Cos'è un circuito di galleggiamento e come funziona? Una guida del produttore

Mettiti sul pavimento operativo di un concentratore di rame, piombo-zinco o fosfato e vedrai la stessa scena: lunghe file di serbatoi rettangolari, ognuno dei quali agita polpa scura sotto uno strato di schiuma rivestita di minerale, collegati da lavanderie, tubi e pompe. Questo sistema predisposto è il circuito di galleggiamento.

Per rispondere direttamente alla domanda: un circuito di flottazione è una sequenza pianificata di celle di flottazione e apparecchiature di supporto, inclusi serbatoi di condizionamento, soffianti, pompe, lavatori e ispessitori, attraverso i quali scorre il minerale finemente macinato in fasi definite. Preziose particelle minerali si attaccano alle bolle d'aria, si sollevano formando una schiuma e vengono rimosse come concentrato, mentre le particelle indesiderate di ganga rimangono bagnate, affondano e lasciano la pianta come residui.

La sequenza conta più di ogni singola macchina. Le celle più grezze effettuano il primo recupero, le celle scavenger spazzano ciò che è mancato ai più grezzi e le celle più pulite migliorano la schiuma a un grado che una fonderia o un impianto chimico effettivamente pagheranno. Un circuito ben organizzato recupera normalmente dall'85 al 95% del metallo prezioso contenuto in un minerale. Un impianto mal organizzato può lasciare diversi punti percentuali di metallo, spesso l'intero margine di profitto, sepolto nella diga degli sterili.

Questa guida spiega cosa fa ogni parte del circuito, perché le fasi sono disposte così come sono, come vengono selezionate le macchine per ogni compito e cosa preparare prima di ordinare l'attrezzatura. È scritto dal punto di vista di un produttore che progetta, costruisce, installa e mette in servizio questi sistemi come impianti completi di lavorazione dei minerali.

Cos'è in realtà un circuito di galleggiamento

Una macchina di galleggiamento e un circuito di galleggiamento non sono la stessa cosa e la distinzione ha conseguenze reali quando si acquista l'attrezzatura. Una macchina di flottazione è un unico serbatoio agitato che disperde l'aria nella polpa. Un circuito di flottazione è la disposizione completa di questi serbatoi in stadi, insieme a tutto ciò che muove polpa e schiuma tra di loro. Acquistando una macchina ottieni una postazione di lavoro; la progettazione di un circuito ti dà una linea di produzione con i propri circuiti di controllo qualità.

Un circuito completo normalmente contiene questi elementi:

• Serbatoi di condizionamento e miscelazione, in cui il minerale macinato viene messo a contatto con collettori, schiumatori e modificatori prima dell'inizio della flottazione.
• Un banco più grossolano, cioè più celle collegate in serie, che accoglie la polpa fresca macinata.
• Una banca di recupero che tratta gli scarti più grossolani prima che vengano scartati.
• Una o più fasi di pulizia che migliorano la schiuma più ruvida, a volte con una fase di rimacinazione intermedia.
• Pompe, lavatrici e tubazioni che spostano la polpa, la schiuma e i residui circolanti da uno stadio all'altro.
• Un sistema ad aria: le macchine autoadescanti aspirano la propria aria, mentre le macchine ad aria forzata sono alimentate da ventilatori dedicati.
• Addensatori a valle che depositano concentrati e sterili e restituiscono acqua chiarificata all'impianto.

La parola "circuito" descrive i circuiti all'interno di questa disposizione. Non tutte le particelle galleggiano correttamente la prima volta, quindi i prodotti intermedi chiamati cruschello vengono pompati agli stadi precedenti e passano attraverso alcune cellule più di una volta. Un circuito quindi non è mai una linea retta; si tratta di una rete a ricircolo controllato, e quella rete è ciò che trasforma un principio di separazione chimica in un risultato produttivo stabile e quotidiano.

Questi tre ruoli compaiono in quasi tutti i concentratori di solfuro metallico nel mondo, da poche tonnellate al giorno a decine di migliaia. Ciò che cambia tra le piante è il numero di cellule in ogni stadio, la dimensione delle cellule e l'aggressività con cui gli stadi vengono spinti verso il recupero o verso il grado.

Come funziona il processo di flottazione della schiuma all'interno di ciascuna cella

La flottazione è un processo chimico di superficie travestito da industria pesante. Prima che il circuito possa fare qualsiasi cosa, il minerale deve essere macinato abbastanza finemente da separare, o liberare, i preziosi grani minerali dalla roccia di scarto che li circonda. In molti circuiti al solfuro ciò significa una macinatura di circa il 55-80% che passa per 74 micron, prodotta da un mulino a sfere che lavora in circuito chiuso con un classificatore. Se le particelle sono ancora legate insieme, nessuno schema di reagenti sulla terra può far emergere il valore in modo pulito.

Poi arriva il condizionamento. La polpa viene agitata nei serbatoi di miscelazione mentre vengono aggiunti i reagenti. I collettori assorbono sulle superfici minerali preziosi e li rendono idrorepellenti, che è il trucco essenziale. I depressivi fanno il contrario con i minerali che vuoi lasciare indietro, mantenendoli umidi e passivi. Modificatori come la calce impostano il pH della polpa in modo che tutte queste sostanze chimiche si comportino come previsto.

All'interno della cella di flottazione stessa, una girante rotante trasforma l'aria in entrata in milioni di bollicine fini e mantiene la polpa in sospensione. Tre cose accadono quindi in rapida successione: le bolle si scontrano con le particelle, le particelle idrofobiche si attaccano alla pellicola a bolle e le bolle caricate salgono attraverso la polpa formando uno strato di schiuma sulla superficie. La schiuma non è solo schiuma; è una zona di lavoro in cui l'acqua trascinata e le particelle di ganga debolmente attaccate rifluiscono verso il basso, aumentando il grado di ciò che rimane. La schiuma mineralizzata fuoriesce dal bucato nella parte superiore della cella sotto forma di concentrato, mentre le particelle respinte escono dal fondo o dai lati della macchina come residui.

La chimica decide cosa può galleggiare. Un classico esempio è la sfalerite, il minerale di zinco: i comuni collettori di solfuro lo toccano appena finché il solfato di rame non ne attiva la superficie a un pH compreso tra 10,5 e 11. La pirite, al contrario, viene trattenuta in molti circuiti semplicemente mantenendo elevato il dosaggio di calce. Questo è il motivo per cui due impianti che galleggiano minerali diversi possono sembrare quasi identici nell'hardware e comportarsi in modo completamente diverso nella pratica.

Più ruvido, spazzino, più pulito, più pulito: le quattro fasi di un circuito di galleggiamento

Innanzitutto la conclusione: le fasi esistono perché il recupero e il grado vanno in direzioni opposte. Una cellula può afferrare tutto velocemente, a basso grado, oppure prendersi il suo tempo e produrre qualcosa di pulito, a basso recupero. Il circuito suddivide questo conflitto in fasi separate in modo che ciascuna possa essere ottimizzata per un singolo lavoro.

Fase più dura

Il banco più ruvido riceve la polpa fresca e condizionata ed è progettato per la velocità e la completezza del recupero piuttosto che per la qualità. Il concentrato più grezzo è solitamente un prodotto mediocre, di qualità troppo bassa per essere venduto, ma contiene la maggior parte del valore che alla fine lascerà la pianta. Le celle più ruvide funzionano quindi con una schiuma meno profonda e un'aerazione aggressiva.

Fase di spazzino

La banca spazzino tratta tutto ciò che i malviventi hanno rifiutato. Il suo concentrato è magro, quindi viene pompato nuovamente in un'alimentazione più grossolana o unito al flusso più pulito anziché spedito. L'unico scopo dello spazzino è assicurarsi che gli sterili finali siano davvero rifiuti. Su un impianto mal messo a punto, lo spazzino è il luogo in cui puoi letteralmente guardare il denaro lasciare l'edificio, perché tutti i valori che mancano se ne vanno per sempre.

Fasi più pulite e più più pulite

Gli addetti alle pulizie prendono la schiuma più ruvida e la migliorano. Qui la schiuma è più profonda, i tempi di permanenza per tonnellata sono più lunghi e talvolta viene aggiunta acqua di lavaggio alla superficie della schiuma per riportare la ganga trascinata nella polpa. Specifiche rigorose sui concentrati, o sui minerali a grana fine, possono giustificare una seconda fase di pulizia, il ripulitore, o un mulino rimacinato tra la sgrossatura e la pulizia in modo che le particelle composite abbiano un'altra possibilità di liberazione.

Semilavorati e carichi circolanti

Ogni prodotto intermedio che esegue il ciclo all'indietro è un prodotto medio. Carichi circolanti del decine di per cento sono normali negli impianti di flottazione e le pompe e le lavatrici devono essere dimensionate di conseguenza fin dal primo giorno. Quando gli operatori dicono che un circuito è "stabile", di solito significano che questi circuiti hanno raggiunto l'equilibrio: ciò che gira ritorna a una velocità costante.

Configurazioni del circuito e selezione della macchina di flottazione

La configurazione è lo scheletro della pianta, e viene scelta dal minerale, non da un catalogo. La tabella seguente riassume le configurazioni che più spesso progettiamo nel lavoro EPC di lavorazione dei minerali.

All'interno di ogni fase, le celle sono collegate in serie in modo che la pasta veda ciascuna macchina a turno. Quando il tonnellaggio cresce, il flusso viene suddiviso su sponde parallele, perché una singola banca o necessiterebbe di celle enormi oppure rinuncerebbe al tempo di permanenza. Ottenere i calcoli bancari corretti è semplice una volta noto il tempo di residenza richiesto, ed è il calcolo più comune alla base di una quotazione di quotazione.

La scelta della macchina segue quindi il compito. Le macchine autoadescanti, come i tipi SF, BF, GF e JJF, creano una propria aspirazione d'aria nella zona della girante. Ciò rimuove il sistema di ventilazione per quelle celle e, nella disposizione da cella a cella, consente alla schiuma di fluire per gravità tra le macchine senza pompe per la schiuma. Sono particolarmente adatti per impianti di medio tonnellaggio e per compiti più puliti in cui ciascuna cella viene utilizzata con livelli e profondità di schiuma diversi.

Le macchine ad aria forzata, come i tipi XCF e KYF, ricevono aria a bassa pressione dai ventilatori invece di aspirarla. La girante funziona a una velocità periferica inferiore, il che riduce l'usura e si adatta a grandi volumi di serbatoi. Nella disposizione accoppiata, le celle XCF possono aspirare la schiuma dalle celle KYF adiacenti, quindi un banco combinato non necessita di pompe per la schiuma intermedie. Per i lavori più impegnativi e di raccolta, ciò consente di risparmiare attrezzature, spazio sul pavimento e ore di manutenzione.

Le paste speciali richiedono macchine speciali. Le dimensioni delle particelle grossolane e le densità della polpa più elevate, che si verificano in alcuni ritrattamenti degli sterili e in alcune applicazioni non metalliche, richiedono macchine progettate attorno a sospensioni più forti, come il tipo CLF. La stessa logica si applica ben oltre i solfuri metallici: anche il fosfato minerale, la potassa e altri minerali industriali galleggiano, e il nostro progetto di un dispositivo di galleggiamento del fosfato minerale per un grande gruppo di fertilizzanti ha seguito esattamente lo stesso ragionamento più grossolano-spazzino-pulitore con uno schema di reagenti completamente diverso.

Un rapido esempio di dimensionamento mostra come la configurazione e l'hardware si incontrano. Un concentratore che tratta 3.000 tonnellate al giorno di minerale con circa il 33% di solidi invia alla flottazione circa 300 metri cubi di pasta di legno all'ora. Se il lavoro di prova dice che i sgrossatori necessitano di otto minuti di permanenza, lo stadio necessita di circa 40 metri cubi di volume effettivo, che potrebbero essere quattro celle da 10 metri cubi o due celle da 20. Il calcolo dello scavenger segue lo stesso schema e i pulitori sono dimensionati in base al tonnellaggio del concentrato piuttosto che al tonnellaggio del mangime.

Cosa alimenta il circuito e cosa lo lascia

A monte, la qualità del circuito dipende dalla preparazione dell'alimentazione. La fase di macinazione, tipicamente un mulino a sfere del tipo a griglia umida chiuso con un classificatore a spirale o idrociclone, imposta la distribuzione granulometrica che la flottazione deve gestire. Se la classificazione va alla deriva e i grani grossolani scivolano via, finiscono nelle celle più ruvide dove le bolle non riescono a sollevarli e vengono riportati direttamente agli sterili. Questo è il motivo per cui gli operatori esperti osservano il classificatore quasi con la stessa attenzione della schiuma.

Tra la macinazione e la flottazione c'è il condizionamento, la fase più sottovalutata dell'impianto. I collettori necessitano di minuti di contatto per essere assorbiti correttamente e le polpe dense devono rimanere completamente sospese affinché ogni particella possa vedere il reagente. Nei progetti che trattano paste dense o viscose, specifichiamo un'agitazione ad alta concentrazione prima delle celle proprio perché un'alimentazione scarsamente condizionata non può essere recuperata a valle, non importa quanto siano buone le macchine.

A valle, entrambi i prodotti necessitano di manipolazione. Il concentrato fluisce verso un addensatore, comunemente del tipo ad azionamento centrale, dove i solidi si depositano e il flusso inferiore alimenta la filtrazione prima della fusione o del trattamento chimico. Anche i residui vengono ispessiti e l'acqua recuperata ritorna alla pianta. Il bilancio idrico merita una vera attenzione ingegneristica: negli ambienti aridi e lacustri salati, dove costruiamo apparecchiature su larga scala per la miscelazione e la separazione di potassio e litio, ogni metro cubo riciclato è acqua che il sito non deve pompare da qualche altra parte.

Parametri Operativi Che Decidono Il Recupero

Un operatore controlla effettivamente due leve: chimica e fisica. La chimica copre i dosaggi dei reagenti e il pH. La fisica copre la densità, la profondità della schiuma, la velocità dell'aria e il livello. La tabella seguente elenca i parametri più importanti, con intervalli che rappresentano punti di partenza tipici piuttosto che risposte universali.

Un principio derivante dall'esperienza operativa supera ogni singolo numero: la stabilità batte la perfezione. Una densità di alimentazione che varia di diversi punti sposta tutto a valle, compresa la consistenza della schiuma, i livelli e la richiesta di reagenti. Le piante che misurano la densità della polpa e il flusso all'alimentazione del circuito e correggono tempestivamente la deriva, mantengono il recupero molto più facilmente rispetto alle piante che regolano le cellule dopo che il danno è visibile nel laboratorio di analisi. Un dosaggio costante da pompe calibrate e un registro scritto della comparsa di schiuma rispetto ai risultati del test, faranno di più per il recupero in un anno rispetto a qualsiasi singolo cambiamento eroico.

Come vengono misurate le prestazioni del circuito: grado, recupero e compromesso

Due numeri descrivono un circuito di galleggiamento. Il grado è il contenuto di metallo del concentrato, espresso in percentuale. Il recupero è la quota di metallo presente nell'alimentazione che riporta a quel concentrato. Un impianto può avere una qualità eccellente e un recupero scarso, o il contrario, e la differenza tra i due è dove la progettazione del circuito guadagna il suo mantenimento.

Il recupero viene calcolato dalla formula a due prodotti: la percentuale di recupero è uguale a c moltiplicato per (f meno t), diviso per f moltiplicato per (c meno t), moltiplicato per 100, dove f è il grado di alimentazione, c è il grado di concentrato e t è il grado di sterili. Prendiamo un circuito in rame con un grado di alimentazione dell'1,0%, un concentrato del 25% e uno 0,08% negli sterili finali. Il calcolo dà 25 volte 0,92, diviso per 1,0 volte 24,92, ovvero un recupero di circa il 92,3%. Quel singolo dato, monitorato quotidianamente, indica al management se il circuito mantiene le prestazioni previste.

La dimensione delle particelle spiega molte carenze nel recupero. Le bolle trasportano in modo efficiente le particelle di medie dimensioni; le particelle grossolane si staccano sotto il loro stesso peso e le melme fini seguono l'acqua nella schiuma o si rifiutano del tutto di attaccarsi.

Il compromesso segue direttamente: spingere la gradazione più in alto, con schiume più profonde e più pulite e un controllo più rigoroso dei reagenti, di solito costa un po' di recupero, e inseguire fino all'ultima particella costa la gradazione. Fasi più pulite, una rimacinazione tra sgrossatura e pulizia e una migliore classificazione a monte sono il modo in cui un impianto acquista entrambi contemporaneamente. Si tratta di decisioni di progettazione, non di aggiustamenti turno per turno, ed è esattamente il motivo per cui la sezione di configurazione di questa guida è più importante di qualsiasi suggerimento operativo.

Problemi comuni del circuito di galleggiamento e soluzioni pratiche

La maggior parte dei problemi circuitali si manifestano nella schiuma prima di apparire nei test. Le carte sottostanti associano i sei sintomi che ci vengono chiesti più spesso con le loro cause abituali e le azioni che effettivamente funzionano.

Uno schema che vale la pena ricordare: i problemi ricorrenti nelle celle di solito sono riconducibili alla classificazione a monte o alla variabilità dell'alimentazione piuttosto che alle stesse macchine di flottazione. Risolvere la causa una volta è meglio correggere i sintomi ad ogni turno, ed è il motivo per cui i nostri team addetti alla messa in servizio iniziano sempre allo scarico dello stabilimento e continuano a lavorare.

Dal lavoro di prova all'impianto funzionante

Un circuito di flottazione è progettato sui dati e il percorso dei dati è ben stabilito. I test di flottazione in batch su campioni di carotaggi o canali stabiliscono quali reagenti funzionano e quanto velocemente il minerale galleggia. I test a ciclo bloccato simulano quindi la melma circolante di un impianto reale, rivelando i gradi e i recuperi effettivamente sostenibili piuttosto che i numeri lusinghieri di un singolo passaggio. Per investimenti più grandi, una campagna pilota conferma i tempi di permanenza e il comportamento di gestione della schiuma su scala significativa.

Questi risultati si traducono direttamente in hardware: tempi di permanenza fase per fase, volumi delle cellule, tipi di macchine, funzioni di soffianti e pompe e apparecchiature di miscelazione e addensamento attorno alle cellule. Fornire tutto ciò in un unico pacchetto è ciò che significa in pratica EPC per la lavorazione dei minerali, ed è il motivo per cui la nostra linea di prodotti spazia dalla frantumazione e macinazione all'agitazione, flottazione, ispessimento e lisciviazione, in modo che nessuna fase venga dimensionata per ipotesi per corrispondere all'attrezzatura di un altro fornitore.

Anche i circuiti esistenti vengono ricostruiti e spesso il recupero più rapido in un impianto deriva dalla riconfigurazione delle celle anziché dall’aggiunta di esse. I minerali cambiano man mano che le miniere diventano più profonde e un circuito progettato dieci anni fa potrebbe ora ripulire una mineralogia diversa. Il nostro progetto di riforma tecnica della flottazione dello zinco da 3.000 tonnellate al giorno è un caso tipico: stesso sito, stessa classe di apparecchiature generali, nuova configurazione e logica dei reagenti adattata al minerale attuale.

La messa in servizio segue quindi una sequenza che l'esperienza rende routine: montaggio meccanico, test dell'acqua, prima alimentazione del minerale, quindi regolazione del reagente e del livello fino a quando il circuito mantiene il ripristino della progettazione. Gli impianti che prevedono un budget realistico per questo periodo di messa a punto raggiungono le prestazioni nominali senza drammi; gli stabilimenti che considerano la messa in servizio come un ripensamento di solito ne pagano la mancata produzione durante i primi mesi.

Cosa controllare prima di ordinare l'attrezzatura di galleggiamento

I preventivi per le apparecchiature possono sembrare identici sulla carta e funzionare in modo molto diverso nello stabilimento. Sulla base di ciò che osserviamo quando i clienti si rivolgono a noi dopo un acquisto difficile, questi controlli separano un valido approvvigionamento da lezioni costose:

1. Conferma i dati del minerale dietro il progetto. Richiedi i test recenti, la mineralogia e la distribuzione delle dimensioni delle particelle utilizzate dal venditore e assicurati che descrivano il tuo minerale, non un'ipotesi.
2. Richiedi il volume effettivo, non il volume del serbatoio. Angoli morti e schemi di flusso distorti riducono il tempo di permanenza reale e la differenza può tranquillamente costare diverse percentuali di recupero.
3. Abbina il tipo di macchina alla dimensione delle particelle e alla densità della polpa. Le paste grossolane e dense necessitano di macchine progettate per loro, non di celle generiche con un motore più grande montato.
4. Controllare i materiali di fabbricazione. Giranti, diffusori, alberi e camicie determinano la durata dell'usura; confermare le specifiche della gomma o del poliuretano e gli intervalli di sostituzione previsti.
5. Verificare il sistema dell'aria. Per i banchi ad aria forzata, verificare le dimensioni della ventola, il margine di pressione e la capacità di standby, poiché il recupero si interrompe quando l'aria si ferma.
6. Confermare la disponibilità delle parti soggette ad usura e i termini di consegna prima di firmare, non dopo l'usura del primo set.
7. Insistere sul supporto per l'installazione e la messa in servizio con traguardi definiti, inclusa l'assistenza per la prima alimentazione e la messa a punto del ripristino.
8. Richiedi referenze sullo stesso tipo di minerale e contattali effettivamente. Dieci minuti al telefono con uno stabilimento operativo valgono più di qualsiasi brochure.

Da parte nostra: lo stabilimento di Zhuji, Zhejiang, ha dedicato decenni alla costruzione di apparecchiature idrometallurgiche e di arricchimento, gestisce un centro di ricerca e sviluppo insieme a circa 200 macchine di prova e produzione, lavora secondo il sistema di gestione della qualità ISO9001 e spedisce più di 25.000 tonnellate di strutture e prodotti metallici all'anno. I progetti relativi a rame, zinco, molibdeno, fosfato, potassio e litio, sia in Cina che nel sud-est asiatico, nel Medio Oriente e in Africa, ci forniscono un elenco di referenze che incoraggiamo ogni potenziale cliente a verificare.

Domande frequenti sul circuito di galleggiamento

Se stai progettando un nuovo concentratore o ricostruendo un circuito esistente attorno a un minerale modificato, il passaggio successivo più rapido è una conversazione tecnica supportata dai dati. Invia le informazioni di base, ovvero la produttività target, il dosaggio della testa, la composizione minerale, la dimensione di macinazione prevista e le specifiche del concentrato, e potrai preparare una proposta di circuito fase per fase con calcoli del tempo di residenza, selezione della macchina e un layout adatto al tuo sito. Quella proposta, più che un catalogo, è ciò che ti dice cosa farà effettivamente il circuito con il tuo minerale.