Что такое флотационный контур и как он работает? Руководство производителя

Встаньте на операционный этаж медной, свинцово-цинковой или фосфатной обогатительной фабрики, и вы увидите одну и ту же картину: длинные ряды прямоугольных резервуаров, каждый из которых сбивает темную пульпу под слоем пены с минеральным покрытием, соединенных желобами, трубами и насосами. Эта организованная система представляет собой контур флотации.

Если ответить прямо на вопрос, то схема флотации — это запланированная последовательность флотационных камер и вспомогательного оборудования, включая резервуары для кондиционирования, воздуходувки, насосы, желоба и сгустители, через которые на определенных этапах проходит тонкоизмельченная руда. Ценные минеральные частицы прикрепляются к пузырькам воздуха, поднимаются в пену и удаляются в виде концентрата, в то время как нежелательные частицы пустой породы остаются влажными, тонут и покидают завод в виде хвостов.

Последовательность имеет большее значение, чем любая отдельная машина. Камеры грубой очистки производят первую рекуперацию, камеры-поглотители подметают то, что пропустили машины грубой обработки, а камеры очистки повышают качество пены до качества, за которое фактически будет платить металлургический или химический завод. Хорошо организованная система обычно извлекает от 85 до 95 процентов ценного металла из руды. Плохо организованное предприятие может оставить несколько процентных пунктов металла, а зачастую и всю прибыль, закопанными в хвостохранилище.

В этом руководстве объясняется, что делает каждая часть схемы, почему этапы расположены именно так, как подбираются машины для каждой обязанности и что нужно подготовить перед заказом оборудования. Он написан с точки зрения производителя, который проектирует, строит, устанавливает и вводит в эксплуатацию эти системы как комплексные предприятия по переработке полезных ископаемых.

Что на самом деле представляет собой схема флотации

Флотационная машина и флотационный контур — это не одно и то же, и это различие имеет реальные последствия при покупке оборудования. Флотационная машина представляет собой один резервуар с мешалкой, который распыляет воздух в пульпу. Флотационный контур представляет собой комплексное расположение этих резервуаров по ступеням вместе со всем, что перемещает пульпу и пену между ними. Покупка машины дает вам одну рабочую станцию; проектирование схемы дает вам производственную линию с собственными контурами контроля качества.

Полная схема обычно содержит следующие элементы:

• Резервуары для кондиционирования и смешивания, в которых измельченная руда контактирует с собирателями, пенообразователями и модификаторами перед началом флотации.
• Более грубый банк, то есть несколько ячеек, соединенных последовательно, которые принимают свежемолотую мякоть.
• Банк-утилизатор, который обрабатывает необработанные хвосты перед их выбрасыванием.
• Один или несколько этапов очистки, которые улучшают более грубую пену, иногда с промежуточным этапом переизмельчения.
• Насосы, желоба и трубопроводы, которые перемещают пульпу, пену и промпродукты с этапа на этап.
• Воздушная система: самовсасывающие машины всасывают собственный воздух, а пневматические машины подаются с помощью специальных воздуходувок.
• Последующие сгустители, которые осаждают концентраты и хвосты и возвращают осветленную воду на завод.

Слово «схема» описывает петли внутри этой схемы. Не каждая частица плавает правильно с первого раза, поэтому промежуточные продукты, называемые промпродуктами, перекачиваются обратно на более ранние стадии и проходят через некоторые клетки более одного раза. Таким образом, контур никогда не является прямой линией; это сеть с контролируемой рециркуляцией, и именно эта сеть превращает принцип химического разделения в стабильный ежедневный производственный результат.

Эти три роли присутствуют почти на всех обогатительных фабриках по производству сульфида металлов в мире, от нескольких тонн в день до десятков тысяч. Что меняется между растениями, так это количество клеток на каждой стадии, размер клеток и то, насколько агрессивно стадии продвигаются к восстановлению или к повышению качества.

Как работает процесс пенной флотации внутри каждой камеры

Флотация — это поверхностный химический процесс, замаскированный под тяжелую промышленность. Прежде чем схема сможет что-либо сделать, руда должна быть достаточно тонко измельчена, чтобы ценные минеральные зерна были отделены или освобождены от окружающей их пустой породы. Во многих сульфидных цепях это означает помол примерно от 55 до 80 процентов с размером частиц 74 микрона, производимый шаровой мельницей, работающей в закрытом цикле с сепаратором. Если частицы все еще сцеплены вместе, ни одна схема реагентов в мире не сможет чисто вывести значение.

Дальше идет кондиционирование. Пульпу перемешивают в смесительных емкостях при добавлении реагентов. Коллекторы адсорбируют на поверхности ценные минералы и придают им водоотталкивающие свойства, в чем и состоит суть дела. Депрессанты действуют наоборот на минералы, которые вы хотите оставить, сохраняя их влажными и пассивными. Модификаторы, такие как известь, устанавливают pH целлюлозы так, что все эти химические вещества ведут себя должным образом.

Внутри самой флотационной камеры вращающееся рабочее колесо разрезает поступающий воздух на миллионы мелких пузырьков и удерживает пульпу во взвешенном состоянии. Затем в быстрой последовательности происходят три вещи: пузырьки сталкиваются с частицами, гидрофобные частицы прикрепляются к пузырьковой пленке, и наполненные пузырьки поднимаются через пульпу в слой пены на поверхности. Пена — это не просто пена; это рабочая зона, где унесенная вода и слабо прикрепленные частицы пустой породы стекают обратно вниз, повышая качество того, что осталось. Минерализованная пена переливается через желоб в верхней части камеры в виде концентрата, а отбракованные частицы покидают нижнюю или боковую часть машины в виде хвостов.

Химия решает, что может плавать. Классическим примером является сфалерит, минерал цинковой руды: обычные коллекторы сульфидов почти не касаются его, пока сульфат меди не активирует его поверхность при pH от 10,5 до 11. Пирит, напротив, удерживается во многих контурах просто за счет поддержания высокой дозы извести. Вот почему два завода, добывающие разную руду, могут выглядеть почти одинаково аппаратно и вести себя совершенно по-разному на практике.

Очистка, очистка, очистка, доочистка: четыре этапа флотационного цикла

Первый вывод: эти стадии существуют потому, что восстановление и содержание тянутся в противоположных направлениях. Клетка может либо схватить все быстро, с низкой степенью восстановления, либо не торопиться и произвести что-то чистое, с низкой степенью восстановления. Схема разбивает этот конфликт на отдельные этапы, чтобы каждый из них можно было оптимизировать для выполнения отдельного задания.

Более грубая стадия

В более грубый банк поступает свежая, кондиционированная мякоть, и он рассчитан на скорость и полноту восстановления, а не на качество. Необработанный концентрат обычно представляет собой продукт среднего качества, слишком низкого качества для продажи, но он содержит большую часть стоимости, которая в конечном итоге покинет завод. Поэтому более грубые камеры работают с более мелкой пеной и агрессивной аэрацией.

Стадия мусорщика

Банк-мусорщик обрабатывает все, что отвергли чернорабочие. Концентрат у него бедный, поэтому его перекачивают обратно в более грубое сырье или присоединяют к более чистому потоку, а не отправляют. Единственная цель мусорщика — убедиться, что отходы действительно являются отходами. На плохо настроенном заводе мусорщик — это то место, где вы можете буквально наблюдать, как деньги покидают здание, потому что все ценности, которые они пропускают, исчезают навсегда.

Этапы очистки и доочистки

Очистители берут более грубую пену и улучшают ее. Пена здесь более глубокая, время пребывания на тонну больше, а к поверхности пены иногда добавляют промывную воду, чтобы вытеснить унесенную пустую породу обратно в пульпу. Строгие требования к концентрату или мелкозернистой руде могут оправдать второй этап очистки, установку доочистки или мельницу доизмельчения между черновой обработкой и очисткой, чтобы композитные частицы получили еще один шанс на освобождение.

Промпродукты и циркуляционные нагрузки

Любой промежуточный продукт, идущий вспять, является середнячком. Циркуляционные нагрузки в десятки процентов являются нормальными для флотационных установок, и насосы и желоба должны быть рассчитаны на них с первого дня. Когда операторы говорят, что схема «стабильна», они обычно имеют в виду, что эти петли достигли равновесия: все, что происходит, происходит с постоянной скоростью.

Конфигурации контуров и выбор флотационной машины

Конфигурация — это скелет завода, и она выбирается из руды, а не из каталога. В таблице ниже приведены конфигурации, которые мы чаще всего проектируем в EPC-проектах по переработке полезных ископаемых.

На любом этапе ячейки соединены последовательно, поэтому пульпа обрабатывается каждой машиной по очереди. Когда тоннаж растет, поток разделяется на параллельные банки, потому что одному банку либо потребуются огромные ячейки, либо придется отказаться от времени пребывания. Правильные банковские арифметические действия несложны, если известно требуемое время пребывания, и это единственный наиболее распространенный расчет, лежащий в основе котировки на размещение акций.

Выбор машины затем следует за обязанностями. Самовсасывающие машины, такие как модели SF, BF, GF и JJF, создают собственный подсос воздуха в зоне рабочего колеса. При этом удаляется система нагнетания воздуха для этих камер, а при расположении «ячейка к ячейке» пена течет под действием силы тяжести между машинами без пенных насосов. Они идеально подходят для установок средней производительности и для уборочных работ, где каждая камера работает с разной глубиной и уровнем пены.

Машины с пневматическим приводом, такие как модели XCF и KYF, получают воздух низкого давления от воздуходувок, а не всасывают его. Крыльчатка работает с более низкой окружной скоростью, что снижает износ и подходит для резервуаров большого объема. При парном расположении ячейки XCF могут всасывать пену из соседних ячеек KYF, поэтому объединенному блоку вообще не нужны промежуточные пенные насосы. При выполнении крупных работ по черновой обработке и очистке мусора это экономит оборудование, площадь помещения и время технического обслуживания.

Особая целлюлоза требует специального оборудования. Крупные размеры частиц и более высокая плотность пульпы, которые возникают при некоторых переработках хвостов и неметаллических применениях, требуют машин, рассчитанных на более сильную суспензию, например, типа CLF. Та же логика применима далеко не только к сульфидам металлов: фосфоритная руда, поташ и другие промышленные минералы тоже плавают, и наш проект устройства для флотации фосфоритной руды для крупной группы удобрений следовал точно таким же рассуждениям о грубой очистке и очистке, но с совершенно другой схемой реагентов.

Пример быстрого определения размера показывает, как соотносятся конфигурация и оборудование. Обогатительная фабрика, перерабатывающая 3000 тонн руды с содержанием твердых веществ около 33 процентов в день, отправляет на флотацию примерно 300 кубических метров пульпы в час. Если в ходе испытаний установлено, что черновым машинам требуется восемь минут пребывания, то стадии требуется около 40 кубических метров эффективного объема, что может составлять четыре камеры по 10 кубических метров или две камеры по 20. Расчет поглотителей происходит по той же схеме, и размеры очистителей определяются по тоннажу концентрата, а не по тоннажу сырья.

Что питает цепь, а что покидает ее

Качество системы вверх по течению зависит от качества ее подготовки сырья. Стадия измельчения, обычно в шаровой мельнице с мокрой решеткой, закрытой спиральным классификатором или гидроциклоном, устанавливает гранулометрический состав, с которым должна справиться флотация. Если классификационные заносы и крупные зерна проскальзывают, они попадают в более грубые ячейки, где пузырьки не могут их поднять, и отправляются прямо в хвостохранилища. Вот почему опытные операторы следят за классификатором почти так же внимательно, как за пеной.

Между измельчением и флотацией находится кондиционирование, самый недооцененный этап на предприятии. Коллекционерам нужны минуты контакта для правильной адсорбции, а плотная пульпа должна оставаться полностью во взвешенном состоянии, чтобы каждая частица могла видеть реагент. В проектах, работающих с плотной или вязкой целлюлозой, мы устанавливаем перемешивание с высокой концентрацией перед камерами именно потому, что плохо кондиционированный корм невозможно спасти на выходе, независимо от того, насколько хороши машины.

В дальнейшем оба продукта требуют обработки. Концентрат поступает в сгуститель, обычно с центральным приводом, где твердые частицы оседают, а нижний поток поступает на фильтрацию перед плавкой или химической переработкой. Хвосты также сгущаются, а восстановленная вода возвращается на фабрику. Водный баланс заслуживает настоящего инженерного внимания: в засушливых районах и соленых озерах, где мы строим крупномасштабное оборудование для смешивания и разделения калийных и литиевых удобрений, каждый кубический метр переработанной воды — это вода, которую заводу не нужно закачивать откуда-то еще.

Рабочие параметры, определяющие восстановление

Оператор эффективно управляет двумя рычагами: химией и физикой. Химия охватывает дозировки реагентов и pH. Физика охватывает плотность, глубину пены, расход воздуха и уровень. В таблице ниже перечислены наиболее важные параметры с диапазонами, которые являются типичными отправными точками, а не универсальными ответами.

Один принцип из опыта эксплуатации перевешивает любую цифру: стабильность важнее совершенства. Плотность подачи, которая отклоняется на несколько точек, перемещает все вниз по потоку, включая текстуру пены, уровни и потребность в реагентах. Заводы, которые измеряют плотность и поток пульпы в контуре подачи и своевременно корректируют смещение, поддерживают восстановление гораздо легче, чем заводы, которые корректируют ячейки после того, как повреждение становится видимым в аналитической лаборатории. Последовательное дозирование откалиброванными насосами и письменный журнал появления пены в сравнении с результатами анализов сделают больше для восстановления в течение года, чем любой один героический сдвиг.

Как измеряется производительность цепи: уровень, восстановление и компромисс

Два числа описывают схему флотации. Марка – содержание металлов в концентрате, выраженное в процентах. Извлечение – это доля металла в сырье, которая передается в этот концентрат. У электростанции может быть отличное качество и плохое восстановление, или наоборот, и разница между ними заключается в том, где проектирование цепей приносит пользу.

Извлечение рассчитывается по формуле, состоящей из двух продуктов: процент извлечения равен c, умноженному на (f минус t), разделенному на f, умноженному на (c минус t), умноженному на 100, где f — качество сырья, c — качество концентрата, а t — качество хвостов. Возьмем медный контур с содержанием сырья 1,0 процента, концентратом 25 процентов и 0,08 процента в конечных хвостах. Расчет дает 25, умноженное на 0,92, разделенное на 1,0, умноженное на 24,92, что составляет около 92,3 процента восстановления. Эта единственная цифра, отслеживаемая ежедневно, сообщает руководству, сохраняет ли схема проектные характеристики.

Размер частиц объясняет многие недостатки восстановления. Пузырьки эффективно переносят частицы среднего размера; Крупные частицы отделяются под собственным весом, а мелкие слизи уходят в пену с водой или вообще отказываются прикрепляться.

Компромисс вытекает напрямую: повышение качества, более чистая пена и более строгий контроль реагентов обычно требуют некоторого извлечения, а погоня за каждой последней частицей требует повышения качества. Более чистые этапы, перешлифовка между черновой и чистовой обработкой и лучшая классификация на начальном этапе — вот как завод покупает и то, и другое одновременно. Это проектные решения, а не настройки для каждой смены, и именно поэтому раздел о конфигурации в этом руководстве имеет большее значение, чем любые советы по эксплуатации.

Распространенные проблемы с флотационной системой и практические решения

Большинство проблем с контурами проявляются в пене еще до того, как они появятся в анализах. На картах ниже представлены шесть симптомов, о которых нас чаще всего спрашивают, их обычные причины и действия, которые действительно помогают.

Эту закономерность стоит запомнить: повторяющиеся проблемы в камерах обычно связаны с классификацией на входе или изменчивостью подачи, а не с самими флотомашинами. Устранение причины один раз важнее устранения симптомов каждую смену, и именно по этой причине наши команды по вводу в эксплуатацию всегда начинают с разгрузки мельницы и работают вперед.

От испытательной работы к работающей установке

Схема флотации спроектирована на основе данных, и путь передачи данных хорошо налажен. Периодические флотационные испытания образцов бурового керна или каналов позволяют определить, какие реагенты работают и насколько быстро минерал всплывает. Затем тесты с замкнутым циклом моделируют циркулирующий промпродукт реального завода, выявляя действительно устойчивые содержания и степень извлечения, а не лестные цифры за один проход. Для более крупных инвестиций пилотная кампания подтверждает время пребывания и поведение при обработке пены в значимом масштабе.

Эти результаты напрямую отражаются на оборудовании: поэтапном времени пребывания, объемах ячеек, типах машин, режимах воздуходувки и насоса, а также оборудовании для смешивания и сгущения ячеек. Поставка всего этого в одном пакете — это то, что на практике означает EPC для переработки полезных ископаемых, и именно поэтому наша линейка продуктов включает в себя дробление и измельчение, перемешивание, флотацию, сгущение и выщелачивание, так что ни одна стадия не подбирается наугад, чтобы соответствовать оборудованию другого поставщика.

Существующие схемы также перестраиваются, и часто самый быстрый выигрыш в восстановлении на предприятии достигается за счет реконфигурации ячеек, а не их добавления. Руды меняются по мере того, как шахты углубляются, и схема, спроектированная десять лет назад, теперь, возможно, очищает другую минералогию. Наш проект технической реформы флотации цинка производительностью 3000 тонн в день представляет собой типичный случай: та же площадка, тот же общий класс оборудования, новая конфигурация и логика реагентов, адаптированная к текущей руде.

Затем ввод в эксплуатацию следует последовательности, которую опыт делает рутиной: механический монтаж, испытание воды, первая подача руды, затем реагент и настройка уровня до тех пор, пока контур не будет поддерживать проектное извлечение. Растения с реалистичным бюджетом на этот период настройки достигают паспортных показателей без драматизма; заводы, которые рассматривают ввод в эксплуатацию как второстепенный вопрос, обычно платят за него за счет недопущенной продукции в течение первых месяцев.

Что проверить перед заказом флотационного оборудования

Расценки на оборудование могут выглядеть одинаково на бумаге и совершенно по-разному работать на заводе. Судя по тому, что мы видим, когда клиенты приходят к нам после сложной покупки, эти проверки отделяют разумные закупки от дорогостоящих уроков:

1. Подтвердите данные о руде, лежащие в основе проекта. Спросите последние анализы, минералогию и распределение частиц по размерам, которые использовал поставщик, и убедитесь, что они описывают вашу руду, а не являются предположениями.
2. Запрашивайте эффективный объем, а не объем резервуара. Мертвые углы и искаженные схемы потока сокращают реальное время пребывания, и эта разница может незаметно стоить нескольких процентов восстановления.
3. Сопоставьте тип машины с размером частиц и плотностью пульпы. Для грубой и плотной целлюлозы нужны машины, предназначенные для них, а не универсальная камера с прикрученным к ней двигателем большего размера.
4. Проверьте материалы изготовления. Рабочие колеса, диффузоры, валы и вкладыши определяют срок службы; подтвердите характеристики резины или полиуретана и ожидаемые интервалы замены.
5. Проверьте воздушную систему. Для блоков с принудительной подачей воздуха подтвердите размер воздуходувки, запас давления и резервную мощность, поскольку восстановление прекращается при остановке подачи воздуха.
6. Наличие изнашиваемых деталей и условия поставки уточняйте до подписания, а не после того, как первый комплект изнашивается.
7. Настаивайте на поддержке при установке и вводе в эксплуатацию с четко определенными этапами, включая помощь при первом запуске и настройку восстановления.
8. Попросите рекомендации по тому же типу руды и свяжитесь с ними. Десять минут разговора по телефону с действующим предприятием стоят больше, чем любая брошюра.

Со своей стороны: завод в Чжуцзи, провинция Чжэцзян, десятилетиями создавал гидрометаллургическое и обогатительное оборудование, управляет научно-исследовательским центром с примерно 200 испытательными и производственными машинами, работает по системе управления качеством ISO9001 и отгружает более 25 000 тонн металлоконструкций и изделий в год. Проекты по добыче меди, цинка, молибдена, фосфатов, поташа и лития как в Китае, так и в Юго-Восточной Азии, на Ближнем Востоке и в Африке дают нам список рекомендаций, который мы рекомендуем проверить каждому потенциальному клиенту.

Часто задаваемые вопросы по флотационному контуру

Если вы планируете построить новую обогатительную фабрику или перестроить существующую схему на основе измененной руды, самым быстрым следующим шагом будет технический разговор, подкрепленный данными. Отправьте основную информацию, то есть целевую производительность, анализ головки, минеральный состав, ожидаемую крупность помола и спецификацию концентрата, и можно подготовить поэтапное предложение схемы с расчетами времени пребывания, выбором машины и компоновкой, подходящей для вашего объекта. Именно это предложение, а не каталог, сообщает вам, что на самом деле схема будет делать с вашей рудой.