Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование, разработка и внедрение новой флотационной техники и технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование, разработка и внедрение новой флотационной техники и технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения"

На правах рукописи

ЗИМИН Алексей Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВОЙ ФЛОТАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД УЧАЛИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 25.00.13 «Обогащение полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2003

Работа выполнена в ЗАО Научно-производственном объединении «РИВС» и ЦИЛ ОАО «Учалинский ГОК»

Научный руководитель:

доктор технических наук Черных С.И.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Ксенофонтов Б.С.

Кандидат технических наук, доцент Ведущая организация:

Юшина Т.И. ГНЦ РФ«Гиредмет»

Защита состоится « 30» 2003 г. в 10.00 часов на заседании

диссертационного совета Д 217.041.01 в Государственном научно-исследовательском институте цветных металлов «Гинцветмет» по адресу: 129515, г. Москва, ул. Академика Королева, 13, тел. 215-39-82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гинцветмета.

Автореферат разослан »оииХ^рМш г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Херсонская И.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность.

Флотация занимает ведущее место среди процессов, применяемых в настоящее время для обогащения полезных ископаемых. В мире ежегодно флотируют миллиарды тонн горной массы, минералогический состав которой от года к году становится все более сложным. Наблюдаемое в связи с этим снижение обогатимости полезных ископаемых приводит к необходимости дальнейшего наращивания мощности флотационных отделений обогатительных фабрик, которые уже теперь нередко достигают колоссальной производительности до 100 тыс. т в сутки. Опыт создания таких предприятий опроверг тенденцию увеличения производительности флотации путем набора числа секций, укомплектованных машинами классического образца (с малым объемом камеры). Было признано, что для решения этой задачи необходим принципиально новый подход, основанный на более интенсивном ведении процесса и использовании оборудования высокой единичной производительности. Осуществление флотации в машинах с объемом камер 14, 28, 36 и даже 56 м3, усилило сомнения в надежности многих из ранее сложившихся представлений о технологии явлений, протекающих в камере машины при флотации.

Оказалось, в частности, что расход энергии на флотацию может быть ниже на 30-40%, чем предполагалось ранее, и что переход к камерам большой емкости не только не снижает технологических результатов флотации, чего следовало опасаться, а, наоборот, в ряде случаев способствует их повышению. При этом оказались далекими от совершенства многие установившиеся ранее конструктивные решения импеллерно-статорного блока, геометрические пропорции машины и, самое главное, гидродинамические режимы перемешивания.

Анализ опыта применения новых машин с большим объемом камер показывает, что достигнутый технологический эффект получен без принципиального изменения реагентных режимов, в основном в результате оптимизации гидродинамики, приближении ее к действительным требованиям флотации.

Исследования, посвященные изучению вопросов гидродинамики, наоборот, чаще ограничиваются рассмотрением элементов теории действия машин, включая вопросы аэрации, зависимости расхода воздуха и др. от конструкции машины, числа оборотов импеллера, затрат мощности на его вращение. Они, как правило, не увязывают эти процессы с механизмом элементарного акта флотации.

Вследствие этого возникают определенные трудности при расшифровке различных факторов флотации. Разрабатываемая технология оказывается независящей от конструкции машины, а сама конструкция создается без конкретной физико-химической направленности, определяющей флотацию.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА | С. Петербург . I

оэ (

В значительной мере этому способствуют сложившиеся к настоящему времени методы и средства изучения флотации, построенные на исследовании явлений далеких от условий реального процесса.

Настоящее исследование ставит целью на базе совмещения достижений в области изучения физико-химических факторов флотации, с одной стороны, и гидродинамики флотационных машин, с другой, разработать элементы теории флотации, учитывающие влияние движения перемешиваемой среды на отдельные физико-химические параметры, определяющие процесс флотации.

В связи с этим разработка малоэнерго- и металлоемкой флотационной техники и эффективной технологии обогащения медно-цинковых руд актуальна.

Цель работы.

Целью настоящей работы являются:

- разработка технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения, обеспечивающая повышение извлечения меди и цинка в одноименные концентраты при одновременном повышении их качества;

- разработка новой малоэнергоемкой высокопроизводительной флотационной техники для переработки медно-цинковых руд Учалинского месторождения;

- совершенствование технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского и Узельгинского месторождений применительно к установке новых флотационных машин с камерами большого объема.

Методы исследований.

Исследования по совершенствованию реагентных режимов флотации медно-цинковых руд и созданию флотационной технологии переработки проводились в лабораторных, опытно-промышленных и производственных условиях. Исследования по разработке аэраторов, новых флотационных машин с большим объемом камер проводились на специальном стенде с использованием гидродинамического моделирования на моделях различного масштаба и промышленных стендах, оснащенных необходимой аппаратурой. Технологические испытания флотационных машин проводились в промышленных условиях с применением стандартных методик оценки результатов их работы относительно результатов эталонных машин, работающих на параллельных потоках.

Пробы продуктов обогащения, получаемых при применении новых реагентных режимов, технологий и флотационных машин подвергались гранулометрическому, минералогическому и химическому анализам.

Научная новизна:

- изучена минералогическая характеристика руд и установлено, что при обогащении медно-цинковых руд Учалинского месторождения основной причиной, затрудняющей селективную флотацию ценных компонентов, является сложный комплекс минералов меди, цинка, железа, редких и благородных металлов с небольшим коли-

чеством нерудных минералов. В составе медных и медно-цинковых руд отмечается разнообразный характер форм выделения меди, которая встречается в виде первичных сульфидов (халькопирита и блеклых руд) и вторичных сульфидов (ковелина, халькозина, борнита), характерно тонкое взаимное прорастание полезных минералов, доходящее до эмульсионной вкрапленности. На основании изучения вышеизложенного разработана и внедрена усовершенствованная технология обогащения медно-цинковых руд Учалинского и Узельгинского месторождений на Учалинской обогатительной фабрике.

- сформулированы и теоретически обоснованы условия, обеспечивающие самовыравнивание рассеивания энергии в объеме флотационного аппарата, приводящие к устранению крупномасштабного вихревого движения и улучшению условий минерализации газовой фазы со значительным увеличением скорости флотации и удельной производительности флотационного аппарата;

— экспериментально установлена взаимосвязь крупности частиц, поступающих на флотацию, и необходимая глубина флотационной камеры;

- установлены факторы, усиливающие естественную флотируемость медных минералов в голове процесса;

— разработаны принципиальные основы конструирования нового поколения флотационных аппаратов с камерами большого объема и освоен промышленный типоразмерный ряд с объемом камер, м3: 8,5; 25; 45; 100 и 130.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Впервые разработана и внедрена схема и реагентный режим селективно-коллективно-селективной флотации руд Учалинского месторождения с установкой флотомашин нового поколения, имеющая ряд новых весьма существенных технологических решений: вывод медной головки в виде готового концентрата с содержанием меди 16-19%; интенсификация флотируемости меди в коллективной флотации за счет увеличения времени флотации медных минералов, повышением расхода собирателя и вспенивателя до 50-55% общего расхода; вывод цинковой «головки» из хвостов коллективной флотации с трехкратной перечисткой до кондиционного концентрата, содержащего 4550% цинка; дофлотация цинка из хвостов первой перечистки цинковой «головки» с хвостами медной флотации в цинковый цикл.

По результатам выполненных исследований, опытно-промышленных и промышленных испытаний создан ряд принципиально новых высокопроизводительных малоэнергоемких флотационных пневмомеханических машин с камерами большого объема, м3: 45; 65; 100 и 130, защищенных авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации, обеспечивающих интенсификацию флотационного процесса.

Обоснована и внедрена технология обогащения богатых медно-цинковых руд глубоких горизонтов, обеспечивающая рациональные условия для флотации медных минералов и сфалерита.

Внедрение разработанных высокопроизводительных флотационных машин при переработке медно-цинковых руд, а также усовершенствование технологической схемы обогащения применительно к новым флотомашинам на Уча-линской обогатительной фабрике позволило повысить суммарное извлечение меди и цинка на 9,98%, увеличить производительность по руде с 3,5 до 4,5 млн. т в год и получить экономический эффект в размере 3 млн. долларов США.

На защиту выносится:

— результаты теоретического и экспериментального обоснования закономерностей минерализации пузырьков и требования к флотационным аппаратам для флотации частиц различной крупности, высоты камеры, крупности пузырьков и интенсивности перемешивания;

- результаты разработки рентабельной флотационной технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения с учетом применения нового поколения флотационных пневмомеханических машин с аэрирующим устройством типа усеченного конуса, обеспечивающего гранулометрический состав пузырьков для частиц различных крупностей;

— принцип конструирования нового поколения флотационных машин с камерами большого объема;

- результаты внедрения высокопроизводительных флотомашин.

Апробация работы.

Результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического совета Учалинского ГОКа, на III и IV Международных конгрессах по обогащению полезных ископаемых стран СНГ (Москва, МИСиС, 1991 г. и 1993 г.), на совете научно-производственного объединения РИВС, НТС ФГУП «Институт Гинцветмет».

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 5 патентов.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка используемой литературы и 6 приложений. Диссертация содержит 116 страниц текста, 26 рисунков, 9 таблиц. Библиография включает 73 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение.

Сформулирована цель работы и показана ее актуальность.

В главе 1 приведен современный анализ состояния теории и практики разработки нового поколения флотационных машин большой единичной производительности и усовершенствование существующих конструкций отечественных и зарубежных флотационных механических, пневмомеханических и пневматических машин типа Механобр, Вемко, Денвер, Акер, Сала и др., имеющие высокую энергоемкость, низкий коэффициент использования несущей способности пузырьков из-за высокой турбулентности потоков в камерах, обуславливающих отрыв частиц от пузырьков и снижение верхнего предела крупности флотационных частиц. В ряде конструкций машин 20-30% объема камер выполняют роль транспортных зон, снижая тем самым их производительность и повышая удельный расход электроэнергии на флотацию.

Произведенный анализ позволяет наметить возможные пути их устранения. Необходима разработка малоэнергоемких импеллеров (аэраторов) для механических и пневмомеханических флотационных машин и изменение внутрикамерного контура циркуляции пульпы так, чтобы существенно увеличить коэффициент полезного использования объемного пространства камер и создать благоприятные гидродинамические условия для взвешивания минеральных частиц и их прикрепления к воздушным пузырькам с одновременным повышением сохранности их минеральной нагрузки для вывода из процесса.

Выявленные недостатки позволили сформулировать следующие задачи диссертационной работы:

— разработать малоэнергоемкий аэрационный узел (импеллер) типа усеченного конуса, решающего задачу эффективной флотации как мелких, так и крупных классов частиц в зоне диспергирования воздуха и создание устойчивых восходящих потоков пульпы, направленным к местам разгрузки пенного продукта.

В главе 2 изучаются условия закономерностей минерализации пузырьков и требования к флотомашинам для частиц различной крупности.

С целью определения требований, которым должны удовлетворять машины для флотации частиц различной крупности, были проведены исследования на специально сконструированной установке в Механобре.

Установка позволяла исследовать влияние на флотацию таких факторов, как крупность пузырьков, интенсивность перемешивания пульпы, высота камеры и др. Существенная особенность этой установки состоит в возможности изменения этих факторов независимо друг от друга. Аэраторы позволяли про -

водить флотацию пузырьками узких классов крупности. Исследования велись на б крупностях пузырьков: 0,2; 0,32; 0,50; 0,80; 1,26 и 2 мм. Отклонения от этих номинальных значений крупности, как правило, не превышали 5-10%. Возможность флотации без внешнего источника перемешивания (без мешалки) и с мешалкой при различных частотах вращения позволяет исследовать влияние на флотацию интенсивности перемешивания в камере промышленной фло-томашины.

Экспериментальная установка для проведения опытов включала в себя следующие основные части (рис. 1): 1 - беспенная флотационная машина колонного типа, 2 - питающее устройство, 3 - насос для перекачки жидкой части пульпы из флотационной машины в питающее устройство, 4 - установка для фотографирования пузырьков. Кроме того, для обеспечения работы установки требовалось подавать в аэраторы флотационной машины газ под постоянным давлением 0,15 МПа.

На установке была проведена серия опытов по изучению закономерностей минерализации пузырьков и требований к флотомашинам для флотации частиц сфалерита различной крупности пузырьками различного размера в отсутствии перемешивания. Результаты приведены на рис. 2 и в табл. 1.

к

_ ко

%т

с; &

2 ВО

"чО

г го

«> о

> \ е-2 ч-} о-«

\ »

V ) V

1 к \

к !\ N к

Ц?0 0.32 0,}0 о.ао 1,26 ?,00Цпп

Рис. 1. Общий вид установки

Рис. 2. Зависимость безразмерной удельной скорости флотации частиц сфалерита и пирита от крупности пузырьков в отсутствие перемешивания Крупность частиц, мм: 1 - -0,21 + 0,15; 2 - -0,02+0,01; 3 -0,01+0,005 (пирит);

4 - -0,01+0,005 (сфалерит)

Таблица 1

Результаты опытов флотации частиц сфалерита-0,21+0,15 мм пузырьками

различной крупности Расход ксантогената - 1,7-10"5 моль/м2; глубина камеры Я = 600 мм

Диаметр пузырьков, мм Скорость подачи минерала, г/с К

1,26 3,9-10"3 129

0,48 1.9-10-2 154*

1,15; 0,48 1,9-10"2 183*

* Наблюдалось осаждение перегруженных пузырьков 0,48 мм ниже аэраторов.

Из таблицы видно, что совместное применение пузырьков указанных размеров дает более высокое значение К, чем их раздельное применение. Значение К, подсчитанное исходя из предположения об их независимом действии, равно 136, в действительности же при совместном применении мелких и крупных пузырьков значение К оказывается на 35% выше. Визуально при совместном применении мелких и крупных пузырьков наблюдалось образование аэрофлокул крупных слабоминерализованных пузырьков с мелкими и всплы-вание таких аэрофлокул.

Изучено влияние высоты камеры на результаты флотации. Выявлено, что дополнительно требуется ввести, помимо безразмерной скорости флотации, еще две величины - коэффициент минерализации, или степень занятости поверхности пузырьков со, и коэффициент использования подъемной силы пузырька Т|.

Коэффициентом использования подъемной силы пузырька г) назовем отношение веса частиц в жидкости, сфлотированных пузырьком, к подъемной силе пузырька. Если пренебречь плотностью газа в пузырьке по сравнению с плотностью жидкости, то несложный расчет показывает, что

£Ф Р-РГ 2 Р,Р/

Степень занятости поверхности пузырька со определяется как отношение площади поверхности, занятой минеральной нагрузкой, к полной поверхности пузырька. Ее можно выразить формулой

1 У

а 68р, с!

где ¿) — диаметр пузырька; с1 - размер частицы; 8 — коэффициент упаковки часгиц, определяемый экспериментально.

В дальнейшем принято на основе наших экспериментальных данных д = 1А. Окончательно формула для расчета со принимает вид

0. 3р. й

Результаты опытов с сфалеритом при изменении высоты камеры приведены в табл. 2.

Согласно известным теоретическим представлениям при г) < 1 пропорциональность г( и ш высоте должна выдерживаться до значения со = 1/2, а при со > 1/2 должно сказываться уменьшение площади поверхности, доступной для столкновения частиц с пузырьком.

Из табл. 2 видно, что со и г| для тонких частиц пропорциональны высоте Я (при этом г] < 16%, со <50%) и практически не зависят от интенсивности перемешивания.

Для крупных частиц значения со и г) резко падают при частоте вращения 700 мин"1 (в 3-6 раз), пропорциональность высоте несколько нарушается. По-видимому, это указывает на приближение к равновесию процессов минерализации и деминерализации.

Таблица 2

Влияние высоты камеры на флотируемость частиц сфалеритата различной

крупности.

Скорость подачи минерала -

3,8-10'3 г/с; расход ксантогената — 2,6-10"6 моль/м2 для частиц -0,21+0,074 мм и 7,8-Ю'7 моль/м2для частиц -0,02+0,005 мм

Крупность частиц d, мм Диаметр пузырьков, Б, мм Высота камеры Н, мм Частота вращения мешалки, мин"1

0 350 700

К П,% со,% К П,% К П.% со,%

-0,21 +0,15 0,8 300 42 0,6 0,14 33,7 0,5 0,11 9,5 0,14 0,03

600 76,6 1,1 0,27 85,6 1,3 0,25 12,5 0,19 0,04

-0,15 + 0,074 0,5 300 311 8,5 2,0 103 2,8 0,65

600 623 17 3,9 184 5 1,15

-0,05 + 0,01 0,5 300 22 7 12 18,7 7 11

600 42,5 14 24 43,9 16 27

-0,01 +0,005 0,5 300 5,5 6 20 5,8 7 23 4,7 6 19

600 9,7 10 36 12,9 15 50 8,7 10 35

Результаты исследований, приведенные выше, позволяют сформулировать некоторые требования, которым должны удовлетворять флотомашины для частиц различной крупности.

Флотомашины для крупных частиц должны обеспечивать получение относительно мелких пузырьков (например, 0,5 мм), обладающих, однако, достаточной подъемной силой для всплывания с закрепившимися частицами на поверхность камеры, или получение мелких пузырьков совместно с более крупными «транспортными» пузырьками (1-2 мм). Значения диссипации энергии в основном объеме камеры следует иметь ниже 0,2-0,25 м2/с3. Камеры флотомашин, предназначенных для флотации крупных частиц, должны быть неглубокими.

Флотомашины для флотации частиц среднего размера должны обеспечивать получение по возможности более мелких пузырьков (например, 0,30,5 мм), способных вынести минеральную нагрузку в пенный слой. Значение диссипации энергии в основном объеме камеры необходимо иметь менее 0,20,5 м2/с3. Если флотация осуществляется крупными пузырьками (2-4 мм), то камеры для большинства руд цветных и редких металлов могут иметь высоту более 5 м.

Флотомашины для тонких частиц должны обеспечивать получение тонких пузырьков (0,2 мм), иметь значительную высоту камер и обеспечивать перемешивание в основном объеме камеры, соответствующее значениям диссипации энергии около 0,2 м2/с3 при допустимом уровне диссипации до 0,50,7 м2/с3.

Выполненные исследования позволяют перейти к расчету и созданию высокопроизводительных флотационных машин с камерами большого объема.

В главе 3 приведены принципы конструирования и совершенствования большеобъемных флотационных машин.

В результате выполненных исследований стало возможным рекомендовать методику испытаний и конструирования флотационных машин равнопри-емлемую для случая больших и малых аппаратов, однако, наиболее эффективную в работах по созданию высокопроизводительных машин с большим объемом камер. Традиционная промышленная доводка которых с целью оптимизации конструкции оказалась практически неразрешимой задачей, из-за трудности экспериментирования с колоссальными объемами пульпы и некондиционных продуктов флотации.

Проблема создания больших машин не может успешно решаться без решения проблемы организации модельного перехода от лабораторного и стендового образца к промышленному типоразмеру.

Анализ с позиций настоящего исследования практики эксплуатации большого числа отечественных и зарубежных флотационных машин различ-

ного типа показывает, что для больших флотационных машин с камерами свыше 6,3 м3 характерны:

- низкий удельный расход мощности на единицу флотационного объема камеры;

- существенное различие плотности пульпы в камере по высоте, выражающееся в повышенном содержании твердого в придонной части камеры;

- повышенная глубина камеры флотации и как следствие этого повышенная минеральная нагрузка единицы поверхности зеркала пульпы.

Эти особенности больших машин определяют подход к выбору конструкции импеллерно-статорного блока, его расположение относительно стенок и дна камеры, способ компоновки камеры и ее форму.

Теоретические основы организации модельного перехода. Конструирование большой машины нельзя осуществить, минуя стадию изготовления и исследования модельного образца. Созданию большой машины предшествуют испытания малой стендовой модели, дающие данные для проектирования.

Основной целью испытаний является поиск количественного способа рациональной связи технологических и конструктивных параметров, позволяющий при соблюдении геометрического подобия модели и промышленного образца максимально воспроизвести результаты лабораторных опытов на установке большого масштаба.

Данные настоящего исследования позволяют осуществить модельный переход путем использования представлений о безразмерных критериях поверхности раздела фаз и расхода мощности. При организации эксперимента на модели наибольшую сложность представляет выбор диапазона изменений определяющих величин (соотношения размеров камеры и импеллером, режим его вращения и т.д.).

Нет каких-то особых ограничений для выбора размера модельного образца, хотя очень малые модели увеличивают погрешность эксперимента из-за проявления в технологии камерного процесса пристенного эффекта. После того как принято решение о форме камеры и конструкции импеллера устанавливается диапазон изменения отношения их размеров В/Д. При этом можно руководствоваться данными рис. 3 и табл. 3.

2,4

2,6 2.8 3,0 Комплекс, В'Д

Рис. 3. Зависимость величины поверхности раздела фаз (1) и расхода мощности на перемешивание и аэрацию (2) от соотношения размера камеры и

импеллера

Для машин с лопастными импеллерами и квадратным сечением камеры рекомендуется В/Д = 2,05-3,00. Максимальные значения величин принимаются исходя из величины подачи импеллера, чем она выше, тем большее отношение В/Д допускается для машины. Так, например, для машин Вемко № 144, импеллер которых отличается большой производительностью, В/Д принято равным 4,3.

На выбор диапазона исследуемых значений отношение размера камеры к импеллеру может влиять форма камеры, цилиндрическая камера допускает еще большее увеличение, этой величины.

Глубина камеры не существенно влияет на показатели работы машины. Наиболее рациональной признается кубическая форма объема, т.е. Н = В. Увеличение глубины приводит к некоторому увеличению расхода мощности на перемешивание и усложнению конструкции привода.

Уровень установки импеллера над дном камеры машины зависит от его подачи и направления движения всасываемого потока. Импеллеры с ограниченной нижней циркуляцией типа «Механобр», Денвер не могут устанавливаться высоко h/D = 0,2.

Таблица 3.

Удельные показатели расхода мощности флотационными машинами на единицу объема камеры

Тип машины Удельный расход мощности, кВт/м3

Механобр№№ 1-7 6,9-3,6

Сихали 6,7

УМК-500 4,5

ФПР 10,63 5,5-3,7

ФПМ-1МО 3,4-6,3

Э.Тельмана 1500 Е-2500Е 3,8-5,6

М.Сепарейшн № 12-24 3,2-1,7

Денвер Суб-А № 18-30 5,4-5,2

Денвер М 2,0-4,0

Бут № 56 5,0

Гумбольдт ГДЕ 1000, 2500 2,2-2,0

Ведаг 3,3-4,3

Минемет механические 2,9-4,4

Минемет пневмомеханические 2,4-3,9

Фагергрен 6,56-2,8

Уорман 5,3-5,9

Сала 6,8-3,9

Болиден 4,5-3,3

Аджитейр 4,9-4,0

ФМ-25 2,8-3,2

ФМУ-40 2,8

Гипрококс 2,3

ФЛ-1 3,0

ФМУ-50 4,0

НК-1600 3,9

ФМУ-63 4,5

Минемет НС 1250 4,8

ФУ (ЧССР) 2,6

В главе 4 приведены исследования, разработка и промышленные испытания центробежных аэраторов.

Поиски по созданию нового аэрационного узла были начаты в связи с разработкой флотомашины с камерами, имеющими изолированные зоны аэрации и всплывания. При разработке его ставилась задача обеспечения небольшого самовсаса воздуха, повышения диспергации его и снижения потребляемой мощности.

Теоретические предпосылки и анализ практики эксплуатации флотома-шин показывали, что поставленная задача может быть более успешно решена при использовании конструкции центробежных импеллеров.

Как известно, 80% энергии, затрачиваемой аэраторами флотомашины, идет на перемешивание пульпы (поддержание флотируемых частиц во взвешенном состоянии) и только 20% используется на подсос и диспергирование воздуха.

Наибольший напор (лучшую интенсивность перемешивания) может обеспечить центробежный импеллер, типа колеса турбомашины.

Все совершенные турбомашины имеют, как правило, колесо с криволинейными лопатками, загнутыми назад по ходу вращения, что особенно характерно для низконапорных турбомашин, которые, казалось бы, должны быть заложены в основу импеллера флотомашины, не требующей высоких напоров.

Из ранее проведенных работ и практики эксплуатации флотомашин известно, что импеллер с лопатками, загнутыми по ходу вращения назад, имеет самую низкую энергоемкость (см. табл. 4).

Таблица 4.

Характеристика флотомашин

1Ё ■ е; 3 О. га , с.

Флотомашины 1 о -л о о. 5" О В.1 * « 5 5 и О рО о С о. ^ о О £ 3- о га И га X >> ^ о ¡а * "г к о га с = 2 ОС /-ч 2 г — ^ 5 £ т 0 о 2 £ 1 га ¡- а н С1 .5 н 03 * > Профиль перемешивающего элемента импеллера

О и о 2 «8 йЗ о аг о И >> 2 а г

«Фагергрен» 1,70 420 550 8,6 7,0 4,20 Стержень

«Аджитейр» 1,70 680 760 6,5 5,5 3,20* Палец

«Механобр» 1,34 530 1100 8,6 4,5 3,3 Лопасть радиаль-

ная

«Денвер» 1,42 610 1300 8,8 4,0 2,8* Лопасть радиаль-

ная

«Крупп- Лопасть загнута

Грузон» 1,83 600 1500 10,5 7,6 2,6 назад

(ФМ-2,5)

* Установленная мощность на (м^) камеры без учета мощности, затрачиваемой на поддув воздуха.

Если на основании проведенного анализа достаточно ясным представлялось направление поиска обеспечения самовсаса с возможностью снижения потребляемой мощности, то далеко не ясно было, как улучшить диспергацию воздуха.

По данным ранее проведенных исследований можно было предполагать, что эту задачу можно частично решить, совместив центробежный импеллер с пальцевым, работающим по принципу дезинтегратора.

Поэтому были испытаны известные конструкции турбинок с внесением конструктивных изменений.

На рис. 4 представлены схемы исследованных импеллеров: центробежного импеллера с радиальными лопатками типа «Механобр» (А), центробежного совмещенного с пальцевым, работающего по принципу дезинтегратора (Б), центробежного типа турбинки-нагнетателя (В).

На этом же рисунке приведены полученные при испытаниях аэрогидродинамические характеристики импеллеров £> = 600 мм при работе с периферической скоростью - 10,3 м/сек.

Лучшая диспергация воздуха, при незначительном подсосе его, достигается аэратором типа «дезинтегратор» (Б), худшая - при том же подсосе тур-бинкой нагнетателя (В), но у последней самая низкая потребляемая мощность.

Полученные результаты показали, что совершенная конструкция турбинки-нагнетателя, используемая как импеллер, имеет очень низкий КПД.

Последнее может быть объяснено тем, что условия работы ее в камере флотомашины резко отличны от тех, на которые турбинка рассчитывается.

Как известно, для любой турбомашины характерна строгая организация входящего и выходящего потоков, тогда как в случае применения турбоколеса (как импеллера) наблюдается грубое нарушение этих условий, что, безусловно, ведет к снижению КПД.

С другой стороны, условия работы турбоколеса во флотационной камере имеют определенные преимущества — такие, например, как наличие гидростатического напора, потенциальную энергию которого целесообразно по возможности использовать или превратить в кинетическую, заставив работать «на себя» - на преодоление подпора на выходе струи из колеса.

На основании полученных результатов и анализа их была начата разработка нового аэратора.

£

Рис. 4. Аэрогидродинамичсские характеристики центробежных импеллеров 600 мм с различным профилем лопаток: 1 - радиальные; 2 - радиальные + палец; 3 - загнутые назад; 4 - загнутые назад в

периферийной части

Разработанный автором аэратор типа усеченного конуса с отверстиями в нижнем основании (рис. 5) решает задачу обеспечения качества диспергирования воздуха при больших расходах за счет стабилизации процесса дисперга-ции путем равномерности распределения воздуха по конической поверхности аэратора.

Это достигается тем, что в аэраторе, включающем полный вал с патрубком для подачи воздуха и установленный на валу полный усеченный конус с отверстиями в нижнем основании с выступами и щелями, расположенными равномерно по боковой поверхности конуса у его нижнего основания за выступами, при высоте щелей не менее 1/3 длины выступов, щели расположены по образующим усеченного конуса и выполнены высотой не менее 1/6 высоты конуса, при этом суммарная площадь щелей составляет не менее 30% площади сечения выходного отверстия патрубка для подачи воздуха.

Усеченный конус у нижнего основания выполнен с цилиндрической обечайкой. Выступы, за которыми расположены щели, выполнены с разновеликими пазами, расположенными выше щелей, при этом на соседних выступах пазы расположены по высоте в шахматном порядке.

¡/ Щель выполнена трапецеидальной формы, при этом меньшее ее основа-

ние расположено сверху.

В нижней части щели установлена пластина для направления потока воздуха.

Щель выполнена непосредственно за выступом, без зазора, и расположена против направления вращения конуса.

Новым в разработанном аэраторе является то, что щели расположены по образующим усеченного конуса и выполнены высотой не менее 1/6 высоты конуса, при этом суммарная площадь щелей составляет не менее 30% площади сечения выходного патрубка для подачи воздуха.

Новым также является то, что усеченный конус у нижнего основания выполнен с цилиндрической обечайкой. Кроме того, выступы, за которыми расположены щели, выполнены с разновеликими пазами, расположенными выше щелей, при этом на соседних выступах пазы по высоте расположены в шахматном порядке.

Аэратор включает полый вал с патрубками для подачи воздуха и установленный на валу полый усеченный конус с отверстием в нижнем основании и выступами и щелями, расположенными равномерно на боковой поверхности конуса у его нижнего основания за выступами, при этом высота щелей составляет не более 1/3 длины выступов. Щели аэратора расположены по образующим усеченного конуса и выполнены высотой не менее 1/6 высоты конуса. Суммарная площадь щелей составляет не менее 30% площади сечения выходного отверстия патрубка для подачи воздуха.

Выполнение щелей 5 непосредственно за выступами 3 без зазора, против направления вращения полого конуса 2, также обеспечивает улучшение распределения воздуха по конической поверхности за счет того, что воздух, выходящий из щели 5, попадает в зону разрежения, образующегося при вращении аэратора за выступами 3, как раз в области расположения щели 5.

Таким образом, снижается сопротивление выходящему из щелей 5 воз-

108 5 7

Рис. 5. Общий вид аэратора типа усеченного конуса

духу.

Равномерное распределение воздуха по конической поверхности аэратора повышает качество диспергированного воздуха, а, следовательно, и эффективность флотации.

Испытания разработанного аэратора проводились в течение 4-х лет и показали, что применение данного аэратора позволяет повысить качество аэрации пульпы, снизить энергозатраты на аэрирование и стабилизирует процесс флотации.

На базе разработанного аэратора разработан типоразмерный ряд флотационных пневмомеханических машин (РИФ) чанового типа с объемом камер, м3: 45; 65; 85; 100; 130, который широко используется на отечественных и зарубежных фабриках.

В главе 5 описываются исследования, разработка и внедрение новой флотационной техники и технологии на Учалинской обогатительной фабрике.

Разработка технологической схемы обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения первоначально предусматривала замену флото-машин ФПМ-16 и ФМ-6,3 современными отечественными машинами РИФ-25 и РИФ-8,5 с сохранением достигнутых технологических показателей. Однако, сложность действующей технологической схемы и высокий удельный расход реагентов, отрицательное влияние летних температур пульпы (26-30°С) на флотируемость медных минералов с одновременным ухудшением селекции в цикле медной флотации, низкие технологические показатели - все это предопределило проведение исследований по совершенствованию реагентного режима.

Вовлечение в переработку всевозрастающего количества руд глубоких горизонтов (шахтных руд) требовало поиска путей, обеспечивающих оптимальные условия для флотации медных минералов и сфалерита.

Для повышения извлечения меди, прежде всего, необходимо было установить факторы, усиливающие естественную флотируемость медных минералов в голове процесса. Такими факторами оказались: незначительные расходы депрессоров, сдерживающих флотацию цинка, щелочность ниже критических значений рН и достаточный расход собирателя. В результате проведенных исследований разработана усовершенствованная схема селективно-коллективно-селективной флотации, имеющая ряд новых, весьма существенных технологических решений:

- вывод медной «головки» в виде готового концентрата с содержанием меди 16-19%, цинка 2,5-3,5% при извлечении меди 36-40%, цинка 2-3% от руды;

- интенсификация флотируемости меди в коллективной флотации за счет увеличения продолжительности флотации медных минералов, повышения расхода собирателя и вспенивателя до 50-55% от общего их расхода;

- получение богатого по содержанию меди (4,5-5,5%) коллективного концентрата при выходе от руды 12-15% вместо 28-30% по старой схеме. Суммарное извлечение меди в коллективный концентрат вместе с медной «головкой» составляет 84-86%, цинка - 35-37%;

- вывод цинковой «головки» из хвостов коллективной флотации с трехкратной ее перечисткой до кондиционного цинкового концентрата, содержащего 48-50% цинка при извлечении цинка от руды 33-38%;

- дофлотация цинка из хвостов цинковой «головки» с направлением концентрата дофлотации и хвостов первой перечистки цинковой «головки» после предварительного доизмельчения и последующего сгущения вместе с хвостами медной флотации в цинковый цикл;

- вывод цинковой «головки» в цинковом цикле с одной перечисткой до кондиционного цинкового концентрата, содержащего 50-52% цинка при извлечении от руды 12-15%.

Разработанная схема внедрена на Учалинской обогатительной фабрике, что позволило значительно повысить качественные и количественные показатели.

Для цинкового цикла флотации учалинской руды с содержанием цинка более 3,5% разработана схема, позволяющая получать кондиционный цинковый концентрат пенным способом без операции доводки с извлечением цинка от руды до 80%.

Исследования по совершенствованию схемы были продолжены, для промышленного внедрения рекомендованы новые операции:

- вывод медной «головки» на ранней стадии измельчения при помоле до крупности 63-68% класса -0,074 мм (межцикловая флотация) с перечисткой концентрата «головки» и доизмельчением хвостов межцикловой флотации до 82-85% класса -0,074 мм;

- доизмельчение (четвертая стадия рудного измельчения) хвостов первой фракции коллективного концентрата до крупности не менее 90% класса -0,074 мм для дальнейшего повышения извлечения меди;

- доизмельчение хвостов медной флотации вместе с концентратом дофлотации и хвостами первой цинковой перечистки первой цинковой «головки».

Разработка технологической схемы обогащения медно-цинковой пирит-ной руды Узельгинского месторождения заключалась в усовершенствовании схемы селективно - коллективно - селективной флотации. Для межцикловой флотации для вывода медной «головки» из слива гидроциклонов первой стадии классификации, при помоле 55% класса -0,074 мм задействованы флото-машины РИФ-16, что позволило с одной перечисткой получить концентрат с содержанием меди 17% и цинка 3,5% при извлечении меди 49,5%. Основные элементы разработанной схемы аналогичны схеме переработки учалинских медно-цинковых руд. Так из руды 1,52% меди и 1,78% цинка получен медный концентрат с содержанием меди 16,5% меди и 2-2,5% цинка при извлечении

меди 81%; цинковый концентрат, содержащий 0,75% меди, 48-50% цинка при извлечении цинка 51-52%. В результате реконструкции и совершенствования технологической схемы первой и второй секций достигнуты высокие технологические показатели.

По итогам работы обогатительной фабрики в 2002 году извлечение меди в концентрат составило 82,8%, извлечение цинка - 75,77%. Суммарное извлечение составило 158,57% в сравнении с показателями до реконструкции фабрики в 2000 г. Прирост суммарного извлечения составил 9,98%, в том числе по меди - 7,08%, по цинку -2,9%.

СП ЗАО «ИВС», генеральный подрядчик реконструкции обогатительной фабрики, осуществило весь комплекс работ от разработки технологии, проектирования, поставки оборудования и средств автоматики до получения высоких показателей обогащения руд, т. е. выполнило реконструкцию «под ключ» и обеспечило увеличение суммарного извлечения меди и цинка в концентрат на 6%.

Отправной точкой для реконструкции обогатительной фабрики были выбраны технологические показатели 1990 года, как наиболее высокие за весь период работы (суммарное извлечение меди и цинка из учалинской медно-цинковой руды в 1990 году составило 153,21%).

Первоначально проект реконструкции предусматривал замену флото-машин ФПМ-16 и ФМ-6,3 современными отечественными машинами РИФ-25 и РИФ-8,5 на базе существующей технологии.

Однако сложность принятой на фабрике технологической схемы обогащения, высокий удельный расход реагентов, негативное влияние летних температур пульпы (26-30°С) на флотируемость медных минералов с одновременным ухудшением селективности в узле медной флотации, невысокие технологические показатели - все это предопределило необходимость проведения исследований по совершенствованию технологической схемы и реагентного режима с целью улучшения качественных и количественных показателей.

Особенности проведения реконструкции обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК»

Обогатительная фабрика ОАО «Учалинский ГОК» проектной -мощностью 3,5 млн. т руды в год строилась очередями и сдавалась в эксплуатацию в течение пяти лет.

Оснащенная малогабаритными флотомашинами ФПМ-ГМО-1,6 и ФМ-6,3 в количестве 1300 камер, фабрика работала нестабильно и в 1978-1982 гг. была реконструирована.

Установленные в основных операциях флотомашины ФПМ-16 позволили добиться устойчивых показателей обогащения руд.

В дальнейшем по мере отработки руд открытым способом и перехода на подземную разработку двух месторождений - Учалинского и Узельгинского, а также в связи с физическим износом основного оборудования достигнутый уровень извлечения меди и цинка (суммарно до 150%) при высоких эксплуатационных затратах не мог обеспечивать стабильную работу предприятия. Вновь назрела необходимость в реконструкции обогатительной фабрики.

Выполненное ЗАО «Механобр инжиниринг» ТЭО реконструкции обогатительной фабрики предусматривало два варианта рудоподготовки, включая отмывку руды: на действующем переделе дробления либо в новом корпусе с использованием мельниц самоизмельчения. От второго варианта пришлось отказаться из-за больших затрат на его реализацию.

При этом для медно-цинковой пирротиновой руды разработана не имеющая аналогов схема с выводом медной «головки», грубой медной флотацией, с открытыми циклами в пирротиновой и цинковой флотациях и обезже-лезнением грубого цинкового концентрата.

Реконструкция флотационного отделения. Проект реконструкции обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК» выполнен ЗАО «Механобр инжиниринг». Разработка проекта осуществлялась параллельно со строительством.

Оперативная связь конструкторов по всем разделам проекта со специалистами комбината и подрядчиком позволила значительно сократить сроки строительства. Так, первая секция была построена за восемь месяцев от начала демонтажа старого оборудования до запуска нового.

Все работы выполнялись в условиях действующего производства без снижения объемов переработки, которые распределялись между старым оборудованием и новым по мере его ввода в эксплуатацию.

Замена флотационного и насосного парка на первой секции. До реконструкции на первой секции находились в работе 68 камер флотомашин ФПМ-16 и 50 камер флотомашин ФМ-6,3, насосное хозяйство было оснащено 32 насосами 5ГР-8 и 8ГР-8.

Технологическая схема предусматривала получение коллективного концентрата с последующим выделением из него медного концентрата и грубого цинкового концентрата, который доводился до кондиционного методом обратной флотации.

Всего на первой секции смонтировано 79 камер флотомашин, в том числе РИФ-25 - 40 шт., РИФ-8,5 - 39 шт. Кроме того, смонтировано семь контактных чанов КЧ-25 и КЧ-40.

Для перекачки продуктов флотации установлено 34 насоса горизонтального типа фирмы «МонекЮг» (Болгария), в том числе ПР-160 - 6 шт., ПР-250 - 2 шт., ПР-400 — 4 шт., а также насосы вертикального исполнения ПРВ-150 -16 шт., ПРВ-630-бшт.

Замена флотационного и насосного парка на объединенной второй секции.

До реконструкции на второй секции работало 44 камеры ФПМ-16, 92 камеры ФМ-6,3, на третьей секции - 66 камер ФПМ-16, 24 камеры ФМ-6,3 -всего 226 камер, а также восемь насосов 5ГР и 67 насосов 8ГР-8.

В ходе поэтапной замены флотомашин обновлен фронт медной флотации, коллективной флотации и дофлотации цинка. В операции цинковой флотации работа по замене флотомашин продолжается.

Всего смонтировано 79 камер из 107 по проекту, в том числе РИФ-8,5 -32 шт., РИФ-25 - 45 шт., РИФ-45 - 2 шт.

Смонтировано девять контактных чанов КЧ-25 и КЧ-40.

Для перекачки продуктов обогащения предусмотрено 36 насосов, в том числе ПР-160 - 2 шт., ПР-250 - 2 шт., ПР-400 - 6 шт., ПРВ-150 - 10 шт., ПРВ-300 - 8 шт., ПРВ-630 - 8 шт.

Технологическая схема аналогична схеме первой секции.

В результате первого этапа реконструкции флотационного отделения обогатительной фабрики и реализованных научно-исследовательских разработок специалистами ОАО «Учалинский ГОК» и СП ЗАО «ИВС» достигнуты высокие качественные и количественные показатели обогащения руд.

Так, по итогам работы обогатительной фабрики в 2001 году извлечение меди в концентрат достигло 82,8%, извлечение цинка в концентрат - 75,77%, суммарное извлечение - 158,57%.

В сравнении с технологическими показателями работы обогатительной фабрики в 2000 году (до реконструкции) суммарный прирост извлечения металлов в концентраты составил 9,98%, в том числе по меди - 7,08%, по цинку -2,90%.

За семь месяцев 2002 года суммарное извлечение меди и цинка в концентраты возросло до 163,94%, что выше достигнутого суммарного извлечения в 2000 году (148,59%) на 15,35%.

В настоящее время флотационный парк представлен флотомашинами РИФ-45 - 2 шт., РИФ-25 - 85 камер и РИФ-8,5 - 71 шт. Всего - 158 камер.

В ближайшие два года предстоит установить еще примерно 77 камер в операциях цинковой флотации второй секции и доводки грубых цинковых концентратов. В итоге фабрика будет оснащена новыми флотомашинами в количестве 235 камер, вместо прежних 412.

На двух обновленных секциях флотации сегодня перерабатываются руды шести сортов в объеме 4,5 млн. т в год против 3,467 млн. т в 2000 году.

Несмотря на постоянное снижение цены на медь и цинк, и непрерывный рост стоимости энергоресурсов и расходных материалов, себестоимость переработки одной тонны руды в течение трех последних лет остается стабильной.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследована, разработана и внедрена новая флотационная техника и технология обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения.

2. Показано, что, в связи со сложным минералогическим составом руд, применение традиционных флотационных машин не обеспечивает требуемых технологических показателей по извлечению ценных компонентов.

3. Исследованы процессы и условия минерализации воздушных пузырьков и обоснованы требования, которым должны удовлетворять флотомашины для флотации частиц различной крупности.

4. Разработаны и внедрены новые большеобъемные флотационные машины, позволяющие обеспечивать аэрогидродинамические параметры, требуемые для каждой технологической операции, в зависимости от плотности пульпы, тонины помола, флотационных свойств минералов, гранулометрической характеристики воздушных пузырьков, требуемого времени флотации и др.

5. Исследована и внедрена схема медно-цинковой пиррогиновой флотации с выводом медной «головки», грубой медной флотацией, открытыми циклами в пир-ротиновой и цинковой флотациях и обезжелезнением грубого медного концентрата.

6. На основании исследований настоящей диссертации проведена реконструкция обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК» с заменой флотационных машин ФМП-16, ФМП-6,3 на флотомашины РИФ-8,5; РИФ-25 и РИФ-40.

7. Проведенная реконструкция Учалинской обогатительной фабрики и усовершенствование технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского и Узельгинского месторождений позволило повысить суммарное извлечение в одноименные концентраты на 9,98% и увеличить производительность фабрики по руде с 3 млн. т до 4,5 млн. т в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х., Зимин A.B. и др. О раздельно-совместной флотации грубоизмельченных материалов // Цветная металлургия. -1997.-7-с. 13-14.

2. Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х., Зимин A.B. и др. Результаты полупромышленных испытаний флотационной колонны со струйным аэратором в операции очистки оборотных маточников от гидрофобных загрязнений // Цветная металлургия. - 1997. -1-е. 15-17.

3. Сабиров Р.Х., Баландин С.М., Зимин A.B. и др. результаты промышленных испытаний флотомашины ФМП-12,5 с кипящим слоем и осевыми аэраторами //Цветная металлургия. - 1997.-1-е. 11-12.

4. Зимин A.B., Шульц П.П. Флотационная машина, патент РФ № 2095154, кл. ВОЗ D 1/14, 10.11.97.

5. Зимин A.B., Шульц П.П. Флотационная машина, патент РФ № 2095153, кл. ВОЗ D 1/14, 10.11.97.

6. Зимин A.B., Арустамян М.А., Ягудин P.A., Калинин Е.П., Хамидулли-на Ф.Г. Совершенствование технологии обогащения медно-цинковых руд на обогатительной фабрике Учапинского горно-обогатительного комбината // Обогащение руд. - 2003. — 1.

7. Зимин A.B. Аэратор, патент РФ № 2158186, кл. В 03 D 1/14, Бюл. №30, 27.10.2000.

8. Зимин A.B., Пудов В.Ф. Разработка бесцианидной технологии обогащения полиметаллической руды Орловского месторождения // Обогащение руд.-2001.-2.-с. 20-21.

9. Зимин A.B. Способ флотации руд и устройство для флотации руд. Патент РФ № 2162370, кл. В 03 D 1/14, 27.01.2001, Бюл. № 3.

10. Зимин A.B., Арустамян М.А., Шульц П.П., Кирилловых В.Н. Способ автоматического управления флотационной машиной и устройство для автоматического управления флотационной машиной. Патент РФ № 2165302, кл. В 03 13/00, 20.04.2001, БИ№ 11.

11. Абдурахманов И.А., Зимин A.B., Белевич И.В., Калинин Е.П. Особенности проведения реконструкции обогатительной фабрики ОАО «Учалин-ский ГОК» // Обогащение руд. - 2002. - 2.

Типография «П-Центр», заказ № 17, тираж 100 экз.

I

1

i /

!

i

î

i

î î

!

i

,t

CLoo?-A

I

» 15 4 8 3

>

i

54S? i

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Зимин, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ РАЗРАБОТКИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ФЛОТАЦИОННЫХ МАШИН БОЛЬШОЙ ЕДИНИЧНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.

Выводы.

ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПУЗЫРЬКОВ И ТРЕБОВАНИЯ К ФЛОТОМАШИНАМ ДЛЯ ЧАСТИЦ РАЗЛИЧНОЙ КРУПНОСТИ.

2.1. Методика проведения опытов.

2.2. Влияние на флотацию крупности пузырьков и интенсивности перемешивания

2.3. Влияние высоты камеры на флотацию.

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ БОЛЫИЕОБЪЕМНЫХ ФЛОТАЦИОННЫХ МАШИН.

3.1. Гидродинамические особенности флотационных машин с большим объемом камер.:.

3.2. Теоретические основы организации модельного перехода.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ АЭРАТОРОВ.

4.1. Исследования аэраторов центробежного типа (обзор).

4.2. Описание стенда исследований.

4.2.1. Исследование аэратора типа усеченного конуса с отверстиями в нижнем основании.

4.2.2. Разработка и исследование флотационной машины с аэратором типа усеченного конуса.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВОЙ ФЛОТАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ НА УЧАЛИНСКОЙ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКЕ.

5.1. Характеристика руд.

5.2. Краткие сведения о фабрике.

5.3. Совершенствование технологии обогащения медно-цинковых руд на обогатительной фабрике Учалинского горно-обогатительного комбината.

5.3.1. Разработка технологической схемы обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения.

5.3.2. Разработка технологической схемы обогащения медно-цинковых руд Узельгинского месторождения.

5.4. Особенности проведения реконструкции обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК».

5.4.1. Реконструкция флотационного отделения.

5.4.2. Замена флотационного и насосного парка на первой секции.

5.4.3. Замена флотационного и насосного парка на объединенной второй секции.

5.4.4. Реконструкция нагнетательной станции.

5.4.5. Автоматизация.

4 5.4.6. Реконструкция фильтровально-сушильного отделения.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование, разработка и внедрение новой флотационной техники и технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения"

Флотация занимает ведущее место среди процессов, применяемых в настоящее время для обогащения полезных ископаемых. В мире ежегодно флотируют миллиарды тонн горной массы, минералогический состав которой от года к году становится все более сложным. Наблюдаемое в связи с этим снижение обогатимости полезных ископаемых приводит к необходимости дальнейшего наращивания мощности флотационных отделений обогатительных фабрик, которые уже теперь нередко достигают колоссальной производительности до 100 тыс. т в сутки. Опыт создания таких предприятий опроверг тенденцию увеличения производительности, флотации путем набора числа секций, укомплектованных машинами классического образца (с малым объемом камеры). Было признано, что для решения этой задачи необходим принципиально новый подход, основанный на более интенсивном ведении процесса и использовании оборудования высокой единичной производительности [1, 2]. Осуществление флотации в машинах с объемом камер 14, 28, 36 и даже 56 м3, усилило сомнения в надежности многих из ранее сложившихся представлений о технологии явлений, протекающих в камере машины при флотации.

Оказалось, в частности, что расход энергии на флотацию может быть ниже на 30-40%, чем предполагалось ранее, и что переход к камерам большой емкости не только не снижает технологических результатов флотации, чего следовало опасаться, а, наоборот, в ряде случаев способствует их повышению. При этом оказались далекими от совершенства многие установившиеся ранее конструктивные решения импеллерно-статорного блока, геометрические пропорции машины и гидродинамические режимы перемешивания.

Анализ опыта применения новых машин с большим объемом камер показывает, что достигнутый технологический эффект получен без принципиального изменения реагентных режимов, в основном в результате оптимизации гидродинамики, приближении ее к действительным требованиям флотации.

Потребовалось почти 35-летнее отставание практики флотационного машиностроения от прогресса технологии, чтобы осуществить переход к машинам сегодняшнего дня. Однако достигнутые результаты не дают основания для излишнего оптимизма, так как последствия осуществленных изменений мало что прибавили в знания реальных основ технологии процесса. Машины большой производительности скорее плод инженерно-конструкторских исканий, чем результат научных исследований. Однако появление их имеет особое значение, так как они подтвердили существование реальной возможности организации флотационного процесса на новых принципах, способствовали активизации научных работ в области гидродинамики флотационных машин.

Они показали, что исследования по изучению механизма флотации, особенно с точки зрения понимания роли машины в технологии процесса, требуют своего дальнейшего развития и углубления. Это необходимо, прежде всего, для разработки методов определения эффективности флотационных машин, создания надежных методов ее регулирования и полной автоматизации, а также для разработки принципов моделирования флотомашин и организации модельного перехода от пилотных установок к промышленным, только с таких позиций можно подойти к разработке новых конструкций машин, гарантировать их быстрое промышленное освоение и обеспечить воспроизведение проектных показателей в промышленность.

Можно предположить, что одной из причин отставания теории действия флотационных машин явился обособленный подход к исследованию проблем физико-химии процесса флотации и гидродинамики машин.

Обычно при изучении физико-химических аспектов механизма флотации редко анализируется гидродинамическая ситуация, в которой они проявляются. Принимается, что явления закрепления реагента, поверхностные изменения, условия формирования воздушно-минеральных комплексов и т.п. не зависят от движения среды, т.е. они рассматриваются в стационарных условиях, охватывающих изменения, происходящие уже на поверхности минералов и границах раздела фаз. Состояние потока вещества к поверхности, влияние движения среды на протекание реакции, как правило, не учитываются. Таким образом, влияние гидродинамических факторов исключается.

Исследования, посвященные изучению вопросов гидродинамики, наоборот, чаще ограничиваются рассмотрением элементов теории действия машин, включая вопросы аэрации, зависимости расхода воздуха и др. от конструкции машины, числа оборотов импеллера, затрат мощности на его вращение. Они не увязывают эти процессы с механизмом элементарного акта флотации.

Вследствие этого возникают определенные трудности при расшифровке различных факторов флотации. Разрабатываемая технология оказывается независящей от конструкции машины, а сама конструкция создается без конкретной физико-химической направленности, определяющей флотацию.

В значительной мере этому способствуют сложившиеся к настоящему времени методы и средства изучения флотации, построенные на исследовании явлений далеких от условий реального процесса. Настоящее исследование ставит целью на базе синтеза достижений в области изучения физико-химических факторов флотации, с одной стороны, и гидродинамики флотационных машин, с другой, разработать элементы теории флотационных машин, учитывающие влияние движения перемешиваемой среды на отдельные физико-химические превращения и основные параметры, определяющие процесс флотации. Оно может явиться первым опытом использования положений физико-химической гидродинамики для решения некоторых проблем флотации.

При выполнении основных моментов работы были использованы результаты основополагающих в области технологии флотации и теории действия флотационных машин исследований П.А. Ребиндера, И.Н. Плаксина, С.И. Митрофанова, В.А Малиновского, О.С. Богданова, В.А. Рундквиста, С.Д. Медведева, Н.Д. Бедраня и особенно оригинальные идеи и разработки последних лет В.И. Классена, Н.Н. Виноградова, Н.Ф. Мещерякова, С.И. Черных, Н.А. Арбайтера, Х.Шуберта и др. [3, 4, 5, 6, 7].

При постановке исследования использован опыт современной теории научного эксперимента, включающий факторное планирование и обработку результатов. Разработан ряд методов изучения состояния флотационной системы в условиях реального процесса, а так же способов инструментальных измерений, определяющих параметров.

Такой подход позволил не только повысить качество и надежность экспериментов, но и сделал возможным непосредственное изучение зависимости, определяющих факторов флотации от конструктивных и технологических параметров машины, а также исследовать некоторые новые закономерности, имеющие прямое практическое значение.

На основании выполненных исследований предложена новая классификация флотационных машин по характеру потоков, возбуждаемых во флотационной камере перемешивающим устройством. Сформулированы принципы моделирования, которые позволяют обеспечить условия эффективного воспроизводства процесса при переходе от модельных аппаратов к машинам промышленных размеров. Созданы методы исследования и разработки новых аппаратов с увеличением их масштаба рентабельной технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения.

В диссертации защищаются:

- результаты теоретического и экспериментального обоснования по изучению закономерностей минерализации пузырьков и требования к флотационным аппаратам для флотации частиц различной крупности, высоты камеры, крупности пузырьков и интенсивности перемешивания;

- результаты разработки рентабельной флотационной технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения с учетом применения нового поколения флотационных пневмомеханических машин с аэрирующим устройством типа усеченного конуса, обеспечивающего гранулометрический состав пузырьков для частиц различных крупностей;

- принцип конструирования нового поколения флотационных машин с камерами большого объема;

- результаты внедрения высокопроизводительных флотомашин.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Зимин, Алексей Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследована, разработана и внедрена новая флотационная техника и технология обогащения медно-цинковых руд Учалинского месторождения.

2. Установлено, что при обогащении медно-цинковых руд Учалинского месторождения основной причиной, затрудняющей селективную концентрацию ценных компонентов, является сложный комплекс минералов меди, цинка, железа, редких и благородных металлов с небольшим количеством нерудных минералов. В составе медных и медно-цинковых руд отмечается разнообразный характер форм выделения меди, которая встречается в виде первичных сульфидов (халькопирита и блеклых руд) и вторичных сульфидов (ковелина, халькозина, борнита), характерно тонкое взаимное прорастание полезных минералов, доходящее до эмульсионной вкрапленности.

3. Показано, что, в связи со сложным минералогическим составом руд, применение традиционных флотационных машин не обеспечивает требуемых технологических показателей по извлечению ценных компонентов.

4. Исследованы процессы и условия минерализации воздушных пузырьков и обоснованы требования, которым должны удовлетворять флотомашины для флотации частиц различной крупности.

5. Разработаны и внедрены новые болынеобъемные флотационные машины, позволяющие обеспечивать аэрогидродинамические параметры, требуемые для каждой технологической операции, в зависимости от плотности пульпы, тонины помола, флотационных свойств минералов, гранулометрической характеристики воздушных пузырьков, требуемого времени флотации и др.

6. Разработана и внедрена усовершенствованная технология обогащения медно-цинковых руд Учалинского и Узельгинского месторождений на Уча-линской обогатительной фабрике.

7. Исследована и внедрена схема медно-цинковой пирротиновой флотации с выводом медной «головки» грубой медной флотацией, открытыми циклами в пирротиновой и цинковой флотациях и обезжелезнением грубого медного концентрата.

8. Проведена реконструкция обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК» с заменой флотационных машин ФМП-16, ФМП-6,3 на флотомашины РИФ-8,5; РИФ-25 и РИФ-40.

9. Проведенная реконструкция Учалинской обогатительной фабрики и усовершенствование технологии обогащения медно-цинковых руд Учалинско-го и Узельгинского месторождений позволило повысить суммарное извлечение в одноименные концентраты на 9,98% и увеличить производительность фабрики по руде с 3,5 млн. т до 4,5 млн. т в год.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Зимин, Алексей Владимирович, Москва

1. Захваткин В.К. Совершенствование флотомашин и флотации // Цветные металлы. 1976. -9.-е. 90-92.

2. Мещеряков Н.Ф. Новые флотационные машины и перспективы их применения. В кн.: Обогащение полезных ископаемых, т. 5, М., 1972, с. 83134.

3. Арбайтер Н., Штейнингер Ж. Гидродинамика флотационных машин. -В кн.: IV М/н конгресс по обогащению угля. 1963.

4. Виноградов Н.Н., Гурвич Г.М., Беловолов В.В. и др. Некоторые направления интенсификации процесса флотации. Кокс и химия. - 1973. — 1. — с. 14-17,

5. Виноградов Н.Н., Дебердеев И.Х. и др. Экспериментальные исследования переходных процессов при флотации угля. Сб. тр. ИОТТ. М., Недра, 1974, т. 3, в. 2, с. 43-49.

6. Классен В.И., Мещеряков Н.Ф. Закономерности выделения растворенных газов и использование этого явления при флотации. Изв. АН СССР, серия Метал-я и топливо, 1959, № 4.

7. Ковачев Н, Теофилов Н. Определеняне коэфициента на аэрация на флотационния пульп. Рудодобив, 1973, № 7-8, с. 29-32.

8. Черных С.И., Сусликов Б.Ф., Моисеенко В.Ф., Новиков Н.А. Промышленные испытания пневматической флотомашины чанового типа // Цветные металлы. 1978. - 7.

9. Черных С.И. Испытания пневматической флотационной машины чанового типа // Цветная металлургия. 1979. - 8.

10. Черных С.И. О создании болыиеобъемных машин пневматического типа // Цветные металлы. 1979. - 12.

11. П.Кахаров А.Н., Черных С.И., Ракитский В.И. Создание и внедрение флотационной пневматической машины ФП-80 // Цветная металлургия. -1980.-2.

12. Черных С.И. Новый тип глубокой большеобъемной флотационной пневматической машины. СЭВ, Бюллетень НТС по обогащению руд цветных металлов. Бая Маре, Румыния, 1980. - 8.

13. П.Кахаров А.Н., Сергеев С.Ф., Черных С.И., Ракитский В.И. Новые конструкции флотационных пневматических машин чанового типа с камерами большого объема // Цветные металлы. 1981,- 11.

14. Кахаров А.Н., Мирталипов Д.Я., Черных С.И., Шамин А.А. Совершенствование пневматических агрегатов болынеобъемных флот-х машин чанового типа // Цветные металлы. 1985. - 2.

15. Черных С.И., Левин Н.Ф., Береговой М.В., Полянский М.В. Дофлота-ция тонких минеральных частиц из отвальных хвостов в пневматических флотомашинах чанового типа. Сб. научных тр. Гинцветмета. М., 1988.

16. Новоженин Г.П., Базоев Х.А., Черных С.И., Моисеенко В.Ф. Создание флотационных пневматических машин с аэраторами повышенной эксплуатационной надежности // Цветная металлургия. 1989. - 5.

17. Черных С.И., Столяров В.М. Освоение флотационных пневматических машин ФП-80 и ФП-10 в коллективном цикле флотации на Жирекен-ской фабрике // Цветные металлы. 1990. - 9.

18. Шамин А.А., Черных С.И. Сравнительные испытания флотационных машин при обогащении золотосодержащих руд // Цветные металлы. 1990. - 12.

19. Диринов Г.К., Те В.Х., Воронин П.Г., Черных С.И., Еременко В.Н. Сравнительные испытания флотационных машин ФП-25 и ФМР-25 в цикле переочистки молибденово-медного концентрата на Тырныаузской фабрике // Цветные металлы. -1991.-1.

20. Черных С.И. Новое поколение флотационных пневматических машин чанового (колонного) типа // Цветные металлы. 1992. - 2.

21. Пономарев А.П., Шамин А.А., Базоев Х.А., Баскаев П.М., Черных С.И. Промышленные испытания флотационной пневматической машины ФП-80 на Талнахской обогатительной фабрике // Цветная металлургия. — 1993.-1.

22. Усков С.М., Черных С.И., Мусатова Е.И., столяров В.М. Сравнительные промышленные испытания флотомашин ФП-80 с различными аэраторами // Цветные металлы. 1995. - 2.

23. Черных С.И. Теоретические основы интенсификации флотации частиц полезных минералов в пневматических флотомашинах // Цветные металлы. 1996. - 12.

24. Гриденар И.Ф., Караваев В.Г., Черных С.И. Флотация медно-молибденовых руд Жирекенского месторождения при глубоком помоле // Цветная металлургия. 1998. - 10.

25. Черных С.И. Оценка экспериментов измельчения руд на основе методов математической статистики. Сб. научн. тр. Гинцветмета, Цветная металлургия накануне XXI века, м., 1998.

26. Морозов Н.А., Черных С.И., Конов Х.К. О влиянии износа импеллера и статора на показатели флотации // Цветная металлургия. 2001 - 1.

27. Конов Х.К., Черных С.И., Коршунов В.В., Жилин В.В. Новое поколение флотационных пневматических машин колонного типа // Горный журнал.-2001.- 4.

28. Богданов О.С. Емельянов М.Ф., Максимов И.И. Основные рекомендации по применению различных типов флотомашин. Обогащение руд, 1978, № 1,с. 15-19.

29. Теория и технология флотации руд / О.С. Богданов, И.И. Максимов, А. К. Поднек, Н.А. Янис. М., 1980. 431 с.

30. Богданов O.C., Емельянов M. Ф., Максимов И. И. Влияние размера и пути движения пузырьков на флотацию минеральных частиц. В кн.: Физические и химические основы переработки минерального сырья. М., 1982, с. 24-34.

31. Deijaguin B.V., Dukhin S.S. Theory of flotation of small and medium-size particles. Bull. Inst. Mining a. Metallurgy, 1961. vol. 70, May, p. 221-246.

32. Классен В.И., Мокроусов В.А. Введение в теорию флотации. М., 1959 636 с.

33. Штербачек 3., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. Л., 1963.416 с.

34. Cutter L.A. Flow and turbulence in a stirred tank AIChE J., 1966, vol. 12, No 1, p. 35-45.

35. Ворбанов К. Върху моделирането на флотационни машини. — Рудо-бив и металлургия, 1971, № 5, с. 22-25.

36. Дебердеев И.Х., Волков Л.А. Принципы создания высокопроизводительных машин с большим объемом камер // Тезисы годийной сессии. Ин-т обогащения твердых горючих ископаемых. Люберцы ИОТТ, 1977, - 12 с.

37. Дебердеев И.Х., Волков Л.А. Методика и аппаратура для исследования отдельных характеристик турбулентности в обогатительных машинах. -В сб.: Проблемы обогащения твердых горючих ископаемых, т. VIII в 1. М., Недра, 1979, с. 54-58.

38. Димитрова С.А., Александров И. Тенденцтт в развитието на флотаия-онте клетки. Реконструкция и увеличение на объема им. Бюлл. научн. техн. инф., Нипроруда, 1971, № 2, с. 47-45 (Болгария).

39. Мещеряков Н.Ф., Лучков B.C. и др. Результаты стендовых испытаний конических аэраторов для крупногабаритных флотационных машин. Реф. НИИТЭХИМ, Серия: Промышленность горно-химического сырья, 1975, вып. 4, с. 26-29.

40. Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х., Якушкин В.П. Эффективность использования подъемной силы воздушных пузырьков во флотационных машинах с осевыми импеллерами // Цветные металлы. 1997. - 11-12 -с. 1112.

41. Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х., Ксенофонтов Б.С. Достижения в области флотационной техники // Обогащение руд. 1995. - 6-7 - с. 23-25.

42. Матвеенко Н.В. Кинетические основы интенсификации флотации // Цветные металлы. 1986. - 11 - с. 8287.

43. Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х., Якушкин В.П. Модернизации пневмомеханических флотационных машин в механические: Доклад на Международной научно-технической конференции «0богащение-2000», посвященной. 80-лет. Механобра. С.-Петербург, 2000.

44. РТМ 144-66. Перемешивающие устройства механические. Комитет стандартов мер и измерительных приборов. - М. — 1969. - 19 с.

45. Арбайтер Н., Харисс С., Яп Р. Моделирование процесса флотации с учетом гидродинамики флотомашины. // Труды VIII Международного конгресса по обогащению полезных ископаемых. Л., 1968. Т. 1. С. 588-607.

46. Павлушенко И.С., Брагинский Л.Н., Брылов В.Н. О влиянии перемешивания на процесс химического превращения в системе газ жидкость. -ЖПХ, - 1961. - т. 34. - в. 4. - с. 805-815.50. Wemco bulletin. N F5 В32.

47. Galiger Agitair Flotation Corporate bulletin. No-A-066.

48. Denver Sub-A Flotation. Denver Equipment Co Bulletins, No F-l 1-B.

49. Проспект флотационной машины ФМР, № 111218 Machinexport, г. Москва.

50. Мелехова Е. Л., Шестаков Л.Я., Труды V Научно-технической сессии института «Механобр», том 1,1967.

51. Wemco-Fagergren 1+1 froth flotation. Rotor-Stator Bulletin No. F5-B43.

52. Зимин A.B. Аэратор, патент РФ № 2158186, кл. В 03 D 1/14, Бюл. №30, 27.10.2000.

53. А.С. СССР № 1217482, кл. В 03 D 1/14, 1986 г.

54. Заявка № 93032694/03, опубл. в БИ 9610 от 10.04.96 г. прототип.

55. Зимин А.В. Способ флотации руд и устройство для флотации руд. Патент РФ № 2162370, кл. В 03 D 1/14, 27.01.2001, Бюл. № 3.

56. Зимин А.В., Шульц П.П. Флотационная машина, патент РФ № 2095154, кл. В 03 D 1/14,10.11.97.

57. Зимин А.В., Шульц П.П. Флотационная машина, патент РФ № 2095153, кл. ВОЗ D 1/14, 10.11.97.

58. Кисляков Л.Д., Козлов Г.В. и др. Флотация медно-цинковых и медных руд Урала. Недра, М., 1966, с. 386.

59. Сальникова А.И. Технология обогащения медно-цинковых руд зоны цементации Учалинского месторождения. Бюллетень ЦНИИН ЦМ, 1958, №12.

60. Шадлун Т.Н. Особенности минералогического состава структур и текстур руд некоторых колчеданных месторождений Урала. Изд. АН СССР, М. 1950.

61. Нестерова Л.И., Варламова Т.С. Факторы вещественного состава руд Учалинского месторождения, определяющие их технологические свойства. Тр. ин-та «Уралмеханобр», вып. 3, свердловск, 1958.

62. Нагирняк Ф.И. Технологические свойства руд цветных металлов Урала. Изд. НТО ЦМ, Свердловск, 1959.

63. Нагирняк Ф.И., Попова В.Н., Кисляков Л.Д. Опыт стадиальной флотации руд цветных металлов на передовых обогатительных фабриках Советского Союза. Изд. ЦНИИ ЦМ, 1960.

64. Зимин А.В., Арустамян М.А., Ягудин Р.А., Калинин Е.П., Хамидул-лина Ф.Г. Совершенствование технологии обогащения медно-цинковых руд на обогатительной фабрике Учалинского горно-обогатительного комбината // Обогащение руд. 2000. - 2.

65. Зимин А.В., Пудов В.Ф. Разработка бесцианидной технологии обогащения полиметаллической руды Орловского месторождения // Обогащение руд.-2001,-2.-с. 20-21.

66. Волкова М.В., Гинатулин A.M., Сахарова И.Т. Орловское рудное поле на рудном Алтае. Алма-Ата: Наука, 1972.

67. Абрурахманов И.А., Зимин А.В., Белевич И.В., Калинин Е.П. Особенности проведения реконструкции обогатительной фабрики ОАО «Уча-линский ГОК» // Обогащение руд. 2002. - . - с.

68. Булычев В.В., Болдырев В.Е. Новое оборудование обогатительных фабрик. Изд. Недра, М., 1977.

69. Зимин А.В., Арустамян М.А., Шульц П.П., Кирилловых В.Н. Способ автоматического управления флотационной машиной и устройство для автоматического управления флотационной машиной. Патент РФ № 2165302, кл. В 03 13/00, 20.04.2001, БИ №11.