CC BY
258
© М.Г. Видуецкий, В.А. Маль-цев, С.И. Матвеев, К.А.Плеханов, Ю.И. Старостин, С.Л. Читалов, Л.Д. Шевелева, А.Б. Лебед, 2003
УДК 622.7
М.Г. Видуецкий, В.А. Мальцев, С.И. Матвеев, К.А.Плеханов, Ю.И. Старостин, С.Л. Читалов, Л.Д. Шевелева, А.Б. Лебедь
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КОЛОННЫЙ АППАРАТ
Акт флотации в машинах колонного типа, как и в машинах других конструкций, определяется созданием благоприятных условий для образования флокул полезного минерала и перевода их в пенный слой.
Серьезным недостатком в создании оптимальной конструкции колонного аппарата является игнорирование флотогравитационных процессов, препятствующих достаточно полному извлечению тонко- и грубозернистых частиц полезного компонента.
Работы по колонной флотации были начаты в 60 годы прошлого века, но впервые перфорированный аэратор был применен И.Н. Плакси-ным еще в 40 годы в известной конструкции флотогравитационного стола, где в качестве приспособления насыщающего пульпу воздухом был использован продольный рифль, при переходе через который гидрофобные минеральные частицы вступали в контакт с пузырьками воздуха и осуществлялся акт флотации в тонком слое пульпы на поверхности стола. Продолжателем идей Игоря Николаевича в создании флотогравитационных аппаратов был наш земляк В.К. Бабак. Мы говорим о флотогравитационном столе на случайно, игнорирование флотогравитационных процессов протекающих в колонных флотомашинах являлось одним из тормозов в создании их прогрессивных конструкций, т. к. только на флотогравитационном столе создаются оптимальные условия для образования аэрофлокулы.
В колонном аппарате мы сталкиваемся с простейшим физическим явлением, где скорость свободного падения есть взаимодействие гравитационной силы и подъемной (Архимедовой) силы и определяющим является:
• плотность тела;
• диаметр тела;
• ускорение свободного падения;
• плотность жидкости.
Причем движение тела с постоянной скоростью F = фф-иЧэ2,
где ф - коэффициент сопротивления зависящий от числа Рейнольдса; р -плотность жидкости; и - скорость тела относительно жидкости; dэ -эквивалентный диаметр шара (равновеликого по объему тела).
Re = т^,
V
где V - кинематический коэффициент вязкости жидкости.
Кинематический коэффициент вязкости жидкости в колонной машине низок, ибо мы пытаемся насытить эту самую жидкость
тонкодиспергированными пузырьками воздуха и чем больше мы ее насыщаем тем активнее стараемся утопить несчастную частицу
полезного минерала, уподабливаясь родителям, которые пытаясь научить плавать собственных детей ста-ратйьнтихзтотубликованной в журнале "Обогащение руд" № 6 за 2001 г. гг. И. И. Брехман, Е.Б. Кремер, Г.Т. Сазонов и др. используют термин "Погибшие в пене" и пишут об опытах Брюса Депардо: когда в емкость с водой опускали шарик плотность которого была едва выше плотности жидкой фазы, и как только подавался воздух, шарик тонул.
Тоже самое мы наблюдаем в колонной машине и чтобы попытаться спасти минеральную частицу от "утопления" создаются аэраторы, назначение которых под огромным давлением до 6 атмосфер насытить пульпу таким количеством тонкодиспергированного воздуха, что он выталкивает в пенный слой все: и полезный минерал и пустую породу.
Вот отсюда и область применения колонных аппаратов в мировой практике: или контрольная флотация, где все надо вытащить ради низких хвостов, или перечистная флотация, где в машину подается почти готовая аэро-флокула из которой нужно "вычленить" пустую породу, что с успехом осуществляется в известных машинах.
Попытка учесть явление флото-гравитации в колонной машине, потребовала, в том числе, создания аппарата, в котором движение минеральной частицы и пузырька должно осуществляться в условиях, исключающих противоток.
С учетом вышесказанного в ОАО «Уралмеханобр» разработана новая конструкция многооперационной флотационной машины колонного типа серии КФМ, защищенная четырьмя патентами Российской Федерации.
Первый образец промышленной колонной машины серии КФМ, был изготовлен, установлен и испытан на Соколовско-Сарбайском ГПО Республики Казахстан в 1992 году.
Машина КФМ-600 испытывалась на материале крупностью - 0,6мм, в сравнении с пилотной колонной машиной фирмы «Минпрок», в конструкции которой полностью игнорируется закон флотогравитации, и показала свое неоспоримое преимущество.
На основании опытно-промышленных испытаний КФМ-600 в 1994 г. разработана, изготовлена, испытана и внедрена на ССГПО флото-машина КФМ объемом 22 м3. Объектом флотации явились отходы основного производства, содержащие кобальтоносный пирит при исходном содержании класса -0,074 мм 35-40%.
Испытания экспериментальных образцов флотомашин серии КФМ, послужили практической базой для совершенствования конструкции в целом, ее отдельных деталей, узлов и устройств.
В результате была создана машина нового поколения с усовершенствованными механическими а автоматическими узлами, обеспечивающими стабильную и надежную работу аппарата. В этой машине сделана попытка избежать явления "утопления минеральной частицы в пене".
Колонная флотомашина серии КФМ предназначена для обогащения руд цветных, черных, благородных и неметаллических полезных ископаемых (см. рисунок).
Принцип работы аппарата.
Обработанная реагентами пульпа под давлением 100^150 кПа, подается в устройство первого уровня аэрации 4, где происходит насыщение пульпы микропузырьками воздуха, после чего пульповоздушная смесь попадает в 1ю зону флотации, ограниченную центральной трубой 2, и расширенной частью камеры машины. В этой зоне проходит флотация минеральных зерен с наиболее прочно закрепленной пленкой собирателя. Несфлотирован-ная часть полезного компонента, представленная труднообогатимой и крупнозернистой его частью, опускается вниз. При переходе продукта во 2-ю зону флотации, меняется траектория его движения, что исключает явление противотока, обеспечивая встречу минеральной частицы и пузырька под заданным углом, что дает дополнительную возможность наиболее полно осуществить акт флотации.
Флотация во 2-й зоне происходит за счет тонкодиспергированных пузырьков воздуха, генерируемых блоками аэратора, для закрепления которых на поверхности частиц создаются оптимальные по гидродинамическим значениям потоки.
Благодаря специальному приспособлению в зоне «А» происходит образование эффекта кипящего слоя в объеме пульпы, что невозможно в других современных флотационных аппаратах.
Пустая порода опускается вниз к донному разгрузочному устройству 7, минуя блоки аэраторов. Большая часть камерного продукта разгружа-
ется через донное устройство, меньшая часть посредством внешнего аэ-ролифтного устройства 1.
Тонкая регулировка позволяет стабилизировать уровень пульпы в колонне в пределах 5^10 мм. Аэро-флокулы, поднимаясь в верхнюю часть колонны, образуют в расширенной части камеры пенный слой богатого продукта. В верхней части центральной трубы также образуется пенный слой, но с меньшим содержанием флотируемого минерала. Переход пены через срез центральной трубы обуславливает ее частичное разрушение, благодаря чему осуществляется пе-речистная операция.
Таким образом, 2-е зоны аэрации, область кипящего слоя внутри объема пульпы, 2-е зоны пеносъема, 2-е зоны разгрузки камерного продукта позволяют в одной машине осуществлять операции основной, контрольной и перечистной флотаций, т.е. получить богатый концентрат, не прибегая к орошающим пену устройствам, дополнительным машинам и т.д.
В конструкции аэрирующего устройства 1-го уровня заложен принцип эжекции, детали эжектора выполнены из износостойких материалов, срок службы которых до 8000 часов.
В конструкции диспергирующего устройства 2-го уровня аэрации применен оригинальный трубчатый аэратор, изготовленный на основе натурального каучука. Он выдерживает давление на разрыв до 600 кПа. Практика эксплуатации этих аэраторов показала их надежность и долговечность, срок службы до замены отдельных элементов составил до 6000 часов.
В зависимости от характеристик исходного сырья и требований к продуктам обогащения, машины КФМ могут устанавливаться в любой операции флотационного передела и компоноваться с флотомашинами различных типов как отечественного, так и зарубежного производства.
Следует особо отметить, что в настоящее время ведется настоящая работа по созданию колонного аппарата с традиционными для серии КФМ двумя уровнями аэрации, где АЭРИ-
Таблица 1
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛОННЫХ ФЛОТОМАШ
Наименование параметра
Производительность по потоку, м /час Удельный расход воздуха на аэрацию, м3мин/м3 Давление воздуха в пневмосистеме, кПа Количество уровней аэрации Содержание твердого в питании, %
Плотность материала, г/см3 Крупность частиц в питании, мм Установочная мощность средств КИПиА, кВт Объем камеры, м3 Масса флотомашины, т
Количество контролируемых, регулируемых и реги рируемых параметров системой КИПиА Г абаритные размеры, мм: высота длина ширина
РУЮЩЕЕ устройство 2 уровня будет заменено на АЭРОФлОКуЛИРУЮ-ЩЕЕ. Данный образец машины будет готов во 2й половине 2002 г.
Флотационные машины серии КФМ изготавливаются на одном из предприятий Среднего Урала. Завод-изготовитель поставляет флотомаши-ны в полном комплекте со средствами КИПиА, при этом производит монтажные и пусконаладочные работы, предшествующие внедрению флото-машины в схему фабрики.
В табл. 1 приведены характеристики уже освоенных в производстве флотомашин, при этом разрабатываются большеобъемные машины колонного и чанового типа с объемом камеры до 120 м3.
Как отмечалось ранее, процесс обогащения в машине КФМ полностью автоматизирован.
Контролируются, регулируются, регистрируются следующие параметры:
• производительность по исходному питанию,
• плотность пульпы в машине,
• уровень пульпы в камере, ее за-полняемость,
• поверхность пенообразования,
• высота пенного слоя,
• расход воздуха в предварительную аэрацию,
Принципиальная конструкция флотомашины серии КФМ: 1 - аэролифтное устройство;
2 - центральная труба; 3 - кольцевой пеносборник; 4 - устройство предварительной аэрации; 5 - корпус машины; 6 - секция блоков аэраторов; 7 - секция донного разгрузочного устройства
• расход воздуха в диспергирующее устройство,
• расход воздуха в разгрузочное устройство.
В комплект системы КИПиА также входят: щит управления, пульт управления, стабилизатор потоков исходного питания.
Управление КФМ может осуществляться как в полном автоматическом режиме, так и в случаях запуска, останова, аварийных и экстремальных ситуаций в режиме местного или дистанционного управления. Все этапы: запуск-работа-останов сопровождаются сигналами световых табло, звуковой и световой рабочей и аварийной сигнализацией.
В настоящее время фирма '^теш" комплектует систему КИПиА флотомашин серии КФМ, современными средствами локального управления.
Лабораторные и пилотные исследования по колонной флотации
В 1998 г. в институте «Уралмеха-нобр» разработана и изготовлена лабораторная установка колонной флотации непрерывного действия на базе колонной флотомашины серии КФМ, КФМ-50. За период 1998-1999 гг. на ней выполнены исследования по флотации руд Саткинского, Богословского, Турьинского, Волковского месторождений.
Одной из последних работ являются лабораторные исследования по разделению медно-никелевого файнштейна способом колонной флотации. Данная работа выполнена по заказу комбината «Североникель». В результате исследований установлена возможность получения продуктов:
- медный концентрат с массовой долей меди до 68 %, при извлечении до 96,5 % ;
- никелевый концентрат с массовой долей никель до 69 %, извлечение до 95,5 %.
В целях проведения оценочных и сравнительных опытно-
промышленных испытаний, непосредственно на обогатительных фабриках, разработана и изготовлена мобильная пилотная колонная флотомашина серии КФМ, КФМ-120.
С использованием КФМ-120 проведены опытно-промышлен-ные испытания по флотации медно-апатит-магнетитовых руд Волковского месторождения на обогатительной фабрике ОАО «Святогор» и шлаков металлургического производства черновой меди ЗАО «Кировоградская металлургическая компания». В обоих случаях исследования проводились непосредственно во флотоотделениях обогатительных фабрик, КФМ-120 устанавливалась параллельно с работающим технологическим оборудованием.
В результате сравнительных испытаний (табл. 2) установлено, что колонная флотация в КФМ при сопоставимом и превышающем качестве продуктов обогащения, повышает извлечение полезных компонентов на 27%, при этом удельная производительность КФМ в 2-4 раза выше чем у механических и пневмомеханических флотомашин.
В 2001 г. на ОАО "Уралэлектромедь" в химико-металлурги-ческом цехе проведены опытно-
промышленные испытания пилотного колонного аппарата К-120 (прототип КФМ-120) для осуществления техно-
логии интенсивного окислительного обезмеживания шламов электролитического рафинирования черновой меди, основанного на безимпеллерном, пневматическом кондиционировании пульпы, получены результаты превышающие запланированные.
Практика промышленного использования
В 1998 г. по согласованию с институтом "Уралмеханобр" комбинат «Североникель» по конструкторским чертежам изготовил и установил во флотоотделении флотомашину
МФКТ-600, представляющую собой аппарат серии КФМ, КФМ-600. По просьбе руководства «Североникель», диспергаторы для блоков аэраторов были изготовлены специалистами «Уралмеханобра». Промышленные испытания этой машины, выполненные на «Североникеле», показали преимущество указанного аппарата над механическими флотомашинами.
Внедрение флотомашины КФМ-1400 на обогатительной фабрике Турьинского медного рудника позволило из сульфидно-магнетитовых руд с массовой долей меди 0,7% в одну операцию флотации получить кондиционный медный концентрат с массовой долей меди 22-30%, при извлечении 89-95%. Одна колонная машина позволила осуществить операции основной, контрольной и 2-х перечист-ных флотаций и при плановой производительности позволила высвободить 75% парка флотомашин. После чего осуществлена реконструкция Турьинской обогатительной фабрики под флотационно-магнитную схему переработки руд Северо-Песчанского месторождения, с возможностью по-
Таблица2
ПОКАЗАТЕЛИ ФЛОТАЦИИ МЕДНЫХ РУД, АПАТИТА И МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ В КОЛОННЫХ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКИХ ФЛОТОМАШИНАХ
Показатели Медьсо ки шах дерМадмоемшмет] ііі^рхисІіуіііЗЛОк'і «КМК» ника пчМидна го рудогс ОА і рУДеДМофшмов-м! мешврожддмИЯшко О "Свячвгоррождем гмМедма всждеми ия меж і ру М еДьсмдержащир о- ОАОВерхвркше И£кКі”и Ііік.іоваЯ(ф.«КіМК»і
КФМ-1 20Ф МФ40М-3 ,2К< ЛКЧПМ- 400ФІ м-фм-3 2 К< >М-КФ]\ [-Л4ФМ-1: 0 ФПМ-3,2
Массовая доля меди в концентрате, % Массовая доля меди в хвостах % Извлечение меди в концентрат, % 8,13 0,59 35,0 до 3(5,50 0,050,63 до 929,3 до 2613,7 >,0550,28 до 9388,2 2 5 2 13,1' 0,289 88,13 2, 3 4,6 11,29 13 1,29 - 4077 ,80 1-1,40 1,37 76,10
Массовая доля Р2О5 в пенном продукте, % Массовая доля Р2О5 в камерном продукте, ( Извлечение Р2О5 в концентрат, % % ( 3,1 ,09 8,0 11,8 1,32 61,1
Удельная производительность, м3/час на 1 м3 машины Производительность по руде, т/ч Экономия электроэнергии, квт/ч Занимаемая площадь здания, м2 Занимаемый объем здания, м3 8,75 7,05 7,3 60 330 30 300 2,30 6,3: 60 70 300 1500 2 ■ ,48 1,71 70 0,74 11 7 ,05 4,58 8,7 3,17
Таблица 3
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА ТЕХНИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЛОТОМАШИН КФМ С ДРУГИМИ ФЛОТАЦИОННЫМИ МАШИНАМИ ДЛЯ РУД ЦВЕТНЫХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
№/п Характеристика, параметр Типы флотомашим
Серия КФМ Пневматические колонные Механические пневмомеха- нические
1 Давление воздуха в пневмосистеме, кПа от 200,0 до 600,0 - до 160,0
2 Количество уровней аэрации 2 1 1 1
3 Удельный расход воздуха на аэрацию на 1м3 объема камеры, м3.мин/м3 до 0,2 до 0,77 >0,7 >0,8
4 Крупность исходного продукта, мм 1,0-0 до 0,4 до 0,4 до 0,4
5 Содержание твердого в питании,% до 45 до 40 до 45 до 40
6 Характеристика гидродинамики движения потока «твердое-воздух» исключение противотока противоток турбулентная турбулент- ная
7 Количество уровней разгрузки камерного продукта 2 1 1 1
8 Удельная производительность на 1 м3 объема камеры, т.час/м3 до 4,5 до 2,5 до 1,9 до 2,4
9 Потребление электроэнергии, кВт/час до 1,5 (КИПиА) нет данных до 45,0 до 110,0
10 Диапазон измерения высоты пенного слоя, мм до 500 до 500 - до 500
11 Точность стабилизации высоты пенного слоя, мм 10,0 >50,0 - >50,0
12 Количество контролируемых (регулируемых) параметров во флотомашине системой КИША 7(6) до 3(3) до 3(3)
13 Количество одновременно проводимых операций в одной флотомашине 3 основная, контрольная, пере-чистная 1 основная или пе-речистная 1 основная или контрольная или пере-чистная 1 основная или контрольная или пере-чистная
14 Возможность получения готового концентрата из исходной руды есть нет нет нет
лучения медного, пирротинового и высококачественного железного концентратов.
Промышленные испытания партии медно-цинковой руды Сафьяновского месторождения, проведенные на Турь-инской фабрике, показали, что флотация в КФМ заменяет операции основной, контрольной и перечистной флотаций при требуемом качестве продуктов обогащения. В 2001 г. КФМ-1400 внедрена на обогатительной фабрике ОАО "Святогор", где высвобождено 28 камер флотомашины ФМР-2,5, с приростом извлечения на 0,5 %.
По результатам опытнопромышленных и пилотных испытаний по проектам реконструкции обогатительных фабрик ОАО «Святогор» для обогащения комплексных руд Волковского месторождения устанавливаются колонные флотомашины объемом до 56 м3,а на ЗАО «КМК» 22 м3.
В проект новой обогатительной фабрики по переработке сложных руд Сафьяновского месторождения ОАО
«Сафмедь» г. Реж заложены флото-машины серии КФМ с объемом 2,2 и
22 м3.
Флотомашина КФМ внедрена в технологической схеме обогащения труднообогатимых руд на Гайской обогатительной фабрике.
Практика эксплуатации этих машин на обогатительных фабриках показала их широкий диапазон производительности от 40 до 120 т/час по руде, при показателях соответствующих или превышающих СТП предприятий.
Анализ, приведенный в таблице 3, технических и технологических характеристик флотомашин серии КФМ, пневматических колонных, механических, пневмомеханических машин отечественного и зарубежного производства показал неоспоримое преимущество машин серии КФМ.
В 2002 г. намечено внедрение аппаратов КФМ:
- ОАО "Уральская горнометаллургическая компания" - 5 фло-томашин;
- корпорация "Казахмыс" - 1 флотомашина
В 2002 г. на ОАО "Уралэлектромедь" запланировано внедрение промышленного колонного аппарата для интенсивного безимпеллерного окислительного обезмеживания.
Выводы
1. Создана флотомашина нового поколения. Варианты: лабораторный, мобильный пилотный и промышленный.
2. Машина КФМ многооперационная и многофункциональная и может быть использована как во флотационном, так и в гидрометаллургическом переделах с получением конечных показателей.
3. Эксплуатация этого типа машин позволяет:
• сократить производственные площади до 5 раз;
• сократить расход электроэнергии на 80%;
• позволяет флотировать минералы широкого диапазона круп-
ности (от 10 микрон до 1 мм).
4. КИПиА на КФМ позволяет автоматическом режиме по 8 уров- ням, что сокращает обслуживающий контролировать и вести процесс в персонал.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Видуецкий М.Г., Мальцев В.А., Матвеев С.И.,Плеханов К.А., Старостин Ю.И., Читалов С.Л., Шевелева Л.Д., Лебедь А.Б. -Уральская горно-металлургическая компания.
«НЕДЕЛЯ ГOРНЯКA-2002» СЕМИНАР № 21
