Способ извлечения избранных минералов из рудных пульп напорной флотацией и устройство для его осуществления

Способ извлечения избранных минералов из рудных пульп напорной флотацией и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых методом флотации, в частности для извлечения из пульп полиметаллических руд легкошламующихся минералов совместно с известными способами флотации или самостоятельно, например, для извлечения драгоценных металлов из хвостов гравитационного обогащения. Кроме того, данное изобретение может быть использовано для обогащения мелко - и тонковкрапленных полиметаллических руд.

Способ извлечения избранных минералов из рудных пульп напорной флотацией

Метод флотации основан на элементарном акте прилипания гидрофобизированных частиц избранных минералов к создаваемым в пульпе воздушным пузырькам путем их столкновения, образовавшиеся агрегаты частица - пузырек под действием архимедовой силы всплывают на поверхность пульпы в форме пены с последующим сбросом этой пены в пеносборник. Пена обезвоживается, превращаясь в концентрат извлекаемых минералов, а камерный продукт - обедненная пульпа - сбрасывается в форме хвостов флотации в хвостохранилище [1].

При этом с помощью богатой гаммы известных флотационных реагентов пульпу перед флотацией обрабатывают требуемыми флотореагентами, превращающими частицы избранных минералов во флотируемые гидрофобные частицы, а частицы остальных минералов превращают в нефлотируемые гидрофильные, легкосмачиваемые водой частицы.

Затем, диспергируя в пульпе тем или иным методом атмосферный воздух, создают условия для слипания гидрофобизированных частиц с созданными в пульпе воздушными пузырьками. Прилипание гидрофобизированных частиц к пузырькам и удержание их на поверхности пузырька происходит под действием вандерваальсовых сил межмолекулярного взаимодействия, существующих на поверхности частицы и пузырька в форме свободной энергии поверхности, создаваемой нескомпенсированными силами молекул и атомов, лежащих на этой поверхности.

Действие вандерваальсовых сил начинает проявляться на расстоянии 1000 пм (пикометров 1*10^-12 м), а максимальное их действие происходит на расстоянии 500 пм, но дальнейшему сближению реагирующих частиц противодействует отталкивание электронов молекул сближающихся частиц [2].

Сближению частиц с пузырьком препятствуют гидратные слои на поверхности частицы и пузырька. На пузырьке и на гидрофобизированной частице эти слои тонкие, но, тем не менее, они препятствуют частице достичь области действия вандерваальсовых сил. Для преодоления этого препятствия частице придают движение и за счет возникших инерционных сил движения частица оказывается способной столкнуться с пузырьком и, пробив гидратные слои пузырька и частицы, войти в зону действия вандерваальсовых сил. По имеющимся данным для удержания частицы на пузырьке достаточно пребывания частицы в зоне действия вандерваальсовых сил в течение 0,01-0,001 секунды.

По мере уменьшения массы гидрофобизированных частиц до размеров менее 0,05 мм инерционные силы таких частиц ослабляются и им становится труднее пробить гидратные слои и элементарный акт флотации таких малых частиц не происходит, поэтому они не флотируются. Следует отметить, что дробление и измельчение руд производят с целью освобождения извлекаемых минералов от сросшейся с ними пустой породы, и чем мельче измельчается руда, тем большая доля минералов оказывается свободной. Особенно большое значение это имеет при обогащении мелковкрапленных и тем более тонковкрапленных руд.

По изложенным выше причинам переизмельченные частицы, обладающие малой массой и, соответственно, малой инерционной силой, оказываются неспособными пробить гидратные оболочки и соединиться с пузырьком, т.е. оказываются не в состоянии совершить первичный элементарный акт флотации, поэтому они не флотируются и даже осложняют флотацию частиц оптимальных размеров.

В то же время флотация таких частиц имеет особо важное значение при обогащении, например, золотосодержащих песков, в которых значительная часть благородных металлов находится в форме мелких частиц размером менее 0,05 мм, не извлекаемых ни гравитационными, ни флотационными методами. Поэтому ряд источников указывает, что при обогащении таких песков до 50% содержащегося в них золота не извлекается и уходит в хвосты. Именно для таких месторождений требуется способ флотации, при котором воздушные пузырьки избирательно соединялись бы с такими мелкими частицами и выносили их в пенный слой.

В первой половине XX века была предпринята попытка использования метода флотации к очистке сточных вод, однако результат их очистки оказался весьма низким. При анализе причин такой низкой степени очистки сточных вод классической флотацией пришли к заключению, что размер флотационных пузырьков составлявший от 1 до 6,4 мм, как оказался, в десятки раз больше размера частиц загрязнений. Снизить размер пузырьков до размера, приближающегося к размерам частиц загрязнений, механическим диспергированием воздуха в сточной воде оказалось невозможным даже теоретически. Тогда вспомнили о законе Генри, открытого Уильямом Генри в 1803 году [2, 3]. Согласно этому закону, растворимость газов в жидкостях, в том числе воздуха в воде прямо пропорциональна давлению этого газа над жидкостью, т.е. во сколько раз увеличивается давление, во столько же раз увеличивается растворимость газа или воздуха в воде в сравнении с его растворимостью в воде, при той же температуре при атмосферном давлении.

При снижении давления снижается растворимость газа и водный раствор воздуха, полученный под давлением, оказывается пересыщенным воздухом и неустойчивым при атмосферном давлении. Поэтому, излишний воздух спонтанно (самопроизвольно) начинает переходить из фазы раствора в газовую фазу. Этот фазовый переход осуществляется в форме мельчайших пузырьков, зародыши которых могут избирательно образовываться на гидрофобных частицах загрязнений, и расти на них в результате диффузии воздуха из прилегающего раствора. Это происходит путем сдвигания молекул воды с этой гидрофобной поверхности. А если частиц загрязнений окажется недостаточно, то пузырьки начнут выделяться и в объеме воды. Это обусловлено тем, что на гидрофобной поверхности прилегающие к ней молекулы воды слабо связаны с ней и образовавшиеся на этой поверхности зародыши пузырьков легко сдвигают их, затрачивая малую энергию. В противоположность этому при возникновении зародышей воздуха в объеме воды и их росте им приходится разрывать довольно прочные связи полярных молекул воды друг с другом, затрачивая при этом гораздо большую энергию. Другими словами, работа, совершаемая зародышами воздуха на гидрофобной поверхности, значительно меньше работы по созданию газовой полости в объеме воды. Именно поэтому пузырькам воздуха энергетически выгоднее образовываться избирательно на гидрофобных поверхностях частиц примесей, чем в объеме воды.

На этой основе был создан способ флотации частиц загрязнений, осуществленный в запатентованном устройстве для очистки сточных вод методом напорной флотации [4]. По этому способу сточная вода насыщалась воздухом под давлением, создаваемым двумя последовательно соединенными насосами роторного типа. Первый насос всасывал воду и дозированное количество воздуха, а второй насос перемешивал воду с воздухом, повышая одновременно давление, т.е. сатурировал сточную воду при давлении, регулируемом регулятором давления типа предохранительного клапана. Сатурированная вода через регулятор давления сбрасывалась в открытую флотокамеру, где давление снижалось до атмосферного и происходил процесс, описанный выше. Образовавшиеся агрегаты частица - пузырек под действием архимедовой силы всплывали в пенный слой, сбрасываемый в пеносборник, а осветленная вода из донного патрубка сбрасывалась самотеком через сифон. Недостаток этого способа заключался в том, что роторные насосы диспергировали частицы загрязнений, а это снижало их флотируемость. Кроме того, роторы насосов засаливались и на них наматывались волокнистые примеси, что снижало их работоспособность. В довершение к этому скорость всплывания образовавшихся агрегатов частица - пузырек была очень низкой.

Позже эти недостатки были устранены в созданном новом способе, использованном в новом устройстве для очистки сточных вод напорной флотацией, защищенном патентом на полезную модель [5]. По этому способу воздухом насыщалась в блоке сатурации часть очищенной воды, которая затем смешивалась со сточной водой в эжекторе, и полученная смесь флотировалась в флотокамере, в которой был организован ток флотируемой смеси снизу вверх, облегчавший и ускорявший всплытие сфлотированных примесей в пенный слой.

Недостатком этого способа для его использования в процессе извлечения тонких гидрофобных частиц минералов из рудной пульпы напорной флотацией является его неспособность в таком состоянии флотировать рудную пульпу.

Ведущие специалисты в области флотации И. Свен-Нельсон и В.И.Классен [6, 7] установили, что при работе механических флотомашин в пульпе создаются значительные перепады давления и возникают области с повышенным и пониженным давлением.

В соответствии с законом Генри, в областях с повышенным давлением воздух растворяется в пульпе, а в зонах с пониженным давлением выделяется из пульпы в форме мельчайших зародышей пузырьков, возникающих на гидрофобной поверхности мелких частиц. Эти пузырьки на поверхности частиц выступают в роли сильногидрофобных выступов, что «катализирует» прилипание этих частиц к поверхности более крупных пузырьков, облегчая их всплытие и повышая тем самым скорость флотации. Но наиболее важное значение обнаруженный факт такого образования агрегатов частица - пузырек имеет для флотации мелких безынерционных частиц, не способных самостоятельно прилипать к пузырькам воздуха флотационных размеров.

Такие частицы имеют гидрофобную поверхность, обладают развитой поверхностью, поэтому имеется большая вероятность выделения на их гидрофобной поверхности растворенного в воде воздуха, а это облегчает их прилипание к крупным транспортирующим пузырькам.

Описанные свойства отложения зародышей пузырьков воздуха, растворенного в пульпе на мелких частицах с гидрофобной поверхностью, легли в основу создания флотационных машин с изменяемым давлением: вакуумных и так называемых компрессионных. В первом случае использовался способ вакуумирования, а во втором в пульпе растворяли воздух под давлением [8]. Затем давление снижали и в пульпе, на гидрофобной поверхности частиц возникали микропузырьки воздуха, способствовавшие выносу на поверхность этих частиц минералов в пенный слой. Однако в связи с большими конструктивными сложностями оба способа не нашли практического применения во флотационном обогащении руд.

Основными трудностями и недостатками в способах создания микропузырьков воздуха за счет активного перемешивания пульпы является слишком малый удельный выход этих пузырьков, а в предложенном способе вакуумирования флотации, особенно при требуемой большой производительности флотомашин, повышение удельного выхода пузырьков оказалось практически невыполнимым. Такие же трудности возникали при аппаратном оформлении компрессорных машин. Во-первых, пассивный процесс насыщения пульпы воздухом без ее перемешивания очень длительный, а во-вторых, объем флотомашин, работающих под давлением, не может быть малым, а при требуемом умножении объема аппарата на давление, достигающее 1000 дм³*кг/см², он подпадает под жесткий контроль контролирующего ведомства «Котлонадзор», требующего особых условий эксплуатации такого оборудования, при достижении указанного параметра 1000 дм³*кг/см².

Из этих способов лишь так называемый компрессионный метод нашел применение, но не в обогащении, а для очистки сточных вод под названием «напорная флотация», описанный выше. Мы посчитали, что отдельные элементы способа напорной флотации могут быть использованы и в процессах флотационного обогащения руд.

Как известно, метод классической флотации базируется на осуществлении первичного акта флотации, заключающегося в образовании легкого, всплывающего в пульпе агрегата частица - пузырек. Этот агрегат возникает в результате столкновения частиц избранных минералов с пузырьком воздуха. При достаточной инерции частица пробивает тонкие гидратные слои на своей гидрофобизированной поверхности и на поверхности пузырька и, достигнув области действия вандерваальсовых сил, закрепляется на пузырьке, образуя всплывающий агрегат частица - пузырек.

Но если эта частица мала и не обладает инерцией, достаточной для совершения элементарного акта флотации, то она, как описано выше, не флотируется и остается в обедненной рудной пульпе - камерном продукте, который транспортируют в хвостохранилище совместно с несфлотированными частицами минералов.

Таким образом, предлагаемый метод извлечения гидрофобизированных минералов из рудных пульп напорной флотацией является осуществлением элементарного акта флотации, но методом, принципиально иным, чем в классической флотации.

В предлагаемом методе образование элементарного акта флотации (образование агрегата частица - пузырек) осуществляется не путем столкновения гидрофобной частицы с пузырьком, а путем возникновения на поверхности такой частицы мельчайшего зародыша воздушного пузырька и его роста на этой поверхности за счет диффузии воздуха из прилегающего пересыщенного воздухом водного раствора - смеси сатурированной воды с водной фазой пульпы. Самопроизвольно диффундируя из этого пересыщенного раствора, воздух и создает требуемый агрегат частица - пузырек. Именно поэтому для предлагаемого метода обогащения напорной флотацией не имеет особого значения размер извлекаемых гидрофобных частиц, в этом коренное отличие предлагаемого метода от классического метода флотации, основанного на столкновении гидрофобных частиц с воздушным пузырьком.

С целью устранения выявленных недостатков в описанных способах флотационного извлечения минералов из рудных пульп предлагается новое техническое решение, лишенное этих недостатков.

Заявленный технический результат предлагаемого способа заключается в избирательном извлечении гидрофобизированных частиц избранных минералов, не извлекаемых известными способами флотации. Этот технический результат основан на использовании следующих существенных отличительных признаков.

Вода, сатурированная воздухом при повышенном давлении, имеет концентрацию воздуха, согласно закону Генри, во столько раз больше атмосферного, во сколько раз приложенное при сатурировании давление было больше атмосферного.

При смешении рудной пульпы с сатурированной водой, в условиях атмосферного давления снижается и растворимость воздуха в воде, поэтому полученная смесь сатурированной воды с водной фазой пульпы оказывается пересыщенной воздухом и часть его в смеси становится лишней и переходит самопроизвольно из фазы раствора в газовую фазу, вначале - в форме мельчайших зародышей. Этим зародышам энергетически выгоднее образовываться на гидрофобной поверхности частиц гидрофобизированных минералов путем сдвига молекул воды, слабосвязанных с этой поверхностью, без больших затрат энергии. При этом образование воздушных полостей в объеме воды, создаваемых выделяющимся воздухом, связано со значительно большими затратами энергии на разрыв прочных связей между полярными молекулами воды, при создании этих полостей в форме воздушных пузырьков. Поэтому, в первую очередь, происходит процесс образования зародышей пузырьков воздуха на гидрофобной поверхности гидрофобизированных минералов, что связанно с гораздо меньшими энергетическими затратами на сдвиг с этой поверхности слабосвязанных с ней молекул воды. Практически во всем объеме полученной смеси пульпы с сатурированной водой происходит диффузия воздуха из раствора, прилегающего к поверхности гидрофобных частиц, рассеянных в объеме пульпы. При этом на гидрофобной поверхности возникают зародыши пузырьков, которые растут за счет диффузии воздуха из прилегающего раствора, образуя агрегаты частица-пузырек. Описанное осуществляется лишь в том случае, если подготовленная кондиционированная пульпа тщательно смешивается с сатурированной водой так, чтобы к каждой гидрофобной частице прилегал слой сатурированной воздухом водной фазы. Для этого в первом независимом пункте формулы приведен отличительный существенный признак «… подготовленную кондиционированную пульпу с гидрофобизированными частицами избранных минералов тщательно смешивают с сатурированной воздухом водой при атмосферном давлении...». Эти агрегаты из-за малых размеров обладают исчезающее малой скоростью всплытия. Для увеличения этой скорости их необходимо прикрепить к транспортным пузырькам большего размера. К счастью, прилипшие к частицам пузырьки воздуха представляют собой идеальные гидрофобные выступы, к которым легко прилипают большие пузырьки воздуха флотационных размеров, создаваемые во флотомашинах. Именно поэтому в первый независимый пункт введен второй отличительный существенный признак «с последующей обработкой пульпы током воздушных пузырьков танспортных размеров».

Признак второго зависимого пункта формулируется как: «воздухом насыщают сточную воду с хвостохранилищ, очищенную от взвешенных частиц». Этот пункт уточняет, что насыщают воздухом не чистую воду, а сточную воду, стекающую с хвостохранилищ, содержащую остатки флотореагентов вредных для окружающей среды и, если эту сточную воду сбрасывать в окружающую среду без очистки, будет нанесен серьезный вред природе. Таким образом, решаются сразу три задачи: 1 - защита окружающей среды, 2 - экономия флотореагентов за счет использования их остатка в сточных водах и 3 - организация оборотного водоснабжения, которое резко снижает потребность производства в чистой воде.

Несущественный признак третьего зависимого пункта - «слой пены на поверхности пульпы с извлеченными частицами избранных минералов перед сбросом его в пеносборник промывают небольшим количеством воды». Этот признак предназначен для удаления из пенного слоя механически захваченных воздушными пузырьками из пульпы нефлотируемых гидрофильных частиц, что необходимо для повышения содержания выделенных компонентов в получаемых концентратах.

И, наконец, четвертый зависимый пункт, содержащий несущественный признак, указывающий допустимое минимальное объемное соотношение сатурированной воды к единичному объему пульпы, равное не менее 0,1:1,0. Это основано на проведенном расчете, который показывает, что после флотации в пульпе еще сохраняется концентрация воздуха, превышающая 50% его растворимости в воде при атмосферном давлении. В этом случае энергии для образования микропузырька на поверхности гидрофобной частицы оказывается еще достаточно. Это позволит более полно извлекать заданные компоненты из пульпы. Однако для разрыва межмолекулярных связей при образовании воздушных пузырьков в объеме воды этой энергии будет недостаточно. А оптимальное соотношение сатурированной воды к пульпе определяется опытным путем по получаемому максимальному извлечению выделяемых компонентов при изменении соотношения сатурированной воды к пульпе.

В сравнении с методом классической флотации метод напорной флотации также основан на создании всплывающего агрегата частица - пузырек. Однако принцип создания этого агрегата совершенно иной.

Он основан на возникновении зародыша воздушного пузырька избирательно на гидрофобной поверхности частиц избранных минералов. При этом не имеет значения величина частицы, она может быть как флотационных размеров, так и исчезающее малых, соизмеримых с зародышами пузырьков микронных размеров. Эти зародыши воздушных пузырьков могут возникнуть в кондиционированной рудной пульпе, если ее смешать с водой, сатурированной под давлением воздухом. Если эта смесь производится при атмосферном давлении, то по закону Генри растворимость воздуха в воде снижается и водный раствор оказывается пересыщенным воздухом.

Пересыщенное состояние этого раствора неустойчиво и оно стремится к равновесному состоянию путем перехода избытка воздуха из состояния раствора в свободную газовую фазу. Этот фазовый переход происходит спонтанно (самопроизвольно) в форме мельчайших зародышей пузырьков. У этих пузырьков есть два пути возникновения в пульпе. Они могут образовываться в объеме водной фазы пульпы. В этом случае возникающим пузырькам приходится разрывать довольно прочные связи полярных молекул воды друг с другом, затрачивая на это значительную энергию для создания в объеме воды газовой полости воздушного пузырька.

Но есть и второй, более легкий путь: зародыши пузырьков могут возникнуть на гидрофобной поверхности извлекаемых частиц минералов в пульпе. В этом случае им не придется разрывать прочные связи молекул воды друг с другом, а просто сдвинуть с гидрофобной поверхности молекулы воды, которые слабо связаны с этой поверхностью. С энергетической точки зрения работа, совершаемая зародышем пузырька, возникающим на гидрофобной поверхности частицы, и последующий рост пузырька на этой поверхности за счет диффузии воздуха из прилегающего пересыщенного раствора несоизмеримо меньше той работы, которая затрачивается на возникновение воздушного пузырька в объеме воды.

Как известно, возникшие процессы направлены в сторону наименьших затрат энергии. В данном случае, возникновение зародышей воздушных пузырьков на гидрофобной поверхности оказывается предпочтительнее в отношении энергетических затрат. Поэтому именно в этом направлении происходит процесс выделения воздуха из сатурированной воды, закрепления и роста зародышей пузырька на гидрофобной поверхности гидрофобизированных частиц избранных минералов. Этот процесс самопроизвольного закрепления пузырьков на гидрофобной поверхности частиц избранных минералов является по существу элементарным актом флотации, только созданным другим методом, называемым «методом напорной флотации». Этот элементарный акт флотации не зависит от размеров гидрофобизированных частиц, которые могут быть как обычных флотационных размеров, так и размеров шламовых безынерционных частиц.

Напорная флотация в принципе может продолжаться до тех пор, пока в пульпе остается свободная площадь гидрофобной поверхности и остаток пересыщенного воздухом водного раствора. Только с уменьшением этой площади свободной гидрофобной поверхности частиц минералов может начаться более энергоемкий процесс возникновения воздушных пузырьков в объеме водной фазы пульпы. В связи с этим процесс смешения кондиционированной пульпы с водой, сатурированной воздухом, должен быть тщательным, чтобы получающаяся смесь сатурированной воды с водной фазой пульпы распределилась по всему объему пульпы. Однако из-за малых размеров образующихся при этом агрегатов частица - пузырек, обладающих исчезающей малой скоростью всплытия, пульпу необходимо тщательно обрабатывать потоком воздушных пузырьков транспортных размеров.

Наличие у созданных агрегатов сильногидрофобных выступов, в форме закрепленных на поверхности гидрофобных частиц воздушных пузырьков облегчает закрепление этих агрегатов на поверхности транспортных пузырьков. Не исключено, что число мини-агрегатов, закрепленных на транспортном пузырьке, будет больше одного.

Устройство предназначено для практического осуществления способа извлечения избранных минералов из рудных пульп напорной флотацией.

Общим для всех современных конструкций флотационных машин является использование в качестве рабочего инструмента пузырьков воздуха, генерируемых в рудной пульпе тем или иным способом.

Как правило, минерализация этих пузырьков (слипание их с гидрофобными частицами минералов) осуществляется путем непосредственного столкновения частиц минералов с пузырьками. Образованные агрегаты частица - пузырек за счет плотности меньшей, чем у пульпы, под действием архимедовой силы всплывают на поверхность пульпы, образуя пенный слой. Этот слой сбрасывается в пеносборник, а обедненная пульпа - камерный продукт - удаляется в форме хвостов флотации. Чтобы к пузырькам прилипали частицы избранных минералов, их поверхность предварительно гидрофобизируют специальной обработкой требуемыми флотореагентами, т.е. кондиционируют. При этом гидрофобными делают частицы избранных минералов, а остальные частицы в пульпе превращают в гидрофильные - не флотируемые, т.к. они не прилипают к пузырькам.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации пульпы, т.е. от способа диспергирования воздуха в объеме пульпы. По этому признаку машины подразделяются на: механические, в которых перемешивание пульпы производится с засасыванием и диспергированием воздуха, осуществляемое импеллером (лопастной мешалкой) разнообразных конструкций; пневматические, в которых перемешивание и аэрация пульпы осуществляется сжатым воздухом, подаваемым в пульпу через специальные патрубки или через пористые перегородки; пневмомеханические, в которых воздух подается от воздуходувки, а перемешивание пульпы и диспергирование воздуха осуществляется импеллером; пневмогидравлические с самоаэрацией или диспергацией принудительно подаваемого воздуха различными гидравлическими устройствами.

Наибольшее распространение получили механические, пневмомеханические и пневматические флотационные машины.

Аналогами предлагаемого устройства являются пневматические флотационные машины, среди которых близкими аналогами являются пневматические машины колонного типа. Эти машины представляют собой вертикальные колонны круглого или прямоугольного сечения. В них кондиционированная пульпа подается в камеру флотационной машины по трубе, расположенной несколько выше середины колонны. [8].

Например, в представленной на фиг.1 пневматической флотационной машине колонного типа круглого сечения диаметром 1-1,8 м и высотой от 7 до 12 м имеется корпус 1, в котором на уровне выше середины расположена труба 2, соединенная со смесителем 3 для кондиционирования рудной пульпы флотореагентами.

В нижней части колоны имеется пористый диффузор 4, соединенный с ресивером 5 с сжатым воздухом. На выходе из колонны имеется выходной клапан 6, регулирующий уровень пульпы в колонне, соединенный со сбросной трубой 7, транспортирующей обедненный камерный продукт на хвостохранилище. В верхней части колонны 1 имеется патрубок 8 для удаления пенного продукта и труба чистой воды 9, имеющая в колонне над слоем пены брызганы 10 для промывки пены.

Флотационная машина работает следующим образом:

Исходная рудная пульпа кондиционируется флотореагентами в смесителе 3 для гидрофобизации частиц избранных минералов для их флотации и гидрофилизации частиц остальных компонентов для предотвращения их флотации. Кондиционированная пульпа подается через трубу 2 в камеру флотомашины. Здесь частицы пульпы движутся под действием гравитации вниз, а им навстречу всплывает поток пузырьков, генерируемых пористым диффузором 4 у дна колонны, который питается сжатым воздухом из ресивера 5. Во время движения частиц пульпы вниз они ударяются о восходящие пузырьки воздуха и прилипают к ним, если у них имеется гидрофобная поверхность, созданная в смесителе для частиц избранных минералов. Остальные частицы, имеющие гидрофильную поверхность, не прилипают к пузырькам воздуха, т.е. не флотируются и продолжают движение вниз. В противоположность им частицы, слипшиеся с воздушными пузырьками, образуют легкий агрегат, который под действием архимедовой силы всплывает на поверхность пульпы в пенный слой. Этот слой часто загрязняется нефлотируемыми гидрофильными примесями, механически увлекаемыми пузырьками. Эти примеси разбавляют выделенный пенный продукт с извлекаемыми компонентами - концентрат.

Для предотвращения этого пенный слой, перед его сбрасыванием в патрубок 8 промывают чистой водой из трубы 9 брызгалами 10. Обедненный камерный продукт сбрасывают через клапан 6, регулирующий уровень пульпы в колонне, в трубу 7, транспортирующую камерный продукт на хвостохранилище или в другую флотомашину для контрольной флотации.

Недостатком большинства колонных флотомашин и этой, в частности, была плохая работа диспергаторов воздуха, установленных на дне колонны, которые часто забивались частицами пульпы или давали слишком крупные пузырьки, плохо флотировавшие мелкие частицы извлекаемых минералов. Несмотря на это флотомашины колонного типа имеют целый ряд преимуществ перед другими типами флотомашин. Они не имеют элементов, движущихся в абразивной среде пульп, колонны занимают в несколько раз меньшую рабочую площадь в сравнении с другими типами машин. Они сравнительно легко автоматизируются, имеют низкую металлоемкость и экономичны в эксплуатации.

Однако существенным фактором, сдерживавшим использование данного перспективного колонного типа флотомашин, являлось их сравнительно низкое частное (операционное) извлечение. Понимая это, в 1993 году после обширных исследований фирма Svedala CISА (впоследствии MetsoMinezals) приступила к производству диспергаторов на основе запатентованной технологии MICROCEL^TM [9]. Созданные диспергаторы новой конструкции - реакторы-аэраторы, названные статическими миксерами, повысили частное извлечение до уровня, сопоставимого с пневмомеханическими флотомашинами. Использование модернизированных колонных флотомашин MICROCEL^TM позволило увеличить извлечение избранных минералов и одновременно улучшить качество получаемого концентрата. В добавок к этому появилась возможность резко увеличить производительность флотомашин с диаметром колонн, увеличенном до 4,6 м.

К отличительным особенностям созданных флотомашин MICROCEL^TM, по мнению владельцев этой технологии, относится следующее:

1. Диспергация воздуха на очень мелкие пузырьки - до 0,4 мм, что позволяет извлекать частицы минералов мелких классов [но не тонких частиц].

2. Резко увеличивается степень взаимодействий частиц с пузырьками - элементарный акт флотации, который происходит в статистических миксерах.

3. Усиление взаимодействия частиц минералов с флотореагентами за счет работы имеющегося у флотомашины рециркуляционного пульпового насоса.

4. Статические миксеры позволяют управлять размерами создаваемых пузырьков в диапазоне от 1,2 до 0,4 мм при изменении количества работающих миксеров простым их выключанием.

По сообщению авторов, усовершенствованные колонные флотомашины MICROCEL™ успешно эксплуатируются на ведущих горноперерабатывающих предприятиях мира.

В России официальным партнером компании МетсоМинералз (MetsoMinerals) является фирма ООО «ТВЭЛЛ», которая занимается распространением в РФ колонных флотомашин MICROCEL^TM и их внедрением на горноперерабатывающих предприятиях.

Исходя из того что из имеющихся конструкций флотомашин данная колонная фотоционная машина по большинству признаков совпадает с устройством, представляемым нами на патентование, мы приняли его в качестве прототипа и приводим его описание.

Данная флотационная машина колонного типа MICROCEL^TM представлена на фиг. 2. Эта машина включает корпус 11, патрубок питания кондиционированной пульпы 12, расположенный выше середины колонны, воздушный кольцевой коллектор 13 в нижней части колонны, статический миксер-диспергатор воздуха 14, соединенный с воздушным кольцевым коллектором 13, рециркуляционный пульповый насос 15, напорный патрубок которого соединен с пульповым кольцевым коллектором 16. В верхней части колонны имеется патрубок 17 для выхода пенного продукта, труба 18 для подачи чистой воды, к которой внутри колонны прикреплены брызгала (их не видно), промывающие водой слой пены. Внизу колонны имеются отсечные клапаны 19 у каждого статического миксера, позволяющие включать работу миксеров для изменения размеров пузырьков. В верхней части колонны имеется блок управления уровнем пульпы 20 в колонне, соединенный с клапаном сброса пульпы 21.

Данное устройство работает следующим образом:

Кондиционированная пульпа, которая подается из смесителя (не показано на фигуре), где рудная пульпа обрабатывается флотореагентами для гидрофобизации поверхности частиц избранных минералов, подается в патрубок 12. Пульпа распределяется по сечению трубы флотокамеры и движется вниз. Навстречу ей поднимается поток пузырьков воздуха, создаваемый статическими миксерами-диспергаторами 14. При этом гидрофобизированные частицы минералов, обладающие инерцией падения, ударяются о восходящие пузырьки, пробивают гидратные оболочки и, достигнув зоны действия вандерваальсовых сил, притягиваются к пузырьку, совершая элементарный акт флотации. При этом, чем меньше частица, которая еще обладает инерцией, тем мельче должны быть и пузырьки, вырабатываемые статическими миксерами. В определенной степени конструкция миксеров-диспергаторов позволяет уменьшить размер пузырьков до 0,4 мм с помощью статических миксеров 14. Это позволяет флотировать частицы размером более 0,05 мм. Но с уменьшением размера частиц до 0,05 мм и меньше они оказываются практически безынерционными и неспособными пробить гидратные оболочки при столкновении с воздушными пузырьками, поэтому такие частицы минералов не способны совершить элементарный акт флотации и сфлотироваться. Но крупные и мелкие гидрофобизированные частицы минералов, способные прилипнуть к пузырькам воздуха, под действием архимедовой силы поднимаются вверх в пенный слой на поверхность пульпы. При подъеме полученных в пульпе агрегатов частица - пузырек, они, в определенной мере, механически захватывают с собой и нефлотируемые гидрофильные частицы примесей, увлекая их в пенный слой. Поэтому в колонных флотомашинах предусмотрена операция промывки пенного слоя на поверхности пульпы чистой водой. Для этого по трубе 18 подают чистую воду, которая с помощью брызгал промывает и, в определенной степени, удаляет из пенного слоя захваченные примеси. Промытая пена переливается через порог, вытекает из патрубка 17 и направляется на обезвоживание и сушку для получения концентрата выделенных минералов. В процессе работы флотомашины требуется поддерживать стабильный уровень пульпы в камере, это осуществляется с помощью блока управления уровнем пульпы 20, связанного с клапаном сброса камерного продукта 21. Практически, блок 20 согласует подаваемый объем кондиционированной пульпы с объемом камерного продукта, сбрасываемого из флотационной колонны. Предусмотренный во флотомашине рециркуляционный пульповый насос позволяет неоднократно производить флотацию одного и того же объема пульпы, осуществляя функцию контрольной флотации камерного продукта (хвостов флотации). Для этого при работе насоса пульпа засасывается из пространства под статическими миксерами, где практически находятся хвосты флотации, и направляется через нагнетательный патрубок в пульповый кольцевой коллектор 16. Из этого коллектора пульпа через имеющиеся в нем отверстия распределяется равномерно в слое пульпы над генераторами пузырьков 14 и вторично обрабатывается потоком пузырьков, для флотирования несфлотировавшихся гидрофобных частиц.

Недостатком данной флотационной машины колонного типа является -неспособность ее к извлечению тонких безинерционных частиц полезных минералов из рудной пульпы.

В предлагаемом нами устройстве для извлечения избранных минералов из рудных пульп напорной флотацией используется известный сатуратор воды воздухом при повышенном давлении [5], контактный чан-смеситель пульпы с флотореагентами [8, стр.145] и описанная выше колонная флотомашина, представленная на фиг.2.

Сатуратор сточной воды представлен на фиг. 3. Он состоит из корпуса 22, подводящей трубы сточной воды 23, соединенной через клапан расхода сточной воды 24, расходомера сточной воды 25, соединенного с системой подачи воздуха, состоящей из клапана расхода воздуха 26 и расходомера воздуха 27. Полученная смесь воды с воздухом соединена трубой с всасывающим насосом 28 роторного типа, который соединен своим напорным патрубком