Пневмомеханические флотационные машины

2. Пневмомеханические флотационные машины

Отличительной особенностью пневмомеханических флотационных машин является то, что в этих машинах импеллер вращается с частотой, необходимой для поддержания частиц во взвешенном состоянии и тонкого диспергирования воздуха, а воздух подается в машину от воздуходувки, что позволяет по сравнению с механическими флотационными машинами обеспечить постоянный расход воздуха в машине независимо от износа аэраторов и осуществить регулирование расхода воздуха по фронту флотации.

Флотационная пневмомеханическая машина ФПМ имеет квадратные камеры, в каждой из которых расположен аэратор.

В машинах с камерами вместимостью 3,2; 6,3 и 8,5 м³ аэратор представляет собой перевернутый усеченный конус с отверстием по нижнему сечению конуса (рис. 3). Основанием конуса служит диск, выступающий за края конуса. На внешней поверхности конуса расположены нарифления в виде усеченного конуса. Основаниями нарифления крепятся к диску аэратора, а их концы расположены на небольшом расстоянии от кромки нижней части аэратора. На диске имеются радиальные полуцилиндрические выступы. Внутри конуса проходит воздушный канал, который соединяется с полым валом.

У вращающегося аэратора вследствие различия окружных скоростей его верхней и нижней частей центробежное действие усиливается снизу вверх, что приводит к возникновению потока вдоль образующих конуса. У основания конуса поток делится на части и движется к стенкам камеры, а затем по дну камеры возвращается к аэратору. Воздух по полому валу в нижнем сечении конуса выходит в камеру, смешивается с потоком пульпы и увлекается вверх, концентрируясь в областях пониженного давления за нарифлениями. Возникающие на границе воздушных полостей с пульпой вихри диспергируют воздух. Пульповоздушная смесь при сходе с' диска аэратора выбрасывается в камеру.

Машина компонуется из прямоточных звеньев. Звенья могут быть установлены на одном уровне иди каскадно. В последнем случае в головных камерах прямоточных звеньев устанавливается блок импеллера механического типа. Механические блоки также позволяют возвращать промежуточные продукты по принятой схеме без применения насосов.

Рис. 3 Флотационная машина ФПМ с коническим аэратором: а — поперечный разрез; б — аэратор: / — корпус камеры; 2 - импеллер; 3 -полый вал; 4 — лопатки успокоителя; 5 — диск; б — нарифления; 7 — радиальные полуцилиндрические выступы

Съем пены осуществляется пеногоном.

В машине ФПМ 8,5 с камерой вместимостью 8,5 м³ и глубиной 1,8 м конический аэратор сверху дополнительно снабжен лопастями, закрытыми диском с отверстием в центре для прохода пульпы. Благодаря наличию лопастей достигаются интенсивное перемешивание и равномерное распределение частиц по всему объему камеры.

Рис. 4 Флотационная машина ФПМ 12,5: а — поперечный разрез; б — импеллер; в - импеллер упрощенной конструкции: 1 — корпус камеры; 2 — блок импеллера; 3 — привод импеллера; 4 — вентиль; 5 — воздуховод; 6 — пеногон; 7 — крыльчатка; 8 — конус

В машине ФПМ 12,5 с камерой вместимостью 12,5 м³ (рис.4, а) установлен лопастной импеллер (см. рис. 4, б), представляющий собой ступицу, связанную восемью радиальными лопастями с диском, в нижней части которого имеется конический раструб. Сверху на ступице закреплен конус, обеспечивающий раздельный подвод верхнего и нижнего потоков пульпы.

Импеллер крепится на полом валу, над импеллером размещен дис-пергатор-диск с 24 радиальными лопатками. Диспергатор крепится к циркуляционной воронке, которая в свою очередь закреплена на центральной трубе. При вращении импеллера через нижний раструб засасывается пульпа, которая вместе с воздухом, поступающим по полому _t валу, идет через окна между радиальными лопастями в зону лопаток, где воздух диспергируется. Затем пульповоздушная смесь смешивается с верхним потоком пульпы, поступающим через циркуляционную воронку, и выбрасывается в камеру через промежутки между лопатками диспергатора, который снижает турбулентность потоков пульпы в камере, способствует тонкому диспергированию воздуха и обеспечивает равномерное распределение воздуха в камере. Импеллер и диспергатор гуммируются.

На рис. 4, в показан импеллер упрощенной конструкции к машине ФПМ 12,5.

Импеллер флотационной машины ФПМ 25 с вместимостью камеры 25 м³ принципиально не отличается от импеллера, изображенного на рис.4,в.

В настоящее время институтом "Механобр" создана флотационная машина ФПМ 40 с камерой вместимостью 40 м³ и бесстаторным аэратором. Машина успешно эксплуатируется на одной из медно-никелевых фабрик. Промышленные испытания, проведенные на фабрике, перерабатывающей медно-никелевые руды, показали, что при близких технологических показателях аэратор машины ФПМ 40 потребляет на 30-35 % меньше электроэнергии, чем аэратор ОК-38. Аэратор такой же конструкции создан для машины ФПМ 12,5. Успешные испытания этого аэратора проведены на фабрике, перерабатывающей медно-цинковые руды.

Технические характеристики машин ФПМ приведены в табл.4.

Флотационная машина "Аджитейр" выпускается в настоящее время фирмой "Вемко" (США). В последние годы широко известная конструкция машины с пальцевым импеллером и квадратным успокоителем была существенно усовершенствована применительно к большеобъемным машинам.

Машина состоит из квадратных или прямоугольных камер со скошенными углами, в которых установлены импеллер типа "пипса" и радиальный успокоитель. Нижняя часть импеллера "пипса" представляет собой плоский диск с прикрепленными к нему снизу пальцами. В верхней части импеллера "пипса" имеется конический диск с отверстием в центре для подачи пульпы. Между коническим и плоским дисками расположены лопатки.

Нижняя часть импеллера работает как обычный пальцевый импеллер, создавая донную циркуляцию пульпы и диспергируя воздух. Верхняя часть импеллера работает как лопастной импеллер центробежного типа — пульпа поступает на лопатки через отверстие в центре конического диска и выбрасывается к стенкам камеры. Это создает дополнительное перемешивание и циркуляцию пульпы в камере и облегчает запуск машины после аварийных остановок."

Круговой успокоитель состоит из диска с отверстием под импеллер и радиальных лопаток. Из-за наличия горизонтального диска эта конструкция обеспечивает достаточно сильную донную циркуляцию. Пульпа, выброшенная импеллером к стенкам камеры между лопатками успокоителя, по дну камеры под диском возвращается снова на импеллер.

Конструкция камеры со скошенными углами препятствует оседанию песков в углах камеры и придает потокам пульпы и воздушных пузырьков движение в вертикальном направлении, а наличие горизонтальных выступов у боковых стенок в местах перехода скошенной части камеры в вертикальную создает дополнительный циркуляционный поток на импеллер, способствующий транспорту частиц.

Таблица 4. Технические характеристики флотационных машин ФПМ

Параметры	ФПМ 3,2	ФПМ 6,3	ФПМ 12,5	ФПМ 25	ФПМ 40
Размеры камеры, мм Вместимость камеры, м3 Диаметр импеллера, мм Частота вращения импеллера, мин-1 Окружная скорость импеллера , м/с Установочная мощность электродвигателя на одну камеру, кВт Мощность, потребляемая электродвигателем одной камеры для руды плотностью 2700 кг/м3 в пульпе с содержанием твердого 30 %, кВт Суммарная потребляемая мощность на одну камеру с учетом мощности на подачу воздуха, кВт Расход воздуха на камеру, м3/мин Площадь пола, занимаемая одной камерой машины (без карманов и пенных желобов) Избыточное давление воздуха, кПа	1600х1750х х1100 3,2 650 200 6,3 7,5 4,4 5,8 2,3 3,4 18-22	2200х2200х Х1200 6,3 760 240 9,4 18,5 15,5 17,6 4,4 5,5 18-22	2600х2600х х1800 12,5 900(760) 190(165) 8,8 (6,3) 45(30) 21,5 (16) 27,5 (20,5) 10 (7,5) 8,7 25	2900х2900х Х2900 25 1000 143 7,5 55 33 40 10 10,5 40	3500х3500х Х3300 40 900 150 7 55 25 35 12 15,4 50

Таблица 5. Техническая характеристика флотационных машин “Аджитейр”

№ машины	Размеры камеры, мм	Вместимость камеры, м3	Диаметр ротора, мм	Окружная скорость ротора, м/с	Установочная мощность электродвигателя на одну камеру, кВт
60х100 78х200 90х300 102х500 144х100 165х1500	1524х1524х1220 1980х1980х1448 2286х2286х1727 2743х2769х2007 3353х3581х2540 4200х3660х3000	2,83 5,66 8,49 14,16 28,32 42,48	- 690 760 840 1020 1140	5 5,3 5,8 5,9 6,9 6,9	7,4 11 18,4 29,4 44,2 -

Благодаря новым разработкам глубина камеры была увеличена с 762 мм в машинах с малой вместимостью камер до 3000 мм в машинах № 165 х 1500 с вместимостью камеры 42,48м³ (табл. 5).

Съем пены в машине осуществляется самотеком. Выход пенного продукта регулируется накладными планками. Машина "Аджитейр" — прямоточного типа и состоит из отдельных звеньев, устанавливаемых каскадно. Уровень пульпы в машине регулируется автоматически. Для подачи промежуточных продуктов в различные операции используются специальные насосы. Технические характеристики флотационных машин "Аджитейр" приведены в табл.5. Флотационная прямоточная машина "Денвер Д-Р" выпускается фирмой "Денвер" для интенсивного ведения основной и контрольной флотации. Машина состоит из камер квадратного или прямоугольного сечения. В отличие от машины "Денвер Суб-А" в машине "Денвер Д-Р" пульпа поступает на лопатки импеллера из средней по высоте зоны камеры через конический стакан, который крепится к статору. Воздух подводится к лопаткам импеллера от воздуходувки через центральную трубу, заканчивающуюся криволинейным раструбом. Пульпа смешивается с воздухом непосредственно при входе на лопатки импеллера, что является особенностью машин "Денвер Д-Р". Пульповоздушная смесь выбрасывается между радиальными лопатками статора в камеру, где возникают восходящие потоки пульпы. Сочетание конического стакана с лопастным открытым сверху импеллером обеспечило в машине "Денвер Д-Р" принудительную циркуляцию значительных объемов пульпы и позволило создать камеры большой вместимости, имеющие глубину 2590 мм (табл. 6).

Таблица 6. Технические характеристики флотационных машин “Денвер Д-Р”

№ машины	Размеры камеры, мм	Вместимость камеры, м3	Диаметр импеллера, м3	Окружная скорость импеллера, м/с	Расход подаваемого воздуха на камеру, м3/мин	Установочная мощность электродвигателя на камеру, кВт
8 15 18 24 100 180 300 500 1275	483х406х430 711х610х762 914х813х914 1220х1092х х1014 1575х1575х х1220 1829х1829х х1930 2235х2235х х1980 2692х2692х х1980 4267х3531х х2590	0,09 0,34 0,71 1,42 2,83 5,09 8,49 14,16 36,08	0,2 0,3 0,46 0,56 0,61 - 0,84 0,84 1,17	6,3 6,4 6,7 6,6 6,4 - 7,2 7,5 8,0	0,3 0,8 1,4 2,4 3,6 5,1 7,6 11,3 14,22	1,1 2,2 3,7 5,5 11,0 14,7 22,1 29,4 55,2

Импеллер представляет собой диск с вырезами между лопатками. При вращении такого импеллера пульпа со дна камеры через вырезы поступает в полость импеллера, отбрасывается к стенкам камеры, а затем по дну камеры возвращается на импеллер. Таким образом, наряду с циркуляцией пульпы через конический стакан в машине "Денвер Д-Р" имеется также донная циркуляция, увеличивающая перемешивание в нижней части камеры.

Подача больших объемов пульпы на импеллер привела к необходимости увеличить число лопаток импеллера с 9 в камерах вместимостью 2,83—8,49 м³ до 12 в камере вместимостью 14,16 м³ и до 18 в камере вместимостью 36,08 м³.

Восходящие потоки обеспечивают хорошее перемешивание, предотвращая расслоение частиц по высоте, и помогают подъему частиц и пузырьков до верхнего среза конического стакана. Необходимо отметить, что расстояние от верхнего среза стакана до поверхности пульпы даже для камер большой вместимости незначительно, и минерализованные пузырьки вне зоны циркуляции должны пройти относительно короткий путь, чтобы достичь пенного слоя.

Машина "Денвер Д-Р" состоит из отдельных звеньев, устанавливаемых каскадно, что обеспечивает движение пульпы через машину самотеком.

Съем пенного продукта в машинах "Денвер Д-Р" одно- и двусторонний и осуществляется самотеком или пеногоном. Промежуточные продукты подаются в различные операции с помощью насосов.

В табл.6 приведены технические характеристики машин "Денвер Д-Р". Флотационные машины "Денвер Д-Р" применяются при обогащении различных руд на зарубежных обогатительных фабриках многих стран.

Флотационная машина "ОК" выпускается фирмой "Оутокумпу Оу" (Финляндия). Машина состоит из квадратных камер с прямоугольным или V-образным вертикальным поперечным сечением (рис.5, а). В каждой камере имеется аэратор, включающий ротор и круговой радиальный статор (см. рис. 5, б, в). Ротор представляет собой диск, к которому снизу симметрично по .кругу крепятся десять элементов. Каждый элемент состоит из двух радиальных лопастей сложного профиля и имеет V-образную форму (см. рис. 5, в).

Рис.5 Флотационная машина "ОК": а — поперечный разрез (пунктиром показана камера V-образной формы) ; б - ротор; в - статор; 1 - ротор; 2 - статор; 3 - камера; 4 - полый вал

Лопасти соседних элементов параллельны и между ними имеются щели, из которых воздух, подаваемый через полый вал, выходит в камеру. При вращении ротора пульпа со дна камеры засасывается вверх в полость между радиальными лопастями каждого элемента и выходит в верхней части ротора. Точки выхода пульпы и воздуха из полости ротора чередуются попеременно по кругу, т.е. осуществляется раздельный выход пульпы и воздуха с лопастей ротора.

Конструкция ротора рассчитана таким образом, что воздух выходит из полости ротора на всем расстоянии, равном двум третьим высоты ротора от его верхнего края, а не только в наименее погруженной части ротора- Возрастание гидростатического давления с увеличением расстояния от верхнего края ротора компенсируется уменьшением давления, создаваемого центробежной силой вращающейся жидкости в пространстве между ротором и статором.

На выходе из ротора пульпа и воздух смешиваются, и образованная пульповоздушная смесь выбрасывается между лопатками статора в камеру. Пузырьки поднимаются в пену, а пульпа по дну камеры возвращается на импеллер, создавая циркулирующий поток.

Конструкция ротора позволяет запускать машину после остановок без выпуска пульпы из камеры. Ротор и статор гуммируются износостойкой резиной.

В камере V-образной формы происходит более слабое осаждение песков, и она имеет меньшую массу, чем камера с прямоугольным вертикальным сечением.

Съем пены в машине "ОК" двусторонний, но возможна и односторонняя разгрузка. Машина сверху закрыта крышкой, которая одновременно является площадкой для обслуживания. В крышку вставляется труба, через которую отсасывается отработанный воздух, выходящий из пены.

Технические характеристики машин "ОК" приведены в табл.7. В настоящее время создана машины ОК-60 с камерой вместимостью 60м».

Машина "ОК" компонуется из двухкамерных секций, устанавливаемых каскадно. Уровень пульпы в машине поддерживается автоматически.

Флотационные машины "ОК" установлены на фабриках Финляндии, на отечественных предприятиях, на фабриках Канады, Швеции, Филиппин, Бразилии, Замбии и других стран.

Флотационная машина "Дорр-Оливер", выпускаемая фирмой "Дорр-Оливер" (США), состоит из квадратных или прямоугольных камер, Имеющих в основном V-образное вертикальное поперечное сечение. В камере установлен аэратор, включающий ротор и круговой радиальный статор. Ротор состоит из диска и шести лопастей, которые крепятся к диску снизу. Лопасти имеют профиль, аналогичный профилю лопастей ротора машины "ОК". Две соседние лопасти образуют полость V-образной формы. В центре ротора имеется камера, которая соединяется с каждой из полостей каналами.

Таблица 7. Технические характеристики флотационных машин “ОК”

№ машины	Размеры поперечного сечения камеры, мм	Глубина камеры, мм		Вместимость камеры, м3	Диаметр импеллера, мм	Окружная скорость, м/с	Расход подаваемого воздуха на камеру, м3/мин	Установочная мощность электродвигателя на камеру, кВт
		Средняя	Пределы регулирования
ОК-0,5 Р ОК-1,5 Р ОК-3 Р ОК-8 Р ОК-16 V, ОК-16 Р ОК-38 V	800х800 1350х1350 1500х1500 2200х2200 2800х2800 3600х3600	800 1200 1200 1700 2100 2900	- - - 1500-1800 1600-2200 2200-2950	0,5 1,5 3 8 16 38	- - 500 650 750 900	- - 5,2 6,1 6,3 7,5	До 1 0,5-2 1-3 4-10 8-18 12-30	2,75 5,5 7,5 15 30 55

Воздух из полого вала попадает в камеру и далее по каналам выходит на поверхность ротора.

Статор состоит из двух дисков, соединенных между собой стойками, и радиальных лопаток, крепящихся к верхнему диску. Лопатки перекрывают ротор до половины его высоты. Отсутствие лопаток в нижней части статора, по мнению фирмы, улучшает перемешивание пульпы благодаря усилению донной циркуляции и снижает расход энергии. Зазор между лопатками статора и ротором составляет 16 % радиуса ротора. С помощью нижнего диска статор крепится ко дну камеры.

При вращении ротора пульпа со дна камеры засасывается вверх в полости между лопастями, смешивается внутри лопастей с воздухом, и образованная пульповоздушная смесь выбрасывается между лопатками статора в камеру. Пузырьки поднимаются в пену, а пульпа по дну камеры возвращается на импеллер. Камера машины "Дорр-Оливер", начиная с № 300, имеет V-образное вертикальное сечение, что способствует циркуляции пульпы и препятствует осаждению песков.

Съем пены двусторонний. Камера сверху может быть закрыта крышкой, являющейся также площадкой для обслуживания.

Рис. 6. Флотационная машина “Дорр – Оливер” а – поперечный разрез; б – ротор; в – статор; 1 – ротор; 2 – статор; 3 – камера; 4 – полый вал; 5 – камера для воздуха в роторе.

Машина "Дорр-Оливер" компонуется из двухкамерных секций. Уровень пульпы в машине поддерживается вручную и автоматически. Технические характеристики машин "Дорр-Оливер" приведены в табл.8.

Флотационная машина "Акер", выпускаемая фирмой "Акер Трон-делег А/С" (Норвегия) состоит из квадратных камер, имеющих прямоугольное вертикальное поперечное сечение. В камере установлен аэратор, включающий ротор и круговой радиальный статор. Звездообразный ротор имеет восемь лопаток, скошенных с одной стороны от диагонали книзу.

Воздух по полому валу и через отверстия в роторе, расположенные у задних поверхностей лопаток, где при вращении создаются зоны пониженного давления, поступает в камеру. При вращении ротора пульпа поступает в полости между лопатками сверху, смешивается с воздухом и образованная пульповоздушная смесь выбрасывается между лопатками статора в камеру.

В среднем расход диспергируемого воздуха, по данным фирмы, составляет 1 м³/мин на 1 м³ вместимости камеры. Ротор выполнен полностью из полиуретана, что позволяет из-за гибкости лопаток легко запускать машину после остановок, не выпуская пульпу из камер.

Машина "Акер" в основном компонуется из двух- и четырехкамерных секций. Уровень пульпы в машине регулируется вручную и автоматически. Технические характеристики машины "Акер" приведены в табл.9.

Таблица 8. Технические характеристики флотационных машин “Дорр-Оливер”

№ машины	Размеры камеры, мм	Вместимость камеры, м3	Диаметр импеллера, м3	Окружная скорость импеллера, м/с	Расход подаваемого воздуха на камеру, м3/мин	Установочная мощность электродвигателя на камеру, кВт
DO-100 DO-300 DO-600 DO-1000 DO-1350 DO-1550 DO-2500	1524х1524х1220 2286х2286х1880 2946х2692х2464 3353х3353х2896 3810х3581х3226 3962х3962х3226 4572х4572х3962	3 8,5 17 28,3 38 44 70	500 650 750 750 900 750 0,84	4,5 5,5 5,4 7,2 6,5 7,5 8,1	4,2 7,8 15,6 25,5 34 39,6 56,6	7,5 15 30 40 50 60 75

Флотационная машина "Максвелл" была сконструирована в Канаде и впервые установлена на медной фабрике "Опемиска". Машина представляет собой чан, диаметр которого равен высоте.

Пульпа перемешивается шестилопастным импеллером. Воздух подводится в камеру через трубу с обратным резиновым клапаном. Пульпа загружается в машину сверху или сбоку, а разгружается через желоб и отверстие в стенке камеры. Нижний конец разгрузочного желоба расположен на расстоянии 1/3 высоты от поверхности камеры. Уровень пульпы в камере регулируется вручную с помощью шибера. Пенный желоб расположен внутри камеры и закреплен на четырех успокоительных пластинах (на рис. 14 показана одна пластина). Пена сливается в желоб с обеих сторон и разгружается через трубу в стенке камеры. При последовательном соединении машины "Максвелл" устанавливаются каскадно.

Таблица 9. Технические характеристики флотационных машин “Аскер”

Параметры	Номер машины
	1	2	3	5	10	20	40
Вместимость камеры, м3 Диаметр импеллера, мм Окружная скорость импеллера, м/с Потребляемая мощность на камеру, кВт	0,75 230 6,7 1,9	2 310 6,6 5	3 350 6,5 7,5	5 425 6,9 10	10 510 6,5 15	20 610 6,5 22	40 790 6,0 45

В табл. 10 приведены технические характеристики машин "Максвелл".

Флотационные машины "Максвелл" установлены на ряде зарубежных фабрик, перерабатывающих медные, медно-цинковые, медно-никелевые и полиметаллические руды.

Рис.7 Флотационная машина "Максвелл": 1 — клапан для подачи воздуха; 2 — импеллер; 3 — камера; 4 — успокоительная пластина; 5 — пенный желоб; 6 — труба для подачи питания; 7 — желоб для разгрузки хвостов; 8 — отверстие для выпуска хвостов

Обычно их устанавливают в виде монокамер в начале основной флотации для удаления легко флотирующихся частиц полезных минералов (фабрики "Насименто", "Фокс", "Руттен", "Блэк Эйнжел") или для доизвлечения полезных компонентов из хвостов основных операций (фабрика "Менибридж"). На фабрике "Мэгмонт" при высоком содержании свинца в руде машина "Максвелл" используется для доизвлечения галенита из хвостов свинцово-медной флотации, а при высоком содержании цинка в руде - для флотации сфалерита. На фабрике "Опемиска" флотационные машины "Максвелл" используются во всех операциях.

Таблица 10. Технические характеристики флотационных машин “Максвелл”

№ машины	Размеры камеры, мм	Вместимость камеры, м3	Диаметр импеллера, м3	Окружная скорость импеллера, м/с	Расход подаваемого воздуха на камеру, м3/мин	Установочная мощность электродвигателя на камеру, кВт
MX-6 MX-8 MX-10 MX-12 MX-14	1830х1830 2440х2440 3050х3050 3660х3660 4270х4270	4,25 9,9 19,8 34,0 56,6	457 609 762 914 1068	6,6 6,6 6,6 6,7 6,7	1,41 2,12 4,24 5,66 8,49	3,7 7,4 14,7 22,0 30,0