УДК 622.765.46 Мельникова Светлана Алексеевна инженер 1 категории Шехирев Дмитрий Витальевич

УДК 622.765.46
Мельникова Светлана Алексеевна
инженер 1 категории
Шехирев Дмитрий Витальевич
доц., к.т.н., зав. каф.
Думов Александр Маркович
доц., к.т.н.
кафедра Обогащения руд цветных и редких металлов
НИТУ «МИСиС»
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАБОТЫ
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО СТРУЙНО-ЭЖЕКТОРНОГО
АЭРАТОРА
INVESTIGATION OF FUNCTIONING REGULARITY OF THE
PHEUMOHYDRAULIC STREAM-EJECTION AERATOR
Флотация в колонных машинах пока все еще является новым
направлением, начало которому было положено разработкой в Канаде
промышленного образца флотационной колонны. В России работы по
конструированию и испытанию колонных флотомашин и исследования
особенностей процесса флотации в них были начаты в 60-е годы прошлого
века [1].
На протяжении последних десятилетий была доказана эффективность
колонной флотации, в частности возможность получения концентратов
более высокого качества, увеличение степени извлечения, а также
повышение объемной производительности процесса. В связи с этим
конструкции
флотационных
машин
колонного
типа
активно
совершенствовались [2, 3].
Распространение колонных флотомашин в основном сдерживается
отсутствием надежных и эффективных аэраторов. В большинстве
отечественных
конструкций
колонных
флотационных
машин
используются пневматические трубчатые аэраторы, основным недостатком
которых является ненадежность и низкая износостойкость. Широкое
распространение получили также гидравлические аэраторы. Однако
данный тип аэратора требует при эксплуатации применения только чистой
воды [4].
В данной работе представлено исследование нового типа аэратора –
струйно-эжекторного – в условиях камеры колонной флотационной
машины. Для установления основных закономерностей эксперимент
проведен на чистой воде без добавления реагентов. Это позволило
исключть влияние дополнительных факторов.
Струйно-эжекторный аэратор – это аэратор пневмогидравлического
типа, обеспечивающий тонкое диспергирование воздуха. Конструкция
аэратора не имеет малых отверстий, способных к забиванию и
64
чувствительных к износу, в ней отсутствуют лопасти и другие элементы со
сложной геометрией также подверженные большой нагрузке на износ.
Поэтому в качестве рабочей жидкости в аэраторах данного типа можно
использовать пульпу – часть камерного продукта, что исключает
проблемы, связанные с введением дополнительной воды. К основным
недостаткам можно отнести более высокий расход электроэнергии, т.к.
использование данного аэратора требует дополнительного насоса для
подачи воды. Струйно-эжекторный аэратор соединяет достоинства
аэраторов струйного (поверхностное аэрирование струями) и эжекторных
типов. Первый этап дробления воздуха происходит непосредственно в
процессе его захвата. Второй этап диспергации воздуха происходит при
прохождении газожидкостной смеси по камере смешения – трубе,
соединяющей аэратор и флотационную камеру. Третий этап дробления
пузырьков – при ударе газожидкостной струи, выходящей с высокой
скоростью из камеры смешения об отбойник. Трехступенчатая
диспергация воздуха обеспечивает достижения пузырьками размеров,
оптимальных для флотации [5].
Предложенный в работе струйно-эжекторный аэратор состоит из
латунной трубки диаметром 4 мм, через которую подается вода, патрубка
диаметром 2,5 мм для подачи воздуха, камеры смешения диаметром 25 мм,
а также отбойника, для распределения воздушных пузырьков по всему
объему камеры флотомашины (рис. 1). Параметры лабораторной колонной
флотационной машины следующие: высота – 2 м, диаметр – 100 мм, объем
– 16 л.
Параметрами, определяющими работу струйно-эжекторного аэратора,
являются давление в рабочей струе, давление и расход воздуха, а также
объемное газосодержание и размер воздушного пузырька.
Эксперимент проведен при давлении воды в рабочей струе 0,1824;
0,2229; 0,2533 МПа. Диапазон избыточных давлений воздуха, при которых
осуществляется
нормальное
диспергирование
воздуха,
для
пневмогидравлического аэратора находится в пределах от 0,011 до 0,013
МПа, при увеличении давления происходит образование турбулентных
потоков в камере колонной флотационной машины, что негативно влияет
на процесс флотации.
В ходе эксперимента установлены зависимости расхода воздуха,
удельного газосодержания и размера воздушного пузырька от давления
воздуха.
На рис. 2 показано влияние давления воздуха на расход воздуха.
Максимальный расход достигается при давлении воды в рабочей струе
0,2533 МПа.
65
2,5
25
воздух
4
вода
Рис. 1. Схема струйно-эжекторного аэратора.
Зависимость расхода воздуха от
давления воздуха
Расход воздуха, мл/сек
220
180
140
100
60
20
0,008 0,009 0,010 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015
Давление воздуха, МПа
Рраб. стр.-0,2533 МПа
Рраб. стр.-0,2229 МПа
Рраб. стр.-0,1824 МПа
Рис. 2. Зависимость расхода воздуха от давления воздуха при различном
давлении воды в рабочей струе.
66
Одним из основных параметров, определяющих работу колонной
флотационной машины, является газосодержание. При максимальном
давлении в рабочей струе обеспечивается максимальное газосодержание
(рис. 3). Нами было получено газосодержание более 8%, что является
достаточным для процесса флотации.
Зависимость газосодержания от
давления воздуха
14,0
Газосодержание, %
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0,008 0,009 0,010 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015
Давление воздуха, МПа
Рраб. стр.-0,2533 МПа
Рраб. стр.-0,2229 МПа
Рраб. стр.-0,1824 МПа
Рис. 3. Зависимость удельного газосодержания от давления воздуха
при различном давлении воды в рабочей струе.
На рис. 4 показано влияние давления воздуха на размер пузырька при
различных давлениях в рабочей струе. Средний размер пузырька при
работе находится в пределах 3-4 мм и возрастает при увеличении давления
воздуха, что является хорошим показателем, т.к. эксперимент проведен на
чистой воде. При добавлении реагента-пенообразователя размер
воздушного пузырька уменьшится.
67
Средний размер пузырька, мм
4,2
4,0
3,8
3,6
3,4
3,2
3,0
0,008
0,009
0,010 0,011 0,012 0,013
Давление воздуха, МПа
Рраб. струи 0,2533 МПа
Рраб. струи 0,2229 МПа
Рраб. струи 0,1824 МПа
0,014
0,015
Рис. 4. Зависимость среднего размера воздушного пузырька от давления
воздуха при различном давлении воды в рабочей струе.
Для расчета размера воздушных пузырьков был использован
инструментальный шаблон анализатора «Минерал С7». Были сделаны
фотографии пузырьков при всех режимах работы флотомашины, затем
выделено некоторое количество пузырьков. Расчетным путем было
выяснено, что для минимальной погрешности необходимо проводить
анализ не менее чем по 50 пузырькам.
В ходе данной работы установлены и сопоставлены основные
технологические показатели пневмогидравлического струйно-эжекторного
аэратора в камере колонной флотомашины. Экспериментальным путем
выяснено, что струйно-эжекторный аэратор позволяет получить высокое
газосодержание, а также «калиброванные» пузырьки воздуха средним
размером от 3 до 4 мм.
Литература.
1. Пути совершенствования колонных флотомашин / М. Г.
Видуецкий, И. Ф. Гарифулин // Горный журнал. – 2008 – № 6. –
С.80-83.
2. Новый путь к совершенствованию флотационной техники / Г. Д.
Краснов, А. А. Лавриненко, Д. В. Крапивный, В. К. Кикот //
Горный журнал. – 2005 – № 4. – С. 63-67.
3. Теория и практика флотации. Floating theories into practice. / J.-P.
Franzidis // Mining Magazine. – 2005, 192 – № 5. – С. 12, 14-17.
4. Новые флотационные машины России / Н. Ф. Мещеряков, Р. Х.
Сабиров, А. В. Зимин, П. П. Шульц // «Маркшейдерия и
недропользование» – 2005 – № 2. – С. 52-54.
5. Флотационные установки. Cell division. / Gastell Cyran // World
Mining Equipment – 1998, 22 – №6. – С. 47-53.
68
Аннотация.
В данной статье представлены результаты исследований работы
струйно-эжекторного аэратора в камере колонной флотационной машины,
проведенных на кафедре Обогащения руд цветных и редких металлов
НИТУ «МИСиС». Приведено краткое описание преимуществ колонных
флотомашин и особенности их использования на обогатительных
фабриках.
In this research the investigation of functioning regularity of the
pneumohydraulic stream-ejection aerator in the column flotation cell is
presented. There is also description of the column flotation machines advantages
and its industrial application features.
The research was realized in the NUST «MISIS» laboratory (at the
Mineral Processing Department). During this research the parameters of the
stream-ejection aerator functioning were studied.
Ключевые слова.
флотация, колонная флотационная машина, пневматический аэратор,
струйно-эжекторный аэратор, газосодержание, диспергирование воздуха
flotation, column flotation machine, stream-ejection aerator, pneumatic
aerator, gas content, air dispersion
69