Флотационные машины, устройство, принцип действия, области

Применения.

После измельчения до необходимой крупности и обработки флотационными реагентами руда в виде пульпы подвергается флотации в аппаратах, называемых флотационными машинами.

Во флотационных машинах частицы минералов сталкиваются с пузырьками воздуха, гидрофобные частицы прилипают к пузырькам и выносятся на поверхность пульпы в виде минерализованной пены, которая самотеком или специальными пеносъемниками удаляется в желоб для пенного продукта. Гидрофильные частицы остаются в камере удаляются в виде камерного продукта через отверстие в нижней части машины.

Флотационные машины принято классифицировать по способу аэрации и перемешивания, конструктивным особенностям и технологическому назначению. Основным признаком, по которому классифицируются флотационные машины является способ аэрации и перемешивания пульпы.

В настоящее время все применяемые флотационные машина подразделяются на три группы:

-механические;

-пневмомеханические;

-пневматические.

В механических флотационных машинах аэрация пульпы осуществляется устройством « импеллер-статор», в котором при вращении импеллера пульпа выбрасывается через направляющие статора в объем камеры, создавая разряжение в центральной части этого блока, за счет чего создается разряжение, которое достаточно для засасывания воздуха из атмосферы. При этом также происходит перемешивание пульпы и образование большого количества пузырьков,

В пневмомеханических машинах перемешивание и аэрация пульпы осуществляется также импеллером, но в камеру обычно по полому валу импеллера подается под давлением воздух, который и разбивается этим импеллером на пузырьки.

В пневматических флотационных машинах аэрация и перемешивание пульпы осуществляется сжатым воздухом, подаваемым от воздуходувок, который, проходя через специальные аэраторы или под действием пульсационных устройств, диспергируется.

Несмотря на многообразие типов флотационных машин , они должны удовлетворять следующим требованиям:

- машины должны обеспечивать необходимую кинетику и селективность флотации при заданном режиме;

- машины должны обеспечивать максимальную аэрацию и равномерное распределение ее по объему пульпу;

- в машинах должен создаваться необходимый режим перемешивания пульпы, обеспечивающий минерализацию пузырьков воздуха частицами минералов;

- машины должны обеспечивать эффективное удаление как пенного продукта, так и камерного продукта и регулировку их выходов;

- флотомашины должны обладать высокой производительностью ( удельной производительностью) и быть малоэнергоемкими;

- машины должны быть полностью автоматизированными, легко управляемыми, удобными и надежными при эксплуатации;

- машины должны быть износоустойчивыми, особенно аэрационные узлы, иметь простую конструкцию, обладать возможностью быстрого ремонта;

- машины должны занимать небольшую производственную площадь и легко монтироваться в соответствии со схемой флотации с минимальным количеством насосов для перекачки продуктов флотации.

Флотационные машины механического типа. До самого последнего времени механические флотационные машины были самыми распространенными в промышленной практики флотационного обогащения различного минерального сырья. Повышение производительности фабрик, измельчительного оборудования привело к созданию флотационных машин механического типа с большим объемом камер. Однако увеличение объема камер вызвало увеличение их глубины и создало трудности в осуществлении аэрации в связи с увеличением противодавления столба пульпы. Поэтому при объеме камер флотационных машин более 12 м³ используются пневмомеханические аэрационные блоки. Исключение составляют флотационные машины фирмы «Сала» с объемом камеры 44 м³ и фирмы «Вемко» с объемом 80 и 127 м³, машины ФМ- 8 и 16 института ИОТТ , машины ФМО-16 и 30 с осевыми импеллерами и машины МФУ для флотации угля.

Самыми распространенными машинами механического типа являются машины марки ФМ, выпускаемые «ОАО «Усольмаш» и «ОАО Завод «Труд». Механические флотационные машины ФМ выпускаются с объемом камеры от 0,2 до 16 м³. На рис.161 представлена флотомашина ФМ-16УМ, а в таблице 58 техническая характеристика механических флотационных машин, выпускаемых «ОАО Усольмаш»

Рис. 161. Общий вид механической флотационной машины ФПМ – 16УМ

Таблица 58. Техническая характеристика механических флотационных машин производства ОАО «ПО Усольмаш»

Флотационные машины механического типа обладают целым рядом достоинств, которые способствовали их широкому распространению в практике флотации.

Во-первых, эти машины имеют довольно простое устройство, легко управляемы.

Во-вторых, машины могут работать на плотных и грубоизмельченных пульпах.

В-третьих, всасывающие блоки флотационных машин могут осуществлять подсасывание пульпы на расстоянии 4-6 камер, поэтому их установка не требует большого количества насосов для перекачки промпродуктов.

Флотационные машины механического типа представляют собой длинную ванну, разделенную перегородками на ряд прямоугольных камер. Эти машины изготовляются секциями из двух камер. Первая камера является всасывающей, вторая – прямоточной. Внутри каждой камеры установлен вертикальный вал с импеллером, помешенный в центральную трубу, в которую в верхней части вставлена труба для засасывания воздуха. Нижняя часть центральной трубы переходит в стакан, соединенный с неподвижным статором. В стакане имеются боковые отверстия, закрытые пробками в прямоточных камерах, а во всасывающих к ним присоединяются патрубки, по которым засасывается пульпа.

Основной рабочей деталью механической флотационной машины является блок импеллер – статор (рис. 162).

Рис. 162. Блок импеллер- статор

Механической флотационной машины

1 – ступица; 2 – радиальные лопатки; 3 – лопатки статора; 4 – конический диск; 5 – диск статора; 6 – отверстия для циркуляции пульпы

Импеллер представляет собой диск с радиально расположенными вертикальными лопатками. При его вращении потоком пульпы засасывается воздух, поступающий по центральной трубе. Ударами лопаток импеллера пульпа и воздух перемешиваются и выбрасываются в виде пульповоздушной смеси между лопатками статора в камеру машины. Окружная скорость импеллера в этих машинах обычно составляет около 9 м/с. С увеличением скорости увеличивается количество засасываемого воздуха, но чрезмерное перемешивание пульпы приводит к отрыву от пузырьков воздуха крупных чапстиц флотируемых минералов.

Количество пульпы, поступающей на импеллер, должно быть оптимальным, т.к. квеличение ее объема приводит к тому, что центральная часть импеллера полностью заполняется пульпой, вследствиии чего засасывание воздуха прекращается. Поэтому пульпа подается не только на центральную часть импеллера, но и периферические участки его лопастей.

На эффективность работы импеллера оказывает влияние также плотность пульпы, увеличение которой приводит к уменьшению количества засасываемого воздуха и увеличению расхода электроэнергии.

Статор представляет собой вертикальный диск с отверстиями и лопатками, расположенными под углом 45…60° к радиусу диска статора. Наличие статора увеличивает количество засасываемого воздуха и способствует лучшей диспергации его. Статор с направляющими лопатками отводит от импеллера пульпу в глубь камеры без образования завихрений и увеличивает расход воздуха в машине в 2…2,5 раза.

Объемное содержание воздуха в хорошо аэрированной пульпе в этих машинах обычно составляет 20…30%, а средний размер пузырьков при оптимальном расходе пенообразователя достигает 0,8…1 мм. Производительность машин со статором в 1,5…1,7 раза больше производительности других машин механического типа. При остановке импеллера статор предохраняет от заиливания. В работе импеллер и статор подвергаются сильному износу, поэтому поверхность их гуммируется износоустойчивой резиной.

Расстояние между верхней кромкой лопаток импеллера и диском статора обычно составляет 3…5 мм, а между лопатками импеллера и статора ширина зазора составляет от 8 до 10 мм.

Всасывающие и прямоточные камеры разделены между собой перегородками с большими прямоугольными отверстиями, поэтому пульпа в камерах устанавливается на одном уровне.

Флотационная машина механического типа работает следующим образом

Исходная пульпа через питающий карман по патрубку поступает на импеллеп всасывающей камеры, откуда периферической частью его выбрасывается через статор в камеру. При этом в полости импеллера образуется разряжение, благодаря которому атмосферный воздух засасывается через центральную трубу. В вихревых потоках, выходящих от импеллера, происходит диспергация воздуха и энергичное перемешивание го с пульпой, т.е. аэрация.. Благодаря радиально расположенным лопаткам статора вихревые потоки, создаваемые импеллером, гасятся и в верхней части камеры образуется относительно спокойная зона разделения.

Пузырьки воздуха с прилипшими к ним минеральным частицам собираются на поверхности пульпы в виде минерализованной пены и удалятся пеносьемников в желоб для пенного продукта. Нефлотируемая часть пульпы разгружается через порог последней в ряду камеры, где установлено автоматическое устройство для регулирования уровня пульпы в камере. Крупная песковая часть пульпы удаляется из камеры через песковое отверстие в нижней части перегородки между камерами.

Выход пенного продукта регулируется автоматически путем изменения уровня пульпы в камере и частотой вращения пеногона.

Флотационные машины механического типа просты в регулировке, обслуживании и ремонте. Весь приводной механизм собран в один блок, который легко и быстро может быть заменен другим. Применение радиального импеллера позволяет обеспечить объем засасываемого воздуха в количестве 1 м³ на 1 м³ на объем камеры в 1 минуту.

Флотационные машины механического типа обладают целым рядом достоинств, которые способствовали их широкому распространению в практике флотации.

Во-первых, эти машины имеют довольно простое устройство, легко управляемы.

Во-вторых, машины могут работать на плотных и грубоизмельченных пульпах.

В-третьих, всасывающие блоки флотационных машин могут осуществлять подсасывание пульпы на расстоянии 4-6 камер, поэтому их установка не требует большого количества насосов для перекачки промпродуктов.

В-четвертых, камеры этих машин выпускаются в двух исполнениях – всасывающие и прямоточные, поэтому они могут легко компоноваться по операциям.

В-пятых, для машин механического типа нет необходимости установки специальных аэрационных систем, снабженных воздуходувками или компрессорами.

Однако флотомашины этого типа обладают и существенными недостатками, главным из которых является их невысокая удельная производительность по потоку, невысокая степень аэрации и скорость флотации. Кроме того, как указывалось выше, эти флотомашины не могут иметь большую глубину, а следовательно большой объем, из-за трудностей, связанных с засасыванием воздуха.

Наиболее широко применяемые в отечественной и зарубежной практике механические флотационные машины с объемом камер не более 16 м³, имеют невысокую производительность по потоку ( 20-32 м³/ мин), низкую степень аэрации и скорость флотации. Поэтому на обогатительных фабриках большой производительностью количество камер флотационных машин этого типа достигает 1000 и более штук.

Пневмомеханические флотационные машины нашли широкое распространение в практике флотационного обогащения из-за целого ряда преимуществ перед машинами механического типа. Прежде всего эти машины имеют значительно большую производительность по потоку, которая обычно составляет от 2 до 3 объемов камеры в минуту. Принудительная подача воздуха и эффективная работа аэрационных блоков значительно повышает степень аэрации пульпы, увеличивается скорость флотации, снижается потребляемая мощность, сокращается фронт флотации и снижаются капитальные и эксплуатационные затраты. Специальное износостойкое покрытие камер и аэрационных узлов значительно повышает срок эксплуатации камер.

Принудительная подача воздуха позволяет увеличить объем камер и обеспечить равномерное распределение пузырьков воздуха по всему объему камеры. Объем камер флотационных машин пневмомеханического типа достигает 130 – 160 м³ и даже 300 м³.

Однако флотомашины этого типа имеют довольно существенные недостатки, к которым отностся прежде всего необходимость установки большого количества насосов для перекачки промродуктов, так как эти камеры не могут работать на подсосе. Кроме того, в этих камерах значительно снижается эффективность при флотации пульпы плотностью более 40% тв, поэтому они устанавливаются в основных, а не в перечистных операциях

Выпуском камер этого типа занимаются крупнейшие фирмы, производители обогатительного оборудования6 Оутокумпу, Вемко, ОАО «Усольмаш», РИВС, Метсо Минералс, Денвер и др.

Пневмомеханические флотационные машины выпускаются ОАО «ПО Усольмаш» как в камерном, так и в чановом исполнении с объемом камеры от 3,2 до 100 м^3. ( таблица 59)

Таблица 59 . Техническая характеристика пневмомеханических флотационных машин камерного типа производства ОАО «ПО Усольмаш»

Таблица 60 . Техническая характеристика пневмомеханических флотационных машин чанового типа производства ОАО «ПО Усольмаш»

Пневмомеханические камерные флотационные машины РИФ, выпускаемые научно-производственным объединением РИВС имеют объем камеры от 3,2 до 45 м³. Чановые машины РИФ имеют емкость камер от 45 до 130 м³. Все эти машины обеспечены аэрационными узлами РИФ (рис.163 ), которые обеспечивают придонные и восходящие потоки пульпы, позволяют увеличить количество тонкодисперсного воздуха, снизить потребляемую мощность.

Рис. 163. Общий вид аэрационного узла пнемвомеханической флотационной машины

Аэрационные узлы унифицированы и могут устанавливаться во флотомашины с объемом камер 1,2; 1,6; 3,2; 6,3; 8,5; 12,5; 16; 40; 85; 100 и 130 м³.

Камерные флотационные машины РИФ компонуются из приемных карманов (1), собственно камер (2), промежуточных (4) и разгрузочных карманов (5) и пенных желобов (3) (рис.164 ).

Рис. 164.Камерная флотационная машина РИФ -45

Компоновка осуществляется в соответствии со схемой флотации. В прямоточной нитке с емкостью камер от 0,2 до 8,5 м³ рекомендуется устанавливать не более 6-8 камер, при объеме камер 16-40 м³ – не более 4 камер. Камеры флотационных машин оснащены поперечными пенными желобами. На внутреннюю поверхность камер наносится химически стойкое фуриловое покрытие «Голтар», а основные детали, подверженные абразивному износу, покрываются резинометаллическими футеровками. На рис.165 показана примерная компоновка камер флотомашин чанового типа РИФ 45..

Рис. 165. Компоновка чановых флотационных машин РИФ - 45

В таблице 61 дана техническая характеристика камерных флотомашин РИФ.

Таблица 61 . Техническая характеристика пневмомеханических флотационных машин РИФ

Чановые пневмомеханические машины РИФ выпускаются с объемом чанов 45; 65; 85; 100 и 130 м³ ( таблица 62 ).

Таблица 62 Техническая характеристика чановых флотационных машин

РИФ 45 и РИФ 100

Для перечистных операций предназначена чановая машина колонного типа РИФ 8,5П, которую рекомендуется применять при плотности пульпы не более 40% твердого и крупности более 70% минус 0,074 мм.. Производительность такой машины составляет до 8,5 м³/мин.

В настоящее время компанией Оутокумпу выпускаются пневмомеханичекие флотомашины трех основных модификаций:

- машины камерного типа:

- ОК – U (U – образный корпус);

- ОК – R (R –образный корпус);

HG – ( для перечистных операций)

- машины чанового типа TancCell:

ТС

ТС – XHD

- машины SK для скоростной песковой флотации в цикле измельчения.

Рис. 166. Узел « ротор – статор» пневмомеханической флотационной машины ОК

Традиционные машины камерного типа (рис.166) оборудованы типичным узлом «ротор-статор»,

который позволяет эффективно перемешивать пульпу и равномерно распределять диспергируемый воздух по всему объему камеры. Кроме того, этот узел способен запускаться под полной загрузкой, что снижает время простоя и позволяет использовать электродвигатели меньшей мощности.

Пульпа в камеру поступает у днища и выходит из камеры в ее верхней части. Основная доля потока от верхней части ротора движется вертикально вниз, не выходя из ротора. Это обусловлено наличием зоны относительно высокого давления на разгрузке ротора и низкого давления на входе.

Механизм флотомашины ОК-U состоит из ротора, устанавливаемого на полом валу и статора, прикрепленного или к опорной поверхности или непосредственно к его основе на дне камеры.

Вал присоединен к редуктору или блоку подшипников и приводится в движение электродвигателем. Передача между двигателем и редуктором осуществляется через клиноременную передачу . При помощи блока подшипникового узла передача осуществляется непосредственно через клиноременную перерачу между двигателем и валом. Двигатель с рамой и системой передачи устанавливается на опорные балки общей рамы в верхней части камеры. Воздух в камеры поступает через полый вал и вертикальные отверстия в роторе. Пузырьки воздуха вместе с флотируемыми минеральными частицами поднимаются к поверхности пульпы и образуют пену, которая сливается через порог пенного желоба

В таблице 63 представлена техническая характериатика флотационных машин ОК- U.

Таблица 63. Техническая характеристика флотационных машин ОК-U

Флотационные машины модификации OK-R выпускаются с объемом камеры не более 5 м³ (таблица 64 ).Отличает эти машины соотношение ширины к высоте камеры, которое составляет 1,9-2,13, в то время как в машинах ОК-U оно не превышает 1,1-1,3 и только для машины ОК-16 оно составляет 1,77.

Таблица 64. Техническая характеристика флотационных машин ОК-R

Флотомашины HG по конструкции более глубокие, чем традиционные камеры. Они применя.ются в основном в перечистных операциях и оборудованы устройством для промывки пены и пеногонами. Более толстый слой пены и его эффективная промывка обеспечивают получение концентрата более высокого качества с меньшим содержанием шламов, что значительно упрощает циклы флотации и снижает циркуляционные нагрузки.

Таблица 11. Техническая характеристика флотационных машин OK-SK

Флотационные машины пневмомеханического типа выпускаются компанией Метсо Минералс в двух модификациях – камерные машины DR и чановые машины. с камерой реактивного типа RCS и с механизмом DV.

Камерные машины DR применяются при флотации грубоизмельченных обесшламленных пульп. Машина представляет собою чан емкостью от 0,34 до 42,5 м³( табл.66). В чане установлен близко расположенный ко дну импеллер с рециркуляционным колодцем. Чаны обеспечены питающим, промежуточным или разгрузочным карманами. Уровень пульпы регулируется автоматически при помощи сферических клапанов.

Таблица 66. Техническая характеристика флотационных камер DR

Флотационные машины RCS представляют собою чан с низкорасположенным входом и выходом пульпы. В верхней части жестко закрепляется подвеска для крепления механизма привода. Верхняя часть камеры полностью закрыта. Футеруется только центральная часть днища чана. На уровне днища камеры установлены конусовидные клапаны, регулирующие поток материала. Чан оборудован двумя внутренними желобами для пенного продукта. Разгрузка желобов осуществляется на одну сторону камеры и может регулироваться при компоновке чана. Для уменьшения времени пребывания пены в камере, для лучшего извлечения крупных частиц и повышения эффективности процесса могут быть установлены пеногоны. Регулировка уровня пульпы осуществляется с помощью обычных конусовидных клапанов с пневматическим приводом, управляемых поалавковыми датчиками уровня.

Такая конструкция обеспечивает подачу потока пульпы в подымпеллерную зону, предотвращающую осаждение материала. Этот механизм создает мощные радиальные потоки пульпы к стенкам чана, первичный возвратный поток к нижней стороне импеллера и вторичную верхнюю рециркуляцию. Все это позволяет эффективно распределять пузырьки воздуха по объему чана, обеспечить максимальный контакт частиц с пузырьками воздуха и поддерживать твердую фазу во взвешенном состоянии. В активной нижней зоне формируется взвесь твердых частиц и осуществляется контакт этих частиц с пузырьками воздуха. Верхняя часть с уменьшенной турбулентностью препятствует отделению частиц от пузырьков. Спокойная поверхность пульпы в чане сводит к минимуму осыпание частиц в объем пульпы.

Конструкция механизма позволяет свести к минимуму образование локальных зон высокой турбулентности внутри импеллера и статора, что повышает износостойкость всего механизма. Импеллер и статор изготовляются из износостойких эластомеров или литого полиуретана.

Расход воздуха для аэрации регулируется в каждом чане автоматически или вручную. Для чанов объемом до 50 м³ используется клиноременный привод, для чанов большего объема применяется редукторный привод с удлиненными подшипниками выходного вала и конструкцией типа «сухого колодца».

В таблице 67 приведена техническая характеристика флотационных машин RCS компании Метсо Минералс.

Таблица 67. Техническая характеристика флотационных машин RCS

Пневматические флотационные машины имеют наиболее простую конструкцию по сравнению с механическими и пневмомеханическими машинами в первую очередь из-за отсутствия движущихся частей. Эти машины долгое время не находили промышленного использования прежде всего из-за отсутствия надежных и долговечных аэраторов и необходимости установки большого количества насосов для компоновки аппаратов в технологическую схему.

В настоящее время созданы высококачественные аэраторы и большеобъемные флотомашины с большой удельной производительностью. Пневматические флотационные машины стали конкурентноспособными по капитальным, эксплуатационным затратам и по надежности работы..

К пневматическим флотационным машинам относятся :

- машины пенной сепарации:

- колонные машины:

- пульсационные машины

- реакторы-сепараторы;

.Машины пенной сепарации ФПС применялись при флотации грубоизмельченных пульп и сростков. Особенностью этих машин является подача на пенный слой пульпы, предварительно обработанной реагентами. Флотационная машина ФПС (рис.167 ) состоит из камеры 1, в центре которой расположено загрузочное устройство 2.

Рис. 167. Флотационная машина пенной сепарации ФПС

По бокам от этого загрузочного устройства над приемными желобами 3 установлены брызгала 4. С двух сторон от приемных желобов ниже пенных порогов на глубине 150-200 мм расположены в два ряда трубчатые аэраторы с пористыми стенками 6. Камера флотационной машины имеет пирамидальную форму с вершиной в нижней части, где имеется разгрузочное устройство 7.

Загрузка пульпы, обработанной реагентами производится через загрузочное устройство, которое обеспечивает равномерное распределение пульпы по всей длине флотационной камеры.. В желобах 3 пульпа подвергается аэрации через резиновые пористые трубки, установленные в этих желобах, разжижению водой из брызгал 4. Затем пульпа поступает на пенный слой, образуемый в результате подачи сжатого воздуха через трубчатые резиновые аэраторы. Гидрофобные частицы остаются на поверхности пенного слоя или прикрепляются к пузырькам воздуха при падении в пенном слое. Разгрузка флотируемых частиц осуществляется через пенный порог 5. Гидрофильные частицы под действием силы нтяжести падают на дно камеры и разгружаются через разгрузочное устройство. В такой флотационной машине флотируются частицы большой крупности. Так при флотации сильвинитовой руды крупность ее составляла -3 +0,8 мм, а из грубых гравитационных оловянных концентратов флотировались сульфиды крупностью -2 мм.. При этом скорость флотации увеличивалась в 100 раз. Однако ненадежность конструкции аэраторов не позволила найти этим машинам широкого применения в практике обогащения, за исключением флотации алмазов.

Колонные флотационные машины применяются при флотации угля, руд и другого минерального сырья. По сравнению с механическими и пневмомеханическими машинами аппараты колонного типа обладают рядом достоинств:

· в одном аппарате возможно совмещение основной и перечистной операции;

· сокращается количество перечистных операций в 2-5 раз;

· удельная объемная производительность увеличивается в 1,5-2 раза;

· повышается качество концентрата и извлечение;

· в 1,5-2 раза уменьшается металлоемкость и на 30-50% энергоемкость;

· использование производственных площадей снижается в 3-5 раз;

· в 1,8-2,5 раза снижаются эксплуатационные затраты;

· упрощается система управления.

Вместе с тем колонные аппараты обладают и существенными недостатками:

• большая высота;
• неэффективность извлечения крупных частиц ( более 150-200 мкм);
• ограничение производительности колонных аппаратов скоростью всплывания комплекса « минерал-пузырек» в определенных пределах;
• неэффективность работы аппарата в контрольных операциях;
• необходимость предварительной калибровки оборудования и строгого контроля;
• отсутствие надежно работающих аэраторов;
• чувствительность аппаратов к изменениям производительности по потоку.

Принцип действия колонных флотационных машин, несмотря на их большое конструктивное разнообразие, один и тот же. Заключается он в том, что ( рис.168 ) в камеру , имеющую прямоугольное или круглое сечение через аэратор , расположенный в нижней части подается воздух который поднимаясь на верх колонны встречает поток измельченной пульпы, поступающий через питающее устройство

Гидрофобные частицы, прилипшие к пузырькам воздуха поднимаются в верхнюю часть колонны и в виде пенного продукта разгружаются в пенный желоб , а камерный продукт удаляется через специальное отверстие , как правило, аэролифтом.

Основным устройством в колоннах являются аэрационные трубки. Вначале они изготовлялись из различного вида перфорированных трубок. Однако эти трубки подвергались быстрому истиранию, забиванию твердыми частицами, создавали сложности при регулировке крупности пузырьков, требовали подачи свежей воды и т.п. В колонных машинах конструкций последних лет рекомен