Флотаційні машини

ФЛОТАЦІЙНІ МАШИНИ (а. flotation machines; і. Flotationsmaschine; Flotationsgerat; ф. machine а flottation, flotteur; і. maquina de flotacion) - призначені для поділу зважених у рідині щодо дрібних твердих частинок (або їх виділення рідини) за їх здатністю прилипати до газових бульбашок, що вводяться в суспензію. У флотаційних машинах здійснюються аерація та суспензування пульпи, селективна мінералізація повітряних бульбашок, створення зони пінного шару та поділ пінного та камерного продуктів.

Перший патент на флотаційні машини для масляної флотації отримано англійським винахідником В. Хайнсом в 1860. У 1904 в Україні в м. Маріуполь була пущена одна з перших у світі флотаційних фабрик, оснащена апаратами для масляної флотації (переробляла графітову руду). У 1904 англійським вченим А. Мак-Куїстеном розроблено апарат для плівкової флотації; у 1906 англійським вченим Ф. Елмором для вакуумної флотації та електрофлотації. Перші промислові зразки флотаційних машин створені американськими вченими Т. Гувером (1910, флотаційна машина механічного типу) та Д. Келлоу (1914, флотаційна машина пневматичного типу).

Відмінності в конструкціях флотаційних машин переважно визначаються способом аерації пульпи (рис. 1 і рис. 2).

За цією характеристикою машини ділять на три групи: механічна (перемішування пульпи, засмоктування та диспергування повітря здійснюється імпелером); пневмо-механічна (повітря подається з повітродувки, диспергування та перемішування пульпи виконуються імпелером); пневматична - машини пінної сепарації, колонні, аероліфтні (перемішування та аерація пульпи здійснюється подачею стисненого повітря через аератори різних конструкцій). Крім цих типівслід виділити флотаційні машини, доки отримали широкого поширення; вакуумні та компресійні (аерація забезпечується виділенням розчинених газів з пульпи); електрофлотаційні (аерація рідини бульбашками, що виділяються при електролізі); відцентрові та зі струменевим аеруванням рідини. Кожна група класифікується і за іншими ознаками (наприклад, для машин механічного та пневмомеханічного типу за конструкцією імпелера, способом підведення повітря до нього, особливостями перекачування імпелером пульпи та її циркуляції в камері). Конструкції імпеллерів різних флотаційних машин (рис. 3) можуть бути поділені на два основні типи: лопатеві та пальцеві.

Спосіб перекачування пульпи імпелером багато в чому визначає гідродинамічний режим камери та особливості аерації пульпи. Гідродинамічний режим залежить від розмірів зони інтенсивної циркуляції пульпи. За цією ознакою можна виділити машини з придонною циркуляцією та циркуляцією у всьому об'ємі камери. Рух внутрішньокамерних потоків визначається конструктивними особливостями камери. До них відносяться конструкції статора та заспокоювачів, форма камери, наявність спеціальних відбійників та конструкція міжкамерних перегородок. Статор флотаційних машин запобігає закручуванню потоків у камері, рівномірно розподіляє потоки, створювані імпелером, по всьому об'єму та сприяє диспергуванню повітря. Конструкції статорів в основному двох типів: циліндричні та пластинчасті. Заспокійниками, які оберігають пінний шар від руйнування, оснащені не всі флотаційні машини. У машинах із глибокою камерою та придонним розташуванням імпелера заспокійники не встановлюються, оскільки турбулентні потоки, що створюються імпелером, значно слабшають, досягнувши пінного шару. Заспокоювачі необхідні у дрібнійкамері та при розташуванні імпелера близько від пінного шару.

Камерам механічних та пневмомеханічних флотаційних машин надається форма, найбільш оптимальна з гідродинамічної точки зору. Для цього більшість флотаційних машин має скошені внизу бічні стінки, що унеможливлює накопичення твердих частинок у кутах і полегшує переміщення частинок біля дна від стінок до імпелера. Великий вплив на гідродинаміку потоків пульпи в машині має розмір міжкамерних перегородок. За їх впливом флотаційні машини поділяють на ізольовані повністю або частково та прямоточні. Ступінь ізольованості камер один від одного і пов'язана з цим інтенсивність поздовжнього перемішування пульпи між камерами залежать не тільки від конструкції перегородок, а й від конструктивних особливостей аераційного блоку, а також від величини потоку пульпи в машину.

Основні показники, що характеризують роботу флотаційних машин: продуктивність, енергоємність та металоємність. Використовуються машини механічних та пневмомеханічних типів з об'ємом камер від 0,14 до 70 м 3 , продуктивністю потоку пульпи від 0,20 до 130 м 3 /хв, питомою витратою потужності від 0,85 до 2,80 кВт/м 3 .

Регулювання параметрів машини для досягнення оптимальних показників поділу при зміні характеристики сировини здійснюють зміною кількості повітря, що подається в камеру, товщини пінного шару, рівня пульпи, продуктивності імпелера, площі вікна міжкамерної перегородці.

Пневматичні машини мають ряд переваг перед механічними та пневмомеханічними: висока продуктивність, низька металомісткість та енергоємність, невеликі капітальні витрати. Конструктивні відмінності: статичність, простота, компактність камери, відсутність обертових в абразивному середовищівузлів. Однак поки вони широко не використовуються в практиці збагачення через відсутність надійного та довговічного пристрою, що аерує.

Основне поширення набули машини пінної сепарації (див. Пінна сепарація) і колонні (рис. 4), в яких вихідна пульпа після агітації з реагентами подається в середню або верхню частину колони (нижче пінного шару) і зустрічається з висхідним потоком повітряних бульбашок, що вводяться в нижню частину.

Об'єм камер колонних машин від 5 до 125 м 3 , глибина камер від 3 до 12 м. Селективність флотації в колонах вище внаслідок протитечії пульпи і повітря і більшого, ніж зазвичай, використання процесів вторинної мінералізації в пінному шарі. Це дозволяє отримати високоякісні концентрати, знизити витрати депресора, спростити технологічні схеми.

Найбільш перспективними є флотаційні машини пневматичного типу, що дозволяють підвищити швидкість і селективність поділу, скоротивши при цьому капітальні та експлуатаційні витрати.

Удосконалення конструкцій флотаційних машин йде шляхом збільшення обсягу камер, надійності та довговічності здебільшого вузлів, зниження металоємності та енергоємності, управління внутрішньокамерною циркуляцією.