Αερισμός και ανάμειξη των κυψελών πλεύσης: Πώς επιτυγχάνεται τέλεια ανάμειξη των αέριας, υγρής και στερεής φάσης;

Η επίπλευση, μια από τις ευρύτερα χρησιμοποιούμενες και βασικές τεχνολογίες διαχωρισμού στη σύγχρονη βιομηχανία επεξεργασίας ορυκτών, βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην αποτελεσματική ανάμιξη και αλληλεπίδραση των φάσεων αερίου, υγρού και στερεού εντός του κυττάρου επίπλευσης. Ένα κύτταρο επίπλευσης είναι κάτι περισσότερο από ένα απλό δοχείο. είναι ένας πολύπλοκος αντιδραστήρας πολλαπλών φάσεων, η βασική αποστολή του οποίου είναι να δημιουργήσει βέλτιστη ρευστοδυναμική για τη συνάντηση, τη σύγκρουση, την προσκόλληση και την εξόρυξη υδρόφοβων σωματιδίων ορυκτών και φυσαλίδων. Αυτό το άρθρο θα εμβαθύνει στις δύο βασικές λειτουργίες των κυττάρων επίπλευσης: τον αερισμό και την ανάδευση. Θα εξηγήσει συστηματικά πώς αυτές οι δύο συνεργιστικές επιδράσεις επιτυγχάνουν την «τέλεια ανάμιξη» των φάσεων αερίου, υγρού και στερεού, εξασφαλίζοντας αποτελεσματικό και ακριβή διαχωρισμό ορυκτών.

Ένα Η ουσία της διαδικασίας επίπλευσης: η ουσία και ο στόχος της ανάμιξης τριών φάσεων

Η ουσία της διαδικασίας επίπλευσης είναι η εισαγωγή αέρα (φάση αερίου) στον πολτό μεταλλεύματος (ένα σύστημα δύο φάσεων υγρού-στερεού). Μέσω φυσικών και χημικών αντιδράσεων, τα στοχευμένα σωματίδια ορυκτών προσκολλώνται επιλεκτικά σε φυσαλίδες αέρα, σχηματίζοντας ορυκτοποιημένες φυσαλίδες. Αυτές οι φυσαλίδες ανεβαίνουν στην επιφάνεια του πολτού ως ένα στρώμα αφρού που αποξύνεται, ενώ τα ορυκτά γανγκ παραμένουν στον πολτό και εκφορτώνονται ως απόβλητα. Η επιτυχία αυτής της διαδικασίας εξαρτάται άμεσα από τις ακόλουθες τρεις συνθήκες:

1 Αποτελεσματική αναστολή στερεών σωματιδίων:Η επαρκής ανάδευση πρέπει να διασφαλίζει ότι τα σωματίδια μεταλλεύματος διαφόρων μεγεθών και πυκνοτήτων αναστέλλονται ομοιόμορφα στον πολτό, αποτρέποντας την καθίζηση χονδροειδών και βαρέων σωματιδίων και διασφαλίζοντας ότι όλα τα σωματίδια έχουν την ευκαιρία να έρθουν σε επαφή με τις φυσαλίδες.

2 Αποτελεσματική διασπορά αερίου: Ο εισαγόμενος αέρας πρέπει να διατμηθεί και να σπάσει σε μεγάλο αριθμό μικροσκοπικών φυσαλίδων κατάλληλου μεγέθους, οι οποίες στη συνέχεια διασκορπίζονται ομοιόμορφα σε όλο το κύτταρο επίπλευσης για να αυξήσουν τη διασύνδεση αερίου-υγρού και την πιθανότητα σύγκρουσης μεταξύ φυσαλίδων και σωματιδίων μεταλλεύματος.

3 Ένα ελεγχόμενο υδροδυναμικό περιβάλλον:Το κύτταρο επίπλευσης πρέπει να διατηρεί επαρκή αναταραχή για να προάγει την αναστολή σωματιδίων και τη διασπορά φυσαλίδων, αποφεύγοντας παράλληλα την υπερβολική αναταραχή που θα μπορούσε να προκαλέσει την αποκόλληση των προσκολλημένων σωματιδίων μεταλλεύματος. Είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένα πεδίο ροής στην κοιλότητα που έχει τόσο μια ζώνη υψηλής διάχυσης κινητικής ενέργειας αναταραχής (για την προώθηση της σύγκρουσης) όσο και μια σχετικά σταθερή ζώνη (για τη διευκόλυνση της επίπλευσης ορυκτοποιημένων φυσαλίδων).

Επομένως, η «τέλεια ανάμιξη» δεν είναι μια απλή ομογενοποίηση, αλλά αναφέρεται στην ομοιόμορφη κατανομή των τριών φάσεων σε μακροεπίπεδο και στη δημιουργία ελεγχόμενων δομών αναταραχής και πεδίου ροής που ευνοούν την επιλεκτική προσκόλληση σωματιδίων και φυσαλίδων σε μικροεπίπεδο.

Δύο Μηχανικά αναδευόμενα κύτταρα επίπλευσης: Ένα κλασικό πάντρεμα αερισμού και ανάδευσης.

Τα μηχανικά αναδευόμενα κύτταρα επίπλευσης είναι επί του παρόντος ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός επίπλευσης. Το βασικό τους συστατικό, το σύστημα πτερωτής-στάτορα, συνδυάζει οργανικά τις δύο λειτουργίες του αερισμού και της ανάδευσης. 

1. Ανάδευση:Οι πτερωτές άντλησης και στροβιλισμού της πτερωτής, που κινούνται από έναν κινητήρα, περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα, λειτουργώντας σαν αντλία, επιτυγχάνοντας κυρίως τα ακόλουθα αποτελέσματα ανάδευσης:

Κυκλοφορία και αναστολή πολτού:Η περιστροφή της πτερωτής δημιουργεί μια ισχυρή φυγόκεντρη δύναμη, τραβώντας πολτό από το κέντρο και εκτοξεύοντάς τον ακτινικά ή αξονικά. Αυτή η δράση άντλησης δημιουργεί μια πολύπλοκη κυκλοφορική ροή εντός του κυττάρου, διασφαλίζοντας ότι ο πολτός παραμένει σε κίνηση. Αυτό διασφαλίζει ότι τα πυκνά και μεγάλα σωματίδια αναδεύονται αποτελεσματικά και διατηρούνται σε αναστολή.

Δημιουργία αναταραχής:Η περιστροφή της πτερωτής με μεγάλη ταχύτητα δημιουργεί μια απότομη κλίση ταχύτητας και έντονη αναταραχή στην περιβάλλουσα περιοχή (ιδιαίτερα στις άκρες των λεπίδων). Αυτή η εξαιρετικά ταραχώδης ζώνη είναι ο κύριος χώρος για τη θραύση φυσαλίδων και τις συγκρούσεις σωματιδίων-φυσαλίδων. 

2. Αερισμός: Αυτο-αναρρόφηση και αναγκαστικός αερισμός.

Τα μηχανικά αναδευόμενα κύτταρα επίπλευσης κατηγοριοποιούνται κυρίως ανάλογα με τη μέθοδο αερισμού: αυτο-αναρρόφηση και αναγκαστικός αερισμός (ή αερισμός-ανάδευση).

Μηχανές επίπλευσης αυτο-αναρρόφησης (όπως το μοντέλο SF):διαθέτουν μια έξυπνα σχεδιασμένη πτερωτή που δημιουργεί μια ζώνη αρνητικής πίεσης εντός του θαλάμου της πτερωτής καθώς περιστρέφεται. Ο αέρας εισάγεται αυτόματα μέσω του σωλήνα αναρρόφησης και αναμιγνύεται με τον πολτό εντός του θαλάμου της πτερωτής. Αυτός ο τύπος μηχανής επίπλευσης προσφέρει μια απλή δομή και δεν απαιτεί εξωτερικό φυσητήρα.

Μηχανή επίπλευσης αναγκαστικής παροχής αέρα (όπως ο τύπος KYF):Μέσω ενός εξωτερικού φυσητήρα χαμηλής πίεσης, ο πεπιεσμένος αέρας αναγκάζεται στην περιοχή της πτερωτής μέσω του κοίλου κύριου άξονα της πτερωτής ή ανεξάρτητων σωλήνων. Αυτή η μέθοδος μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια την ποσότητα του αέρα, δεν επηρεάζεται από την ταχύτητα της πτερωτής και το επίπεδο του πολτού και έχει ισχυρότερη προσαρμοστικότητα στις συνθήκες της διαδικασίας, ιδιαίτερα κατάλληλη για μεγάλες μηχανές επίπλευσης.

3. Συνεργιστικό αποτέλεσμα «πτερωτής-στάτορα»

Ο στάτορας είναι ένα σταθερό εξάρτημα που είναι εγκατεστημένο γύρω από την πτερωτή, συνήθως με πτερύγια καθοδήγησης ή ανοίγματα. Η συνεργασία του με την πτερωτή είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη της «τέλειας ανάμιξης»:

Σταθεροποίηση και καθοδήγηση ροής:Η ροή του μείγματος πολτού-αέρα που εκτοξεύεται από την πτερωτή με μεγάλη ταχύτητα έχει ένα ισχυρό εφαπτομενικό συστατικό ταχύτητας, το οποίο μπορεί εύκολα να σχηματίσει τεράστιους στροβίλους στη δεξαμενή, προκαλώντας αστάθεια της επιφάνειας του υγρού και επηρεάζοντας τη σταθερότητα του στρώματος αφρού. Τα πτερύγια καθοδήγησης του στάτορα μπορούν να μετατρέψουν αποτελεσματικά αυτή την εφαπτομενική ροή σε μια ακτινική ροή που ευνοεί περισσότερο τη διασπορά φυσαλίδων και σωματιδίων.

Προώθηση της διασποράς φυσαλίδων:Μέσω του αποτελέσματος σταθεροποίησης ροής του στάτορα, οι φυσαλίδες μπορούν να κατανεμηθούν πιο ομοιόμορφα σε όλο τον αποτελεσματικό όγκο της δεξαμενής επίπλευσης, αντί να συγκεντρώνονται σε ορισμένες περιοχές.

Απομόνωση αναταραχής:Ο στάτορας λειτουργεί ως «φράγμα ενέργειας», διαχωρίζοντας την περιοχή υψηλής αναταραχής κοντά στην πτερωτή από την περιοχή διαχωρισμού και την περιοχή αφρού στο επάνω μέρος της δεξαμενής, δημιουργώντας ένα σχετικά ήρεμο και σταθερό περιβάλλον για τη σταθερή επίπλευση και τον εμπλουτισμό ορυκτοποιημένων φυσαλίδων.

Η περιστροφή της πτερωτής με μεγάλη ταχύτητα επιτυγχάνει την αναστολή πολτού και την απορρόφηση/θραύση αερίου. Στη συνέχεια, ο στάτορας σταθεροποιεί και καθοδηγεί τη ροή, δημιουργώντας τρεις λειτουργικά διακριτές ζώνες ρευστοδυναμικής εντός της δεξαμενής: μια εξαιρετικά ταραχώδη ζώνη ανάμιξης (κοντά στην πτερωτή), μια σχετικά σταθερή ζώνη διαχωρισμού (στη μέση της δεξαμενής) και μια σε μεγάλο βαθμό στατική ζώνη αφρού (στην επιφάνεια του πολτού). Αυτό επιτυγχάνει αποτελεσματική ανάμιξη και τακτοποιημένο διαχωρισμό των φάσεων αερίου, υγρού και στερεού.

Τρία Στήλη επίπλευσης: Ένας άλλος έξυπνος τρόπος για την επίτευξη ανάμιξης τριών φάσεων.

Σε αντίθεση με το βίαια ταραχώδες περιβάλλον των μηχανικά αναδευόμενων κυττάρων επίπλευσης, οι στήλες επίπλευσης αντιπροσωπεύουν μια εναλλακτική φιλοσοφία σχεδιασμού, επιτυγχάνοντας ανάμιξη τριών φάσεων μέσω επαφής αντίθετης ροής σε ένα σχετικά στατικό περιβάλλον.

Ο πυρήνας αερισμού—η γεννήτρια φυσαλίδων:Οι στήλες επίπλευσης στερούνται μηχανικών αναδευτήρων. Οι λειτουργίες αερισμού και ανάμιξής τους βασίζονται κυρίως σε μια γεννήτρια φυσαλίδων που βρίσκεται στο κάτω μέρος. Η γεννήτρια φυσαλίδων χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα, χρησιμοποιώντας μικροπορώδη μέσα, ροή πίδακα ή το φαινόμενο Venturi, για να δημιουργήσει μεγάλο αριθμό λεπτών φυσαλίδων εντός του πολτού. Αυτές οι μικροφυσαλίδες είναι το κλειδί για την αποτελεσματική σύλληψη λεπτών ορυκτών από τη στήλη επίπλευσης.

Μηχανισμός επαφής αντίθετης ροής:Ο πολτός τροφοδοτείται από το άνω κέντρο της στήλης επίπλευσης και ρέει αργά προς τα κάτω, ενώ λεπτές φυσαλίδες δημιουργούνται από το κάτω μέρος και ανεβαίνουν αργά προς τα πάνω. Αυτός ο μηχανισμός επαφής αντίθετης ροής παρέχει μεγαλύτερο χρόνο αλληλεπίδρασης και μεγαλύτερη πιθανότητα σύγκρουσης μεταξύ σωματιδίων και φυσαλίδων.

Περιβάλλον χαμηλής αναταραχής:Η στήλη επίπλευσης στερείται εξαρτημάτων περιστροφής υψηλής ταχύτητας, διατηρώντας μια ροή χαμηλής αναταραχής, ελασματοειδή ή σχεδόν ελασματοειδή. Αυτό το «ήσυχο» περιβάλλον μειώνει σημαντικά την αποβολή των προσκολλημένων σωματιδίων ορυκτών, διευκολύνοντας σε μεγάλο βαθμό την ανάκτηση λεπτών και εύθραυστων ορυκτών.

Σύστημα νερού πλύσης:Μια συσκευή νερού πλύσης είναι εγκατεστημένη στην κορυφή της στήλης επίπλευσης για να απομακρύνει αποτελεσματικά τα σωματίδια γανγκ που παρασύρονται στο στρώμα αφρού, λαμβάνοντας έτσι ένα συμπύκνωμα υψηλότερης ποιότητας.

Η στήλη επίπλευσης, μέσω της μοναδικής τεχνολογίας παραγωγής φυσαλίδων και της μεθόδου επαφής αντίθετης ροής, επιτυγχάνει αποτελεσματική επαφή και διαχωρισμό των φάσεων αερίου, υγρού και στερεού με έναν πιο «ήπιο» τρόπο, παρουσιάζοντας εξαιρετική απόδοση, ειδικά κατά την επεξεργασία υλικών λεπτόκοκκων.

Τέσσερα Κατεύθυνση ανάπτυξης τεχνολογίας και βελτιστοποίησης

 Προκειμένου να επιτευχθεί μια πιο τέλεια «ανάμιξη τριών φάσεων», η τεχνολογία αερισμού και ανάδευσης της δεξαμενής επίπλευσης εξακολουθεί να βελτιώνεται:

Μεγάλης κλίμακας και βελτιστοποίηση πεδίου ροής:Με την αύξηση της ικανότητας επεξεργασίας, ο όγκος των κυττάρων επίπλευσης αυξάνεται. Επί του παρόντος, υπερμεγάλες μηχανές επίπλευσης με χωρητικότητα εκατοντάδων κυβικών μέτρων βρίσκονται σε λειτουργία. Αυτό θέτει υψηλότερες απαιτήσεις για το σχεδιασμό της δομής πτερωτής-στάτορα και τον έλεγχο του πεδίου ροής. Τεχνολογίες αριθμητικής προσομοίωσης όπως η υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD) χρησιμοποιούνται ευρέως για την καθοδήγηση του σχεδιασμού βελτιστοποίησης εξοπλισμού για τη διασφάλιση ομοιόμορφης αναστολής σωματιδίων και διασποράς αερίου εντός του τεράστιου κυττάρου.

Νέες πτερωτές και στάτορες:Η ανάπτυξη διαφόρων νέων πτερωτών (όπως λεπίδες με κλίση προς τα πίσω και πτερωτές πολλαπλών σταδίων) και στατόρων στοχεύει στην επίτευξη μεγαλύτερης ικανότητας άντλησης πολτού και πιο ιδανικής διασποράς φυσαλίδων με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.

 Έξυπνος έλεγχος:Με την εγκατάσταση διαφόρων αισθητήρων για την παρακολούθηση παραμέτρων όπως το επίπεδο πολτού, το πάχος του στρώματος αφρού και ο αερισμός σε πραγματικό χρόνο και τον συνδυασμό τεχνολογιών όρασης μηχανής και τεχνητής νοημοσύνης για την ανάλυση της κατάστασης του αφρού, επιτυγχάνεται αυτόματος έλεγχος βελτιστοποίησης της έντασης ανάδευσης και του όγκου αερισμού. Αυτή είναι μια βασική κατεύθυνση για τη βελτίωση της απόδοσης επίπλευσης και την κίνηση προς την έξυπνη επεξεργασία ορυκτών.