О действии аэраторов флотационных машин

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

О действии аэраторов флотационных машин

08.10.2020

Основные гидродинамические закономерности работы импеллеров приведены в работах Митрофанова, Малиновского, Классена, Рыбакова и Рундквиста, Мишурина и Евсиовича, Медведева и Кашкарова.

На рис. 297 показаны основные эмпирические закономерности, полученные при наиболее многочисленных испытаниях (лабораторных, стендовых и промышленных) машин механического типа с радиальным импеллером (необходимо подчеркнуть, что отмеченные этими исследованиями зависимости могут сильно изменяться даже при незначительных нарушениях гидродинамического подобия и при изменении конструктивных деталей машин). Во всех случаях приняты следующие условные обозначения:

Qп — количество пульпы, поступающей на импеллер;

Qа — количество воздуха, засасываемого импеллером;

N — мощность, затрачиваемая на вращение импеллера;

u2 — окружная скорость импеллера;

Нп — высота уровня пульпы над импеллером;

D — диаметр импеллера.

Окружная скорость импеллера и количество засасываемого им воздуха (рис. 297, а) находятся в прямой зависимости. Примерно в такой же степени изменяется расход мощности на вращение импеллера, так что «энергетическая стоимость» воздуха при увеличении окружной скорости импеллера не только не возрастает, но даже несколько снижается. Однако эта зависимость сохраняется до известного предела величины u2. При слишком большом ее значении увеличивается расход энергии на излишнее (избыточное) перемешивание пульпы. Как показано ранее, при определенном, чрезмерно интенсивном перемешивании пульпы дисперсность воздуха перестает возрастать. Поэтому интенсифицировать работу флотационной машины только за счет увеличения окружной скорости импеллера можно лишь до известного предела.

Плотность пульпы однозначно влияет на работу импеллера (рис. 297, б); с увеличением плотности пульпы снижается количество воздуха и возрастает расход мощности. Поэтому «энергетическая стоимость» воздуха с увеличением плотности пульпы возрастает.

Для работы импеллера важно не только среднее значение плотности пульпы, находящейся в камере. Особую роль играет плотность пульпы в зоне импеллера и вязкость пульпы. Поэтому характеристика крупности минеральных частиц пульпы также не может не влиять на гидродинамические условия работы импеллера. В частности, при более крупнозернистой пульпе оптимальная плотность ее должна быть несколько меньше, чем при тонкоизмельченной руде. Столь же важна глубина машины, отражающаяся на увеличении плотности пульпы в нижней зоне импеллера.

Количество пульпы, поступающей на импеллер, — один из важнейших факторов, определяющих работy импеллера. Положение осложняется тем, что на количество воздуха, засасываемого импеллером, влияет не только расход пульпы, поступающей на импеллер, но и место подачи этой пульпы.

В том случае, когда вся пульпа поступает в осевую зону импеллера (например, через центральную трубу), имеется определенный оптимум Qп, обеспечивающий наибольший расход воздуха и минимальную его «энергетическую стоимость». Большое количество пульпы, поступающей в осевую зону импеллера, полностью прекращает засасывание им воздуха: импеллер «захлебывается» (рис. 297, в).

При подаче пульпы на наружные участки импеллера с увеличением расхода пульпы количество воздуха, засасываемого импеллером, возрастает до значительно больших пределов, чем в первом случае (см. рис. 297, г и д). Поэтому для усовершенствования флотационных машин механического типа все шире применяется устройство, когда пульпа поступает на периферическую зону импеллера.

Отмеченная зависимость объясняется тем, что при подаче пульпы на периферическую часть импеллера внутренние участки лопастей остаются свободными и могут при гораздо больших Qп захватывать воздух. Однако такое объяснение не может считаться достаточно научным, так как оно не вскрывает природы гидродинамики процессов, происходящих в импеллере.

Описанная зависимость подтверждает высказанное выше мнение о том, что диспергирование воздуха у машин механического типа происходит не внутри импеллера, а в выбрасываемой им пульпе.

Влияние высоты уровня пульпы над импеллером (рис. 297, е) на расход воздуха и потребляемую мощность весьма существенно. С известным приближением между Hп, одной стороны, и Qв и N, с другой, имеется определенная зависимость.
О действии аэраторов флотационных машин

При расположении импеллера в верхней зоне ванны расход воздуха при дальнейшем приближении импеллера к уровню пульпы начинает заметно снижаться. Слишком мелкое расположение импеллера имеет и другие отрицательные стороны, а именно:

1) время пребывания пузырьков в пульпе в этом случае может стать настолько небольшим, что эффективность минерализации их поверхности снизится в гораздо большей степени, чем возрастет эта поверхность (этим снижается и интенсивность флотации);

2) отношение объема флотируемой пульпы к ее поверхности может настолько снизиться, что: а) ухудшатся условия ценообразования; б) резко возрастет площадь, необходимая для размещения флотационных машин;

3) вследствие ухудшения условий очистки поверхности всплывающих пузырьков от частиц, менее подготовленных к флотации, качество концентрата у машин с чрезмерно мелким погружением импеллера значительно снижается.

Поэтому глубина погружения импеллера в пульпу имеет определенное оптимальное значение.

Влияние пенообразователя на условия работы импеллера очень интересно. Опытные данные показывают, что по мере увеличения концентрации пенообразователя количество воздуха, засасываемого импеллером, незначительно, но совершенно закономерно снижается (рис. 297, ж, з). До сих пор четко не установлены причины такого явления, и приходится ограничиваться лишь предположениями, наиболее вероятными из которых являются следующие:

1) с увеличением расхода пенообразователя уменьшаются размеры пузырьков воздуха, что увеличивает вероятность их повторного засоса импеллером с циркулирующей пульпой; таким образом вспениватель вызывает повышенную циркуляцию воздуха в машине за счет снижения засасывания свежего воздуха;

2) уменьшение пенообразователем поверхностного натяжения воды может привести к повышенной кавитации в импеллере,

что всегда уменьшает количество засасываемого импеллером свежего воздуха.

О влиянии пенообразователя на расход мощности исследователи приводят разноречивые данные.

В одном случае пенообразователь уменьшает расход энергии (рис. 297, ж), в другом — увеличивает его (рис. 297, з). Это противоречие может быть объяснено различной конструкцией импеллеров, испытывавшихся в обоих случаях. В принципе уменьшение поверхностного натяжения воды и увеличение содержания в пульпе пузырьков должны уменьшать расход энергии.

Условия выхода пульповоздушной смеси из импеллера играют очень важную роль при определении его аэрационных возможностей. Если потоки встречают на своем пути какую-либо преграду (то ли в виде турбулентной зоны, то ли в виде твердой стенки), то производительность импеллера по воздуху резко снижается. Это очевидное положение подтверждается следующим.

Если между импеллером и стенками камеры слишком небольшое расстояние, то производительность импеллера резко снижается. Опыты показывают, что с увеличением сечения камеры при сохранении размера и условий работы импеллера постоянными расход воздуха возрастает. Однако слишком далеко в этом направлении идти нельзя, потому что в спокойных периферийных зонах начинается осаждение песков. Следовательно, предел удаления стен камеры от импеллера обусловливается крупностью и удельным весом материала, а также перемешивающим действием импеллера, характеризуемым Qп и u2.

Следует предполагать возможность значительного улучшения работы импеллера путем установки различных направляющих, помогающих осуществить быстрый, безударный вывод пульпы из импеллера. Уменьшение турбулентности потоков пульпы непосредственно около импеллера может сопровождаться перенесением вихрей в более отдаленные области. Поэтому диспергирование воздуха может не ухудшиться сколько-либо существенно. Конечно, и в данном случае нельзя терять чувства меры и в целях увеличения Qв жертвовать условиями диспергирования воздуха.

Примером улучшения условий выхода пульпы из импеллера является аэратор Механобра.

Установленные на статоре лопасти-отбойники отводят пульпу от импеллера, являясь своеобразным направляющим аппаратом. Большую роль играет угол наклона лопастей. Особенно четкие данные получены при испытаниях самой крупной машины Механобр-7 (объем камеры 5,8 м3). Влияние угла наклона лопастей направляющего аппарата приведено на рис. 298. Для аэрации пульпы важно то, что наклонные лопасти отводят вихри от импеллера и облегчают выход из него пульпы. При этом неизбежно снижается вихреобразование и, следовательно, дисперсность пузырьков воздуха (что и отмечается при эксплуатации машин данного типа). Ho это с лихвой перекрывается возрастанием расхода воздуха.

Добавочный воздух, подаваемый в импеллер сверх того количества, которое импеллер засасывает, может существенно интенсифицировать флотацию. Высказанное в свое время Малиновским предположение, что импеллер может диспегировать только то количество воздуха, которое засасывает сам, по-видимому, не во всех случаях правильно. Опыты показывают, что добавочный воздух при условии правильного метода его по дачи влияет на флотацию положительно. Очевидно, степень этого положительного влияния зависит от конструкции самого импеллера; чем больше воздуха засасывает сам импеллер, тем менее эффективен добавочный воздух. Избыточные количества добавочного воздуха могут заметно ухудшить аэрацию пульпы.

Подача добавочного воздуха не в импеллер, а в окружающую его пульпу (особенно при условии предварительного диспергирования воздуха), является вполне приемлемым методом улучшения аэрированности пульпы. Однако его эффективность также должна снижаться по мере увеличения количества воздуха, засасываемого импеллером.

Форма лопастей импеллера представляет далеко недостаточно изученный фактор, оказывающий значительное влияние на работу импеллера. В свое время Митрофанов поднял вопрос о целесообразности применения (по аналогии с насосами) изогнутых лопастей импеллера. Опыты как будто показали, что такие лопасти не дают решающих преимуществ по сравнению с прямыми радиальными. Однако результаты этих опытов не являются окончательными и лишь убеждают в том, что изменять форму лопастей надо в тесной взаимосвязи с изменением конструкции остальных параметров импеллера и скорости его вращения. Применение лопастей сплошного профиля, импеллеров турбинного типа должно, по всей вероятности, явиться объектом ряда специальных исследований.

Гидродинамика работы аэраторов механического типа подробно исследована в последнее время Медведевым и Кашкаровым.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: