Новое поколение флотационного оборудования компании Metso Minerals основа эффективных решений

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


Окончание. Начало в №5•2005

В настоящее время компания Metso Minerals предлагает полный спектр типоразмеров флотационных машин, которые могут с успехом работать в любой технологической цепочке. Не смотря на непродолжительный период продаж многие ведущие горно-перерабатывающие предприятия мира предпочли именно этот тип флотационного оборудования. Распространение флотационных машин в мире схематично представлено на карте.

Колонные флотомашины

Наряду с пневмомеханическими флотационными машинами компания Metso Minerals уделяет значительное внимание развитию колонной флотации.

Подразделение Metso Minerals, занимающееся производством колонных флотомашин, до вхождения в состав холдинга называлось Control International S.A. или CISA, и было частью всемирной организации Control International с головным офисом в США. Организация Control International работала в области колонной флотации начиная с середины 1980-х годов и произвела поставку более 100 систем колонна/диспергаторов, функционирующих в настоящее время по всему миру. Подразделение, называемое на тот момент Svedala CISA и образованное в 1990 г., являлось ведущим поставщиком колонных флотомашин и водовоздушных диспергаторов (USBM).

История развития колонных флотомашин

На протяжении двух последних десятилетий конструкция колонной флотомашины активно развивалась и совершенствовалась, поскольку колонные флотомашины доказали эффективность своей работы и возможность получения концентратов более высокого качества, чем в классических флотомашинах. Результатом работ было создание целого спектра различных диспергаторов флотационного воздуха. Первыми разработками были диспергаторы, изготовленные из пористых материалов.

Однако, из-за своей низкой надежности они были довольно скоро заменены на диспергаторы USBM (водо-воздушные), которые позволяли лучше управлять размером пузырьков воздуха.

Оба типа диспергаторов имели низкую надежность и требовали большого объема технического обслуживания, что привело к появлению конструкций воздушных диспергаторов.

Колонные флотомашины, оснащенные воздушными диспергаторами, имели определенный успех на рынке вследствие низких затрат на обслуживание, хотя при применении этого типа диспергаторов не происходило улучшения технологических показателей колонной флотомашины в сравнении с применением водо-воздушных диспергаторов. Даже когда оборудование укомплектовывалось средствами управления, воздушные диспергаторы имели ограниченную эффективность в производительности по мелким пузырькам, необходимым для оптимизации площади поверхности раздела фаз.

Колонная флотомашина CISA

В 1993 г. после обширных исследований Svedala CISA приступило к производству диспергаторов на основе запатентованной технологии Microcel™. Диспергатор CISA имеет конструкцию, значительно отличающуюся от предыдущих разработок. Диспергаторы этой конструкции улучшили технологические показатели колонных машин и позволили перейти на более высокий уровень по кривым обогатимости полезного компонента.

Функционирование происходит следующим образом. Поток пульпы из нижней части колонны (хвосты) прокачивается при помощи рециркуляционного насоса через статические миксеры. В статическом миксере флотационный воздух и пульпа смешиваются в условиях больших градиентов скоростей потоков. Далее пульповоздушная смесь проходит через лопасти, закрепленные стационарно внутри миксера, при этом воздух диспергируется на очень маленькие пузырьки. Пузырьки воздуха с потоком пульпы подаются в нижнюю часть колонны и далее поднимаются к границе пенного слоя, при этом происходит дополнительное закрепление минеральных частиц на их поверхности. Такой диспергатор способен генерировать однородные пузырьки воздуха размером от 400 до 1200 микрон.

Количество статических миксеров, устанавливаемых на колонне, может быть любым и зависит от объема рециркулирующей пульпы, дозировки вспенивателя, расхода воздуха и размера пузырьков, требуемых для данной операции.

Неотъемлемой частью любой колонной флотомашины является система подачи промывочной воды. Основное назначение промывочной воды заключается в удалении гидрофильных частиц, механически выносимых в пенный слой, и перемещении их обратно в пульпу зоны извлечения.

Использование промывочной воды обеспечивает увеличение эффективности процессов сепарации в пенном слое. Во флотомашине CISA перфорированные кольцеобразные трубы, расположенные выше уровня пены (для того, чтобы исключить вероятность забивки), позволяют обеспечить равномерное и однородное распределение промывочной воды.

Отличительные особенности колонной флотомашины CISA

Колонные флотомашины с диспергаторами CISA позволяют увеличить извлечение полезного компонента, оптимизировать качество концентрата, увеличить производительность. К их отличительным особенностям следует отнести:

•    диспергацию воздуха на очень маленькие пузырьки. При этом максимизируется поверхность раздела фаз, и, как следствие, увеличивается способность к транспортировке минеральных частиц, в том числе мелких классов, в пенный продукт;

•    максимальное количество взаимодействий частица-пузырь, происходящих не только в зоне сбора, но уже и в статическом миксере;

•    эффективное взаимодействие с флотационными реагентами вследствие механического воздействия при перекачке пульпы рециркуляционным насосом;

•    конструкция системы диспергации позволяет оперативно управлять размером пузырьков воздуха, изменяя количество работающих статических миксеров;

•    отсутствие возможности запесочивания колонны, благодаря установленным у дна статическим миксерам и впускному патрубку рециркуляционного насоса;

•    низкий объем работ по техническому обслуживанию, вследствие конструктивных особенностей узлов подачи воздуха, работающих без запесочивания твердой фазой пульпы, возможности замены компонентов без остановки процесса, а также низкого износа узлов и агрегатов флотомашины.

Рисунок ниже демонстрирует характерные изменения после модернизации колонной машины и установки на нее диспергаторов CISA. Существующие диспергаторы (воздушный тип) позволяют колонной флотомашине работать по кривой обогатимости 1, перемещаясь при управлении процессом вверх и вниз по этой зависимости. Для управления процессом технолог имел сильно ограниченный диапазон изменения расхода флотационного воздуха, расхода воды на пенный слой и высоты пенного слоя. При этом обычно качество концентрата выдерживается в пределах требуемых кондиций, но частное извлечение в операции низкое, что приводит к значительному увеличению циркуляционной нагрузки.

После установки диспергаторов CISA процесс переходит на более высокий уровень работы по кривой обогатимости 2–3. Что достигается, главным образом, за счет имеющейся рециркуляции хвостов (при помощи рециркуляционного насоса), которая обеспечивает функцию «встроенной» контрольной флотации. При тех же технологических режимах достигается значительное увеличение извлечения полезного компонента в концентрат. В момент запуска качество концентрата иногда несколько ниже, но после подстройки режимов, достигается кондиционное качество концентрата, но с большим извлечением.

Этот результат достигается благодаря более мелким пузырькам и дополнительному усилению взаимодействия частица-пузырь в статических миксерах, а также рециркуляционному насосу, который обеспечивает функцию «встроенной» контрольной флотации.

Кроме того, в отличие от классической колонной машины CISA обладает дополнительными возможностями управления, к ним можно отнести изменение количества используемых статических миксеров в процессе работы, а также изменение производительности рециркуляционного насоса. Совокупность этих параметров позволяет в режиме реального времени изменять размер пузырьков, изменяя, тем самым, площадь поверхности раздела фаз.

Таким образом, колонные флотомашины CISA обеспечивают значительный прирост извлечения при том же качестве концентрата.

Эффективность работы диспергаторов CISA также наглядно может быть продемонстрирована с помощью графика распределения размеров пузырьков воздуха по крупности, полученного в результате исследований проведенных на обогатительной фабрике Red Dog (США) на двух колонных флотомашинах, работающих параллельно в технологической цепочке.

Сравнительные испытания показали значительную разницу в среднем размере воздушных пузырьков: 1.9 мм для диспергаторов CISA и только 3.4 мм для воздушного диспергатора. Кроме того, при использовании диспергаторов CISA достигается более узкое распределение крупности воздушных пузырьков.

Ниже приведены фотографии, иллюстрирующие разницу в размерах пузырьков на поверхности пенного слоя при использовании двух различных диспергаторов.

Новые возможности использования колонных флотомашин CISA

Уровень частного излечения в колонной флотомашине CISA позволяет реализовывать уникальные технологические решения. К одному из таких решений следует отнести использование колонных флотомашин CISA в основном цикле флотации с получением кондиционного концентрата. Ни одна другая колонная флотомашина не позволяет реализовать такие схемные решения.

На ОФ Miduk (Иран) с производительностью 650 т/ч, в основной флотации установлено 5 колонных флотомашин диамером 4 м и высотой 12 м. В операции получают готовый медный концентрат, а на хвостах проводят контрольную операцию (дофлотацию) с применением пневмамеханических флотомашин.

Другим примером эффективности использования колонных флотомашин CISA может служить новое, развиваемое в последнее время направление – флотационная доводка железного концентрата. Суть операции заключается в обратной флотации силикатов с применением оксигидрильных собирателей или аминов, железный концентрат при этом получают камерным продуктом.

Зачастую крупность доводимого железного концентрата очень мала, что не позволяет использовать пневмомеханические флотомашины. В этой операции используют колонные флотомашины, однако применение традиционных воздушных диспергаторов не позволяет получить требуемый уровень извлечения. Использование колонной флотомашины CISA позволяет в этом случае значительно увеличить эффективность процесса и поднять уровень извлечения на сопоставимый с пневмомеханическими флотомашинами.

Системы управления нижнего уровня флотационных машин Metso Minerals

Все флотационные машины, выпускаемые Metso Minersls, как колонные, так и пневмомеханические, снабжены самыми современными средствами контроля и управления.

Флотомашины оборудуются следующими основными системами: управления расходом флотационного воздуха, уровня пульпы, колонные флотомашины в дополнение имеют систему управления расходом промывочной воды. Количество дополнительных систем контроля и управления ограничивается только здравым смыслом и требованиями конкретного технологического процесса.

При необходимости флотационные машины оборудуются местными пультами управления, позволяющими контролировать и изменять параметры процесса непосредственно по месту при помощи операторских сенсорных панелей. Программируемый контроллер пульта управления обеспечивает не только управление локальными параметрами, но и полноценный обмен информацией с АСУ ТП предприятия при помощи стандартных протоколов обмена данными.

Системы управления технологическими параметрами флотационного процесса

Особое место в системах управления технологическим процессом занимает развиваемое последнее время направление технического зрения.

В основе принципов построения систем технического зрения лежат математические алгоритмы анализа изображения, результатом такой обработки являются некие выходные параметры, например геометрические размеры, форма и т. д. То есть, такая система, имитирующая глаз человека, позволяет формализовать алгоритм принятия решения и значительно минимизировать влияние «человеческого фактора» в управлении технологическим процессом.

Эффективность систем управления на основе систем технического зрения очень высока, например, работа современных автоматических линий по упаковке и маркировке немыслима без такого рода систем.

Как отмечалось выше, в области обогащения наметилась устойчивая тенденция увеличения единичной производительности оборудования. В этих условиях значительно усиливаются требования к управлению технологическим процессом, поскольку нарушение работы даже одного аппарата приводит к значительным потерям для всего предприятия.

Понимая перспективность построения систем управления с применением технического зрения, компания Metso Minerals разработала систему VisioFroth™.

Система технического зрения VisioFroth™ предназначена для измерения и регистрации ключевых параметров пенного слоя при флотационной переработке руд. Эти системы, установленные на индивидуальной флотомашине, могут обеспечивать контроль параметров пенного слоя, таких как скорость его движения, размер и распределение пузырей на его поверхности, и стабильность схода пенного продукта, степень минерализованности пузырей, цветовые характеристики пенного слоя. Контролируемые системой технического зрения параметры описывают выход с флотомашины пенного продукта и содержание минералов (при наличии цветового различия минералов, содержащихся в питании операции), что позволяет использовать их для построения алгоритмов автоматического управления технологическим процессом, эти системы также могут использоваться и при ручном управлении.

Алгоритмическое обеспечение VisioFroth™ позволяет индивидуально обрабатывать изображение каждого пузырька. Поэтому система позволяет определять текстуру пены независимо от определения размера пузырьков, благодаря этому формируется дополнительная, но не избыточная информация о свойствах пенного слоя. Например, VisioFroth™ позволяет построить систему автоматической идентификации пены, основываясь на ее текстуре. После простого автоматического обучения VisioFroth™ производит распознавание типов пены на флотомашине в реальном масштабе времени.

Система VisioFroth™ обрабатывает цвет каждого пикселя на изображении и выделяет несколько переменных, связанных с цветом, которые могут использоваться для управления процессом.

VisioFroth™ рассчитывает массу других параметров (всего 44), таких как коэффициент нагрузки, применимый в том случае, когда поведение пены определяется ее стабильностью, нагруженностью пузырьков, скоростью разрушения пузырьков и др.

VisioFroth™ обладает функцией автоматической архивации изображения с указанием времени, удаленной настройки положения и вращения области измерения.

К отличительным особенностям системы VisioFroth™ следует отнести:

•    возможность обработки видеопотока от 40 камер;
•    обработка 30 кадров в секунду для каждой камеры при измерении скорости схода пенного слоя;
•    возможность визуального просмотра оператором изображения, получаемого с любой камеры или группы камер;
•    автоматический выбор камер и последовательности опроса камер;
•    возможность записи изображения;
•    возможность удаленного выбора зоны обработки на кадре изображения;
•    легкая коммуникация при помощи стандартных протоколов с любой системой АСУ ТП.

Системы технического зрения становятся обычной частью АСУ ТП современных флотационных фабрик, где позволяют значительно повысить эффективность процесса. На сегодняшний день в мире эксплуатируется свыше 500 систем VisioFroth™ на более чем 20 фабриках. VisioFroth™ является наиболее широко распространенной системой технического зрения.

Одни из самых крупных систем VisioFroth™ установлены на фабрике Фрипорт в Индонезии, где смонтировано 172 камеры, Codelco Andina в Чили с 32 камерами, Los Pelambres в Чили с 36 камерами, Red Dog на Аляске с 26 камерами, Rio Tinto Kennecott в штате Юта, США – 20 камер.

Реализация принципов управления

Дальнейшее увеличение эффективности производства с учетом вовлечения в переработку все более сложных по составу руд в большей степени лежит в области оптимального управления технологическим процессом.

Для контроля состояния процесса уже недостаточно запаздывающих результатов экспресс-анализов, констатирующих нарушение процесса «постфактум».

Необходимы параметры контроля и управления, оперативно отражающие изменение технологического процесса. Например, система технического зрения VisioFroth™ может служить основой для построения простой экспертной стратегии управления с обратной связью, которая обеспечивает постоянное управление всеми флотационными машинами, любые нарушения пеносъема флотомашин своевременно регистрируются и оперативно устраняются.

Использование автоматических систем верхнего уровня для оптимального управления переделами обогащения является наиболее эффективными средствами повышения рентабельности с точки зрения капиталовложений и трудозатрат.

Для этой цели компания Metso Minerals специально разработала программное обеспечение OCS™ (Optimizing Control System), призванное удовлетворить потребности предприятий горно-перерабатывающей промышленности в системах управления верхнего уровня. OCS™ содержит все необходимые функции для успешного внедрения методов оптимального управления.

ПО OCS™ является дополнением более высокого уровня для традиционных систем АСУ ТП или программируемых логических контроллеров, задействованных в управлении операциями фабрики.

Системы оптимального управления становятся неотъемлемой частью управления технологическим процессом современного горнодобывающего предприятия. Эти системы превратились в промышленный стандарт, и многие строящиеся обогатительные фабрики предусматривают применение таких систем уже на этапе проектирования. Такое положение обусловлено экономическими соображениями. Системы оптимального управления обычно обеспечивают свою окупаемость на протяжении лишь нескольких недель эксплуатации.

Примером эффективности управления флотационным процессом на основе описанного подхода с применением системы VisioFroth™, может служить ОФ «Фрипорт» (Freeport, Indonesia), где период окупаемости для системы управления составил 51 день. На других обогатительных фабриках с базовым извлечением на уровне 90%, наблюдался прирост извлечения на 1.5%.

В качестве дополнительной иллюстрации, стоит упомянуть ОФ Laguna Seca (Minera Escondida, Чили), где на базе VisioFroth™, насчитывающей 102 точки контроля параметров пеносъема, реализована система управления технологическим процессом. Промышленные испытания, проведенные в 2003 году, показали 1.5% прирост извлечения меди.

Заключение

Таким образом, линейка продукции компании Metso Minerals позволяет предложить горно-перерабатывающим предприятиям самые современные и сбалансированные технологические решения, основанные не только на высококлассном флотационном оборудовании, но и на специализированных средствах управления, позволяющих построить системы оптимального управления, как отдельно взятой флотомашиной, так и флотационным переделом в целом.

Только такие комплексные решения могут обеспечить максимальную эффективность работы флотационного процесса и, следовательно, существенно сократить сроки окупаемости капиталовложений.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2005