تهویه و مخلوط کردن سلول های شناور: چگونه می توان به مخلوط کامل فاز های گازی، مایع و جامد رسید؟

فلاتاسیون، یکی از گسترده ترین و رایج ترین فناوری های جدایی هسته در صنعت پردازش معدن مدرن، به شدت به مخلوط و تعامل کارآمد گاز، مایع،و فاز های جامد در سلول شناورسلول شناور بیش از یک ظرف ساده است، این یک راکتور جریان چند فاز پیچیده است که ماموریت اصلی آن ایجاد پویایی مطلوب مایع برای برخورد، برخورد، چسبندگی،و مینرال سازی ذرات و حباب های معدنی هیدروفوباین مقاله به دو عملیات اصلی سلول های شناور: هوا و تحریک می پردازد. به طور سیستماتیک توضیح می دهد که چگونه این دو اثر همبستگی به "خلیط کامل" گاز می رسند.مایع، و فاز های جامد، تضمین جداسازی معدنی کارآمد و دقیق.

一 هسته فرآیند شناور: ماهیت و هدف مخلوط سه فاز

جوهر فرآیند شناور سازی وارد کردن هوا (فاز گازی) به آب رس (یک سیستم دو فاز مایع و جامد) است.ذرات معدنی هدف به صورت انتخابی به حباب های هوا متصل می شوند.این حباب ها به صورت یک لایه ی فوم که از بین می رود، به سطح قوری بالا می روند، در حالی که مواد معدنی گانگو در قوری باقی می مانند و به عنوان زباله ها خارج می شوند.موفقیت این فرآیند به طور مستقیم به سه شرط زیر بستگی دارد::

1 تعلیق موثر ذرات جامد:تحرک مناسب باید اطمینان حاصل کند که ذرات سنگ معدنی با اندازه ها و تراکم های مختلف به طور یکنواخت در مواد خمیر تعلیق می شوند.جلوگیری از جمع شدن ذرات ضخیم و سنگین و اطمینان از اینکه همه ذرات فرصتی برای تماس با حباب ها دارند.

2 پراکندگی گازی موثر:هوا وارد شده باید برش داده شود و به تعداد زیادی حباب کوچک با اندازه مناسب شکسته شود.که سپس به طور مساوی در کل سلول شناور پخش می شوند تا رابط گاز-سیال و احتمال برخورد بین حباب ها و ذرات معدن افزایش یابد..

3 محیط هیدرودینامیکی قابل کنترل:سلول شناور باید آشفتگی کافی را برای ایجاد تعلیق ذرات و پراکندگی حباب ها حفظ کند.در حالی که از آشفتگی بیش از حد که می تواند باعث جدا شدن ذرات معدن متصل شود اجتناب می شود. It is necessary to construct a flow field in the trough that has both a high turbulent kinetic energy dissipation zone (to promote collision) and a relatively stable zone (to facilitate the floating of mineralized bubbles).

بنابراین، مخلوط کردن کامل یک همسان سازی ساده نیست. but refers to the uniform distribution of the three phases at the macro level and the creation of controlled turbulence and flow field structures that are conducive to the selective adhesion of particles and bubbles at the micro level.

二 سلول های شناور مکانیکی: یک ادغام کلاسیک هوا و تحریک.

سلول های شناور که به صورت مکانیکی تحریک می شوند در حال حاضر گسترده ترین تجهیزات شناور استفاده می شوند.به صورت ارگانیک دو عملکرد هوا و تحریک را ترکیب می کند..

1. تحرک:موتورهای پمپاژ و گرد و غبار چرخدار، که توسط یک موتور رانده می شوند، با سرعت بالا چرخش می کنند و مانند یک پمپ عمل می کنند، که عمدتاً اثرات آشفته را به دست می آورند:

گردش و تعویق خمیر:چرخش چرخ دار یک نیروی مرکزی قدرتمند را ایجاد می کند، خمیر را از مرکز جذب می کند و آن را به صورت شعاعی یا محوری بیرون می کشد.این حرکت پمپاژ باعث ایجاد یک جریان پیچیده در داخل سلول می شوداین تضمین می کند که ذرات متراکم و بزرگ به طور موثر تحریک می شوند و تعلیق می شوند.

توليد آشفتگي:چرخش پرسرعت چرخدار باعث ایجاد یک شیب سرعت شدید و آشفتگی شدید در منطقه اطراف (به ویژه در نوک تیغه) می شود.این منطقه بسیار آشفته، محل اصلی شکستن حباب ها و برخورد حباب های ذرات است..

2تهویه: خود جذب و تهویه اجباری

سلول های شناور که به صورت مکانیکی تحریک می شوند عمدتاً با روش تهویه طبقه بندی می شوند: خود جذب و تهویه اجباری (یا تهویه-تحرک).

دستگاه های شناور خودکشی (مانند مدل SF):دارای یک چرخدار هوشمندانه طراحی شده است که در هنگام چرخش یک منطقه فشار منفی را در اتاق چرخدار ایجاد می کند.هوا به طور خودکار از طریق لوله مکش کشیده می شود و با خمیر در اتاق چرخدار مخلوط می شوداین نوع ماشین شناور دارای ساختار ساده است و نیازی به یک تنفس کننده خارجی ندارد.

دستگاه شناور هوا (مانند نوع KYF):از طریق یک نونگر فشار پایین خارجی، هوا فشرده از طریق شاخه اصلی حفره ای یا لوله های مستقل به ناحیه چرخدار فشار می آید.اين روش ميتونه با دقت مقدار هوا رو کنترل کنه، تحت تاثیر سرعت چرخ و سطح خمیر قرار نمی گیرد و سازگاری بیشتری با شرایط فرآیند دارد، به ویژه برای ماشین های شناور بزرگ مناسب است.

3. اثر همبستگی "ایمپلر-استاتور"

استاتور یک قطعه ثابت است که در اطراف چرخ دار نصب شده است، معمولاً با لوله های راهنما یا حفره ها. همبستگی آن با چرخ دار برای دستیابی به "خلوط کامل" بسیار مهم است:

ثبات جریان و هدایت:جریان مخلوط آب خمیر و هوا که با سرعت بالا از چرخ دار خارج می شود دارای یک عنصر سرعت لمسی قوی است که می تواند به راحتی گرد و غبار های بزرگی را در مخزن ایجاد کند،که باعث عدم ثبات سطح مایع می شود و بر ثبات لایه کف تاثیر می گذاردبادکنک های راهنمای استاتور می توانند این جریان لمسی را به طور موثر به جریان شعاعی تبدیل کنند که بیشتر به پراکندگی حباب ها و ذرات کمک می کند.

باعث پراکندگی حباب ها می شود:از طریق اثر ثبات جریان استاتور، حباب ها می توانند به طور مساوی تر در سراسر حجم موثر مخزن شناور توزیع شوند، نه در مناطق خاص متمرکز شوند.

آشفتگی جدا شده:استاتور به عنوان یک "سد انرژی" عمل می کند و منطقه آشفتگی بالا را در نزدیکی چرخ دار از منطقه جداسازی و منطقه فوم در بالای مخزن جدا می کند.ایجاد یک محیط نسبتا آرام و پایدار برای شناور پایدار و غنی سازی حباب های معدنی شده.

چرخش پرسرعت چرخدار به تعلیق خمیر و جذب گاز / خرد شدن می رسد. استاتور سپس جریان را ثبات می دهد و هدایت می کند،ایجاد سه منطقه پویا از نظر عملکردی در داخل مخزن: یک منطقه مخلوط بسیار آشفته (نزدیک چرخ دار) ، یک منطقه جداسازی نسبتا پایدار (در وسط مخزن) و یک منطقه فوم به طور عمده ای استاتیک (در سطح خمیر).این کار باعث ترکیب و جداسازی منظم گاز می شود.، فاز مایع و جامد

三 ستون شناور: راه هوشمندانه دیگری برای دستیابی به مخلوط سه فاز.

برخلاف محیط آشفته ی سلول های شناور که به صورت مکانیکی تحریک می شوند، ستون های شناور یک فلسفه ی طراحی جایگزین را نشان می دهند.دستیابی به مخلوط سه فاز از طریق تماس ضد جریان در یک محیط نسبتا ثابت.

هسته تهویه ٬ ژنراتور حباب:ستون های شناور فاقد تحریک کننده های مکانیکی هستند. عملکردهای تهویه و مخلوط کردن آنها عمدتاً به یک ژنراتور حباب در پایین قرار دارد. ژنراتور حباب از هوا تحت فشار استفاده می کند،با استفاده از رسانه های میکروپوری، جریان جت، یا اثر ونتوری، برای تولید تعداد زیادی حباب های ظریف در داخل مواد خمیر. این میکرو حباب ها کلید جذب موثر مواد معدنی ظریف توسط ستون شناور هستند.

مکانیسم تماس ضد جریان:آب پاش از مرکز بالای ستون شناور تغذیه می شود و به آرامی به سمت پایین جریان می یابد، در حالی که حباب های ظریف از پایین تولید می شوند و به آرامی به سمت بالا بالا می روند.این مکانیسم تماس ضد جریان، زمان تعامل طولانی تر و احتمال برخورد بیشتر بین ذرات و حباب ها را فراهم می کند..

محیط کم آشفتگی:ستون شناور فاقد اجزای چرخش با سرعت بالا است که جریان کم آشفتگی، لامیناری یا نزدیک به لامیناری را حفظ می کند.این محیط "آرام" باعث کاهش قابل توجهی از ذرات معدنی چسبنده می شود، که به طور قابل توجهی بهبود مواد معدنی ظریف و شکننده را تسهیل می کند.

سیستم آب شویی:یک دستگاه آب شویی در بالای ستون شناور نصب شده است تا به طور موثر ذرات گانگو را که در لایه فوم جذب شده اند، بشویند و در نتیجه غلظت بالاتر را بدست آورند.

ستون شناور، از طریق تکنولوژی تولید حباب منحصر به فرد و روش تماس ضد جریان، تماس و جدایی موثر گاز را به دست می آورد،فاز های مایع و جامد به روش "نرم تر"، که عملکرد بسیار خوبی را نشان می دهد، به ویژه در هنگام پردازش مواد ذرات نازک.

چهار جهت توسعه و بهینه سازی تکنولوژی

به منظور دستیابی به یک ترکیب سه فاز کامل تر، فن آوری تهویه و مخلوط کردن مخزن شناور همچنان در حال بهبود است:

بهینه سازی مقیاس بزرگ و میدان جریان:با افزایش ظرفیت پردازش، حجم سلول های شناور در حال افزایش است. در حال حاضر ماشین های شناور فوق العاده بزرگ با ظرفیت صدها متر مکعب در حال کار هستند.این خواسته های بالاتر را در طراحی ساختار چرخ دار-استاتور و کنترل میدان جریان قرار می دهد. Numerical simulation technologies such as computational fluid dynamics (CFD) are widely used to guide equipment optimization design to ensure uniform particle suspension and gas dispersion within the huge cell.

موتورهای جدید و استاتورها:The development of various new impellers (such as backward-inclined blades and multi-stage impellers) and stators aims to achieve greater slurry pumping capacity and more ideal bubble dispersion with lower energy consumption.

 کنترل هوشمند:با نصب سنسورهای مختلف برای نظارت بر پارامترهای مانند سطح خمیر، ضخامت لایه کف و تهویه در زمان واقعی،و ترکیب بینایی ماشین و فناوری های هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل وضعیت فوماین یک جهت کلیدی برای بهبود کارایی شناور و حرکت به سمت پردازش معدن هوشمند است.