Разработка и исследование колонн для флотации минералов широкого диапазона крупности

В последней трети XX века происходило интенсивное развитие колонной флотационной техники. Ее появление было связано со стремлением снизить энергозатраты на флотационное обогащение руд, уменьшить капитальные затраты, повысить селективность флотационного разделения минералов и упростить технологические схемы. Важность решения этих проблем обусловлена тем, что на переработку, например, руд цветных металлов тратится от 18 до 60 кВт-ч/1 т руды. При этом доля затрат электроэнергии на осуществление процесса флотации составляет 30−35%. В применяемых импеллерных флотационных машинах механического и пневмомеханического типов большая часть энергии расходуется на поддержание минеральных частиц в пульпе во взвешенном состоянии и не связана непосредственно с флотационным процессом. Интенсивное перемешивание в них пульпы приводит к отрыву от пузырьков флотируемых минеральных частиц и одновременно к выносу мелких частиц пустой породы локальными восходящими потоками в пену, снижающих качество получаемых концентратов.

При противоточном движении частиц и пузырьков, реализуемом в большинстве колонных аппаратов, обеспечиваются лучшие условия образования и сохранения флотокомплексов. Повышается селективность флотации вследствие большей, чем обычно роли процессов вторичной концентрации, происходящих в зоне очистки в пенном слое, позволяющей получать высококачественные концентраты.

Конструктивными отличиями колонн является статичность, простота, компактность, отсутствие вращающихся в абразивной среде узлов, эффективное использование производственных площадей и объемов.

Флотационным колоннам свойственны и отдельные недостатки. В них хуже флотируются крупные частицы (+0,15 мм), их удельная производительность ограничивается скоростью нисходящих потоков 2 см/с, превышение которой приводит к выносу минерализованных пузырьков в хвосты. Они имеют большую высоту (8−16 м) и применяемые в них аэраторы недостаточно надежны.

Актуальность. В современных экономических условиях повышение эффективности работы флотационных аппаратов, расширение диапазона крупности флотируемых частиц, улучшающих качественные характеристики конечного продукта, снижающих затраты на стадиях измельчения руды, фильтрации и сушки продуктов обогащения, является актуальной задачей.

Целью работы является разработка флотационных колонн, обеспечивающих эффективную флотацию частиц широкого диапазона крупности при высокой удельной производительности с одновременным уменьшением их высоты и разработка надежных эффективных и малоэнергоемких аэраторов для них.

Методы исследования. Работа выполнена с применением комплекса экспериментальных и аналитических исследований, в том числе методов математического и физического моделирования, экспериментальных стендовых исследований на модулях различного масштаба и технологических исследований в полупромышленных и промышленных условиях.

Пробы продуктов обогащения разработанных колонн и эталонных машин в процессе их испытаний подвергались гранулометрическому, минералогическому и химическим анализам.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обосновано, что повышение крупности флотируемых частиц в колонных аппаратах и повышение их удельной производительности может быть достигнуто при замене минерализации воздушных пузырьков, при противоточном движении частиц и пузырьков на их минерализацию в пенном, кипящем и периодически взвешиваемом слоях.

Обоснована целесообразность применения в колоннах аэрирования жидкости падающими струями с развитой поверхностью раздела газжидкость при поверхностном и глубинном аэрировании. Предложена методика расчета струйных аэраторов поверхностного и глубинного типа.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны колонны со струйными аэраторами для флотации крупных частиц, частиц обычной флотационной крупности из руд и тонких гидрофобных загрязнений из оборотных промышленных вод.

Промышленными и полупромышленными испытаниями подтверждена их высокая надежность, эффективность, удельная производительность и низкая энергоемкость. Колонны ФП-6,ЗС внедрены в операциях флотации алмазов крупностью -2 +0,5 мм на фабрике № 3 ОАО «Яку-талмаз» и несколько лет эксплуатировались на фабрике БКРУ-2 ПО «Уралкалий» в операции сильвиновой флотации материала крупностью -3 +0,8 мм.

В результате внедрения колонн ФП-6,ЗС получен значительный экономический эффект.

По результатам полупромышленных испытаний колонны ФП-0Д5С в операции основной сильвиновой флотации на материале обычной флотационной крупности (-0,8 мм) и колонны ФП-1,2С в операциях очистки маточников от гидрофобных загрязнений крупностью -0,1 мм выданы рекомендации для проектирования промышленных образцов колонн для этих операций.

На защиту выносятся. Теоретическое и экспериментальное обоснование применимости струйных аэраторов, работающих на принципе аэрирования жидкости падающими струями. Конструкции поверхностных и глубинных струйных аэраторовконструкции и методика расчета колонн со струйными аэраторами для флотации частиц широкого диапазона крупностиобоснование целесообразности применения в колоннах минерализации воздушных пузырьков в пенном, кипящем и периодически взвешиваемом слояхрезультаты испытаний разработанных колонн в операциях флотации крупных частиц, частиц обычной флотационной крупности и флотации тонких частицпредложения по реализации результатов работы в промышленности.

Апробация работы. Материалы диссертации в целом и отдельные ее положения докладывались и обсуждались на: симпозиумах «Неделя горняка-97" — «Неделя горняка-98" — научно-технической конференции, посвященной памяти И. Н. Плаксина, Петрозаводск, 1994 г.- кафедре обогащения МГОУ, 1999 г.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 126 стр., включая 33 рисунка, 12 таблиц и список использованных источников из 94 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

выводы.

Создана колонна ФП-1,2С со струйными глубинными аэраторами вертикального типа для очистки сточных вод от тонких гидрофобных загрязнений. Испытания лабораторных и полупромышленных установок на сливе концентратного сгустителя (Ж: Т = 18-И 9) с содержанием в нем 86−90% КС1 показали, что при удельной производительности 20 м3/ м2-ч может быть извлечено от 94,2% до 98,7% твердого из исходного питания. Такие колонны могут быть использованы для очистки промышленных и сточных вод от гидрофобных загрязнений и в других отраслях промышленности.

Глава 7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФЛОТАЦИОННЫХ КОЛОНН ФП-63С В ОПЕРАЦИИ ФЛОТАЦИИ СИЛЬВИНИТОВОЙ РУДЫ КРУПНОСТЬЮ -3,0 +0,8 мм НА ФАБРИКЕ БКРУ-2 АО «УРАЛКАЛИЙ» .

Флотационные колонны ФП-6,ЗС были внедрены на секции III фабрики БКРУ-2 АО «Уралкалий» в операции флотации сильвинитовой руды крупностью -3,0 +0,8 мм. На этой секции было установлено три колонны ФП-6,ЗС (две колонны на основной флотации и одна колонна на контрольной флотации) взамен шести камер ФКМ-6,3 (основная флотация) и двух камер ФПС-16 (контрольная флотация). В результате внедрения колонн ФП-6,ЗС извлечение повысилось на 1,1%, выход на 1,1%, что обеспечило повышение годового выпуска концентрата с содержанием 87% KCl на 12 000 т/год в сравнении с эталонными секциями I и II, оснащенными машинами ФКМ-6,3 и пенными сепараторами ФПС-16. При этом достигнуто снижение расхода электроэнергии на флотацию с применением колонн ФП-6,ЗС на 576 тыс. кВт-ч (таблица 7.1).

В таблице не учитываются капзатраты на оборудование, амортизационные отчисления и эксплуатационные затраты. В таблице 7.1 экономические преимущества колонн ФП-6,ЗС в сравнении с машинами ФКМ-6,3 и ФПС-16 только за счет увеличения производства концентрата на 12 000 т вследствие повышения извлечения KCl на 1,1% и снижения годового расхода электроэнергии на 576 тыс. кВт-ч. При мировой цене за 1 т готового концентрата 80 у.е. годовой экономический эффект от производства дополнительной продукции составляет 12 000×80 = 960 000 у.е.

Годовой экономический эффект от снижения расхода электроэнергии при флотации 960 тыс. т руды (экономия 576 тыс. кВт-ч/год) при цене 14 у.е. за 1000 кВт составляет 576×14 = 8064 у.е.