PNEUFLOT® эффективная технология флотации

Лутц Маркворт, дипл. инженер; Вольфрам Ясперс, KHD Humboldt Wedag GmbH (Кельн);

А. Архипов, к.т.н., дипл. инженер, KHD Humboldt Wedag GmbH (Московское представительство)


Традиционная механическая флотация, основанная на использовании свойств удельной поверхности минералов и частиц угля, используется в мире с 1930 г. В начале 1980-х гг. профессор Бар, глава Института Обогащения сырья и утилизации отходов при Техническом Университете в г. Клаусшталь-Зеллерфельд (Германия), разработал в лабораторных условиях принцип пневматической флотации, а компания KHD Humboldt Wedag GmbH (г. Кёльн) и ее дочерняя фирма EKOF (г. Бохум) претворили данную технологию в промышленном масштабе, создав флотационную установку Pneuflot®.

С 1987 г. в эксплуатации находится более 60 флотационных машин Pneuflot®. Только за 8 месяцев 2005 г. компания KHD продала еще 9 подобных установок для их использования на угольных обогатительных фабриках (табл. 1). В настоящее время разработана технология KHD Pneuflot® для обогащения фосфатов, калия, меди, платины, полевого шпата и барита. Все эти проекты будут реализованы в 2006 г.

Принцип работы установки Pneuflot®

Флотационная установка Pneuflot® включает питающий насос с зумпфом, аэратор, пульповый распределитель, сборник пены и сам корпус флотационной камеры.


Общий вид флотационной
установки PNEUFLOT®

Аэрированная пульпа совместно с реагентами подается насосом во флотационную камеру, где она при помощи запатентованного аэратора смешивается с тонкодисперсным воздухом. Аэратор (самовсасывающий аэратор или аэратор «с наддувом» от вентилятора или компрессора) устанавливается в вертикальной спускной трубе. Контакт пузырьков воздуха с частицами происходит, главным образом, внутри аэратора и частично в направленной вниз трубе на пути их продвижения в пульповый распределитель.

 Табл. 1 Техническая характеристика машины PNEUFLOT®, работающей на угольной обогатительной фабрике

Скорость подачи питания, т/час максимально 120
Производительность по пульпе (для каждой флотационной камеры), м3 8–1000
Концентрация пульпы, г/л 40–120
Крупность частиц, микрон макс. 500 (750)
Объем флотационной камеры, м3 0.5–53
Диаметр флотационной камеры, м 0.8–5
Размеры основания, мм макс. 6000(6000
Мощность подающего насоса, кВт 4–250
Количество машин в работе (с 1987 г.) >60

Первоначально флотационная пульпа направляется в односекционный аэратор, расположенный в вертикальной трубе над флотационной камерой. Аэрированная пульпа по центральной трубе поступает в распределитель, расположенный в нижней части камеры, откуда вертикально поднимается вверх. Данная модель является моделью «вертикального типа», поскольку основана на принципе движения пульпы сначала вертикально вниз, а затем вертикально вверх.

Пузырьки воздуха, покрытые гидрофобными частицами, поднимаются вверх в верхнюю часть флотационной камеры и образуют на поверхности пенный слой, который сливается в пенный желоб, огибающий камеру вокруг. Частицы, которые не поднялись на поверхность с пузырьками воздуха, разгружаются с пульпой в нижней зоне камеры. Пульпа поддерживается на постоянном уровне при помощи зонда для измерения уровня, который приводит в действие контролирующий разгрузку клапан, либо специальным разгрузочным устройством S-образной формы, принцип действия которого схож с сочленениями трубопровода.


Аэрационное устройство

Пульпа выходит из отверстий кольца распределителя и восходящим потоком поступает в камеру со скоростью 5–10 м/с, в зависимости от крупности и удельного веса минеральных частиц. В традиционных флотомашинах используются ротор-статорные агрегаты, и, следовательно, вращающиеся части. Это автоматически ведет к высоким затратам на приобретение изнашиваемых и запасных частей. Выпускные отверстия машины Pneuflot® сделаны из полиуретана или особого типа керамики, что защищает от износа и позволяет минимизировать количество требуемых изнашиваемых частей практически до нуля.

Для поддержания постоянного уровня в питающем зумпфе машины Pneuflot® обратный поток хвостов в самой нижней части S-образной трубы регулируется с помощью резинового пережимного клапана. Пена и хвосты собираются по отдельности в зумпфах, соединенных с пульповыми насосами для дальнейшей подачи.

Реагенты с полностью управляемой дозаторной станции подаются в дозирующие точки, расположенные на стороне всасывания подающих насосов каждой флотационной камеры.

Аэрационные устройства

Флотацию угля и некоторых минералов возможно осуществлять с использованием самовсасывающего аэратора, который работает по принципу струйного насоса. С такими аэраторами дорогостоящий сжатый воздух не требуется.

Для минералов и руд для которых требуется большое количество воздуха (соотношение воздуха к пульпе: >0.5) KHD Humboldt Wedag GmbH использует аэратор с наддувом.


Пилотная установка PNEUFLOT®

В традиционной механической флотации соотношение воздуха к пульпе возможно до 0.3, с самовсасывающим аэратором – до 0.5 и с аэратором с наддувом до 1.5, т.е. в 5 раз выше в сравнении с традиционной механической флотацией.

В настоящее время разрабатывается новая конструкция самовсасывающего аэратора. Цель новой разработки – применение одного и того же типа для различных производительностей и увеличение притока воздуха в аэратор без использования дорогостоящего сжатого воздуха.

Кинетика пузырьков воздуха

Третья составляющая (воздух) вводится в процесс аэратором. В этом устройстве машины Pneuflot® происходит очень интенсивный контакт пузырьков воздуха с частицами. Пульпа поступает в аэратор с очень высокой скоростью. Под действием высокой поперечной силы образуются очень мелкие пузырьки воздуха, что улучшает прилипание к ним частиц минералов и, в конечном итоге, повышает селективность. Выходя из пульпового распределителя, пузырьки воздуха расширяются и всплывают на поверхность флотационной камеры.

Время агитации

Время агитации, хорошо известное понятие в области механической флотации, не применяется в технологии Pneuflot® , поскольку здесь используется иной принцип. В традиционной механической флотации контакт между пузырьками воздуха и частицами происходит в камере. Контакт воздуха с суспензией в установке Pneuflot® происходит в аэраторе, установленном в вертикальной спускной трубе внутри флотационной камеры. Сама флотационная камера только разделяет поток на две фракции – концентрат и хвосты. Флотационные машины Pneuflot® мeньше, чем традиционные. Для доведения качественного процесса флотации до конца требуется 2–3 минуты. Например, 1000 м3 угольной суспензии могло бы перерабатываться в машине объемом 50 м3 (с запасом) (1000/60?3=50). Это означает, что хорошо подходит пятиметровая флотационная камера. Стабильный процесс флотации проходит в 4 раза быстрее по сравнению с колонными флотационными машинами.

Извлечение и селективность

Извлечение, достигаемое при использовании установки Pneuflot®, выше по сравнению с традиционной флотацией и гораздо выше, чем во флотомашинах колонного типа. В машине Pneuflot® нет необходимости в дополнительных стадиях перечистки благодаря высокой эффективности стадий основной флотации с более высокими уровнями извлечения, включая мелкую и крупную фракции продукта, который идет на реализацию. С технологией Pneuflot® степень селективности продукта и извлечения контролируется в одной и той же машине.

Преимущества технологии KHD Pneuflot® и установок Pneuflot®

Машины Pneuflot® могут применяться на стадии основной, очистной и перечистной флотации, при этом все перечисленные стадии выполняются в машинах одного типа.

Флотационная установка Pneuflot® характеризуется низкими капитальными и эксплуатационными затратами, низким износом составных частей установки, что позволяет снизить расходы на техническое обслуживание, высокой эффективностью.

В традиционных флотомашинах используется достаточно большое количество ротор-статорных агрегатов с различной мощностью привода для каждой установки. Неустойчивая пропускная способность негативно сказывается на эффективности колонных флотомашин. Циркуляционные потоки нарушают процесс флотации. Флотационные машины традиционного механического типа обычно не способны обеспечить большее поступление воздуха в камеру, если увеличивается пропускная способность. С такой системой флотация возможна только при строго определенном уровне пропускной способности. Некоторые производители традиционных флотомашин предлагают большие воздуходувные установки, которые устанавливаются на крыше производственного здания, чтобы можно было увеличить подвод воздуха и, тем самым, повысить гибкость в работе флотомашин. В машине Pneuflot® изменения в параметрах питания, как то – минералогических свойств или крупности частиц, производительности или концентрации пульпы – можно быстро учесть, соответственно отрегулировав параметры машины.

Для монтажа установки Pneuflot® требуется недорогой фундамент небольшой площади. Достаточно одной платформы. Размер машины в четыре раза меньше, в сравнении с колонными флотомашинами.

При флотации угля одна флотомашина Pneuflot® способна заменить одну батарею из четырех традиционных механических флотомашин. Для самой большой флотомашины, включая питающий насос и насос разгрузки хвостов, перерабатывающей до 1000 м3/ч, требуется площадь менее 40 м2. Благодаря небольшой площади основания, машина легко устанавливается в схемы действующих фабрик при их реконструкции.

Флотационная машина Pneuflot® не имеет вращающихся частей, благодаря чему энергопотребление ниже – установленная электрическая мощность составляет только 40% от мощности, потребляемой традиционными механическими флотационными машинами. При этом, в случае перерывов в подаче энергии установка Pneuflot® сможет без труда снова запуститься. Пульпа выходит из выпускных отверстий, расположенных в кольце пульпового распределителя внутри камеры, со скоростью 5–10 м/сек и вихревым потоком поднимает осажденные частицы со дна флотационной камеры. Как известно, осаждение же частиц в колоннах и традиционных флотационных установках механического типа достаточно опасно (ротор-статорные системы очень быстро поднимают частицы вверх и если частицы очень крупные, может произойти закупорка выпускного отверстия для разгрузки хвостов).

Возможный износ частей машины Pneuflot® снижен до минимального уровня. Изнашиваемые компоненты изготавливаются из высоко-износоустойчивого керамического материала. Так, на угольной шахте в районе Рур, использующей машину KHD – Pneuflot® с 1997 г., до сих пор ни разу не производилась замена изнашиваемых частей.

Одним из главных преимуществ использования технологии Pneuflot® являются низкие капитальные и эксплуатационные затраты (табл. 2).

 Табл. 2 Технико-экономические показатели использования технологии по сравнению с
традиционной флотацией при скорости подачи питания 900 м3/час, 90 т/час по
твердому (по данным независимого института «Немецкие угольные шахты»)

Параметры машины PNEUFLOT® Традиционная механическая
флотомашина
Количество машин 2, каждая 53 м3 2 блока, по 6 камер 16 м3
Площадь основания, м3 75 240
Масса, т 32 110
Вес с питанием, т 150 340
Потребность в электроэнергии, кВт
Приводы агитатора 12(36 = 432
Приводы лопасти 8(3.6 = 28.8
Чан с мешалкой 1(15 = 15
Приводы насосов 2(130 = 260 2(75 = 150
Всего потребляемой энергии 260 626
Капитальные затраты, тыс. долл. США
Механическое оборудование 950 1300
Электрическое оборудование 240 360
Трубы и клапаны 140 180
Металлоконструкции 150 360
Строительные работы 620 950
Общие затраты 2100 3150
Эксплуатационные затраты, долл. США/тонн
Затраты труда 0.12 0.12
Затраты на техобслуживание 0.01 0.07
Изнашиваемые части 0.09 0.33
Запасные части 0.04 0.05
Потребление реагентов 0.36 0.42
Энергопотребление 0.29 0.61
Всего: 0.91 1.60

Лабораторные и опытные установки Pneuflot®

С целью демонстрации технологии Pneuflot® компания KHD Humboldt Wedag GmbH построила лабораторную флотационную машину, на которой проводятся предварительные испытания с целью получения заинтересованными лицами начального представления о работе машины.

Для проведения испытаний в разных странах компания поставляет свою опытную флотационную установку Pneuflot®. Производительность по пульпе данной установки достигает 12 м3/час. В комплект установки входит питающий насос и насос для разгрузки хвостов, а также контактный чан для подготовки питания. Две опытные установки используются для флотации различных материалов по всему миру. Флотация угля представляет собой несложный процесс, при котором достаточно одной или двух последовательных стадий. В отношении гарантий достижения производительности установки, дополнительные испытания не требуются. В отношении достижения необходимых уровней содержания и извлечений, особенно при флотации минералов и рудных материалов, необходимо проведение испытаний. Более того, важно рассчитать концентрацию и устойчивость пены, так как изменение этих параметров требует приобретения дорогостоящего обезвоживающего оборудования и пенных насосов.

Недавно появившаяся технология Pneuflot® получает все большее признание в области обогащения угля, руд и минералов, подтверждением чего является большое количество проданных машин. В 2004–05 гг. было выполнено большое количество опытных испытаний, чтобы показать заказчикам возможности и преимущества применения данной технологии на фабриках по обогащению руд и минералов. По объему капитальных и эксплуатационных затрат очевидны преимущества применения технологии Pneuflot® при разработке месторождений малоценных руд или для переработки лежалых хвостов.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2005