СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕННОЙ ФЛОТАЦИИ
METHOD OF FOAM-FLOTATION ADJUSTMENT

Настоящее изобретение относится к способу регулирования одной или более камер пенной флотации для разделения веществ.
В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к способу регулирования одной или более камер пенной флотации для отделения минералов, например, минералов, содержащих металлы, такие как никель и медь, от руды, которая содержит минералы и другой материал, обычно называемый пустой породой. Нижеследующее описание изобретения в основном относится к способу пенной флотации для отделения минералов от пустой породы, но изобретение не ограничено только этой областью применения.
Одним, но не единственным примером способа пенной флотации является удаление чернил с бумаги, при осуществлении которого ненужные чернила удаляются посредством пены. а целевая бумага остается в пульпе в камере флотации. Другие примеры способов пенной флотации включают разделение белков, молекулярное разделение и разделение отходов.
Настоящее изобретение также относится к способу пенной флотации в одной или более камерах пенной флотации.
Настоящее изобретение также относится к камере пенной флотации и к установке, включающей камеры пенной флотации.
Уровень техники: Пенная флотация
Пенная флотация минералов представляет собой известный промышленный способ, применяемый для извлечения ценных минералов из руды, получаемой, например, при добыче. Для разделения твердых материалов, обычно мелкоизмельченных твердых материалов, применяют процесс, основанный на химии поверхностных явлений, в котором используют разницу в гидрофильности различных материалов.
В камере флотации или флотационном сосуде, содержащем пульпу такого материала, как руда, из которой извлекают минерал, смешанную с жидкостью, через пульпу продувают воздух, и разделения достигают посредством селективной адгезии гидрофобных частиц к пузырькам газа, в то время как какие-либо гидрофильные частицы остаются в жидкости, которая находится в сосуде между пузырьками газа. Пузырьки поднимаются наверх, к верхней части сосуда, образуя пену.
Способ может быть организован таким образом, что пена, содержащая как гидрофобные, так и гидрофильные частицы, переливается через край флотационного сосуда. Такие частицы могут быть извлечены в виде концентрата. Пульпу, остающуюся во флотационном сосуде, обычно называют хвостами (отходами обогащения).
Комплекты камер и схемы
На практике установка пенной флотации содержит камеры, обычно сгруппированные в однотипные комплекты, где материал направляют через комплект, из одной камеры в другую, и затем в следующий комплект. Разные комплекты могут содержать камеры различного типа; например, комплект первоначальной обработки может содержать камеры первичной флотации, которые используют для первичного грубого отделения требуемого вещества от ненужного вещества. Ниже по потоку комплекты могут включать вспомогательные камеры первичной флотации, также известные как камеры вторичной флотации, в которых происходит дополнительное разделение пульпы, которая остается в камере первичной флотации после удаления из нее пены. Комплекты, расположенные ниже по потоку, также могут включать флотационные перечистные камеры, в которых происходит разделение пены, извлекаемой из камер первичной флотации или камер вторичной флотации.
Количественные характеристики
Качество выполнения флотации может быть оценено с помощью двух характеристик концентрата, извлекаемого из флотационного сосуда - степени чистоты и степени извлечения. Степень чистоты представляет собой долю целевых твердых материалов в концентрате относительно доли ненужных твердых материалов (пустой породы). Степень извлечения представляет собой долю целевых твердых материалов в концентрате относительно доли целевых твердых материалов в исходной загрузке руды, введенной в камеру флотации. Основная цель промышленного способа флотации состоит в управлении рабочими условиями, чтобы достичь оптимального баланса между степенью чистоты и степенью извлечения; при этом идеальный способ флотации позволяет получать высокую степень извлечения при высокой степени чистоты концентрата.
Регулирование проведения флотации
Известно, что на качество проведения флотации может влиять ряд регулируемых факторов. Эти факторы включают pH пульпы, концентрацию различных химических веществ, добавляемых во флотационный сосуд, высоту пены, концентрацию твердых материалов и расход воздуха, направляемого во флотационный сосуд.
В соответствии с известными способами контроля и управления установкой пенной флотации, за камерой флотации может следить оператор, который, в соответствии со своими наблюдениями, вручную или другим способом может регулировать ввод веществ в камеру, например, добавлять дополнительные химические вещества и/или изменять расход воздуха, направляемого в камеру. Обычно такие действия основаны на эмпирических знаниях, в частности, на наблюдении за поверхностью пены и ее состоянием. Однако, такие способы регулировки часто оказываются неточными. Кроме того, изменения некоторых визуальных характеристик флотационной пены не обязательно соответствуют изменениям эффективности выполнения процесса.
Кроме того, в современных промышленных способах все чаще используют камеры флотации увеличенных размеров. Такое увеличение размера камер приводит к увеличению расхода энергии и увеличению объема воздуха в камерах флотации, вне зависимости от соображений эффективности, что повышает неэффективность существующих способов контроля и управления. Таким образом, в используемых на практике способах флотации остаются проблемы, связанные с необходимостью отслеживать, измерять и регулировать параметры процесса, чтобы обеспечить оптимизацию выполнения флотации, а также связанные с обеспечением точного изменения значимых параметров.
В частности, существующие методики не обеспечивают одновременного получения высокой степени чистоты и высокой степени извлечения для концентрата, получаемого в промышленных способах флотации.
Обсуждение исследования эффективности пенной флотации представлено в публикации Barbian et. at., "The Froth Stability Column - Measuring Froth Stability at an Industrial Scale", pages 315-319, Centenary of Flotation Symposium, Brisbane, QLD (6-9 июня 2005 г.), в которой определена корреляция между фактором устойчивости пены, скоростью подачи воздуха и высотой пены в одной камере.
Известная методика оценки эффективности флотации в нескольких соединенных флотационных сосудах описана в публикации Hadler, "The relationship between Froth Stability and Flotation Performance Down a Bank of Cells" (PhD thesis, University of Manchester, 2006). Был проведен анализ общей эффективности первых четырех флотационных камер первичного комплекта. По данным Hadler, эффективность соединенных камер флотации изменяется в зависимости от изменения режима подачи воздуха, т.е. в зависимости от разности расхода воздуха между последовательно расположенными камерами комплекта. Hadler обнаружил, что в зависимости от изменения скорости подачи воздуха в камеру, в каждой камере существует пик стабильности. В пределах диапазона расходов воздуха, протестированных Hadler, общая степень чистоты концентрата понижается с повышением расхода воздуха. Поэтому применяли небольшие скорости воздуха и режим увеличивающейся подачи воздуха по мере прохождения комплекта.
Кроме того, заявителю неизвестны какие-либо существующие методики, в которых для надежного регулирования эксплуатации группы камер флотации используют непосредственное и автоматизируемое измерение параметров.
Приведенное выше обсуждение не представляет собой полное описание известного уровня техники.
Описание изобретения
Изобретение относится к способу регулирования работы камеры пенной флотации для разделения веществ, включающему введение газа в жидкость, находящуюся в камере, получение пены и регулирование расхода газа, например, путем изменения расхода газа, направляемого в камеру, с целью получения максимальной степени извлечения газа для камеры.
В соответствии с настоящим описанием, термин "степень извлечения газа для камеры" означает величину объема воздуха или другого флотационного газа в пузырьках пены, которая переливается через край камеры флотации, по сравнению с объемом воздуха или другого флотационного газа в пузырьках, разрушающихся внутри камеры, и/или по сравнению с объемом воздуха или другого флотационного газа, вводимого в камеру при осуществлении способа флотации.
Изобретение также относится к камере пенной флотации, включающей впускное отверстие для введения газа в жидкость, находящуюся в камере; контрольно-измерительное устройство для мониторинга переливания пены через край камеры, предназначенное для расчета степени извлечения газа из количества вводимого газа в пене, переливающейся через край камеры при эксплуатации камеры, и контроллер для изменения расхода газа, направляемого в камеру, с целью получения максимальной степени извлечения газа.
Вещества могут представлять собой любые вещества, которые необходимо разделить и которые могут быть разделены способом пенной флотации. Как указано выше, изобретение, в частности, но не исключительно, относится к отделению минералов, например, минералов, содержащих металлы, от остальной руды, которая содержит указанные минералы.
Получение максимальной степени извлечения газа из камеры позволяет получать, высокую степень чистоты концентрата из пены, переливающейся через край камеры, и при этом также получать высокую степень извлечения целевого минерала, извлекаемого из руды способом пенной флотации. В частности, при рассмотрении отделения минерала от руды, регулирование работы камеры пенной флотации с учетом оптимизации степени извлечения газа позволяет минимизировать количество пустой породы, находящейся в концентрате, что повышает эффективность как в отношении степени чистоты, так и в отношении степени извлечения в получаемом концентрате.
Было обнаружено, в сравнении с известными подходами, где тестировали лишь ограниченный диапазон расхода воздуха, что изменение расхода воздуха, направляемого в камеру пенной флотации, оказывает заметное влияние на степень извлечения из нее концентрата. В частности, было обнаружено, что низкий расход воздуха приводит к медленному перемещению пузырьков газа к поверхности пены, что может приводить к разрушению пузырьков до достижения ими сливного порога флотационного сосуда, и что при низком расходе воздуха пузырьки могут оказаться перегруженными твердыми веществами и разрушаться под действием их веса. Поэтому низкий расход воздуха приводит к извлечению меньшего количества твердых частиц, как целевого, так и не целевого вещества, на единицу времени. Следовательно, несмотря на то. что в соответствии с известными способами, в которых используют небольшие расходы воздуха, степень чистоты концентрата повышается, степень извлечения не увеличивается значительно, тогда как в соответствии с настоящим изобретением возможна оптимизация как степени чистоты, так и степени извлечения концентрата.
Поскольку расход воздуха, направляемого в камеру пенной флотации, меняется согласно изобретению, степень извлечения газа может быть измерена неразрушающим способом во время эксплуатации камеры. Таким образом, можно регулировать эксплуатацию камеры полностью неразрушающим способом.
Степень извлечения газа также может быть оценена путем выборочного контроля состояния пены в камере, например, при помощи теста на стабильность столба пены. Таким образом, это также позволяет регулировать эксплуатацию камеры неразрушающим способом.
При помощи регулирования работы комплекта, включающего камеры пенной флотации, по принципу «камера за камерой», с помощью описанного выше способа, может быть достигнута повышенная эффективность функционирования каждой камеры и комплекта в целом. В этом контексте следует отметить, что регулирование можно осуществлять в выбранной группе камер, а не во всех камерах комплекта.
Аналогично, посредством регулирования работы установки или другой флотационной схемы, которая включает комплекты, по принципу «комплект за комплектом», при независимом регулировании каждой камеры в каждом комплекте или выборки камер в каждом комплекте, как описано выше, может быть достигнуто общее повышение эффективности всей схемы.
Таким образом, предложен непосредственный и автоматизируемый способ регулирования работы камер пенной флотации и повышения эффективности работы камер, выражаемой в повышении степени чистоты и степени извлечения минералов, извлекаемых из указанных камер. За счет повышения степени чистоты и степени извлечения концентрата, эксплуатация установки может стать более эффективной и экономически выгодной.
Неограничивающие примеры осуществления изобретения описаны "ниже со ссылками на чертежи, где:
на Фиг.1 схематически показан вид одного из воплощений схемы флотации;
на Фиг.2 показана зависимость степени извлечения воздуха от расхода воздуха в камере пенной флотации в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;
на Фиг.3 показана зависимость степени чистоты концентрата от степени извлечения минерала при трех различных расходах воздуха в камере пенной флотации в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;
на Фиг.4а показана зависимость степени извлечения воздуха от расхода воздуха, экспериментально установленная для двух камер пенной флотации в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;
на Фиг.4b показана зависимость расхода воздуха для трех различных режимов расхода воздуха в комплекте из 5 камер пенной флотации в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения, включающем камеры, показанные на Фиг.4а;
на Фиг.4с показана зависимость степени извлечения воздуха для каждого режима расхода воздуха и в каждой камере, показанной на Фиг.4b;
на Фиг.4d показана зависимость загрузки пузырьков для каждого режима расхода воздуха и в каждой камере, показанной на Фиг.4b и Фиг.4с, и
На Фиг.4е показана зависимость общей степени чистоты и общей степени извлечения концентрата для каждого режима расхода воздуха и в каждой камере, показанной на Фиг.4b-4d.
В общем, предложен способ регулирования работы одной или более камер пенной флотации. При эксплуатации, для получения пены, воздух или другой подходящий флотационный газ (включая газовые смеси), такой как азот, вводят в камеру пенной флотации, содержащую шлам из жидкости и твердых частиц руды (включающей минералы, содержащие ценный металл, подвергаемый извлечению). Затем отслеживают переливание пены через край камеры, из которого с помощью подходящего способа может быть измерена или оценена степень извлечения воздуха (в более общем случае, степень извлечения газа) для камеры в данных рабочих условиях. Для получения максимальной степени извлечения воздуха, работу камеры регулируют путем изменения расхода подаваемого воздуха.
В одном из воплощений в комплекте, включающем камеры пенной флотации, расход воздуха в каждой камере изменяют индивидуально, с целью получения максимальной степени извлечения воздуха для конкретной камеры, и, таким образом, для всего комплекта.
В соответствии с одним из других воплощений, для достижения максимальной степени извлечения воздуха для комплекта, изменяют расход воздуха в выборке из камер одного комплекта, при этом изменения для каждой камеры выборки производят индивидуально.
Аналогично, в установке или схеме, включающей комплекты, каждый комплект регулируют независимо от других.
Способ предпочтительно представляет собой способ замкнутого цикла, в котором при изменении расхода воздуха учитывают колебание рабочих условий камеры пенной флотации, что позволяет определить точный расход воздуха для достижения максимальной степени извлечения воздуха в любой заданный момент времени. Более предпочтительно, при определении изменения расхода воздуха принимают в расчет только максимальную степень извлечения воздуха.
На Фиг.1 показана общая схема установки, включающей ряд комплектов или частей комплектов, каждый из которых включает камеры 100 пенной флотации. Следует понимать, что конкретная технологическая схема флотации, количество камер 100, содержащихся в каждом комплекте или части комплекта, и конфигурация различных потоков могут изменяться в широких пределах. Каждый комплект или часть комплекта камер может включать любое количество или любое расположение камер 100, в зависимости от требуемых условий работы. Камеры 100 соединены друг с другом любым известным способом, так что по меньшей мере некоторая часть содержимого одной камеры 100 может быть направлена в другую камеру 100. Практическое осуществление способа пенной флотации и конструкции, применяемые для этого, известны специалисту в данной области техники и подробно описаны, например, в публикации Wills' Mineral Processing Technology, 7-е изд. (Wills, B.A., Napier-Munn, Т.).
В камеры пенной флотации или камеры для разделения может быть введена смесь двух или более веществ; при этом либо целевое вещество может быть извлечено вместе с пеной, переливающейся через край камеры, либо пена может включать ненужные вещества, а целевое вещество может быть выделено из пульпы, остающейся в камере после выполнения операции флотации. В случае минеральной промышленности, вещества представляют собой металлосодержащие минералы, находящиеся в руде, содержащей как минералы, так и пустую породу.
В воплощении, показанном на Фиг.1, флотационная схема включает комплект камер 104 первичной флотации, в которую вводят шлам руды и жидкость, обычно воду. Ниже по потоку от комплекта камер 104 первичной флотации расположен комплект камер 108 вспомогательной первичной флотации или "камер вторичной флотации" и комплект флотационных перечистных камер 110. При необходимости, схема может также включать более одного комплекта, или части комплекта, камер 104 первичной флотации, комплекта камер 108 вторичной флотации или комплекта флотационных перечистных камер 110. Кроме того, схема может включать как флотационные перечистные камеры 110 комплекта, так и камеры повторной очистки. В соответствии с показанным воплощением, как флотационная перечистная камера 110, так и камера 108 вторичной флотации включают контуры рециркуляции, предназначенные для повторного введения материала в камеру 104 первичной флотации для дополнительной обработки.
При эксплуатации руду, из которой выделяют обогащением целевой металлсодержащий минерал, дробят с помощью любого подходящего средства. Дробленное вещество затем направляют на мельницу для дальнейшего измельчения до получения мелких частиц, например, порошка. Требуемый размер частиц в любой конкретной ситуации зависит от ряда факторов, включающих минеральный состав и т.д., и может быть легко определен специалистом. После размола частицы подвергают химической обработке с целью получения подходящих характеристик смачиваемости целевого минерала, подвергаемого обогащению, а затем извлекают способом флотации. В соответствии с предпочтительным воплощением, частицы обрабатывают так, чтобы придать поверхности целевого минерала как гидрофобные, так и аэрофильные свойства. Это обеспечивает сильное притяжение минерала к поверхности раздела с воздухом, такой как поверхность газового пузырька, и при этом воздух или другой флотационный газ легко вытесняет воду с поверхности целевого минерала.
Все ненужные вещества предпочтительно подвергают химической обработке с целью получения гидрофильных свойств. Способы химической обработки частиц хорошо известны и в настоящем описании не рассматриваются.
Для проведения способа пенной флотации и разделения (обогащения) и извлечения целевого минерала, частицы, подвергнутые химической обработке, загружают в камеру 100, в которой находится вода или иная жидкость. Затем в суспензию загрузка/ жидкость через одно или более впускных отверстий для газа (не показаны) вводят с регулируемой скоростью пузырьки воздуха или другого газа. Обычно воздух направляют во впускное отверстие или впускные отверстия для газа камеры 100 при помощи воздуходувки или другого подходящего устройства. При эксплуатации камеры 100 загружаемый шлам по меньшей мере частично подвергается разделению, так что по меньшей мере некоторая часть гидрофобных частиц целевого минерала прилипает к пузырькам газа, в то время как гидрофильные частицы ненужного материала и, в зависимости от условий в камере, некоторое количество гидрофобных частиц остаются в жидкости.
Разность в плотностях между пузырьками газа и жидкостью приводит к тому. что пузырьки поднимаются на поверхность шлама, находящегося в камере 100, образуя на ней пену. Пена содержит как пузырьки, так и жидкость, находящуюся между пузырьками. Таким образом, пена содержит как целевые частицы, так и ненужные частицы. Для извлечения целевых частиц в камере 100 создают такие условия, при которых по меньшей мере некоторое количество пены переливается через край камеры 100. Пену, переливающуюся через край или извлекаемую из камеры 100, либо вводят в следующую камеру 100 флотации и/или эта пена образует концентрат, включающий извлекаемый из нее целевой минерал. Способы извлечения концентрата из пены и способы извлечения ценных материалов из такого концентрата хорошо известны и не обсуждаются в настоящем описании.
В воплощении, показанном на Фиг.1, после загрузки камеры 104 первичной флотации, в камере 104 первичной флотации выполняют пенную флотацию, описанную выше. Пену, получаемую в камере 104 первичной флотации при осуществлении способа пенной флотации, направляют во флотационную перечистную камеру 110, в то время как хвосты, получаемые в камере 104 первичной флотации, вводят в камеру 108 вторичной флотации. В камере 108 вторичной флотации и во флотационной перечистной камере 110 затем выполняют описанный выше способ пенной флотации. Пену, получаемую в камере 108 вторичной флотации, и хвосты, получаемые во флотационной перечистной камере, повторно вводят в камеру 104 первичной флотации для дополнительной обработки. Хвосты из камеры 108 вторичной флотации отбрасывают, в то время как пену, получаемую во флотационной перечистной камере 100. собирают для извлечения из нее готового концентрата, как описано выше.
Ряд переменных параметров и граничные условия эксплуатации камер 100 пенной флотации можно отслеживать и регулировать для получения высокой степени извлечения и высокой степени чистоты извлекаемого концентрата.
Эксперименты, проведенные заявителем с использованием воздуха в качестве флотационного газа, показали, что для отдельной камеры флотации, по мере повышения расхода воздуха, подаваемого в камеру, наблюдается пик степени извлечения воздуха. Кроме того, было показано, что в условиях наличия пика степени извлечения воздуха наблюдается оптимальная устойчивость пены, что приводит к повышенной эффективности работы флотационной камеры.
В предлагаемом способе используют эти рабочие параметры для оптимизации эффективности эксплуатации комплекта камер.
Таким образом, в соответствии с предлагаемым способом, ключевым регулируемым граничным условием является степень извлечения воздуха, и в частности, степень извлечения воздуха в каждой отдельной камере 100 флотации, включенной во флотационную схему.
Степень извлечения воздуха можно вычислить из любого одного или более из следующих измерений: высоты пены, переливающейся через край камеры флотации, получаемой, например, посредством измерения высоты отметки уровня полной воды на вертикальной градуированной поверхности, установленной перпендикулярно сливному порогу; скорости перелива пены из камеры, получаемой посредством анализа изображения работающей камеры флотации; длины или периметра камеры, из которой выливается пена, известных оператору из сведений об установке, и расхода воздуха, направляемого в камеру, который регулирует оператор. Таким образом, каждое из указанных измерений может быть либо заранее определено оператором, либо может быть вычислено, исходя из анализа изображения. В результате, степень извлечения воздуха можно отслеживать, измерять и регулировать неразрушающим способом, не затрагивая пену или другое содержимое камеры флотации. Способы анализа изображения, которые могут быть использованы, и соответствующие вычисления известны специалистам, и их описание дано, например, в публикации Barb/an, указанной выше. Таким образом, подробное описание в настоящем описании не приводится. Альтернативу прямому измерению степени извлечения воздуха, описанному выше, может представлять собой расчет или оценка степени извлечения воздуха, например, полученная из данных о стабильности столба пены.
В соответствии с одним из воплощений способа, сначала, при различных расходах воздуха, подаваемого в камеру, измеряют степень извлечения воздуха в первой камере батареи. Если камера уже находится в рабочем режиме, то первый расход воздуха, для которого производят измерение, представляет собой "найденный" расход. Если камеру запускают в первый раз, то расход воздуха, при котором измеряют степень извлечения воздуха, оценивает оператор в соответствии со своими знаниями установки и проводимого способа флотации. Проводят достаточное количество измерений, чтобы найти расход воздуха, при котором наблюдается пик степени извлечения воздуха и, таким образом, пик стабильности. Затем производят калибровку первой камеры, чтобы обеспечить ее работу всегда при таких расходах воздуха, при которых достигается пик степени извлечения воздуха для этой камеры. Следует понимать, что при работе камеры флотации происходит непрерывное изменение ее параметров, таких как температура, давление, химический состав и качество частиц руды, направляемой в камеру. Соответственно, калибровка может быть проведена для ряда рабочих условий, и, в зависимости от выбранных условий может быть выбран требуемый расход воздуха, например, по справочной таблице. Альтернативно или дополнительно. регулирование камеры можно осуществлять способом замкнутого цикла, при котором производится непрерывное отслеживание степени извлечения воздуха, так что можно регулировать расход воздуха для обеспечения пика степени извлечения воздуха в любой момент времени на основании текущих рабочих условий. Степень извлечения воздуха можно вычислять как непрерывно, так и периодически.
Для оптимизации эффективности эксплуатации комплекта камер может быть использован интегрированный подход, при котором производят калибровку каждой отдельной камеры, чтобы обеспечить ее эксплуатацию при расходе воздуха, при котором достигается пик степени извлечения воздуха для этой камеры в любой заданный момент времени, как описано выше. Таким образом, расход воздуха регулируют отдельно для каждой камеры, независимо от режима подачи воздуха далее по комплекту, который получают в результате. Камеры флотации каждого типа комплекта или части комплекта, т.е. камеры 104 первичной флотации, камеры 108 вторичной флотации и флотационные перечистные камеры 110, работают на основании аналогичной технологии пенной флотации, и, таким образом, может быть осуществлена индивидуальная калибровка и/или регулирование каждой из камер указанных типов для достижения пика степени извлечения воздуха для данной камеры. Таким образом, оптимизация не ограничивается первой камерой комплекта или комплектом конкретного типа, но производится оптимизация функционирования всей схемы флотации с использованием степени извлечения воздуха для каждой камеры в качестве контрольного параметра. В частности, с помощью регулирования и максимизации степени извлечения воздуха для каждой отдельной камеры, можно выравнивать наблюдаемые различия в степени извлечения воздуха в разных камерах комплекта или полукомплекта при общем расходе воздуха.
Повышение эффективности, которое может быть достигнуто при использовании способа, описанного выше, и, в частности, взаимосвязь между степенью извлечения воздуха и эффективностью, может стать более понятной при рассмотрении Фиг.2 и Фиг.3. Специалистам в данной области техники известно, что флотационные пены стабилизируются гидрофобными частицами. Количество частиц, захватываемых пузырьками, представляет собой важный фактор стабильности пены и зависит от расхода воздуха. Таким образом, пик степени извлечения воздуха зависит от баланса между количеством частиц, захваченных пузырьками и стабилизирующих их (которое, в общем случае, понижается с повышением скорости воздуха), и скоростью потока через сливной порог камеры флотации (которая, в общем случае, повышается с повышением скорости воздуха до тех пор, пока степень извлечения воздуха не становится слишком низкой из-за быстрого разрушения пузырьков).
При рассмотрении Фиг.2, с учетом числовых обозначений, взаимосвязь между степенью извлечения воздуха и расходом воздуха можно пояснить следующим образом:
1. При низких расходах воздуха пузырьки содержат большое количество частиц, поскольку отношение количества гидрофобных частиц к площади поверхности пузырька относительно низко. Это предотвращает слияние и разрыв пузырьков. Поскольку расход воздуха мал, пузырьки движутся в пене медленно, и, таким образом, слияние и разрыв пузырьков происходит в результате слишком большой продолжительности периода, в течение которого они достигают сливного порога камеры, что приводит к низкой степени извлечения воздуха. Низкие расходы воздуха могут приводить к захвату пеной слишком большого количества частиц, в результате чего пена разрушается под действием собственного веса, что также снижает степень извлечения воздуха.
2. По мере увеличения расхода воздуха, направляемого в камеру, количество частиц, захваченных пузырьками, уменьшается, но остается достаточно высоким для стабилизации пузырьков. Пена при этом движется быстрее, и пузырьки достигают сливного порога до начала разрушения, что приводит к тому, что большая часть воздуха проходит через водослив (высокая степень-извлечения воздуха).
3. Если происходит дальнейшее повышение расхода воздуха, отношение количества частиц к площади поверхности пузырька становится низким, количество частиц, захваченных пузырьками, снижается, и пузырьки быстро разрушаются (низкая степень извлечения воздуха).
Таким образом, становится понятной взаимосвязь между степенью извлечения воздуха и скоростью воздуха. Как описано выше, эффективность флотации зависит от баланса между степенью извлечения и степенью чистоты концентрата. Значение каждой из указанных характеристик высокое, если эффективность камеры флотации максимальна. При эксплуатации камеры флотации целевые твердые частицы в большинстве поступают в пену, прикрепленные к пузырькам. Тем не менее, до достижения сливного порога камеры, большая часть таких частиц отрывается и захватывается жидкостью, находящейся между пузырьками. Ненужные твердые частицы попадают в пену, захватываясь жидкостью, движущейся в промежутках между пузырьками. Таким образом, степень извлечения захваченных твердых частиц и твердых частиц, все еще прикрепленных к пузырькам, повышается за счет того, что большее количество пузырьков перетекает через сливной порог, которое, в свою очередь, повышается за счет большей скорости воздуха и большей степени извлечения воздуха. Применение предлагаемого способа позволяет оптимизировать работу камеры флотации путем повышения извлечения целевых твердых частиц по мере повышения степени извлечения воздуха и при ограниченном повышении количества захваченных ненужных твердых частиц, поскольку в рассматриваемом рабочем диапазоне расход воздуха повышается незначительно. Указанная взаимосвязь между оптимальной эффективностью и степенью извлечения воздуха может стать более понятной при более детальном рассмотрении пронумерованных точек на Фиг.3, которые соответствуют точкам расхода воздуха и точкам степени извлечения воздуха, показанным на Фиг.2:
1. При низких расходах воздуха степень извлечения целевого минерала также низкая из-за низкой степени извлечения воздуха. Высокую степень чистоты получают, благодаря незначительному захвату ненужных твердых частиц в результате низкой скорости воздуха и низкой степени извлечения воздуха.
2. По мере увеличения расхода воздуха, направляемого в камеру, по направлению к пику степени извлечения воздуха, степень извлечения минерала повышается, поскольку при повышении степени извлечения воздуха повышается количество пузырьков, проходящих через сливной порог. Степень чистоты концентрата несколько понижается из-за большего захвата частиц, обусловленного большей скоростью воздуха и большей степенью извлечения воздуха. Это понижение относительно мало, поскольку расход воздуха все еще достаточно низок и не способствует захвату ненужных твердых частиц.
3. Если происходит дальнейшее повышение расхода воздуха, уже после прохождения пика степени извлечения воздуха, то степень извлечения целевых твердых частиц уменьшается в результате более низкой степени извлечения воздуха. Степень чистоты концентрата также уменьшается, в данном случае значительно, поскольку высокая скорость воздуха вызывает захват большего количества ненужных твердых частиц.
Для подтверждения этой теории заявитель провел экспериментальные испытания, которые показали, что переход от известных способов регулирования работы камер пенной флотации к предлагаемому способу позволяет повышать как степень чистоты, так и степень извлечения получаемого концентрата, как для отдельных камер, так и для всего комплекта.
На Фиг.4а-4е показаны результаты одного из экспериментов, проведенных заявителем на существующей работоспособной схеме пенной флотации, которая включает камеры первичной флотации, камеры вторичной флотации и флотационные перечистные камеры. Эксперимент был проведен с использованием комплекта камер первичной флотации, включающего 5 камер, обозначенных буквами от А до Е, который использовали для получения платины из руды. Применяемый способ включал измерение степени извлечения воздуха для первых двух камер комплекта при варьировании расхода воздуха в определенном диапазоне с целью нахождения пика стабильности для каждой камеры. Затем полученную информацию использовали для исследования остальной части комплекта при "найденном" режиме расхода воздуха и других режимах расхода воздуха, включающих режим, при котором достигают пика стабильности для комплекта.
На Фиг.4a показана зависимость степени извлечения воздуха от расхода воздуха для камер A и B в исследованном комплекте камер первичной флотации. Видно, что для каждой из этих камер существует пик степени извлечения воздуха, который, как известно, соответствует пику стабильности, и что для каждой камеры существует свой расход воздуха, при котором наблюдается этот пик. Для обеих камер степень извлечения воздуха значительно снижается по мере увеличения расхода воздуха с удалением от пика. Пик степени извлечения воздуха для камер C-E не измеряли. Вместо этого, как показано на Фиг.4b, для получения приближенного режима "пика стабильности" расхода воздуха для комплекта использовали результаты, полученные для камер A и B.
На Фиг.4b показаны три различных режима расхода воздуха, при которых наблюдали работу комплекта из пяти камер. Кроме того, для измерения эффективности при "найденном" режиме и режиме "пика стабильности", определяли эффективность при режиме "ступенчатого повышения", в котором расход воздуха был низким (меньше или равен расходу воздуха при "пике стабильности") и постоянным для каждой из камер A и B, и высоким (превышающим расход воздуха при "пике стабильности") и постоянным для каждой из камер C-E, со ступенчатым повышением расхода воздуха между камерами B и C. Как показано на Фиг.4c, степень извлечения воздуха в каждой камере измеряли для каждого из трех режимов расхода воздуха. Для каждого из трех режимов расхода воздуха также измеряли количество захваченных пузырьками частиц, как показано на Фиг.4d. Наконец, для каждого из трех режимов расхода воздуха измеряли общую степень чистоты и общую степень извлечения для полученного концентрата, как показано на Фиг.4e.
Из Фиг.4c видно, что даже при использовании приближенного, а не точно оптимизированного расхода воздуха для камер C-E, режим "пика стабильности" расхода воздуха приводит к получению самой высокой степени извлечения воздуха для каждой из камер A-E. Количество захваченных пузырьками частиц было высоким для камер A и B при использовании режима "ступенчатого повышения"; однако, при таком режиме это количество было очень низким для камер C-E. При использовании режима "пика стабильности", количество захваченных пузырьками частиц было выше, чем для режима, "найденного" для камер A и B. Количество захваченных пузырьками частиц для камер C-E при использовании режима "пика стабильности" было приблизительно равно или чуть меньше, чем для "найденного" режима. Однако, количество захваченных пузырьками частиц для камер C-E было значительно выше при использовании режима "пика стабильности", чем при использовании режима "ступенчатого повышения".
Как показано на Фиг.4e, использование режима "пика стабильности" приводит к повышению общей степени чистоты и повышению общей степени извлечения по сравнению с каждым из других двух режимов. Сравнение результатов, полученных при использовании режима "ступенчатого повышения" и режима "пика стабильности", позволяет понять на практике теорию, описанную выше при рассмотрении Фиг.2 и Фиг.3.
При использовании режима "ступенчатого повышения" количество захваченных пузырьками частиц в первых двух камерах велико; таким образом, в них получают концентрат высокой общей степени чистоты. Однако из-за низкого расхода воздуха эти камеры работают при низкой степени извлечения воздуха, что приводит к низкой степени извлечения платины. Количество захваченных пузырьками частиц в последних трех камерах при режиме "ступенчатого повышения" низкое, и поэтому в них получают концентрат с низкой степенью извлечения. Эти камеры также работают при высоком расходе воздуха; таким образом, в них получают низкую степень извлечения воздуха и, вследствие этого, низкую общую степень извлечения платины. Напротив, при использовании режима "пика стабильности" каждая из камер A-E работает с высокой или максимальной степенью извлечения воздуха, поэтому, в них получают высокую общую степень извлечения платины. Кроме того, поскольку при режиме "пика стабильности" расход воздуха относительно низкий, и таким образом, количество захваченных пузырьками частиц по меньшей мере для камер A и B относительно большое, получают высокую степень извлечения для концентрата. Предполагают, что если проводить отдельные измерения и обеспечивать максимальную степень извлечения воздуха для каждой из камер C-E, полученный режим расхода воздуха будет приводить к получению более высокой общей степени извлечения, по сравнению с этой величиной, показанной в этом эксперименте, без снижения достигаемой общей степени чистоты.
Таким образом, способ согласно воплощениям настоящего изобретения обеспечивает индивидуальную калибровку и/или управление отдельными камерами комплекта, чтобы получить максимальную степень извлечения воздуха и, таким образом, достичь оптимальной эффективности каждой камеры, и также приводит к значительному повышению общей эффективности комплектов камер. Следует понимать, что в предпочтительном воплощении производят оптимизацию эксплуатацию каждой камеры флотации в комплекте, на установке или в другой схеме путем максимизации степени извлечения воздуха; однако, возможно максимизировать степень извлечения воздуха в любом количестве камер, находящихся в контуре, чтобы повысить общую степень чистоты и степень извлечения для концентрата, получаемого в этом контуре.
Путем использования степени извлечения воздуха в качестве контрольного параметра, способ позволяет извлекать повышенное количество целевого твердого вещества из частиц или другого материала, загружаемого в камеру флотации, при одновременном ограничении количества ненужных твердых веществ, извлекаемых из камеры. Путем использования этого подхода, заключающего в минимизировании количества извлекаемого ненужного материала, способ позволяет достигать повышенной эффективности как в отношении степени чистоты, так и в отношении степени извлечения целевого твердого вещества, по сравнению с известными способами, в которых особое внимание уделяется получению высокой степени чистоты целевого материала, и, в лучшем случае, производят оптимизацию либо степени чистоты, либо степени извлечения.
Способ согласно воплощениям настоящего изобретения прост в выполнении, поскольку включает использование только известных значений и измерений, которые могут быть получены из анализа изображения работающей камеры флотации. Калибровка камер флотации не требует сложных расчетов. В результате, этот способ можно применять для выявления и устранения неполадок и в качестве инструмента оптимизации проведения флотации. Способ также можно применять для регулирования с использованием замкнутого цикла. Кроме того, описанные способы определения степени извлечения воздуха можно применять в качестве быстрого и надежного способа разработки экспериментальной программы.
Для регулирования работы установки или комплекта камер пенной флотации в соответствии с вышеописанным способом может быть разработана управляющая программа. В частности, может быть разработана компьютерная программа регулирования эксплуатации установки или комплекта камер пенной флотации, которая производит изменение расхода воздуха, направляемого в каждую отдельную камеру, чтобы достичь оптимальной степени извлечения воздуха из этой камеры в течение всего периода функционирования, при любых заданных рабочих условиях. Также возможно определение режима контроля и управления для конкретной установки или комплекта при одном или более заранее определенных наборов рабочих условий, и запись указанного режима на машиночитаемом носителе для выполнения его на установке или комплекте.
Описанные выше способы в основном направлены на извлечение минералов из руды; однако, следует понимать, что способы регулирования и калибровки можно применять при осуществлении любого процесса пенной флотации. Примеры таких процессов включают удаление чернил с бумаги, при осуществлении которого ненужные чернила удаляют под действием пены, а целевая бумага остается в пульпе в камере флотации. Предлагаемый способ также можно применять для регулирования и калибровки камер пенной флотации, предназначенных для разделения белков, молекулярного разделения и разделения отходов.