Будущее флотации

Статья (англ.: «The future of flotation») первоначально опубликована в журнале «CIM Magazine», №7 (11), ноябрь 2016.

Переведено и напечатано с разрешения Канадского института горнодобывающей промышленности, металлургии и нефтедобычи (Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum), www.cim.org

Перевод с англ.: Верхозин С. С., канд. филол.наук, вед. аналит., АО «Иргиредмет»

--------------------

С технологической точки зрения отказ от использования слоя пены в процессе флотации — решение очень смелое. Однако тот факт, что подобная система не только существует, но и используется сегодня на 50 предприятиях, является своего рода доказательством давления на горнодобывающую отрасль, вынуждающего компании искать новые технологические решения. Низкое содержание ценного компонента, необходимость переработки сложных руд, растущие расходы на энергообеспечение и прочее — все это стало двигателем разработки совершенно новых типов флотационных машин, совершенствования существующих технологий и привело к появлению новых подходов к организации технологических схем флотации.

Разработкой беспенных флотационных машин занимается специализированное подразделение компании «Eriez», которая в 2002 г. запатентовала и выпустила установку под названием HydroFloat. Установка предназначена для внедрения в инновационные технологические схемы, использование которых направлено на решение одной из самых острых проблем современной горнодобывающей промышленности — рост расходов энергии на измельчение все увеличивающегося тоннажа перерабатываемого материала. Сэкономить на последнем аспекте вполне было бы возможно в случае наличия возможности флотации более крупных частиц.

«Большинство горнодобывающих компаний работают на фоне снижения содержания ценного компонента в руде и сложной минералогии. Настоящая проблема состоит в том, что более 99% того, что действительно добывается золотодобывающей отраслью, – это по своей сути учитываемые отходы», – говорит Барун Гораин (Barun Gorain), директор группы по стратегическим технологическим решениям компании «Barrick Gold». По его мнению, метод флотации крупных частиц позволил бы рудникам на более раннем этапе отбрасывать определенный объем пустого материала, то есть сокращать капитальные и эксплуатационные расходы.

К сожалению, эффективность извлечения с помощью обычных флотационных машин ограничена крупностью материала. Так, например, флотацией можно эффективно перерабатывать сульфидную руду крупностью 90–120 мкм, но не 50 или 150 мкм.

Последние результаты исследований позволили выделить две основные причины, объясняющие наличие верхней границы крупности частиц при флотации. Во-первых, было установлено, что более крупные частицы, как правило, не обладают достаточной минерализацией поверхности для прилипания к пузырькам. Во-вторых, если такая частица и может прилипнуть к пузырьку, то, скорее всего, вскоре от него отлипнет. В конструкции обычных флотомашин предусмотрен импеллер, создающий снизу завихрения, способствующие соударению пузырьков и частиц; первые всплывают через неподвижную зону и скапливаются в слое пене наверху.

По словам Джеймсона (Jameson), профессора австралийского Университета Ньюкасл (University of Newcastle), в том случае, если частица удерживается на пузырьке, вращающемся в завихрении со скоростью 100 оборотов в секунду, существует некоторая критическая крупность, при которой данная частица будет просто отлепляться от пузырька.

Условия флотации с быстрыми завихрениями отлично подходят для извлечения мелких частиц, а сама турбулентность — это сила, сохраняющая частицы всего спектра крупности во взвешенном состоянии и одновременно препятствующая флотации крупных частиц.

«Чем больше крупность частиц, тем быстрее пульпа должна перемешиваться, чтобы они не опустились на дно машины. По этой причине с точки зрения флотации крупных частиц использование подобного оборудование противоречит само себе», — говорит Грэм Джеймсон.

Псевдоожиженный слой

Функции импеллера на HydroFloat выполняет псевдоожиженный слой, поднимающий крупные частицы руды. Материал подается с верхней части устройства, а ближе к нижней расположен водовпуск. Когда крупные частицы опускаются на дно, постоянное течение воды мягко выталкивает их назад, в непрерывном режиме воздействуя на участок пульпы, практически на 65% состоящий из твердой фракции. Пузырьки, к которым прилепляются крупные частицы, образуются в процессе обработки воды сжатым газом и пенообразователем. В то время как минерализованные частицы поступают к сливному желобу, крупнозернистый пустой материал оседает в зоне обезвоживания, расположенной в нижней трети камеры. Когда плотность данного участка достигает определенного значения, ее содержимое выходит через специальный слив для нижнего продукта.

По словам директора по международным продажам компании «Eriez» Кена Робертса (Ken Roberts), с помощью HydroFloat можно расширить диапазон крупности флотируемых частиц до 400 мкм или более. При переработке некоторых видов сульфидных руд установка продемонстрировала возможность извлечения частицы крупностью 2 мм (2 000 мкм). «В рамках совместного исследования с Университетом Юты (University of Utah) мы доказали, что имеется возможности флотации частиц с поверхностной минерализацией 2%», — добавил Робертс.

Флотомашина HydroFloat однозначно не предназначена для флотации мелких частиц. Главная идея, лежащая в основе создания данной установки, состоит в том, чтобы сделать ее частью цикла классификации, предварительной сортировки материала на крупную и мелкую фракцию с учетом специфики технологий соответствующих процессов. На практике этот подход хорошо себя зарекомендовал на рудниках по добыче неметаллических руд, например, поташа и алмазов, а пару лет назад компания «Eriez» вышла и на рынок оборудования для добычи металлов.

Грэм Джеймсон с 2006 года в лабораторных условиях дорабатывает свое флотационное решение на основе псевдоожиженного слоя. Его установка представляет собой улучшенную версию «Ячейки Джеймсона» (англ. Jameson Cell), которую он запатентовал в конце 1980-х годов. По сравнению с HydroFloat, она позволяет работать как с крупными, так и мелкими частицами. Питание флотации сначала проходит через зону сильного воздействия воздухом из специальной форсунки, что необходимо для прилипания к пузырькам мелких частиц. «На самом деле она очень похоже на «Ячейку Джеймсона», — говорит сам Грэм Джеймсон.

Затем материал поступает в псевдоожиженный слой, низкоэнергетические условия которого обеспечивают прилипание к пузырькам крупных частиц. Загруженные пузырьки всплывают, попадают в слой пены и сливаются через желоб. Линия рециркуляции забирает жидкость из верхней части и переводит ее в нижнюю для сжижения. Мелкие частицы, вымываемые в процессе рециркуляции, еще раз поступают в нижнюю часть и взаимодействуют с пузырьками. Мелкий пустой материал перемещается к верхнему сливу.

Около года назад в распоряжении Грэма Джеймсона попала порфиритовая руда с одного из южноафриканских месторождений, и результаты испытаний на ней показывают воодушевляющие результаты: «Мы способны обеспечить стопроцентное извлечение частиц крупностью примерно до 300 мкм».

Сегодня Грэм Джеймсон пытается найти предприятия, готовые к проведению промышленных испытаний полномасштабной установки производительностью 50–100 т/ч. «Выбор именно такого уровня производительности обусловлен легкостью в строительстве и эксплуатации подобной установки. Ее можно доставить на место на грузовике, смонтировать, провести испытательную работу и получить результаты, на основе которых можно с большой долей надежности определить дальнейшие объемы переработки», — говорит Грэм Джеймсон.

Строить больше, но с умом

Хотя представленная технология обеспечивает флотацию крупных частиц руды, необходимость не является для отрасли общепризнанной нормой. «Исторически горнодобывающая промышленность решает проблему снижения содержания ценных компонентов путем роста масштабов производства и повышения в связи с этим расходов», — говорит Уолтер Вэлери (Walter Valery), директор отдела консалтинга и технологий добычи и переработки минерального сырья компании «Hatch». Ведущие поставщики оборудования стараются отвечать потребностям промышленности, разрабатывая крупные флотационные установки. Тридцать лет назад невероятно большой казалась флотомашина объемом 30 м³, сегодня широко распространены установки на 300 м³. У компании «Outotec» есть работающая флотомашина объемом 500 м³ и несколько установок на 630 м³ находятся в процессе производства. В свою очередь компания «FLSmidth» может похвастаться флотационным устройством на 660 м³.

Строительство и эксплуатация одной крупной флотационной машины не гарантирует экономию на энергообеспечении за счет увеличения масштаба. Особенно это актуально для горнодобывающих компаний, которые лишь недавно заинтересовались возможностью сокращения расходов на электроэнергию в цикле флотации; еще не так давно основное внимание с этой точки зрения уделяли измельчению, однако сейчас фокус смещается, так как затраты растут вместе с увеличением объемов флотируемого материала.

«Удваивая размер [флотационного резервуара], мы на практике теряем, по крайней мере, 10–20% энергии. В большинстве стран мира это выражается в огромных деньгах», — говорит Антти Ринне (Antti Rinne), вице-президент по продажам обогатительного оборудования компании «Outotec».

Постепенное увеличение масштабов оборудования очевидно имеет свои минусы. При увеличении объема резервуара совершенно не обязательно, что соразмерно возрастет турбулентность флотации. Другими словами, по крайней мере, некоторый объем флотационной ячейки фактически является пустой тратой пространства, материала и денег.

«Размеры зоны флотационной ячейки, в которых наблюдается высокая турбулентность, существенно сократились, поскольку габариты самих флотомашин за последние 20 лет значительным образом увеличились», — добавляет инженер-обогатитель из компании «Hatch» Эрико Табоса .

В компании «FLSmidth» данную проблему решили с помощью импеллера новой конструкции nextSTEP, разработанного специально для устранения «мертвого», бестурбулентного пространства. Благодаря своим особенностям nextSTEP повышает энергетическую эффективность работы флотационных машин. «Мы установили, что уровень расхода энергии в данном случае систематически ниже по сравнению с другими флотационными машинами, работающими на нагнетаемом воздухе», — говорит Эйса Уэбер, директор по технологиям флотации компании «FLSmidth».

Другая важная инновация «FLSmidth» — цикл флотации в специальной конфигурации с гибридным энергообеспечением, ориентированный на решение проблемы неоднородности материала в различных флотационных камерах (некоторые виды руды обогащаются в каждой флотационной ячейки в рамках цикла, при этом минералогические характеристики в процессе переработке меняются, а конструкция ячеек — нет).

Специалисты «Outotec» разработали способы увеличения объемов флотационной переработки без потери энергоэффективности. С 2007 г. в активе компании есть импеллеры собственной инновационной конструкции, состоящей в частности из ротора/статора FloatForce, обеспечивающего соответствующие преимущества с точки зрения распределения турбулентности в машине.  Также в «Outotec» разработали вспомогательный импеллер FlowBooster, который позволяет еще больше повысить уровень смешивания в резервуаре, а его эксплуатация не требует большого количество дополнительной энергии.

Большие усилия были направлены на определение наиболее подходящей скорости работы импеллера с учетом особенностей конкретной руды и сферы применения. «За последние несколько лет мы проделали огромную работу, изучив различные приводы с регулируемой скоростью для флотационных ячеек», — говорит директор по технологиям флотации «Outotec» Бен Мерфи (Ben Murphy). Первые промышленные флотомашины, оснащенные приводом с регулируемой скоростью, были введены в эксплуатацию около пяти лет назад. С тех пор подобные установки показали потенциал максимально возможного увеличения энергопотребления или уровня извлечения, а иногда того и другого вместе.

«Интересно то, что мы на самом деле смогли подробно изучить различные способы оптимизации скорости и снижения энергопотребления для малых флотомашин. Получилось довольно хорошо, но не всегда работает так, как надо», — добавляет Мерфи. Для небольших предприятий, расположенных в труднодоступных районах и полагающихся на дизельные генераторы, данный подход может стать отличной возможностью экономии.

Читать дальше

-0+2

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница