным условиям необходимо учитывать как извлечение в пенную зону, так и условия смешивания.

Постоянная скорости минерала для кремнезема определялась моделированием рабочих условий колонны для определенных опытов (показавших приемлемые результаты при представительном питании флотации). Расчетные значения постоянных варьируют в зависимости от качества питания. Следовательно, необходимо определить не определенное значение, а интервал значений.

Эти значения варьируют в пределах 0.07 - 0.12 при содержании в питании от 5.7% 8Ю₂ до 9.3% 8Ю₂. Для определенных опытов оптимальные результаты были получены при времени флотации в пределах 15-30 минут.

4.3. Газосодержание

Газосодержание (%,%) - это объемная доля газа в колонне. Этот параметр определяется такими факторами, как объемный расход воздуха, размер пузырьков, плотность пульпы, нагруженность пузырьков и скорость пульпы. С увеличением газосодержания время пребывания в зоне минерализации сокращается. Теоретически газосодержание может быть рассчитано по формуле:

8_В = 1 - (рсо/РзО

Типичное газосодержание близко к 0,15 (или 15%), но оно может изменяться от 0,05 до 0,25 (от 5% до 25%).

Газосодержание может увеличиваться по одной из трех причин:

• увеличение расхода газа приведет к росту числа пузырьков в колонне, так как количество пузырьков, образующихся в единицу времени, возрастает (рис. 26а);

• уменьшение крупности пузырьков, вызванное изменением работы аэратора или концентрации пенообразователя, приведет к снижению скорости подъема пузырька, что, в свою очередь, также приведет к увеличению содержания воздуха в колонне;

• увеличение скорости нисходящего потока пульпы затормозит всплывание пузырьков относительно колонны, что также приведет к увеличению объема воздуха, находящегося в ней (рис. 266).

Максимальный расход воздуха в колонну ограничен тремя факторами:

1. - приведенная скорость питания должна быть меньше скорости подъема пузырьков;

2. - плотность в зоне минерализации должна быть выше плотности пенного слоя;

3. - коалесценция пузырьков не должна приводить к формированию воздушных «пробок».

(1) Скорость подъема пузырьков зависит от их размера, разницы между эффективной плотностью зон минерализации и очистки и скоростью нисходящего потока пульпы. Распределение размеров пузырьков определяется системой аэрации. Следовательно, если скорость потока пульпы превышает скорость подъема самых мелких пузырьков, то часть воздуха будет увлекаться в хвосты

.

пульпы (б)

2. По мере увеличения расхода газа плотность трехфазной системы в зоне минерализации снижается. В то же время плотность пенного слоя возрастает до того момента, пока они не сравняются. В этот момент газосодержание скачком возрастает примерно с 15% до 50%. При этом говорят, что колонна «запенивается». При этих условиях извлечение значительно снижается.

-115-

а) б)

Рис. 26. Зависимость газосодержания от скорости газа (а) и скорости

Привед.скорость газа - J (см/с) Привед. Скор, пульпы ♦ J _5| (см/с)

Повышение интенсивности турбулентности и образование крупных пузырьков при повышении расхода газа вызывают интенсификацию коалесценции пузырьков, приводящую к уменьшению прироста газосодержания. При дальнейшем росте расхода воздуха наблюдается образование крупных воздушных «пробок». При этом параметры перемешивания в колонне изменяются, поверхность пузырьков сокращается, при этом условия флотационного закрепления минеральных частиц ухудшаются. Эти факторы приводят к необходимости ограничения приведенной скорости газа пределом, лежащим обычно в интервале 1,8-3,5 см/с

.

Оптимальный расход воздуха обычно соответствует точке максимума нагрузки по твердому на единичный объем воздуха (С_д), а не максимальному газосодержанию. Максимальное газосодержание обычно наблюдается при расходе газа, превышающем оптимальный.

Для колонной флотации важен как средний размер пузырьков, так и их дисперсный состав. Он влияет на максимальный расход газа, вероятность элементарного акта флотации и несущую способность пузырьков (С_д) (рис. 27). Типичный размер пузырьков составляет 0,8-1,6 мм в диаметре, он зависит от реагентного режима, конструкции аэратора и рабочего давления воздуха.

Маленькие пузырьки имеют низкую скорость подъема, поэтому максимальный расход газа будет меньше, чем для крупных пузырьков.

Вероятность элементарного акта флотации. Скорость флотации в колонне связана с вероятностью столкновения частицы с пузырьком и последующего её закрепления в соответствии со следующим уравнением:

^с О '

где К_с - константа скорости флотации, мин"¹;

£_с - определяется как доля частиц, находящаяся в цилиндрическом объеме над поднимающимся пузырьком, которая столкнется с ним;

£_а - определяется как отношение числа частиц, столкнувшихся с пузырьком, к числу частиц, закрепившимся на нем;

Б_ь - размер пузырька в микронах;

З_ш - приведенная скорость газа (воздуха (см/с).

Размер пузырьков должен регулироваться при изменении грансостава частиц для полной оптимизации колонной флотации. Это может быть достигнуто двумя способами: увеличение расхода пенообразователя, подаваемого в питание или увеличением давления в аэраторах.

Увеличение приведенной скорости газа ведет к росту газосодержания в зоне минерализации и уменьшению его в пенном слое. Интенсивность коалесценции в пенном слое снижается при росте расхода газа, что приводит к ухудшению качества пенного продукта. Чрезмерно высокий расход газа может привести к исчезновению границы раздела между пульпой и пеной.

Это становится очевидным при выравнивании газосодержания в зонах минерализации и очистки. Такое состояние ведет к резкому снижению качества пенного продукта при высоких извлечениях на типичной кривой обогатимости (рис. 28).

Увеличение расхода воздуха приводит также к увеличению вероятности перехода жидкой фазы пульпы в пенный продукт.

Если в процессе применяются пенообразователи, то влияние увеличения концентрации пенообразователя аналогично увеличению расхода воздуха. Газосодержание в пенном слое снижается, что приводит к уменьшению содержания твердой фазы в пене и ухудшению качества пенного продукта. Высокие расходы пенообразователя, в особенности в сочетании с высокими расходами воздуха, могут оказывать отрицательное влияние на технологические показатели колонной флотации.

Вынос кремнезема обычно возрастает при увеличении потока воздуха. Однако, при достижении критической скорости воздуха характеристики пузырьков меняются, что приводит к снижению извлечения и повышению содержания примесей в концентрате. Точное значение скорости подачи воздуха зависит от требуемого размера пузырька, нагрузки пузырька и скорости подачи пульпы. Увеличение подачи воздуха может быть достигнуто и увеличением размеров пузырьков.

Увеличение подачи воздуха приведет к следующим результатам:

• улучшение качества концентрата;

• повышение извлечения кремнезема до оптимума, а затем его падение;

• уменьшение содержания твердого в хвостах.

94 96 Иэ£леч. (%)

20 40 60

Размер частиц (мм)

0.5-

а

Ш *

5 1.0 -

Рис. 27. - Влияние размера пузырьков Рис. 28. Кривая обогатимости и частиц в колонне в основной

флотации

Эти эффекты будут справедливы лишь для определенного интервала значений потока. Тип пузырька также изменится, что, в свою очередь, изменит и режим потока (например, на турбулентный). Это приведет к падению всех параметров и будет заметно по исчезновению границы раздела пенного слоя и пульпы. Чем больше подается воздуха, тем больше производится пенного продукта. При скоростях меньше критических это приводит к повышенному потреблению промывочной воды.

Если же скорость подачи воздуха недостаточно высока для транспортировки пены из колонны при заданной производительности, это приведет к разрушению постели пены. В этом случае глубину пенной зоны необходимо уменьшить.

Обычно воздух служит одной из основных переменных для контроля работы флотомашины. Небольшие изменения в подаче воздуха могут управлять выходом по массе и спецификацией концентрата. Важно, однако, чтобы частицы в питании флотации были достаточно раскрыты и обесшламлены

.

4. св

(Ч

щ <и

Щ

1. и т <и с; аз

С1

5

На рис. 29 показана зависимость извлечения железа от качества концентрата для проб с различными характеристиками раскрытия частиц. Хотя достижение качества концентрата с содержанием 8Ю₂ возможно во всех трех случаях, существуют значительные различия в извлечении железа. Эффективность контрольной операции также зависит от степени раскрытия частиц.

Л — Р
° лА л Агоал-. д йдРЯ	о ^ О о
ДЛ а лл ЛА д	°°
д	оЧ \ и о
	Д о
> 3% $¡02	< 3% 8102 •

95.0 90.0 85.0 80.0 75.0 70.0 65.0 60.0

67.0 67.5 68.0 68.5 69.0 69.5 70.0 70.5 71.0 71.5 Солеожание железа в кониентоате. %

о Feed >66.5 % Ре

Д Реес! <66 % Ре

а Реес! 66.0 - 66.5 % Ре

Рис. 29. Зависимость качества концентрата от извлечения при различной степени раскрытия частиц

Уровень поверхности раздела пульпы и пенного слоя может влиять на вынос кремнезема. Более глубокий пенный слой улучшит извлечение за счет выноса кремнезема. Однако, не стоит увеличивать глубину пенного слоя более 1000 мм.

Увеличение высоты пенного слоя приводит к следующим результатам:

• увеличение содержания твердого в хвостах;

• увеличение содержания кремнезема в хвостах;

уменьшение извлечение кремнезема в хвосты

.

Детального изучения влияния толщины пенного слоя на параметры при пилотных испытаниях не производилось.