Новое поколение флотационного оборудования компании Metso Minerals основа эффективных решений

Mikael Forth, Alain Broussaud, Thierry Monredon, А.Л.Гребенешников, А.М.Кокорин, Н.В.Лучков, А.О.Смирнов

Компания Metso Minerals была основана в сентябре 2001 года в результате объединения компании Svedala (Швеция) с фирмой Nordberg(Финляндия) в рамках финской корпорации Metso. Сегодня в Metso Minerals работают профессионалы двух мировых лидеров по производству горнодобывающего и горно-перерабатывающего оборудования, что позволяет поднять качество предоставляемых услуг на очень высокий уровень.

Компания Metso Minerals, как поставщик флотационного оборудования, пока не очень хорошо известна в горно-перерабатывающей промышленности России. Однако именно эта компания объединила различные торговые марки, хорошо известные специалистам в течение многих лет.

Немного истории

Подразделение Metso Minerals, занимающееся производством пневмомеханических флотомашин, было образовано в результате слияния двух таких известных компаний в области проектирования и производства флотационных машин, как Denver Equipment (США) и Sala International (Швеция), которые занимаются разработкой и производством флотационного оборудования с 1927 года и поставили более сотни таких машин в разные страны мира.

Развитие компании Denver Equipment

Компания Denver Equipment Company была основана в 1927 г. для производства флотационных машин Denver Sub-A (Submerged-Aeration).

В 1930-40-е гг. наиболее значительные изменения в конструкции флотационных машин коснулись материалов для защиты от износа. Аэрационные узлы стали изготавливать с применением резины.

В 1950-х гг. Denver Equipment стала лидером в производстве флотационных машин, впервые представив на рынок машину объемом 2.8 м3. Это была машина №30-100 Denver Sub-A Free Flow.

В 1960-е гг. был сделан акцент на развитие более производительных и эффективных циклов измельчения. Вследствие перехода на классификацию с применением гидроциклонов, в питании флотационных циклов увеличилось содержание крупных классов минеральных частиц, что вызывало определенные проблемы. Для их решения компания Denver Equipment разработала флотационную машину DR, способную флотировать более крупные минеральные частицы. В процессе производства в 1960-х гг. Denver Equipment создала флотационные машины типа DR размером 5.6 и 8.5 м3.

В конце 1970-х гг. Denver Equipment объявила о создании флотационной машины типа DR, размер каждой камеры которой составлял 36.1 м3, которую вскоре сменила машина DR c размером камеры 42 м3. Данный тип фло-томашин выпускается и сегодня для специальных применений.


Развитие подразделения Sala

В 1940-х гг. профессор Kihlstedt разработал флотационную машину нового типа BFP (Флотационный Пропеллер Болидена). Ее камера представляла собой специальный чан c днищем круглого сечения и верхней частью квадратного сечения. Флотомашина BFP имела коммерческий успех и экспортировалась на многие рынки не только стран Скандинавии, но и за ее пределы.

Следующей флотационной концепцией, разработанной в сотрудничестве с Болиденом, была конструкция BFR, при которой флотокамера имела меньшую глубину, а диспергация пузырьков воздуха, производилась в две стадии.

В середине 1970-х гг. на смену концепции BFR пришла модель Sala AS. Флотационная машина AS была стандартной машиной производства Sala до слияния компаний Sala и Denver Equipment.

Сегодня производственные компании Sala размещаются в 50 странах мира, основные из которых: Швеция, США, Германия, Финляндия, Англия, Франция, Норвегия, Канада, Бразилия, Южная Африка, Австралия, Китай. Представительства и сервисные центры Metso Minerals функционируют более чем в 150 странах мира. Компания имеет исследовательские центры в городах Сала (Швеция), Йорк (США), Тампере (Финляндия), Орлеан и Макон (Франция).

Современные тенденции

Вовлечение в переработку все более бедных по содержанию полезных компонентов руд заставляет горнодобывающие предприятия для сохранения выпуска товарной продукции значительно увеличивать объемы переработки. Это, в свою очередь, создает потребность в технологическом оборудовании с высокой единичной производительностью, достигаемой увеличением габаритных размеров.

Применительно к флотационному оборудованию, дальнейшее увеличение габаритов традиционных флотационных машин потребовало применения более прочных и дорогостоящих материалов для предотвращения деформаций конструктивных элементов под действием значительных гидравлических нагрузок. Решением этой задачи стало создание флотационных машин чанового типа, имеющих более эффективную конструкцию, что позволило изготавливать флотационные камеры значительного единичного объема.

Что касается конструкций аэрационных узлов флотомашин, то в последнее время становится традиционным подход, при котором фирмы-производители не проводят новых разработок, а решают эту проблему путем масштабного увеличения элементов старых конструкций.

Очевидно, однако, что гидродинамика крупногабаритных аппаратов должна кардинально отличаться от малообъемных.

Например, в малообъемных камерах популярный сегодня в России и СНГ аэрационный узел, создающий доминирующие верхние циркуляционные потоки в камере флотомашины, работает удовлетворительно. В то же время, опыт работы большинства предприятий показывает, что при масштабном увеличении для крупногабаритных флотомашин данная конструкция не удовлетворяет требованиям современного производства. Связано это с тем, что верхние циркуляционные потоки, создаваемые при вращении ротора, образуют воронку внутри камеры и провоцируют вращение пульпы
в верхней ее части.

Это приводит к частичному разрушению пенного слоя и нарушению пеносъема.

Другой негативной стороной является запесочивание нижней части камеры из-за плохого перемешивания в этой зоне, что может приводить к частым остановкам линии флотации для размывания камер. Также негативным фактором крупногабаритного оборудования на основе этого аэрационного узла является нарушение режима диспергации при незначительных отклонениях технологических параметров, и, как следствие, небольшой диапазон по регулированию расхода флотационного воздуха. При незначительном увеличении подачи воздуха во флотомашину диспергация его почти полностью прекращается, а при уменьшении происходит быстрое осаждение твердой фракции пульпы, что делает невозможным прохождение пульпы через камеру.

Кроме того, отсутствие разряжения на выходе воздуха из ротора приводит к быстрому зарастанию сечения вала и прекращению поступления воздуха в камеру флотомашины. Управление таким процессом сводится к постоянному устранению аварийных ситуаций, а автоматизация, призванная служить для управления процессом, служит только для регистрации постоянных нарушений.

Еще одним примером может служить конструкция аэрационного узла, имеющая только активное нижнее перемешивание. Это более удачная конструкция, прекрасно работающая на камерах малого и среднего размеров, так как удовлетворяет многим требованиям: хорошее перемешивание в нижней части камеры, легкий пуск после останова, хорошая диспергация воздуха, большой диапазон регулирования. Однако, при масштабном увеличении размеров, то есть в условиях большой высоты камеры, отсутствие верхних циркуляционных (восходящих) потоков делает извлечение крупных фракций весьма затруднительным, требуются повышенные расходы пенообразователя. Отсутствие верхних циркуляционных (восходящих) потоков приводит также к критическому повышению плотности в нижней зоне камеры, повышенному потреблению электроэнергии и износу элементов конструкции аэрационного узла.

Эти недостатки наглядно иллюстрируют традиционный подход к выпуску крупногабаритного технологического оборудования.

Подходы Metso Minerals к созданию современных пневмомеханических флотомашин


Очевидно, что основной целью работы технологического оборудования является получение заданных технико-экономических показателей. Если оборудование морально устаревшее и не обеспечивает требуемые характеристики, то извлечь преимущества самых эффективных технологий переработки не представляется возможным.

Применительно к флотационному оборудованию можно сказать, что современная большеобъемная флотационная машина должна удовлетворять нескольким основным требованиям:

- хорошее перемешивание в нижней зоне камеры, не допускающие запесочивания;

- эффективный контакт минеральных частиц и пузырьков воздуха;

- хорошая диспергация и распределение пузырьков воздуха по объему камеры, при широких диапазонах регулировки расхода воздуха;

- наличие восходящих потоков в средней зоне камеры, способствующих флотации гидрофобных частиц крупных фракций, и не допускающих образования критической плотности в нижней зоне;

- наличие спокойной верхней зоны камеры, не допускающей разрушение пенного слоя, чем обеспечивается стабильный пеносъем;

- обеспечение устойчивой разгрузки и транспортировки пенного продукта;

- легкий запуск под нагрузкой после останова;

- обеспечение низкого расхода электроэнергии, низкого механического износа компонентов и высокой их надежности.

Понимая все аспекты функционирования большеобъемных флотома-шин, а также бесперспективность дальнейшего экстенсивного развития аэра-ционных узлов имеющихся конструкций, компания Metso Minerals (Svedala) в ноябре 1994 г. приступила к созданию, а в 1997 году начала продажи флотомашин RCS™ (Reactor Cell System

- Система Реакторной Камеры) на основе аэрационного узла DV™ (Deep Vane - «Глубокая лопасть»).

Конструкция аэрационного узла DV™ является одной из самых современных разработок, и была спроектирована специально для работы в боль-шеобъемных флотационных машинах. При разработке были учтены все вышеизложенные требования, а также недостатки, свойственные некоторым другим конструкциям.

Для изготовления флотационных машин применяются современные материалы, обеспечивающие долговечную и надежную работу. Флотомаши-ны адаптированы для применения самого современного оборудования контроля и управления.

Для современных обогатительных фабрик Metso Minerals предлагает широкий диа- а пазон типоразмеров флотомашин объемом от 5 до 200 м3, ведутся работы по дальнейшему увеличению единичного объема камеры.

Конструкция флотомашины RCS™

Камера флотационной машины RCS™ представляет собой цилиндрический чан, который имеет низко расположенные патрубки подачи и разгрузки пульпы, что позволяет избегать образования короткозамкнутых потоков пульпы. Благодаря особенностям конструкции гуммировка необходима только в центральной части чана флотомаши-ны. Конструкция флотационной камеры обеспечивает несущие функции, надежно удерживая аэрационный узел и его привод, а, также является опорой для площадки техобслуживания и элементов технологического прохода, который установлен вдоль каскада фло-томашин.

Флотационная камера имеет два внутренних пересечных пенных желоба, каждый желоб обеспечивает сбор пенного продукта с двух сторон. Оба пенных желоба имеют разгрузку на одну сторону флотационной машины.

Пересечные пенные желоба в отличие от кольцевого пенного желоба обеспечивают более эффективный сбор и разгрузку пенного продукта за счет меньшей длины и большего уклона при том же периметре пеносъема. Также при использовании пересечного желоба не происходит деформации пенного слоя при его движении по поверхности к желобу, как в случае кольцевого пенного желоба, что предотвращает частичное разрушение пенного слоя.

На флотомашинах RCS™ применяются традиционная конструкция приемных и разгрузочных /промежуточных карманов.

Разгрузочный карман флотомашины оборудован клапанами Дарт, обеспечивающими регулирование уровня пульпы во флотомашине. Клапаны Дарт обеспечивают более точную регулировку уровня пульпы во флотомашине, а также являются более надежными в эксплуатации по сравнению со шланговыми пережимными клапанами.

Аэрационный узел DV™


Применяемый на флотомашинах RCS™ аэрационный узел DV™ состоит из ротора, смонтированного на полом валу и статора, закрепленного на несущей трубе. Ротор имеет уникальную компоновку вертикальных лопастей с нижними гранями специальной формы и диспергационную полку. Через полый вал флотационный воздух подается во вращающийся ротор, через вертикальные отверстия ротора воздух выходит в пульпу, при этом происходит его диспергация о неподвижные лопатки статора.

Конструкция аэрационного узла обеспечивает мощную радиальную циркуляцию пульпы к стенкам камеры и сильные обратные потоки к нижней стороне ротора, что позволяет избежать запесочивания флотомашины. Вертикальные лопатки статора направляют эти потоки в радиальном направлении и полностью устраняют вращение пульпы в камере.

К особенностям аэрационного узла DV™ следует отнести наличие верхней циркуляции, которая помимо дополнительного выноса минерализованных пузырьков, позволяет поддерживать оптимальное распределение твердого по объему флотационной камеры за счет частичного разбавления пульпы в нижней части камеры с высокой плотностью менее плотными верхними слоями и не допускать, тем самым, критического увеличения плотности у дна. Также профиль ротора позволяет минимизировать потребление энергии.

Таким образом, аэрационный узел во флотационной машине RCS™ обеспечивает образование трех основных зон: - нижняя зона, в которой за счет очень активного перемешивания обеспечивается равномерное распределение твердого, а также создаются условия для многократного контакта минеральной частицы и пузыря воздуха, что предопределяет равные возможности перехода в пенный продукт всех имеющихся классов крупности;

- верхняя зона со значительно меньшей турбулентностью, для предотвращения отрыва крупных частиц от пузырьков воздуха;

- неподвижная поверхность пульпы в камере, что обеспечивает спокойную разгрузку пенного продукта в желоба и минимизирует вероятность повторного попадания минеральных частиц из пенного слоя в пульпу. Аэрационный механизм спроектирован таким образом, чтобы свести к минимуму образование локальных зон с высокой турбулентностью в роторе и статоре, что значительно снижает износ элементов конструкции.

Все компоненты аэрационного механизма DV™ закреплены на верхней раме. Такая конструкция позволяет производить одновременный демонтаж всего аэрационного узла (ротора и статора) и значительно упрощает текущий ремонт и обслуживание.

Вращение ротора осуществляется при помощи редукторного или клино-ременного привода, смонтированного на одной раме с трехфазным асинхронным электродвигателем, шкивов, клиновых ремней и защитного кожуха ременной передачи.

Для флотационных камер объемом до 70 м3 обычно применяется клиноре-менный привод. Для более крупных камер стандартным является редукторный привод, однако, по специальному заказу эти машины могут также оснащаться клиноременным приводом.

Защита от износа элементов флотомашины RCS™

Для защиты элементов флотомашины от абразивного воздействия пульпы применяется гуммировка. Обычно требуется гуммировать днище флотационной камеры, загрузочный карман, промежуточный и разгрузочный карманы, а также внутреннюю часть пенного желоба.

Компания Metso Minerals имеет в своем составе отдельное подразделение - TRELLEX, занимающееся разработкой систем защиты от износа для всего спектра горно-обогатительного оборудования, включая футеровки мельниц, просеивающих поверхнос-
тей и трубопроводов. Поэтому при выборе материала для защиты от износа компонентов флотационного оборудования могут быть учтены все требования технологического процесса предприятия и огромный опыт изготовителя.

Материалы защиты от износа аэрационного узла также является результатом специальных разработок. Обычно для этого применяется цельнолитое полиуретановое покрытие или покрытие из износостойких эластомеров.

Компоновка флотомашин RCS™

Из индивидуальных флотационных машин RCS™ формируются каскады, путем соединения флотационных камер между собой при помощи промежуточных патрубков, каскады при помощи фланцев разгрузочного (промежуточного) карманов объединяются во флотационные нитки.

Модульная конструкция флото-машин значительно упрощает монтаж и сборку. Технологический проход обеспечивает доступ ко всем узлам приводов для обслуживания. Разгрузка пенных желобов на одну сторону значительно упрощает компоновку флотационных ниток.

Отличительные особенности флотомашин RCS™

Основным достоинствами флотомаши-ны RCS™, производства Metso Minerals являются:

- модульная конструкция флотомаши-ны значительно упрощает транспортировку и монтаж;

- конструкция пересечных пенных желобов «перекрестного потока» обеспечивает оптимальный режим пено-съема и транспортировки пенного продукта;

- клапана Дарт обеспечивают более точное и надежное управление уровнем пульпы в камере.

Аэрационный узел конструкции DV™ обеспечивает:

- низкий износ элементов узла за счет оптимального профиля и использования для изготовления специальных износостойких материалов;

- эффективную диспергацию воздуха и равномерное распределение пузырьков по объему камеры;

- эффективный режим формирования взвеси минеральных частиц, не допуская запесочивания флотационной камеры;

- максимальное количество столкновений пузырьков с минеральными частицами;

- эффективное удаление песков из флотационной камеры при запуске после останова;

- наличие верхней циркуляции, препятствующее критическому повышению плотности в нижней части флотомашины, что способствует снижению потребления электроэнергии приводом;

Простое техническое обслуживание за счет единого узла ротор-cтатор с верхним креплением, обеспечивающего одновременный демонтаж обоих компонентов даже без остановки технологического процесса.

Продолжение в следующем номере

Журнал "Горная Промышленность" №2 2007