Флотационные машины

ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ (а. flotation machines; и. Flotationsmaschine; Flotationsgerat; ф. machine а flottation, flotteur; и. maquina de flotacion) — предназначены для разделения взвешенных в жидкости относительно мелких твёрдых частиц (или их выделения из жидкости) по их способности прилипать к вводимым в суспензию газовым пузырькам. В флотационных машинах осуществляются аэрация и суспензирование пульпы, селективная минерализация воздушных пузырьков, создание зоны пенного слоя и разделение пенного и камерного продуктов.

Первый патент на флотационные машины для масляной флотации получен английским изобретателем В. Хайнсом в 1860. В 1904 в России в г. Мариуполь была пущена одна из первых в мире флотационных фабрик, оснащённая аппаратами для масляной флотации (перерабатывала графитовую руду Старокрымского месторождения). В 1904 английским учёным А. Мак-Куистеном разработан аппарат для плёночной флотации; в 1906 английским ученым Ф. Элмором для вакуумной флотации и электрофлотации. Первые промышленные образцы флотационных машин созданы американскими учёными Т. Гувером (1910, флотационная машина механического типа) и Д. Кэллоу (1914, флотационная машина пневматического типа).

Различия в конструкциях флотационных машин в основном определяются способом аэрации пульпы (рис. 1 и рис. 2).

По этой характеристике машины делят на три группы: механическая (перемешивание пульпы, засасывание и диспергирование воздуха осуществляется импеллером); пневмо-механическая (воздух подаётся из воздуходувки, диспергирование и перемешивание пульпы выполняются импеллером); пневматическая — машины пенной сепарации, колонные, аэролифтные (перемешивание и аэрация пульпы осуществляется подачей сжатого воздуха через аэраторы различных конструкций). Кроме этих типов следует выделить флотационные машины, пока не получившие широкого распространения; вакуумные и компрессионные (аэрация обеспечивается выделением растворённых газов из пульпы); электрофлотационные (аэрация жидкости пузырьками, выделяющимися при электролизе); центробежные и со струйным аэрированием жидкости. Каждая группа классифицируется и по другим признакам (например, для машин механического и пневмомеханического типа по конструкции импеллера, способу подвода воздуха к нему, особенностям перекачивания импеллером пульпы и её циркуляции в камере). Конструкции импеллеров различных флотационных машин (рис. 3) могут быть разделены на два основных типа: лопастные и пальцевые.

Способ перекачивания пульпы импеллером во многом определяет гидродинамический режим камеры и особенности аэрации пульпы. Гидродинамический режим зависит от размеров зоны интенсивной циркуляции пульпы. По этому признаку можно выделить машины с придонной циркуляцией и циркуляцией во всём объёме камеры. Движение внутрикамерных потоков определяется конструктивными особенностями камеры. К ним относятся конструкции статора и успокоителей, форма камеры, наличие специальных отбойников и конструкция межкамерных перегородок. Статор флотационных машин предотвращает закручивание потоков в камере, равномерно распределяет потоки, создаваемые импеллером, по всему объёму и способствует диспергированию воздуха. Конструкции статоров в основном двух типов: цилиндрические и пластинчатые. Успокоителями, предохраняющими пенный слой от разрушения, оснащены не все флотационные машины. В машинах с глубокой камерой и придонным расположением импеллера успокоители не устанавливаются, поскольку турбулентные потоки, создаваемые импеллером, значительно ослабевают, достигнув пенного слоя. Успокоители необходимы в мелкой камере и при расположении импеллера близко от пенного слоя.

Камерам механических и пневмомеханических флотационных машин придаётся форма, наиболее оптимальная с гидродинамической точки зрения. Для этого большинство флотационных машин имеет скошенные внизу боковые стенки, что исключает накапливание твёрдых частиц в углах и облегчает перемещение частиц у дна от стенок к импеллеру. Большое влияние на гидродинамику потоков пульпы в машине оказывает размер межкамерных перегородок. По их влиянию флотационные машины разделяют на изолированные полностью или частично и прямоточные. Степень изолированности камер друг от друга и связанная с этим интенсивность продольного перемешивания пульпы между камерами зависят не только от конструкции перегородок, но и конструктивных особенностей аэрационного блока, а также от величины потока пульпы в машину.

Основные показатели, характеризующие работу флотационных машин: производительность, энергоёмкость и металлоёмкость. Используются машины механических и пневмомеханических типов с объёмом камер от 0,14 до 70 м³, производительностью по потоку пульпы от 0,20 до 130 м³/мин, удельным расходом мощности от 0,85 до 2,80 кВт/м³.

Регулирование параметров машины для достижения оптимальных показателей разделения при изменении характеристики сырья осуществляют изменением количества воздуха, подаваемого в камеру, толщины пенного слоя, уровня пульпы, производительности импеллера, площади окна в межкамерной перегородке.

Пневматические машины имеют ряд преимуществ перед механическими и пневмомеханическими: высокая производительность, низкая металлоёмкость и энергоёмкость, небольшие капитальные затраты. Конструктивные отличия: статичность, простота, компактность камеры, отсутствие вращающихся в абразивной среде узлов. Однако пока они широко не используются в практике обогащения из-за отсутствия надёжного и долговечного аэрирующего устройства.

Основное распространение получили машины пенной сепарации (см. Пенная сепарация) и колонные (рис. 4), в которых исходная пульпа после агитации с реагентами подаётся в среднюю или верхнюю часть колонны (ниже пенного слоя) и встречается с восходящим потоком воздушных пузырьков, вводимых в нижнюю часть.

Объём камер колонных машин от 5 до 125 м³, глубина камер от 3 до 12 м. Селективность флотации в колоннах выше вследствие противотока пульпы и воздуха и из-за большего, чем обычно, использования процессов вторичной минерализации в пенном слое. Это позволяет получить высококачественные концентраты, снизить расход депрессора, упростить технологические схемы.

Наиболее перспективны флотационные машины пневматического типа, позволяющие повысить скорость и селективность разделения, сократив при этом капитальные и эксплуатационные затраты.

Совершенствование конструкций флотационных машин идёт по пути увеличения объёма камер, надёжности и долговечности основном узлов, снижения металлоёмкости и энергоёмкости, управления внутрикамерной циркуляцией.