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-обогатительного оборудования, что позволяет поднять качество предоставляемых услуг на очень высокий уровень.

Компания Metso Minerals, как поставщик флотационного оборудования, пока не очень хорошо известна в 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 г. и поставили более сотни таких машин в разные страны мира.

Развитие компании Denver

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 флота ционных машин коснулись материа лов для защиты от износа. Аэрацион ные узлы стали изготавливать с при менением резины.

В 1950-х гг. Denver Equipment стала лидером в производстве флотацион ных машин, впервые представив на рынок машину объемом 2.8 м3. Это была машина No. 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 флотацион ные машины типа DR с единичным объемом камер 5.6 и 8.5 м3.

Флотационная машина DR (вид в разрезе)

В конце 1970-х гг. Denver Equipment объявила о создании флотационной машины типа DR, объем каждой камеры которой составлял 36.1 м3, вскоре ее сменила машина DR с камерами 42 м3. Данный тип флотомашин вы пускается и сегодня для специальных условий.

Развитие подразделения Sala

В 1940-х гг. профессор Kihlstedt разработал флотационную машину нового типа BFP (Флотационный Пропеллер Болидена). Ее камера представляла со бой специальный чан c днищем круглого сечения и верхней частью квад ратного сечения. Флотомашина BFP имела коммерческий успех и экспор тировалась 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.

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

Современные тенденции

Вовлечение в переработку все более бедных руд заставляет горнодобывающие предприятия для сохранения выпуска товарной продукции значительно увеличивать объемы переработки.

Флотационная машина BFP

Это, в свою очередь, создает потребность в технологическом оборудовании с высокой единичной производительностью, достигаемой увеличением габаритных размеров.

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 нового 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 фирмыпроизводители не проводят новые разработки, а решают эту проблему путем масштабного увеличения элементов старых конструкций.

Однако очевидно, 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 пока зывает, что при масштабном увеличении для крупногабаритных флотомашин дан ная конструкция не удовлет воряет 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 незначитель ном 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 автомати зация управления этим процессом служит только для регистрации постоян ных 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 требо ваниям: хорошее перемешивание в нижней части камеры, легкий пуск после останова, хорошая диспергация воздуха, большой диапазон регулиро вания. 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. Отсут ствие 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 обору дование 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 допускающее запесочивания и короткозамкнутых потоков пульпы, (проходящих сквозным потоком через флотокамеру, без захода в аэрационный узел);

- 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 флотомашин, а также бесперспективность дальнейшего экстенсивного развития аэраци онных узлов имеющихся конструкций, компания Metso Minerals (Svedala) в ноябре 1994 г. приступила к созданию, и с 1997 г. 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 большеобъемных флотационных машинах. При разработке были учтены все вышеизложенные требования, а также недостатки, свойственные некоторым другим конструкциям.

Флотомашина RCS™, наряду со всеми преимуществами чановых флотационных камер, также оборудована аэрационным узлом с уникальными характеристиками, что позволяет получить идеальные условия для эффективной работы в любой операции: основной, перечистной или контрольной.

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

Для современных обогатительных фабрик Metso Minerals предлагает ши рокий диапазон 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 аэрационного узла гуммировка необходима только в центральной части чана флотомашины. 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 флотомашин.

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™ применя ется традиционная конструкция при емных и разгрузочных /промежуточных карманов.

Разгрузочный карман флотомаши ны оборудован клапанами Дарт, обес печивающими регулирование уровня пульпы во флотомашине. Клапаны Дарт обеспечивают более точную ре гулировку уровня пульпы во флото машине, а также являются более на дежными в эксплуатации по сравне нию со шланговыми пережимными клапанами.

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 минерализо ванных 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 ро тора позволяет минимизировать по требление 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 клиноременного 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 клиноременный 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 флота ционной камеры, загрузочный кар ман, промежуточный и разгрузочный карманы, а также внутреннюю часть пенного желоба.

Компания Metso Minerals имеет в своем составе отдельное подразделение - Trellex, занимающееся раз работкой систем защиты от износа для всего спектра горно- обогати тельного оборудования, включая футеровки мель ниц, просеивающих поверхностей и трубопро водов. 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 флотомашин 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 флотома шины RCS™, производства Metso Minerals являются:

- модульная конструкция флотома шины значительно упрощает транс портировку и монтаж;

- конструкция пересечных пенных желобов «перекрестного потока» обеспечивает оптимальный режим пеносъема и транспортировки пен ного 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-статор с верхним креплением, обеспечивающего одновременный демонтаж обоих компонентов даже без остановки технологического процесса.

Продолжение в следующем номере

Журнал "Горная Промышленность" №5 2005