Wat is een flotatiecircuit en hoe werkt het? Een handleiding voor de fabrikant

Als je op de bedieningsvloer van een koper-, lood-zink- of fosfaatconcentrator staat, zie je hetzelfde tafereel: lange rijen rechthoekige tanks, die allemaal donkere pulp karnen onder een laag met mineralen bedekt schuim, verbonden door wasserettes, pijpen en pompen. Dat gearrangeerde systeem is het flotatiecircuit.

Om de vraag direct te beantwoorden: een flotatiecircuit is een geplande opeenvolging van flotatiecellen en ondersteunende apparatuur, waaronder conditioneringstanks, ventilatoren, pompen, wassers en verdikkingsmiddelen, waar fijngemalen erts in gedefinieerde fasen doorheen stroomt. Waardevolle mineraaldeeltjes hechten zich aan luchtbellen, stijgen op tot schuim en worden als concentraat afgeroomd, terwijl ongewenste ganggesteentedeeltjes nat blijven, zinken en als residuen de plant verlaten.

De volgorde is belangrijker dan welke machine dan ook. Ruwe cellen zorgen voor het eerste herstel, aasetercellen ruimen op wat de ruwers hebben gemist, en schonere cellen waarderen het schuim op tot een kwaliteit waar een smelterij of chemische fabriek daadwerkelijk voor zal betalen. Een goed georganiseerd circuit wint routinematig 85 tot 95 procent van het waardevolle metaal in een erts terug. Een slecht geregeld systeem kan meerdere procentpunten metaal, vaak de hele winstmarge, in de residuendam laten begraven.

In deze gids wordt uitgelegd wat elk onderdeel van het circuit doet, waarom de fasen zijn gerangschikt zoals ze zijn, hoe machines voor elke taak worden geselecteerd en wat u moet voorbereiden voordat u apparatuur bestelt. Het is geschreven vanuit het standpunt van een fabrikant die deze systemen ontwerpt, bouwt, installeert en in bedrijf stelt als complete mineraalverwerkingsinstallaties.

Wat een flotatiecircuit eigenlijk is

Een flotatiemachine en een flotatiecircuit zijn niet hetzelfde, en het onderscheid heeft reële gevolgen als u apparatuur aanschaft. Een flotatiemachine is een enkele geagiteerde tank die lucht in pulp verspreidt. Een flotatiecircuit is de volledige indeling van die tanks in fasen, samen met alles wat pulp en schuim ertussen beweegt. Als u een machine koopt, krijgt u één werkstation; Door een circuit te ontwerpen, krijgt u een productielijn met zijn eigen kwaliteitscontrolelussen.

Een compleet circuit bevat normaal gesproken deze elementen:

• Conditionerings- en mengtanks, waarbij het gemalen erts in contact wordt gebracht met verzamelaars, opschuimers en modifiers voordat de flotatie begint.
• Een ruwere bank, dat wil zeggen meerdere cellen die in serie zijn geschakeld, die de vers gemalen pulp accepteert.
• Een afvalbank die de ruwere residuen behandelt voordat ze worden weggegooid.
• Eén of meerdere schonere fasen die het grovere schuim opwaarderen, soms met een maalstap ertussen.
• Pompen, wasserettes en pijpleidingen die pulp, schuim en circulerende middenproducten van podium naar podium verplaatsen.
• Een luchtsysteem: zelfaanzuigende machines zuigen hun eigen lucht aan, terwijl luchtgedreven machines worden gevoed door speciale ventilatoren.
• Stroomafwaartse verdikkingsmiddelen die concentraten en residuen bezinken en geklaard water teruggeven aan de plant.

Het woord "circuit" beschrijft de lussen binnen deze opstelling. Niet elk deeltje drijft de eerste keer correct, dus tussenproducten, de zogenaamde tussenproducten, worden teruggepompt naar eerdere stadia en passeren sommige cellen meer dan eens. Een circuit is dus nooit een rechte lijn; het is een netwerk met gecontroleerde recirculatie, en dat netwerk maakt van een chemisch scheidingsprincipe een stabiel, dagelijks productieresultaat.

Deze drie rollen komen voor in bijna elke metaalsulfideconcentrator ter wereld, van enkele tonnen per dag tot tienduizenden. Wat tussen planten verandert, is het aantal cellen in elke fase, de grootte van de cellen en hoe agressief de stadia naar herstel of naar graad worden geduwd.

Hoe het schuimflotatieproces in elke cel werkt

Flotatie is een oppervlaktechemieproces, vermomd als zware industrie. Voordat het circuit iets kan doen, moet het erts zo fijn worden gemalen dat waardevolle minerale korrels worden gescheiden of vrijgemaakt uit het omringende afvalgesteente. In veel sulfidecircuits betekent dit een maling van ongeveer 55 tot 80 procent die 74 micron passeert, geproduceerd door een kogelmolen die in een gesloten circuit werkt met een classificator. Als de deeltjes nog steeds met elkaar verbonden zijn, kan geen enkel reagensschema op aarde de waarde er netjes uit laten drijven.

Vervolgens komt conditionering. De pulp wordt in mengtanks geroerd terwijl reagentia worden toegevoegd. Verzamelaaren adsorberen waardevolle mineralen aan de oppervlakken en maken ze waterafstotend, wat de essentiële truc is. Kalmerende middelen doen het tegenovergestelde voor de mineralen die je wilt achterlaten, waardoor ze nat en passief blijven. Modificatoren zoals kalk bepalen de pH van de pulp zodat al deze chemicaliën zich gedragen zoals bedoeld.

In de flotatiecel zelf verdeelt een roterende waaier de binnenkomende lucht in miljoenen fijne belletjes en houdt de pulp zwevend. Er gebeuren dan drie dingen snel achter elkaar: bellen botsen met deeltjes, hydrofobe deeltjes hechten zich aan de bellenfilm en de geladen bellen stijgen door de pulp naar een schuimlaag aan het oppervlak. Het schuim is niet zomaar schuim; het is een werkzone waar meegevoerd water en zwak vastgehechte ganggesteentedeeltjes weer naar beneden stromen, waardoor de kwaliteit van wat overblijft toeneemt. Gemineraliseerd schuim stroomt als concentraat over het wasgoed aan de bovenkant van de cel, terwijl afgewezen deeltjes de onderkant of zijkant van de machine verlaten als residuen.

De chemie bepaalt wat kan drijven. Een klassiek voorbeeld is sphaleriet, het zinkertsmineraal: gewone sulfideverzamelaars raken het nauwelijks aan totdat kopersulfaat het oppervlak activeert bij een pH van ongeveer 10,5 tot 11. Pyriet wordt daarentegen in veel circuits vastgehouden door simpelweg de kalkdosering hoog te houden. Dit is de reden waarom twee fabrieken die verschillende ertsen drijven er qua hardware bijna identiek uit kunnen zien en zich in de praktijk compleet anders gedragen.

Ruwer, aaseter, schoner, herreiniger: de vier fasen van een flotatiecircuit

Conclusie eerst: de fasen bestaan omdat herstel en graad in tegengestelde richtingen werken. Een cel kan alles snel pakken, met een lage kwaliteit, of de tijd nemen en iets schoons produceren, met een lage opbrengst. Het circuit verdeelt dit conflict over afzonderlijke fasen, zodat elke fase kan worden geoptimaliseerd voor één enkele taak.

Ruw stadium

De ruwere bank ontvangt de verse, geconditioneerde pulp en is ontworpen voor snelheid en volledigheid van herstel in plaats van voor kwaliteit. Ruw concentraat is meestal een middelmatig product, veel te laag van kwaliteit om te verkopen, maar het bevat het grootste deel van de waarde die uiteindelijk de fabriek zal verlaten. Ruwe cellen werken daarom met ondieper schuim en agressieve beluchting.

Het stadium van de speurtocht

De aaseterbank behandelt alles wat de ruwers hebben afgewezen. Het concentraat is mager, dus het wordt teruggepompt naar ruwvoer of opgenomen in de schonere stroom in plaats van verzonden. Het enige doel van de aaseter is ervoor te zorgen dat de uiteindelijke residuen echt afval zijn. Op een slecht afgestelde fabriek kun je in de aaseter letterlijk geld het gebouw zien verlaten, omdat alle waarden die het mist voorgoed verdwenen zijn.

Schonere en opnieuw schonere fasen

Reinigers nemen het ruwere schuim en verbeteren het. Het schuim is hier dieper, de verblijftijden per ton zijn langer en er wordt soms waswater aan het schuimoppervlak toegevoegd om meegevoerd ganggesteente terug in de pulp te drijven. Strikte concentraatspecificaties, of fijnkorrelige ertsen, kunnen een tweede reinigingsfase, de nareiniger, of een maalmolen tussen voorbewerken en reinigen rechtvaardigen, zodat composietdeeltjes opnieuw een kans krijgen om vrij te komen.

Middelmatige en circulerende ladingen

Elk tussenproduct dat achteruit loopt, is een tussenproduct. Circulerende belastingen van tientallen procenten zijn normaal in flotatie-installaties, en de pompen en wasserettes moeten er vanaf dag één op afgestemd zijn. Wanneer operators zeggen dat een circuit 'stabiel' is, bedoelen ze meestal dat deze lussen een evenwicht hebben bereikt: wat rondgaat, komt met een constante snelheid rond.

Circuitconfiguraties en flotatiemachineselectie

De configuratie is het skelet van de plant en wordt gekozen uit het erts, niet uit een catalogus. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de configuraties die we het vaakst ontwerpen bij EPC-werk voor de verwerking van mineralen.

In elke fase worden de cellen in serie geschakeld, zodat de pulp elke machine beurtelings ziet. Wanneer het tonnage groeit, wordt de stroom verdeeld over parallelle oevers, omdat een enkele oever óf enorme cellen nodig zou hebben óf de verblijftijd zou opgeven. Het op orde krijgen van de rekenkundige berekeningen van de bank is eenvoudig zodra de vereiste verblijftijd bekend is, en het is de meest gebruikelijke berekening achter een beursnotering.

De machineselectie volgt dan de plicht. Zelfaanzuigende machines, zoals de typen SF, BF, GF en JJF, creëren hun eigen luchtaanzuiging in de waaierzone. Dat elimineert het blaassysteem voor die cellen en laat, in de cel-tot-cel-opstelling, schuim door de zwaartekracht stromen tussen machines zonder schuimpompen. Ze zijn zeer geschikt voor installaties met een gemiddeld tonnage en voor schonere taken waarbij elke cel op een andere schuimdiepte en -niveau wordt gebruikt.

Luchtgedreven machines, zoals de XCF- en KYF-types, ontvangen lagedruklucht van blowers in plaats van deze aan te zuigen. De waaier draait op een lagere omtreksnelheid, wat slijtage vermindert en geschikt is voor grote tankvolumes. In de gepaarde opstelling kunnen XCF-cellen schuim onttrekken aan aangrenzende KYF-cellen, zodat een gecombineerde bank helemaal geen tussenliggende schuimpompen nodig heeft. Bij grote ruw- en aaseterwerkzaamheden bespaart dit apparatuur, vloeroppervlak en onderhoudsuren.

Speciale pulpsoorten vereisen speciale machines. Grove deeltjesgroottes en hogere pulpdichtheden, die voorkomen bij bepaalde herbehandeling van residuen en niet-metalen toepassingen, vereisen machines die zijn ontworpen rond een sterkere ophanging, zoals het CLF-type. Dezelfde logica geldt tot ver buiten de metaalsulfiden: fosfaatgesteente, potas en andere industriële mineralen drijven ook, en ons project voor het flotatie-apparaat voor fosfaatgesteente voor een grote kunstmestgroep volgde precies dezelfde, ruwere-scavenger-cleaner-redenering met een compleet ander reagensschema.

Een snel maatvoorbeeld laat zien hoe configuratie en hardware samenkomen. Een concentrator die 3.000 ton erts per dag behandelt met ongeveer 33 procent vaste stof, stuurt ongeveer 300 kubieke meter pulp per uur naar de beurs. Als uit het testwerk blijkt dat de ruwers acht minuten verblijftijd nodig hebben, heeft het podium ongeveer 40 kubieke meter effectief volume nodig, wat vier cellen van 10 kubieke meter of twee cellen van 20 zou kunnen zijn. De berekening van de aaseters volgt hetzelfde patroon, en de schoonmakers worden gedimensioneerd op basis van de hoeveelheid krachtvoer in plaats van de hoeveelheid voer.

Wat het circuit voedt en wat het verlaat

Stroomopwaarts is het circuit slechts zo goed als de voervoorbereiding. De maalfase, doorgaans een kogelmolen van het natte roostertype, afgesloten met een spiraalvormige classificator of hydrocycloon, stelt de deeltjesgrootteverdeling in die flotatie moet verwerken. Als de classificatie verschuift en grove korrels er doorheen glippen, komen ze terecht in de ruwere cellen waar bellen ze niet kunnen optillen, en rapporteren ze rechtstreeks aan de residuen. Dit is de reden waarom ervaren operators de classificator bijna net zo goed in de gaten houden als het schuim.

Tussen malen en flotatie zit conditionering, de meest onderschatte stap in de fabriek. Collectoren hebben minuten contacttijd nodig om goed te kunnen adsorberen, en dichte pulp moet volledig in suspensie blijven zodat elk deeltje reagens kan zien. Bij projecten waarbij dichte of stroperige pulpsoorten worden verwerkt, specificeren we een hooggeconcentreerde roering vóór de cellen, juist omdat een slecht geconditioneerd voer stroomafwaarts niet kan worden gered, hoe goed de machines ook zijn.

Stroomafwaarts moeten beide producten worden verwerkt. Het concentraat stroomt naar een verdikkingsmiddel, gewoonlijk een centraal aandrijvend type, waar vaste stoffen bezinken en de onderstroom de filtratie voedt voorafgaand aan het smelten of de chemische verwerking. De residuen worden ook dikker en het teruggewonnen water keert terug naar de plant. De waterbalans verdient echte technische aandacht: in droge omgevingen en omgevingen met zoutmeren, waar we grootschalige meng- en scheidingsapparatuur voor potas en lithium bouwen, is elke gerecycleerde kubieke meter water dat de locatie niet ergens anders hoeft in te pompen.

Bedrijfsparameters die beslissen over herstel

Een operator bestuurt effectief twee hefbomen: scheikunde en natuurkunde. Chemie omvat reagensdoseringen en pH. De natuurkunde omvat dichtheid, schuimdiepte, luchtsnelheid en niveau. In de onderstaande tabel worden de parameters vermeld die er het meest toe doen, met bereiken die eerder typische uitgangspunten zijn dan universele antwoorden.

Eén principe uit operationele ervaring weegt zwaarder dan elk getal: stabiliteit wint het van perfectie. Een voedingsdichtheid die meerdere punten afwijkt, verplaatst alles stroomafwaarts, inclusief de schuimtextuur, niveaus en vraag naar reagentia. Planten die de pulpdichtheid en -stroom in het voedingscircuit meten en de drift vroegtijdig corrigeren, herstellen veel gemakkelijker dan planten die de cellen aanpassen nadat de schade zichtbaar is in het testlaboratorium. Consistente dosering door gekalibreerde pompen en een geschreven logboek van het verschijnen van schuim tegen de testresultaten zullen meer bijdragen aan het herstel over een jaar dan welke enkele heroïsche verschuiving dan ook.

Hoe circuitprestaties worden gemeten: graad, herstel en de afweging

Twee cijfers beschrijven een flotatiecircuit. Kwaliteit is het metaalgehalte van het concentraat, uitgedrukt als percentage. Terugwinning is het aandeel metaal in de voeding dat aan dat krachtvoer rapporteert. Een plant kan een uitstekende kwaliteit en een slecht herstel hebben, of omgekeerd, en het verschil daartussen is waar het circuitontwerp zijn geld verdient.

De terugwinning wordt berekend op basis van de formule voor twee producten: Het terugwinningspercentage is gelijk aan c vermenigvuldigd met (f min t), gedeeld door f vermenigvuldigd met (c min t), maal 100, waarbij f de voerkwaliteit is, c de krachtvoerkwaliteit is en t de residuenkwaliteit is. Neem een ​​kopercircuit met een toevoerkwaliteit van 1,0 procent, een concentraat van 25 procent en 0,08 procent in de uiteindelijke residuen. De berekening levert 25 maal 0,92 op, gedeeld door 1,0 maal 24,92, wat neerkomt op ongeveer 92,3 procent herstel. Dat ene cijfer, dat dagelijks wordt bijgehouden, vertelt het management of het circuit zijn ontwerpprestaties behoudt.

De deeltjesgrootte verklaart veel tekortkomingen in het herstel. Bubbels vervoeren middelgrote deeltjes efficiënt; grove deeltjes laten los onder hun eigen gewicht, en fijn slijm volgt water in het schuim of weigert zich helemaal te hechten.

De wisselwerking volgt direct: het verhogen van de kwaliteit, met dieper, schoner schuim en strengere reagenscontrole, kost meestal wat herstel, en het najagen van elk laatste deeltje kost klasse. Schonere stadia, een hermaling tussen voorbewerken en schoonmaken, en een betere classificatie stroomopwaarts zijn de manieren waarop een fabriek beide tegelijk koopt. Dit zijn ontwerpbeslissingen, geen aanpassingen per ploeg, en dat is precies de reden waarom het configuratiegedeelte van deze handleiding belangrijker is dan welke bedieningstip dan ook.

Veelvoorkomende problemen met flotatiecircuits en praktische oplossingen

De meeste circuitproblemen kondigen zichzelf aan in het schuim voordat ze in de tests verschijnen. De onderstaande kaarten koppelen de zes symptomen waar we het vaakst naar vragen, met hun gebruikelijke oorzaken en de acties die daadwerkelijk werken.

Een patroon dat de moeite waard is om te onthouden: terugkerende problemen in de cellen zijn meestal terug te voeren op de stroomopwaartse classificatie of de variabiliteit van de voeding, en niet zozeer op de flotatiemachines zelf. Het in één keer oplossen van de oorzaak is beter dan het bij elke ploegendienst aanpassen van de symptomen. Dit is de reden dat onze inbedrijfstellingsteams altijd beginnen bij het lossen van de fabriek en vooruit werken.

Van testwerk tot een draaiende fabriek

Een flotatiecircuit is ontworpen op basis van gegevens en het gegevenspad is goed ingeburgerd. Batchflotatietests op boorkern- of kanaalmonsters stellen vast welke reagentia werken en hoe snel het mineraal drijft. Tests met een vergrendelde cyclus simuleren vervolgens de circulerende middenwaarden van een echte plant, waarbij de cijfers en herstelcijfers worden onthuld die feitelijk duurzaam zijn in plaats van de flatterende cijfers van een enkele doorgang. Voor grotere investeringen bevestigt een pilotcampagne de verblijftijden en het schuimverwerkingsgedrag op betekenisvolle schaal.

Deze resultaten vertalen zich rechtstreeks in de hardware: fase-voor-fase verblijftijden, celvolumes, machinetypes, ventilator- en pomptaken, en de meng- en verdikkingsapparatuur rond de cellen. Het leveren van dit als één pakket is wat mineraalverwerking EPC in de praktijk betekent, en daarom loopt onze productlijn van breken en malen tot agitatie, flotatie, verdikken en uitlogen, zodat geen enkel podium door giswerk op maat wordt gemaakt om te passen bij de apparatuur van een andere leverancier.

Bestaande circuits worden ook opnieuw opgebouwd, en vaak komt de snelste herstelwinst in een fabriek voort uit het opnieuw configureren van cellen in plaats van ze toe te voegen. Ertsen veranderen naarmate de mijnen dieper gaan, en een circuit dat tien jaar geleden werd ontworpen, reinigt nu misschien een andere mineralogie. Ons technisch hervormingsproject voor de zinkflotatie van 3.000 ton per dag is een typisch geval: dezelfde locatie, dezelfde algemene uitrustingsklasse, een nieuwe configuratie en reagenslogica afgestemd op het huidige erts.

De inbedrijfstelling volgt dan een volgorde die door ervaring routine wordt: mechanische montage, watertesten, eerst ertstoevoer, vervolgens reagens- en niveau-afstelling totdat het circuit zijn ontwerpherstel behoudt. Planten die realistisch budgetteren voor deze afstemmingsperiode bereiken ongekende prestaties zonder drama; fabrieken die de inbedrijfstelling als een bijzaak beschouwen, betalen dit meestal in de eerste maanden met gemiste productie.

Wat u moet controleren voordat u drijfapparatuur bestelt

Offertes voor apparatuur kunnen er op papier identiek uitzien, maar in de fabriek heel anders presteren. Op basis van wat we zien als klanten bij ons komen na een moeilijke aankoop, scheiden deze controles een goede inkoop van dure lessen:

1. Bevestig de ertsgegevens achter het ontwerp. Vraag naar de recente analyses, mineralogie en deeltjesgrootteverdelingen die de leverancier heeft gebruikt, en zorg ervoor dat deze uw erts beschrijven en geen veronderstelling zijn.
2. Vraag naar effectief volume, niet naar tankvolume. Dode hoeken en vervormde stromingspatronen verkorten de werkelijke verblijftijd, en het verschil kan stilletjes enkele procenten van het herstel kosten.
3. Stem het machinetype af op de deeltjesgrootte en de pulpdichtheid. Voor grove, dichte pulp zijn machines nodig die daarvoor zijn ontworpen, en niet een cel voor algemeen gebruik met een grotere motor erop.
4. Controleer de fabricagematerialen. Waaiers, diffusors, assen en voeringen bepalen de levensduur van de slijtage; bevestig rubber- of polyurethaanspecificaties en verwachte vervangingsintervallen.
5. Controleer het luchtsysteem. Controleer voor luchtgeforceerde banken de afmetingen van de ventilator, de drukmarge en de standby-capaciteit, omdat het herstel stopt wanneer de lucht stopt.
6. Bevestig de beschikbaarheid van slijtageonderdelen en de leveringsvoorwaarden voordat u ondertekent, en niet nadat de eerste set versleten is.
7. Dring aan op ondersteuning bij installatie en inbedrijfstelling met gedefinieerde mijlpalen, inclusief hulp bij eerste voeding en hersteltuning.
8. Vraag referenties op over dezelfde ertssoort en neem ook daadwerkelijk contact met hen op. Tien minuten aan de telefoon met een werkende fabriek is meer waard dan welke brochure dan ook.

Wat onze kant betreft: de fabriek in Zhuji, Zhejiang, heeft tientallen jaren besteed aan het bouwen van hydrometallurgische en veredelingsapparatuur, exploiteert een onderzoeks- en ontwikkelingscentrum met ongeveer 200 test- en productiemachines, werkt onder het ISO9001-kwaliteitsmanagementsysteem en verzendt meer dan 25.000 ton metalen constructies en producten per jaar. Projecten op het gebied van koper, zink, molybdeen, fosfaat, potas en lithium, zowel in China als in Zuidoost-Azië, het Midden-Oosten en Afrika, geven ons een referentielijst die we elke potentiële klant aanmoedigen om te controleren.

Veelgestelde vragen over flotatiecircuit

Als u een nieuwe concentrator plant, of een bestaand circuit rond een veranderd erts herbouwt, is de snelste volgende stap een technisch gesprek, ondersteund door gegevens. Stuur de basisgegevens, dat wil zeggen doeldoorvoer, hoofdtest, mineraalsamenstelling, verwachte maalgrootte en concentraatspecificatie, en er kan een fase-voor-fase circuitvoorstel worden opgesteld met berekeningen van de verblijftijd, machineselectie en een lay-out die bij uw locatie past. Dat voorstel, in plaats van een catalogus, vertelt je wat het circuit daadwerkelijk met je erts gaat doen.