Objašnjenje flotacije bakra: Vodič za proces, opremu i optimizaciju

Uđite u bilo koju talionicu bakra i pogledajte kako koncentrat stiže na njezina vrata; najčešće taj koncentrat postoji zbog flotacije. Flotacija bakra je metoda obrade minerala koja odvaja minerale koji sadrže bakar od otpadnih stijena iskorištavanjem razlika u površinskoj hidrofobnosti. Umjesto topljenja cijele planine rude, flotacija proizvodi koncentrat visokog stupnja koji sadrži 20-30% bakra iz ROM rude sa samo 0,3-1% bakra. To je najvažniji pojedinačni korak nadogradnje između rudnika i talionice.

Proces je konceptualno jednostavan: ruda se melje u prah, miješa s vodom i reagensima i prozračuje u ćelijama za flotaciju. Kolektor čini čestice bakra vodoodbojnima, pričvršćuju se na mjehuriće zraka, dižu se na površinu i skupljaju se kao pjena. Jalovina ostaje u pulpi i postaje jalovina. Iza tog jednostavnog opisa leži složen sustav kemije, odabira opreme i kontrole procesa, a to je ono što ovaj članak objašnjava u praktičnim terminima.

Zašto flotacija funkcionira: princip površinske kemije

Flotacija se ne odnosi na gustoću ili veličinu čestica; radi se o površinskoj kemiji. Većina bakrenih minerala je prirodno hidrofilna, što znači da se kvasi vodom. Većina minerala gangue, kao što su kvarc i silikati, također imaju hidrofilne površine. Kako bi ih se odvojio, proces flotacije kemijski modificira površinu bakrenog minerala tako da postane dovoljno hidrofoban da se veže za mjehuriće zraka.

Ova se modifikacija provodi pomoću kolektora, obično molekula ksantata kao što je natrijev etil ksantat ili kalijev amil ksantat. Molekula kolektora ima dva funkcionalna kraja: jedan se kraj adsorbira na površinu minerala bakra, a drugi strši prema van kao vodoodbojni lanac ugljikovodika. Nakon kondicioniranja, mineralna čestica bakra nosi tanku nepolarnu prevlaku koja omogućuje mjehuriću zraka da istisne vodu s njene površine i formira stabilan trofazni kontakt. Agregat mjehurića i čestica zatim se diže kroz pulpu i prenosi u sloj pjene na vrhu flotacijske ćelije.

Tri sile odlučuju hoće li čestica lebdjeti: vjerojatnost sudara između čestice i mjehurića, vjerojatnost pričvršćivanja nakon sudara i vjerojatnost odvajanja tijekom dizanja. Sudar ovisi o turbulenciji, veličini mjehurića i veličini čestica. Pričvršćivanje ovisi o hidrofobnosti površine i vremenu indukcije. Odvajanje ovisi o veličini mjehurića i intenzitetu turbulencije. Dobro osmišljen krug flotacije uravnotežuje ove čimbenike tako da se minerali bakra brzo oporavljaju dok ganga ostaje u pulpi.

Zbog toga je pjena, koja se u početku čini kao sporedan detalj, zapravo kritična kontrolna točka. Pjena mora biti dovoljno stabilna da iznese čestice iz ćelije, ali ne toliko stabilna da se zarobi gangue. Visina pjene, protok zraka i doza pjenilice stalno se prilagođavaju u stvarnom vremenu kako bi se održala prava ravnoteža. U postrojenju za flotaciju bakra, operateri promatraju boju i teksturu pjene kako bi procijenili je li proces zdrav prije nego što to potvrde laboratorijske analize.

Vrste bakrenih ruda i njihova flotabilnost

Ne ponaša se sva bakrena ruda na isti način u flotacijskoj ćeliji. Vrsta rude određuje odabir reagensa, dizajn kruga i očekivani oporavak. Najčešći minerali bakra spadaju u dvije kategorije: sulfidni minerali i oksidni minerali. Sulfidni minerali bakra prirodno su dobri kandidati za flotaciju; oksidne minerale mnogo je teže plutati i često zahtijevaju sulfidizaciju prije flotacije.

Halkopirit (CuFeS ₂ ) daleko je najzastupljeniji mineral bakra i glavni cilj flotacije bakra u cijelom svijetu. Brzo reagira na kolektore ksantata i relativno ga je lako potisnuti iz pirita s vapnom. Halkocit (Cu ₂ S) je mineral sekundarnog obogaćivanja koji je čak i lakše plutati, ali troši više kolektora zbog visokog sadržaja bakra. Bornit i kovelit također dobro reagiraju na konvencionalnu flotaciju. Oksidni minerali poput malahita, azurita i krizokole ne reagiraju samo na ksantate. Oni zahtijevaju korak sulfidizacije s natrijevim sulfidom ili natrijevim hidrosulfidom, koji stvara tanki sulfidni film na površini minerala, omogućujući adsorpciju ksantata.

Za dizajnera postrojenja razlika je važna puno prije početka proizvodnje. Tijelo bakrene rude s visokim udjelom oksida zahtijeva mnogo složeniju shemu toka od čisto sulfidne rude, a oprema za flotaciju mora osigurati dulje vrijeme kondicioniranja i drugačiju kontrolu prozračivanja. Donja tablica sažima uobičajene minerale bakra i njihovu reakciju na flotaciju.

Mješovite rude koje sadrže i sulfid i oksid bakra uobičajene su u istrošenim naslagama. Tipična strategija je prvo flotirati sulfidni dio, zatim sulfidizirati i flotirati oksidni dio u zasebnoj fazi flotacije. Neka postrojenja koriste gravitacijski ili gravitacijsko-flotacijski hibridni krug za grubo oslobođene čestice oksida. U praksi, granica između dva kruga definirana je dijagnostičkom analizom dobivanja bakra u sulfidnom stupnju.

Kompletna shema flotacije bakra: od ROM rude do koncentrata

Postrojenje za flotaciju bakra nije samo niz flotacijskih ćelija; to je pažljivo određen sustav smanjenja veličine, klasifikacije, pripreme pulpe, flotacije i odvodnjavanja. Svaka faza priprema rudu za sljedeću, a usko grlo u bilo kojoj točki odmah usporava oporavak. Razumijevanje cijele sheme toka prvi je korak prema odabiru prave opreme.

Ova shema toka je opći okvir, a ne fiksni recept. Porfirna ruda bakra s niskim sadržajem gline može trebati samo dva čišća stupnja. Ruda s visokim sadržajem pirita može zahtijevati depresiju vapna i fazu flotacije pirita za dobivanje sumpora nizvodno. Ruda sa značajnim udjelom oksidnog bakra zahtijeva dodatne spremnike za kondicioniranje i jedinicu za sulfidizaciju. Shema toka uvijek počinje karakterizacijom rude.

Odabir odgovarajuće opreme za flotaciju i mljevenje središnji je za dizajn sheme toka. u a projekt postrojenja za sortiranje bakra u Vijetnamu , kombinacija kuglastog mlina s mokrom rešetkom, klasifikatora i niza mehaničkih flotacijskih ćelija postigla je traženi stupanj koncentrata uz zadržavanje potrošnje energije unutar proračuna projekta. To je vrsta praktičnog ishoda koji dizajn sheme tijeka donosi ili kvari.

Reagensi za flotaciju: Kemijski alat

Reagensi su ono što omogućuje flotaciju. Konzumiraju se kontinuirano tijekom operacije, a njihova doza i kombinacija obično imaju veći utjecaj na oporavak od bilo kojeg drugog faktora. Postrojenje za flotaciju bakra koristi pet osnovnih vrsta reagensa, od kojih svaki ima posebnu ulogu.

Kolekcionari su najvažnija klasa. Ksantati su još uvijek industrijski standard za flotaciju bakrenog sulfida. Kratkolančani ksantati kao što su natrijev etil ksantat i natrijev izopropil ksantat selektivni su i prikladni za sitnozrnate rude, dok dugolančani ksantati poput kalijevog amil ksantata pružaju veću moć sakupljanja za grublje čestice i rude nižeg stupnja. Ditiofosfati i tionokarbamati ponekad se miješaju s ksantatima kako bi se poboljšala selektivnost protiv pirita. Doziranje kolektora u krugu bakra obično se kreće od 20 do 100 grama po toni rude, ovisno o stupnju rude i mineralogiji.

Sredstva za pjenjenje stabiliziraju mjehuriće zraka u pulpi. MIBC je najčešće korištena pjena u flotaciji bakra, omiljena zbog svoje kvalitete pjene i jednostavnog upravljanja. Ulje bora i alifatski alkohol također se koriste u postrojenjima koja stvaraju prirodnu pjenu s velikom površinom mjehurića. Doziranje pjenilice je malo, obično 10 do 50 grama po toni, ali njegov učinak na ponašanje prelijevanja je neposredan i vidljiv unutar nekoliko sekundi nakon promjene doze.

Modifikatori kontroliraju kemijski sastav pulpe i površinski naboj minerala. Vapno je najekonomičniji regulator pH u krugovima bakra, održavajući pH pulpe u rasponu od 9,5–11,5 kako bi se smanjio nivo pirita i smanjio rizik od neželjenog oporavka željeza. Natrijev karbonat je poželjan za neke oksidne rude gdje bi vapno taložilo posebne katione. Sumporna kiselina se koristi u kiselim krugovima, posebno u flotaciji oksida sa sulfidizacijom.

Depresanti i aktivatori fino podešavaju selektivnost. Natrijev cijanid ili cinkov sulfat dodaju se za depresiju sfalerita u bakreno-cinkovim rudama, dok bakreni sulfat može aktivirati sfalerit u obrnutom slučaju. Natrijev sulfit ili sumporni dioksid deprimira pirit u alkalnim krugovima. Donja tablica prikazuje tipične raspone reagensa u konvencionalnom krugu bakrenog sulfida.

Optimizacija reagensa nije jednokratna inženjerska aktivnost. Mora se ponoviti kada se mješavina rude promijeni, kada godišnje doba promijeni kvalitetu vode ili kada se naiđe na neočekivanu glinu. Dobro vođeno postrojenje za flotaciju vodi dnevnik reagensa i dnevni pregled doziranja u odnosu na rezultate testa.

Osnovna oprema u postrojenju za flotaciju bakra

Linija opreme izravno određuje koliko su dobro izvedeni kemijski i fizički koraci flotacije. Oprema za mljevenje, miješanje, flotaciju i odvodnjavanje mora odgovarati karakteristikama rude i planiranom proizvodnom kapacitetu. Korištenje prevelike opreme povećava kapitalne troškove; korištenje premale opreme stvara gubitke za oporavak koje je kasnije teško eliminirati.

Oprema za mljevenje

Kuglični mlin s mokrom rešetkom je standardni primarni stroj za mljevenje u koncentratorima bakra. On melje zdrobljenu hranu od oko 10-15 mm do flotacijske sirovine od 60-75% prolazeći kroz 200 mesh u jednoj ili dvije faze. Rešetka na kraju pražnjenja kontrolira razinu pulpe unutar mlina i smanjuje prekomjerno mljevenje. Za tvornicu bakra prekomjerno mljevenje je skriveni neprijatelj jer rezultirajući mulj troši reagense i smanjuje selektivnost flotacije.

Kuglični mlin s mokrom rešetkom za primarno mljevenje bakrene rude Ovaj mlin melje zdrobljenu bakrenu rudaču do flotacijske veličine u jednoj ili dvije faze, s ispusnom rešetkom koja minimizira prekomjerno mljevenje i povećava propusnost u usporedbi s preljevnim mlinovima. Pogledajte proizvod →

Mokro mljevenje ima prednost nad suhim mljevenjem jer eliminira prašinu, smanjuje rizik od oksidacije svježe oslobođenih bakrenih površina i priprema kašu izravno za flotaciju. Kuglični mlin obično radi u zatvorenom krugu sa spiralnim klasifikatorom ili hidrociklonom. Naknadno opremanje postojećeg mlina s učinkovitijim dizajnom obloge ili pogonom s promjenjivom brzinom isplativ je način povećanja kapaciteta bez kupnje potpuno novog mlina.

Oprema za miješanje i kondicioniranje

Stadij kondicioniranja često se podcjenjuje u projektiranju postrojenja, no ipak se u njemu zapravo događa kontakt reagensa i minerala. Veliki spremnik za miješanje, također poznat kao spremnik za kondicioniranje, osigurava energiju i vrijeme zadržavanja potrebno za adsorpciju kolektora i distribuciju pjenilice. U flotaciji bakra, spremnik za kondicioniranje drži pulpu dvije do deset minuta prije nego što pulpa uđe u prvu ćeliju flotacije. Impeler mora biti dovoljno snažan da suspendira grube čestice, ali dovoljno nježan da ne smiče zrak koji je prirodno uvučen u gnojnicu.

Veliki spremnik za miješanje za kondicioniranje pulpe u flotaciji Ovaj spremnik za kondicioniranje osigurava vrijeme zadržavanja i nježno miješanje potrebno za kontakt reagensa i minerala u flotaciji bakra, s dizajnom do velikih promjera za jednoliku suspenziju. Pogledajte proizvod →

Za postrojenja koja trebaju odvojeno pripremati reagense, koristi se spremnik za miješanje reagensa za otapanje i razrjeđivanje kolektora i pjenilica do željene koncentracije prije njihovog dodavanja u pulpu. Spremnici za miješanje visoke koncentracije također se koriste u krugovima ispiranja i za posebne primjene kao što je priprema flotacijske jalovine za zatrpavanje. Intenzitet miješanja, volumen spremnika i dizajn rotora moraju se zajedno dimenzionirati tako da raspodjela vremena zadržavanja odgovara kinetici flotacije rude.

Strojevi za flotaciju

Mehanički strojevi za flotaciju jezgra su svakog koncentratora bakra. Sastoje se od spremnika, mehanizma impelera/statora i sustava za dovod zraka. Impeler stvara obrazac recirkulacije unutar spremnika, zadržavajući krute tvari suspendirane dok raspršuje dovod zraka u fine mjehuriće. Pjena nastala na površini uklanja se strugačima ili prirodnim prelijevanjem u praonik.

Stroj za flotaciju tipa BF za grubu obradu i čišćenje bakra Samoventilirajući mehanički flotacijski stroj sa snažnom cirkulacijom gnojnice i usisavanjem zraka, prikladan za bakrene krugove gdje se cijeni jednostavan raspored i niska potrošnja energije. Pogledajte proizvod →

Različite geometrije spremnika i stilovi impelera prikladni su za različite zadatke. Stroj za flotaciju tipa BF popularan je izbor za krugove grube obrade i čišćenja bakra zbog svog samoventilirajućeg mehanizma i dizajna plitkog spremnika. Tip XCF/KYF je stroj s prisilnim zračenjem koji se koristi kada je potreban veliki protok zraka za proizvodnju velikih razmjera, posebno u postrojenju s nekoliko velikih linija flotacije. Tip JJF, sa svojim dizajnom velikog kapaciteta, često se odabire za završnu fazu čišćenja gdje je potreban ograničeni volumen pjene, ali je selektivnost kritična. Tip CLF dizajniran je za flotaciju grubih čestica, što ga čini korisnim za rude u kojima je mineral bakra krupnozrnat i treba ga obnoviti bez pretjeranog mljevenja.

Veličina flotacijske ćelije značajno se povećala tijekom posljednja dva desetljeća. Moderno postrojenje bakra može koristiti ćelije od 100 m³ ili 200 m³ u grubljem krugu. Veće ćelije smanjuju broj jedinica, pojednostavljuju instrumentaciju i manju potrošnju energije po toni rude. Ali veće ćelije također manje opraštaju lošu kontrolu pjene i zahtijevaju dobro dizajnirane ventile i sustave kontrole razine. Odabir između strojeva sa samoprozračivanjem i strojeva s prisilnim dovodom zraka temelji se na konzistenciji dovoda rude i stupnju kontrole koji postrojenje želi održati.

Osim opreme za flotaciju, tvornica bakra također treba opremu za klasiranje, zgušnjavanje i pumpanje. Klasifikator osigurava stabilno, fino punjenje za flotaciju, dok zgušnjivač kontrolira ravnotežu vode koncentrata i jalovine. The uloga flotacijske rudarske opreme u suvremenoj hidrometalurgiji nadilazi jednostavno odvajanje; to uključuje osiguravanje konzistentnog toka punjenja o kojem ovise nizvodni krugovi ispiranja radi stabilnog povrata.

Ključni parametri u optimizaciji flotacije

Dizajn određuje što je flotacijsko postrojenje sposobno; operacija određuje što se zapravo postiže. Radni parametri obuhvaćeni u ovom odjeljku kontroliraju metalurške rezultate na dnevnoj bazi. Za inženjera ili kupca koji procjenjuje projekt flotacije bakra, poznavanje ovih parametara je najbrži način da procijeni je li predloženi proces razuman.

Finoća mljevenja

Finoća mljevenja mjeri se kao postotak materijala koji prolazi kroz 200 mesh. Ako je ruda pregrubo mljevena, neke čestice minerala bakra ostaju zaključane gangom i ne mogu plutati. Ako je mljeveno previše fino, stvorena velika površina troši reagense i fine čestice se mehanički prenose u pjenu, razrjeđujući koncentrat. Tipičnu porfirsku bakrenu rudu najbolje je flotirati pri 60–70% prolaska 200 mesha, ali visokokvalitetna žilasta ruda može zahtijevati 75–80% prolaska 200 mesha za odgovarajuće oslobađanje. Krivulja koja pokazuje odnos između finoće i povrata obično ima jasan vrh; pronalaženje tog vrha je prvi zadatak programa optimizacije procesa.

Gustoća pulpe

Omjer krutine i tekućine u sirovini za flotaciju obično se održava na 30-45% težine krutine. Gušća pulpa nosi više minerala bakra po jedinici volumena, što povećava učinkovitost vremena zadržavanja, ali također povećava rizik od učinaka viskoznosti i lošeg transporta mjehurića. Tanja pulpa daje bolju selektivnost i kvalitetu pjene, ali manji protok za isti volumen ćelije. U praksi, grublji krugovi rade s većom gustoćom, dok se čišći krugovi razrjeđuju na 30–40% čvrstih tvari kako bi se povećala kvaliteta.

pH i dodavanje vapna

Vapno je najčešći pH modifikator u bakrenim krugovima. Ciljani pH u grubljem je obično između 9,5 i 11,5, gdje je pirit potisnut, a minerali bakra još uvijek učinkovito plutaju. Prisutnost pirotita ili druge jalovine koja troši kiselinu mijenja potražnju za vapnom, tako da pH kontrolna petlja mora biti čvrsta i osjetljiva. Dobro opremljeno postrojenje koristi mrežni pH analizator na dovodu kondicionera i kontrolni ventil na liniji vode za održavanje zadane točke unutar ±0,2 pH jedinice.

Protok zraka i brzina impelera

Brzina prozračivanja kontrolira broj i veličinu mjehurića u flotacijskoj ćeliji. Premalo zraka smanjuje površinsku površinu mjehurića i smanjuje oporavak; previše zraka uzrokuje strujanje prema dolje koje nosi čestice natrag na dno i može potrgati pjenu. Za stroj sa samoprozračivanjem, brzina impelera izravno kontrolira količinu usisanog zraka. Za stroj s prisilnim prozračivanjem, snaga puhala se zasebno regulira. Tipični grublji krug bakra koristi protok zraka od 0,8–1,5 m³/m²/min, ovisno o radnoj snazi ​​ćelije.

Dubina pjene i brzina strugača

Održavanje stabilnog sloja pjene ključno je za proizvodnju čistog koncentrata. Dublja pjena (300–600 mm) osigurava veću drenažu uvučenog jalovog plina i daje višu razinu, dok plića pjena povećava oporavak, ali smanjuje razinu. Brzina strugača određuje brzinu uklanjanja pjene; ako strugači rade prebrzo, povlače pjenu punu ganga u praonicu; ako teku presporo, pjena se može skupiti i vratiti u pulpu.

Uobičajeni operativni problemi i kako ih riješiti

Svaka flotacija bakra ima loše dane, a uzroci nisu uvijek očiti. Smjernice u nastavku kombiniraju uobičajene simptome s njihovim tipičnim uzrocima i korektivnim radnjama. Vrijeme odgovora je važno; čekanje četiri sata na analizu za potvrdu problema može koštati više od promjene doze reagensa u stvarnom vremenu na temelju promatranja pjene.

Popis za provjeru nabave opreme za liniju flotacije bakra

Sastavljanje linije flotacije za novi projekt proizvodnje bakra, proširenje pogona ili potpunu modernizaciju procesa uključuje puno više od objave popisa željenih količina i traženja ponuda. Kupnja opreme za flotaciju je odluka o izvedbi procesa, operativnim troškovima i podršci nakon prodaje. Strukturirani kontrolni popis pomaže u izbjegavanju najčešćih pogrešaka u nabavi.

Potvrdite vrstu rude i veličinu mljevenja

Oprema za flotaciju mora biti konkurentna za određenu rudu koju će postrojenje obrađivati. Sulfidna ruda koja je samljevena do 65% prolazeći 200 mesh ima različite zahtjeve vremena zadržavanja od rude koja proizvodi veliku količinu primarnog mulja. Zamolite dobavljača opreme da izračuna potreban volumen ćelije na temelju kinetike flotacije projekta, a ne samo na približnom pravilu. Postrojenje koje prerađuje sitnozrnatu rudu treba veće ili više grublje ćelije nego ono koje prerađuje krupnozrnatu rudu.

Procijenite troškove energije i održavanja

Potrošnja energije flotacijskog stroja ovisi o promjeru impelera, brzini rotora i veličini spremnika. Strojevi sa samoprozračivanjem općenito su jednostavniji i jeftiniji za rad od strojeva s prisilnim dovodom zraka, ali strojevi s prisilnim dovodom zraka pružaju izravniju kontrolu zraka, što poboljšava oporavak u promjenjivim uvjetima napajanja. Usporedite ukupne troškove vlasništva tijekom najmanje sedam godina, uključujući troškove zamjene impelera i statora, servisiranja motora i kalibracije instrumenata. Ne birajte najjeftiniji stroj samo zbog njegove nabavne cijene.

Provjerite rezervne dijelove i lokalnu podršku

Isporuka rezervnih dijelova često je usko grlo koje zaustavlja pogon. Kada procjenjujete stroj, zatražite od proizvođača preporučenu listu zaliha i usporedite dostupnost u lokalnom skladištu. Sposobnost isporuke impelera, statora, streličastih ventila i senzora razine u kratkom vremenu važnija je od bilo koje značajke performansi kada postrojenje ne radi.

Inzistirajte na testu na lokaciji ili probnom testiranju

Ako je projekt novo ležište rude ili velika promjena procesa, inzistirajte na pilot testu flotacije koristeći stvarni uzorak rude. Jednostavan šaržni flotacijski test na 1-2 kg rude je koristan, ali ne može procijeniti ponašanje pjene tijekom kontinuiranog razdoblja. Nekoliko dana rada pilot postrojenja na nekoliko stotina kilograma rude daje podatke o vremenu zadržavanja, stabilnosti pjene i istrošenosti opreme koji se ne mogu dobiti testom serije.

Provjerite Dobavljačevu proizvodnu sposobnost

Sposobnost se odnosi na proizvodno iskustvo i inženjersku integraciju. Stroj za flotaciju je jedinica za teške uvjete rada koja mora kontinuirano raditi u uvjetima abrazivne suspenzije, s projektiranim vijekom trajanja koji se mjeri desetljećima. Treba provjeriti povijest dobavljača sa sličnim projektima, njihovu sposobnost da ispoštuju rokove isporuke i kvalitetu njihovih testnih i proizvodnih procesa. Posjet tvornici preporučuje se ako opseg projekta opravdava trud.

Za kupce koji pripremaju kompletno postrojenje za flotaciju bakra, odluka ne uključuje samo samu ćeliju za flotaciju, već i opremu za mljevenje, miješanje i odvodnju koja čini cijeli proizvodni krug. Naručivanje cijele linije iz jedne tvornice smanjuje rizik sučelja, skraćuje vrijeme puštanja u pogon i čini suradnju nakon prodaje puno jednostavnijom.

Često postavljana pitanja o flotaciji bakra