Понитков Д.А., инженер-конструктор ЗАО «ТИГОМ», г.Новосибирск, e-mail: tigom@tigom.ru
Флотация является одним из основных способов обогащения руд минерального сырья. Для процесса флотации используются различные конструкции машин: механические, пневмомеханические и пневматические. ЗАО «ТИГОМ» на протяжении многих лет занимается разработкой и модернизацией ранее разработанных флотомашин, находящихся в эксплуатации на российских и зарубежных предприятиях.
Известны десятки фирм-изготовителей флотационного оборудования. Лидерами среди них являются фирмы Финляндии и США. В России имеются три завода, которые могут изготовить флотационные машины: ЗАО «НПО РИВС» в Санкт-Петербурге, ПО «Усольмаш» в г. Усолье-Сибирское Иркутской области и ОАО «Завод ТРУД» в Новосибирске. К сожалению, флотомашины этих изготовителей пользуются ограниченным спросом на российском рынке, странах СНГ и имеют минимальный спрос в дальнем зарубежье. Поэтому для завоевания рынков необходимо создание принципиально новых конструкций флотационного оборудования.
СКТ ГОМ (предшественник ЗАО «ТИГОМ») ещё в конце прошлого века была произведена реализация и внедрение флотомашин для флокулярной флотации в полупромышленных и промышленных условиях при обогащении руд и углей. Способ флокулярной флотации находит применение в исследовательских работах научных учреждений и лабораторий, а также в практике обогащения руд.
Процесс флокулярной флотации характеризуется высокой селективностью и повышенным извлечением флотируемого компонента. Имея многие преимущества, этот метод не нашёл широкого применения из-за отсутствия специального оборудования (особенно флотационных машин), обеспечивающих гидроаэродинамические условия для реализации флокулярной флотации, а именно:
- спокойное течение пульпы;
- тонкая диспергация относительно небольшого количества воздуха (содержание воздуха более 35% в объёме камеры уже играет отрицательную роль);
- спокойные зоны отстаивания и съёма пены
Из-за отсутствия специального оборудования иногда технология флокулярной флотации осуществляется на имеющемся стандартном оборудовании после некоторых конструктивных его изменений (в условиях фабрик или лабораторий) или изменения некоторых паспортных характеристик: снижения числа оборотов импеллера, снижение циркуляционных потоков пульпы и количества всасываемого воздуха, и т. д. Однако эти меры не позволяют достаточно полно реализовать все достоинства флокулярной флотации.
Первая экспериментальная флотационная машина с относительно большим углублением в камере и с эжектирующим импеллером (рис. 1) принципиально новой конструкции была испытана на одной из угледобывающих фабрик Казахстана.
1 - нагнетающее сопло центробежного инжектора;
2 - смесительная камера эжектора;
3 - контуры полого вала
Рис.1 Эжектирующий импеллер.
Испытания такой модели флотомашины показали высокую эффективность её работы. Но увеличение ёмкости флотокамеры даже до 1 м3 оказалось невозможным из-за значительного расслоения пульпы по высоте флотокамеры, в результате которого условия работы импеллера резко ухудшались.
Поэтому при разработке модели флотомашины для флокулярной флотации промышленных размеров было применено техническое решение, заключающееся в разделении флотокамеры на зону аэрации и зону флотации пульпы. В дальнейшем была испытана лабораторная флотокамера с односторонним съёмом пены, ставшая геометрической моделью опытного образца флотомашины промышленных размеров (рис. 2).
1 - ванна
2 - стенка
3 - импеллер
4 - полый вал
5 - надимпеллерный колпак
6 - канал
7 - кольцо
8 - наклонная стенка
9 - успокоитель
10 - выступ
Рис.2 Система экранов внутри камеры флотомашины ФМФ-1
Пульпа поступает из шпицкастена сверху через надимпеллерный колпак 5, соединён-ный со шпицкастеном каналом 6 и снизу в пространство между наклонной передней стенкой ванны 1 и выступом 10 стенки 2. Поток пульпы, поступающий сверху и снизу в зону аэрации при вращении импеллера 3, срывается с его лопаток уже аэрированный воздухом, поступающим по полому валу 4. Далее поток пульпы попадает на наклонную стенку 8 ванны 1 и стенку 2, отражается и поднимается вверх, направляясь в зону флотации. Причём в зоне аэрации устанавливаются успокоители 9 для предотвращения раскручи-вания потока пульпы в зоне аэрации. Нижние концы успокоителей 9 плавно загнуты в сторону, противоположную вращению импеллера. Подача пульпы на импеллер сверху и снизу из шпицкастена сводит к минимуму циркуляцию аэрированной пульпы в зоне 6 импеллера и быструю передачу к зоне флотации. Как показано на рисунке 2, особенностью этой флотомашины является то, что цирку-ляция аэрированной пульпы в зоне импеллера сведена к минимуму, то есть осуществляется принцип циркуляции пульпы на импеллер через шпицкастен (зону флотации), при которой основная масса минерализованных пузырьков направляется к зоне флотации и должна пе-рейти в пену. Непосредственно импеллером перемешивается незначительная часть пульпы, находящейся во флотокамере, то есть только та часть пульпы, которая находится в нижней части зоны аэрации. При этом пульпа через эту зону проходит достаточно быстро, а в каче-стве аэратора выбран ранее разработанный эжектирующий импеллер (рис. 1), который обес-печивает аэрирование пульпы тонкодиспергированным воздухом при относительно слабом её перемешивании. Таким образом в разработанной камере были созданы гидроаэродинамические условия, удовлетворяющие требованиям флокулярной флотации. Перечисленные технические решения легли в основу флотомашины флокулярной фло-тации ФМФ-0,5 ёмкостью камеры 0,5 м3, которая была испытана на угольной фабрике «Ка-рагандауголь». Испытания установили высокую эффективность данной флотомашины. Учитывая положительные результаты испытаний, ФМФ-0,5 была взята за базу для проектирования и изготовления флотомашины ФМФ-1 с ёмкостью камеры 1 м3 с односторонним съёмом пены. Совместно с КазИМСом в НТЦ ГОМ была разработана документация и изготовлен опытный образец ФМФ-1. Объектом испытания флотомашины был определён Зыряновский свинцовый комбинат (Казахстан). Схема флотомашины ФМФ-1 аналогична ФМФ-0,5. С учётом результатов испытаний ФМФ-1, в дальнейшем был спроектирован новый эжектирующий импеллер с диффузорными полыми лопастями (рис. 3), закреплёнными на диске, соединённом с полым валом.
1 - диск
2 - канал
3 - диффузор
Рис. 3 Иимпеллер флотомашины типа ФМФ
При срыве потока пульпы с диффузоров импеллера 3 создаётся разрежение, благодаря которому происходит всасывание воздуха из атмосферы через воздушные каналы 2, соеди-нённые с полым валом через центральный диск 1. При изучении эксплуатационных особен-ностей флотомашин ФМФ флокулярной флотации в сравнении с механическими (стандарт-ными) флотомашинами было установлено следующее: - лёгкость её запуска в работу после длительной остановки (4…6 часов) с плотностью пульпы 40…42% твёрдого; - лёгкость запуска в работу после длительной остановки (18 часов) одной из средних флотокамер в нитке при непрерывной работе остальных с плотностью пульпы 40…42% твёрдого; - возможность регулирования степени аэрации пульпы без остановки работы флотома-шины (установлен регулятор подачи воздуха); - отсутствие заиливания полости вала при остановке работы флотомашины за счёт са-мозапирающего шарового клапана, установленного на стыке эжектирующего импеллера с полым валом; - возможность регулирования циркуляционных потоков внутри флотокамеры. На основании положительных результатов эксплуатации опытного образца флотома-шины ФМФ-1 на Зыряновском свинцовом комбинате заводом «ТРУД» был освоен серийный выпуск флотомашин ФМФ-1 (рис. 4), многие партии флотомашин были направлены на обо-гатительные фабрики Казахстана, Армении и России.
Рис. 4 Флотомашина ФМФ-1
НТЦ ГОМ в дальнейшем была разработана и изготовлена Зыряновского свинцового комбината опытная машина для флокулярной флотации ФМФ-8,5 с ёмкостью флотокамеры 8,5 м3 и проектной производительностью до 25 м3/мин.
В конце 2014 года на комбинате ОАО «Кучуксульфат» (р. п. Степное Озеро, Алтайский край) была поставлена флокулярная флотомашина ФМФ-3,2КС1 в нержавеющем исполнении, которая работает по настоящее время. С её помощью очищается от твёрдых включений сульфат натрия. Эксплуатационники отмечают эффективную и надёжную работу машины.
В настоящее время объединением завода «ТРУД» по документации ТИГОМ изготовлены флотомашины флокулярной флотации ФМФ-1V с двусторонним съёмом пены и направлены на предприятия Кузбасса и Алтая для использования их в схемах очистки сточных вод. Считаем, что в будущем флокулярные машины получат широкое распространение при обогащении золотосодержащих руд, угля и очистки сточных и оборотных вод.
