Come funziona una macchina di flottazione: principi, tipi e considerazioni sui reagenti

Come funziona una macchina di flottazione: il meccanismo principale

Una macchina di flottazione separa i minerali preziosi dalla ganga creando le giuste condizioni affinché le particelle selezionate si attacchino alle bolle d'aria e si sollevino in uno strato di schiuma. La macchina stessa non crea selettività. Fornisce un ambiente controllato in cui la liberazione dei minerali, la chimica della superficie, la dimensione delle bolle, il flusso della polpa e la stabilità della schiuma possono lavorare insieme. In un circuito ben gestito, la cella di flottazione è parte di una catena che inizia nel mulino di macinazione e continua attraverso il condizionamento dei reagenti, la sgrossatura, lo scavenging e la pulizia.

La sequenza di lavoro è più facile da comprendere in quattro fasi. Innanzitutto, la polpa condizionata entra nella cellula. In secondo luogo, la girante e il sistema d'aria disperdono l'aria in piccole bolle. In terzo luogo, le particelle idrofobe entrano in collisione con le bolle, si attaccano e formano aggregati di particelle di bolle. In quarto luogo, la schiuma sale, drena e trabocca nel bucato mentre le particelle idrofile escono con gli sterili. Ciascuna fase ha un effetto misurabile sul recupero e sulla qualità del concentrato, motivo per cui gli operatori prestano molta attenzione alla portata dell'aria, alla velocità della girante, alla profondità della schiuma, alla densità dell'alimentazione e all'aggiunta di reagente.

Una cella di flottazione è dotata di diversi sottosistemi funzionali: un serbatoio che contiene la polpa, un meccanismo di agitazione che mantiene i solidi in sospensione e disperde l'aria, un dispositivo di alimentazione dell'aria, un sistema di scarico della schiuma e un pacchetto di azionamento e controllo. Nelle celle autoaspirate l'azione della girante aspira aria dall'atmosfera. Nelle celle ad aria forzata, un ventilatore fornisce aria attraverso una linea separata, offrendo all'operatore un controllo più diretto sull'aerazione. Il risultato metallurgico dipende meno dall'etichetta sulla cella e più da come questi sottosistemi corrispondono al minerale, al servizio del circuito e all'obiettivo operativo.

Il tempo di residenza è uno dei primi controlli in qualsiasi applicazione di flottazione. Una cella troppo piccola per il flusso della polpa andrà in cortocircuito, ridurrà il tempo di contatto tra bolle e particelle e spingerà le particelle non liberate o scarsamente condizionate negli sterili. Una cella troppo grande può migliorare la ritenzione ma può anche aumentare il costo del capitale, la domanda di energia e le difficoltà di controllo della schiuma. L'obiettivo pratico non è il tempo massimo di residenza; è tempo sufficiente affinché il minerale bersaglio venga condizionato, fissato e recuperato senza sovraccaricare la fase di schiuma.

Il comportamento della schiuma è il risultato visibile di molte variabili nascoste. Una schiuma fragile può indicare un basso dosaggio dell'ugello, un'eccessiva acqua di lavaggio o un'eccessiva aerazione. Una schiuma dura e persistente può indicare un dosaggio elevato dell'ugello, argilla fine o un'elevata densità della polpa. Nessuna delle due condizioni è automaticamente buona o cattiva. L'operatore deve mettere in relazione l'aspetto della schiuma con i risultati del test, l'attrazione della massa e le prestazioni a valle. Una schiuma stabile che contiene troppa ganga può abbassare la qualità del concentrato con la stessa rapidità con cui una schiuma debole può ridurre il recupero.

Principi che decidono il recupero e il grado

La flottazione dipende dalla differenza di bagnabilità superficiale tra i minerali. Una particella preziosa con una superficie idrofobica si attaccherà a una bolla d'aria più facilmente di una particella idrofila della ganga. I collettori creano o rafforzano l'idrofobicità, gli schiumatori stabilizzano il film a bolle, gli attivatori preparano una superficie minerale per l'azione del collettore e i depressori riducono la flottazione dei minerali indesiderati. I modificatori del pH modificano la chimica della pasta e influenzano sia le superfici minerali che l'attività dei reagenti. La cella deve quindi fornire sufficienti opportunità di collisione e un ambiente schiumoso che consenta alle particelle selezionate di riportarsi a concentrarsi.

Il recupero e la pendenza solitamente si muovono in direzioni opposte quando viene modificata una singola variabile operativa. L'aumento della portata d'aria può aumentare la superficie delle bolle e il recupero, ma può anche aumentare il trascinamento della ganga fine e ridurne la qualità. Aumentare la profondità della schiuma può migliorare il drenaggio e la pendenza, ma può ridurre la spinta di massa e il recupero se la schiuma diventa troppo stabile. L’aumento della velocità della girante può migliorare la frequenza delle sospensioni e delle collisioni, ma un’eccessiva turbolenza può staccare particelle dalle bolle e aumentare l’usura. La finestra operativa utile è quindi un bilancio, non un singolo set point.

Cosa succede quando la velocità dell'aria aumenta

Il grafico seguente è qualitativo, ma riflette un modello comune nelle celle di flottazione meccanica. All’aumentare della portata d’aria partendo da un livello basso, la superficie della bolla e il recupero tendono ad aumentare. Oltre un certo punto, la stabilità della schiuma può diminuire, il trascinamento può aumentare e la cellula può diventare più difficile da controllare. Il punto di svolta esatto dipende dal tipo e dal dosaggio dell'ugello, dalla densità della polpa, dalla dimensione delle particelle e dal funzionamento della cella.

Per i team dell'impianto, la lezione pratica è trattare la velocità dell'aria come una parte di un sistema collegato. Se si aumenta l'aria, potrebbe essere necessario regolare anche la profondità della schiuma, il dosaggio dell'ugello e l'aspirazione della massa. Un cambiamento apparentemente utile in una cella può creare un carico circolante nel circuito del pulitore o inviare ganga più fine al concentrato finale. I migliori risultati si ottengono con test brevi e controllati con campionamento prima e dopo ogni modifica.

Tipi di macchine di flottazione e dove si adattano

Le celle di flottazione sono spesso raggruppate per fornitura d'aria, stile di agitazione e servizio. Le celle meccaniche autoaspirate utilizzano la girante per aspirare l'aria nella polpa. Sono semplici da utilizzare e sono adatti a numerosi circuiti di piccole e medie dimensioni, lavori di sgrossatura e applicazioni in cui non è auspicabile un ventilatore separato. Le celle meccaniche ad aria forzata utilizzano un'alimentazione d'aria esterna e un'azione della girante separata, che offre maggiore flessibilità in serbatoi più profondi e volumi di unità più grandi. La scelta tra i due dovrebbe basarsi sul lavoro di test, sulla disposizione del circuito, sull'accesso per la manutenzione e sul campo di controllo richiesto, non su una preferenza generale per un progetto.

Le celle di tipo BF sono comunemente selezionate per l'autoaspirazione meccanica, l'agitazione robusta e il funzionamento semplice. Possono rivelarsi una soluzione pratica per la sgrossatura e il lavaggio in cui il circuito necessita di una sospensione affidabile dei solidi e di un semplice controllo dell'aria. Le celle di tipo XCF/KYF vengono spesso utilizzate laddove sono importanti l'aria forzata, volumi maggiori e un controllo dell'aerazione più stabile. Sono adatti a lavori di sgrossatura e pulizia su larga scala quando il mangime è ben preparato e l'operatore dispone della strumentazione per gestire l'aria e la schiuma. Le celle di tipo JJF vengono spesso applicate in compiti che richiedono schiuma stabile e aerazione moderata, mentre i design GF e CLF possono essere presi in considerazione laddove la gestione specifica della schiuma, le particelle grossolane o le condizioni ad alta densità richiedono una disposizione meccanica diversa.

Le tre opzioni di equipaggiamento riportate di seguito illustrano come cambia il design delle celle in base al servizio. Una cella autoaspirata più piccola può essere la soluzione giusta per un circuito compatto, mentre una cella ad aria forzata e una macchina di flottazione di grandi dimensioni vengono prese in considerazione più spesso quando la produttività, il range di controllo e il numero di unità diventano i fattori decisivi.

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Il tipo di cella è solo una parte della selezione. Il numero di celle in serie, la configurazione di sgrossatura-scavenging-pulizia, la distribuzione delle dimensioni delle particelle di alimentazione e lo schema dei reagenti influenzano tutti il ​​risultato finale. Una cella grande con una scatola di alimentazione in cortocircuito avrà prestazioni inferiori a quelle di una cella più piccola con deflettori ben progettati e flusso di polpa stabile. Una cella autoaspirata con una scarsa manutenzione dell'aspirazione dell'aria si comporterà come una cella ad aria forzata mal regolata. La progettazione meccanica deve supportare il lavoro metallurgico.

Considerazioni sui reagenti: collettori, schiumatori, attivatori, depressori, modificatori del pH

La selezione del reagente è il momento in cui la flottazione diventa specifica per il minerale. Un collettore che funziona bene per un solfuro può essere inefficace o non selettivo per un altro. Un montalatte che produce una bella schiuma in un circuito in rame potrebbe essere troppo persistente in un mangime ricco di talco o argilla. Lo schema dei reagenti dovrebbe essere costruito sulla base della mineralogia, delle dimensioni di liberazione, della chimica dell'acqua e del lavoro di test, quindi confermato in un programma a ciclo bloccato prima della progettazione su vasta scala. Il dosaggio deve essere espresso in grammi per tonnellata di mangime secco, con chiari punti di aggiunta e tempi di condizionamento.

I collezionisti vengono solitamente aggiunti in più fasi. Una piccola quantità nel mulino di macinazione o nella vasca di condizionamento può avviare la reazione superficiale, mentre un ulteriore collettore nella cella di sgrossatura può mantenere la cinetica di flottazione. Il raccoglitore di sovradosaggio può aumentare il recupero ma ridurre la selettività, portando a un maggiore trascinamento della ganga e a una pulizia difficile. Il sottodosaggio può lasciare minerali preziosi negli sterili, in particolare particelle grossolane o parzialmente liberate. I fratelli hanno bisogno di cure simili. Un ugello troppo piccolo produce una schiuma debole e instabile e un traboccamento scarso. Una quantità eccessiva di schiuma produce una schiuma dura che è difficile da drenare e può contenere ganga più fine.

Lista di controllo per la selezione dei reagenti

Anche la temperatura e il tempo di condizionamento contano. Un collettore che necessita di 8-10 minuti di condizionamento in un impianto può richiedere un tempo diverso in un altro perché il minerale è più fine, il pH è diverso o la chimica dell'acqua interferisce. L'operatore deve registrare insieme il dosaggio, il pH, il tempo di condizionamento e la risposta alla flottazione. Quando viene apportata una modifica al reagente, la prima domanda dovrebbe essere se la modifica ha migliorato la selettività nel recupero del target, non semplicemente se la schiuma aveva un aspetto migliore.

Verifiche di progettazione e funzionamento prima dell'acquisto

La prima domanda d’acquisto non è “quale cella è la migliore?” Si tratta di “quale compito deve svolgere questa cellula?” Una cella più ruvida necessita di ritenzione, gestione della schiuma e protezione dall'usura diverse rispetto a una cella più pulita. Una cellula spazzino potrebbe aver bisogno di una maggiore attrazione di massa e di un'agitazione più forte. Una cella più pulita potrebbe richiedere una schiuma più profonda, acqua di lavaggio e un controllo dell'aria più accurato. La disposizione del circuito deve essere definita prima della scelta del volume della cella, poiché il numero di stadi e il carico circolante determinano il tempo di permanenza effettivo.

Utilizza un semplice calcolo per verificare l'integrità del volume delle celle. Il tempo di ritenzione nominale è il volume cellulare diviso per il flusso di polpa. Una cella da 100 m³ che tratta 300 m³/h di pasta ha circa 20 minuti di ritenzione nominale, senza tenere conto dei cortocircuiti e del volume morto. Se il lavoro di prova richiede da 24 a 30 minuti di sgrossatura, una cella potrebbe non essere sufficiente o il circuito potrebbe richiedere una diversa disposizione delle celle. Questo calcolo non sostituisce il lavoro di prova, ma mostra rapidamente se il layout proposto rientra nell'intervallo corretto.

Le referenze di progetto sono utili quando corrispondono al compito. Un circuito che gestisce la flottazione dello zinco con uno specifico sistema di alimentazione e pulizia può rivelare problemi pratici che una brochure generale non può rivelare. Il Riforma tecnica della flottazione dello zinco da 3.000 t/giorno è un esempio di come la selezione delle celle, il layout del circuito e gli obiettivi operativi siano collegati in un progetto reale. La lezione utile non è copiare il diagramma di flusso, ma chiedere quali condizioni hanno fatto funzionare il diagramma di flusso e se le condizioni del minerale e del sito sono simili.

Prima di effettuare un ordine, richiedere informazioni chiare su: volume della cella, volume effettivo, velocità della girante, potenza del motore, fabbisogno d'aria, disposizione del troppopieno della schiuma, elenco delle parti soggette a usura, carichi di fondazione e interfaccia di controllo. Richiedi il range operativo consigliato, non solo il punto di progetto. Un circuito di flottazione che funziona bene a una velocità di alimentazione ma non può ridurlo al 60% della capacità creerà problemi durante la messa in servizio e i cambiamenti del mercato. Lo stesso vale per i cambi di minerale: un circuito messo a punto solo per una miscela può avere difficoltà quando la fossa si sposta in una zona diversa.

Problemi operativi comuni e soluzioni

La maggior parte dei problemi di flottazione si manifestano come cambiamenti nella schiuma, nell'attrazione della massa, nel grado o nel dosaggio degli sterili. L'operatore deve prima confermare che il mangime è stabile. Un cambiamento improvviso nella dimensione della macinatura, nella densità della polpa, nel pH o nel flusso del reagente può sembrare un problema della cella quando la cella risponde solo all'alimentazione. Dopo aver controllato la stabilità dell'alimentazione, osservare l'aria, la profondità della schiuma e le condizioni della girante. Una girante usurata può ridurre la dispersione d'aria e la sospensione di solidi senza alcuna variazione del set point.

Un errore comune è quello di correggere un problema di grado aggiungendo altro depressore prima di controllare la profondità della schiuma e l'acqua di lavaggio. Un altro è aumentare il dosaggio del collettore quando il vero problema è un rilascio insufficiente. Un rapido controllo delle dimensioni delle particelle può far risparmiare molto reagente. Se il minerale bersaglio è ancora bloccato dalla ganga, nessuna cella di flottazione può separarlo in modo pulito. La risposta pratica potrebbe essere un cambio di macinazione, una fase di rimacinazione o una diversa configurazione del circuito, non una dose di reagente più elevata.

I controlli meccanici meritano la stessa attenzione dei controlli chimici. I tubi dell'aria possono incrostarsi o bloccarsi. Le giranti possono usurarsi in modo non uniforme. Gli spazi statorici possono aprirsi. Le labbra del bucato con schiuma possono diventare irregolari. Una cella che ha perso la dispersione dell'aria mostrerà spesso una schiuma piatta e perdite elevate di residui anche quando il pannello di controllo sembra normale. Un'ispezione mensile che registri il gioco della girante, le condizioni del tubo dell'aria, l'impostazione della profondità della schiuma e la corrente del motore può rivelare la deriva prima che diventi un problema metallurgico.

Cosa includere in un test di flottazione e in un programma di scale-up

Un utile programma di test di flottazione inizia con un campione rappresentativo e una domanda chiara. L'obiettivo è confermare la selezione dei reagenti, confrontare i tipi di cellule, stimare il tempo di ritenzione o prevedere prestazioni più pulite? Il campione dovrebbe rappresentare l'alimentazione prevista, compreso il range di ossidazione, alterazione e liberazione che la pianta vedrà. Un singolo campione di alta qualità può fornire un risultato ottimistico difficile da riprodurre su vasta scala.

La mineralogia dovrebbe essere completata prima o insieme ai test di flottazione. Identifica i minerali target, la loro associazione con la ganga, la dimensione di liberazione e qualsiasi rivestimento o melma che possa interferire con l'azione del collettore. Senza mineralogia, la selezione dei reagenti diventa un esercizio di tentativi ed errori. Con la mineralogia, l'addetto al test può scegliere una famiglia di collettori, un intervallo di pH e una strategia depressiva con un punto di partenza difendibile.

• Test a circuito aperto per stabilire la risposta di sgrossatura e scavenging.
• Test a ciclo bloccato per mostrare l'effetto dei carichi circolanti e prestazioni più pulite.
• Test di dosaggio dei reagenti con aggiunta di stadi e tempo di condizionamento controllato.
• Test sulla dimensione della macinatura per trovare la dimensione di liberazione che offre il miglior equilibrio del grado di recupero.
• Test della qualità dell'acqua in cui la salinità, la durezza o i reagenti residui sono variabili.
• Esecuzioni pilota o semi-industriali quando il circuito è nuovo, il minerale è complesso o il rischio di aumento di scala è elevato.

L'aumento di scala dovrebbe includere più del volume della cella. La portata dell'aria per unità di volume, la profondità della schiuma, la velocità della punta della girante, la distribuzione del tempo di permanenza e la capacità di lavaggio sono tutti fattori che influiscono sul risultato. Una cella che funziona bene in una cella da laboratorio può comportarsi diversamente quando la fase di schiuma diventa più profonda e il modello di flusso della polpa cambia. Il team di progettazione dovrebbe chiedersi come verrà controllata, campionata e mantenuta la cella proposta. Un circuito con una buona strumentazione e punti di campionamento chiari è più facile da ottimizzare rispetto a uno che si basa solo sul giudizio visivo.

La messa in servizio dovrebbe includere un'indagine di base. Registra la velocità di alimentazione, la densità, il pH, i flussi dei reagenti, le impostazioni dell'aria, la profondità della schiuma, la corrente del motore e i risultati del test per ogni fase. Tale linea di base diventa il riferimento per la successiva risoluzione dei problemi. Quando mesi dopo si manifesta un problema, il team può confrontare il profilo attuale della schiuma e del dosaggio con il sondaggio originale invece di tirare a indovinare. Ciò è particolarmente utile quando cambiano le miscele di minerali o quando un nuovo operatore prende il controllo del circuito.

Domande frequenti

Qual è il principio fondamentale di una macchina per la flottazione?

Il principio fondamentale è l'attaccamento selettivo delle bolle. Le particelle idrofobe si attaccano alle bolle d'aria e si sollevano formando una schiuma, mentre le particelle idrofile rimangono nella polpa e se ne vanno come residui. La cella fornisce dispersione dell'aria, agitazione, tempo di permanenza e rimozione della schiuma.

Come faccio a scegliere tra una cella autoaspirata e una di flottazione ad aria forzata?

Utilizzare il lavoro di prova e il servizio in circuito per decidere. Le celle autoaspirate sono semplici e adatte a molti compiti di sgrossatura e pulizia. Le celle ad aria forzata offrono un maggiore controllo in serbatoi più profondi e volumi più grandi. La scelta finale dovrebbe considerare il controllo dell'aria, l'accesso per la manutenzione, la stabilità dell'alimentazione e l'intervallo operativo richiesto.

Perché la profondità della schiuma influisce sulla qualità del concentrato?

La profondità della schiuma influisce sul tempo di drenaggio. Una schiuma più profonda consente a più ganga di drenare nella polpa e può migliorare la qualità, ma se è troppo profonda o troppo stabile può ridurre l'attrazione e il recupero della massa. Regola la profondità della schiuma con i dati di dosaggio e di estrazione di massa, non solo con l'aspetto.

Quanto reagente deve essere aggiunto?

Il dosaggio dovrebbe derivare da un lavoro di prova ed essere espresso in grammi per tonnellata di mangime secco. Aggiungere i reagenti in più fasi e controllare il pH, il tempo di condizionamento e la qualità dell'acqua. Un dosaggio che funziona in un circuito può fallire in un altro perché la mineralogia e la chimica della polpa sono diverse.

Può una macchina di galleggiamento correggere la scarsa liberazione?

No. La flottazione può separare solo le particelle che sono sufficientemente liberate e hanno la giusta chimica superficiale. Se il minerale target è bloccato nella ganga, il circuito potrebbe richiedere una macinazione più fine, una fase di rimacinazione o un diverso diagramma di flusso prima che le prestazioni di flottazione possano migliorare.

Cosa è necessario controllare durante la manutenzione ordinaria?

Ispezionare l'usura della girante e dello statore, i tubi dell'aria, i labbri di lavaggio della schiuma, i rivestimenti dei serbatoi, i componenti di trasmissione e le valvole di controllo. Registrare la corrente del motore e la pressione dell'aria. Una piccola deriva meccanica può ridurre la dispersione dell'aria e causare perdite di sterili prima che siano visibili nella sala di controllo.

Quando una macchina di flottazione di grandi dimensioni è la scelta migliore?

Una cella di grandi dimensioni può ridurre il numero di unità, semplificare il layout e ridurre l'attenzione dell'operatore per unità. È particolarmente adatto quando l'alimentazione è stabile, il circuito è ben controllato e l'accesso per la manutenzione è pianificato. Non è automaticamente migliore per ogni compito, soprattutto dove la flessibilità o i frequenti cambi di minerale sono importanti.