การเติมอากาศและการกวนเซลล์ลอยตัว: จะทำอย่างไรให้เกิดการผสมผสานที่สมบูรณ์แบบของก๊าซ ของเหลว และของแข็ง?

การลอยตัวซึ่งเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการแยกหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและแกนกลางในอุตสาหกรรมการแปรรูปแร่ธาตุที่ทันสมัยอาศัยการผสมและปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพของก๊าซของเหลวและเฟสที่เป็นของแข็งอย่างมาก เซลล์ลอยน้ำเป็นมากกว่าภาชนะที่เรียบง่าย มันเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบมัลติเฟสที่ซับซ้อนซึ่งภารกิจหลักคือการสร้างพลวัตของเหลวที่ดีที่สุดสำหรับการเผชิญหน้าการชนการยึดเกาะและการทำให้เป็นแร่ของอนุภาคแร่และฟองอากาศที่ไม่ชอบน้ำ บทความนี้จะเจาะลึกการดำเนินการหลักสองประการของเซลล์ลอยน้ำ: การเติมอากาศและการกวน มันจะอธิบายอย่างเป็นระบบว่าเอฟเฟกต์การเสริมฤทธิ์กันทั้งสองนี้บรรลุ "การผสมที่สมบูรณ์แบบ" ของเฟสก๊าซของเหลวและของแข็งเพื่อให้มั่นใจว่าการแยกแร่ที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำ

一แกนหลักของกระบวนการลอยตัว: สาระสำคัญและเป้าหมายของการผสมสามเฟส

สาระสำคัญของกระบวนการลอยตัวคือการแนะนำของอากาศ (เฟสก๊าซ) เข้าสู่สารละลายแร่ (ระบบสองเฟสของเหลวแข็ง) ผ่านปฏิกิริยาทางกายภาพและทางเคมีอนุภาคแร่เป้าหมายที่เลือกติดกับฟองอากาศทำให้เกิดฟองอากาศ ฟองเหล่านี้ขึ้นสู่พื้นผิวของสารละลายเป็นชั้นฟองที่ถูกคัดออกในขณะที่แร่ธาตุ gangue ยังคงอยู่ในสารละลายและถูกปล่อยออกมาเป็นหาง ความสำเร็จของกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับสามเงื่อนไขดังต่อไปนี้:

1 การระงับที่มีประสิทธิภาพของอนุภาคของแข็ง:ความปั่นป่วนที่เพียงพอจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอนุภาคแร่ที่มีขนาดและความหนาแน่นแตกต่างกันนั้นถูกแขวนไว้อย่างสม่ำเสมอในสารละลายป้องกันไม่ให้อนุภาคหยาบและหนักจากการตกตะกอนและทำให้มั่นใจได้ว่าอนุภาคทั้งหมดมีโอกาสสัมผัสกับฟองสบู่

2 การกระจายก๊าซที่มีประสิทธิภาพ:อากาศที่แนะนำจะต้องถูกตัดและแบ่งออกเป็นฟองขนาดเล็กขนาดเล็กที่เหมาะสมซึ่งจะกระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดเซลล์การลอยตัวเพื่อเพิ่มอินเตอร์เฟสก๊าซของเหลวและความน่าจะเป็นของการชนระหว่างฟองและอนุภาคแร่

3 สภาพแวดล้อมอุทกพลศาสตร์ที่ควบคุมได้:เซลล์ลอยน้ำจะต้องรักษาความปั่นป่วนให้เพียงพอในการส่งเสริมการระงับอนุภาคและการกระจายตัวของฟองในขณะที่หลีกเลี่ยงความปั่นป่วนที่มากเกินไปซึ่งอาจทำให้เกิดการหลุดออกจากอนุภาคแร่ที่ติดอยู่ มีความจำเป็นที่จะต้องสร้างสนามการไหลในรางที่มีทั้งโซนการกระจายพลังงานจลน์ที่ปั่นป่วนสูง (เพื่อส่งเสริมการชน) และโซนที่ค่อนข้างเสถียร (เพื่ออำนวยความสะดวกในการลอยของฟองอากาศที่ลอยอยู่ในแร่)

ดังนั้น "การผสมที่สมบูรณ์แบบ" ไม่ใช่การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันอย่างง่าย แต่หมายถึงการกระจายตัวของสามเฟสในระดับมหภาคและการสร้างความปั่นป่วนที่ควบคุมและโครงสร้างสนามการไหลที่เอื้อต่อการยึดเกาะของอนุภาคและฟองอากาศในระดับไมโคร

二เซลล์การลอยอยู่ในกลไกทางกลไก: การผสมผสานแบบคลาสสิกของการเติมอากาศและความปั่นป่วน

ปัจจุบันเซลล์ลอยน้ำที่ปั่นป่วนในปัจจุบันเป็นอุปกรณ์การลอยน้ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด องค์ประกอบหลักของพวกเขาคือระบบ impeller-stator ซึ่งรวมเอาฟังก์ชั่นทั้งสองของการเติมอากาศและความปั่นป่วนเข้าด้วยกัน

1. กวน:เครื่องสูบน้ำและกระแสน้ำวนของใบพัดขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์หมุนด้วยความเร็วสูงทำงานได้เหมือนปั๊มโดยส่วนใหญ่จะได้รับผลกระทบจากการกวนดังต่อไปนี้:

การไหลเวียนของสารละลายและช่วงล่าง:การหมุนของใบพัดสร้างแรงหมุนเหวี่ยงที่ทรงพลังดึงสารละลายออกมาจากกึ่งกลาง การดำเนินการปั๊มนี้สร้างการไหลเวียนที่ซับซ้อนภายในเซลล์เพื่อให้มั่นใจว่าสารละลายยังคงเคลื่อนไหว สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าอนุภาคที่หนาแน่นและมีขนาดใหญ่จะปั่นป่วนอย่างมีประสิทธิภาพและถูกระงับไว้

การสร้างความปั่นป่วน:การหมุนความเร็วสูงของใบพัดสร้างการไล่ระดับสีที่คมชัดและความปั่นป่วนที่รุนแรงในพื้นที่โดยรอบ (โดยเฉพาะที่ปลายใบมีด) โซนที่ปั่นป่วนสูงนี้เป็นสถานที่หลักสำหรับการแตกของฟองและการชนกันของอนุภาค

2. การเติมอากาศ: การรับรู้ตนเองและการเติมอากาศ

เซลล์ลอยน้ำที่ปั่นป่วนโดยกลไกจะถูกจัดหมวดหมู่โดยวิธีการเติมอากาศ: การกระตุ้นตนเองและการเติมอากาศ (หรือการเติมอากาศ)

เครื่องจักรลอยน้ำด้วยตนเอง (เช่นโมเดล SF):มีใบพัดที่ออกแบบมาอย่างชาญฉลาดซึ่งสร้างโซนความดันเชิงลบภายในห้องใบพัดเมื่อหมุน อากาศจะถูกดึงเข้ามาโดยอัตโนมัติผ่านท่อดูดและผสมกับสารละลายภายในห้องใบพัด เครื่องลอยน้ำประเภทนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและไม่ต้องใช้เครื่องเป่าลมภายนอก

เครื่องฟอกอากาศที่ถูกบังคับอากาศ (เช่นประเภท KYF):ผ่านเครื่องเป่าลมแรงดันต่ำภายนอกอากาศที่ถูกบีบอัดจะถูกบังคับให้เข้าไปในพื้นที่ใบพัดผ่านเพลาหลักของใบพัดหรือท่ออิสระ วิธีนี้สามารถควบคุมปริมาณอากาศได้อย่างแม่นยำไม่ได้รับผลกระทบจากความเร็วของใบพัดและระดับสารละลายและมีความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพกระบวนการโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับเครื่องจักรลอยน้ำขนาดใหญ่

3. "ตัวขับเคลื่อน-สเตเตอร์" เอฟเฟกต์การทำงานร่วมกัน

สเตเตอร์เป็นส่วนประกอบที่ติดตั้งอยู่รอบ ๆ ใบพัดโดยปกติจะมีใบพัดไกด์หรือช่องเปิด การทำงานร่วมกันกับใบพัดเป็นสิ่งสำคัญในการบรรลุ "การผสมที่สมบูรณ์แบบ":

การไหลเวียนและแนวทางของการไหล:การไหลแบบผสมของสารละลายอากาศที่ถูกโยนออกมาจากใบพัดที่ความเร็วสูงมีองค์ประกอบความเร็วสัมผัสที่แข็งแกร่งซึ่งสามารถสร้าง vortices ขนาดใหญ่ในถังได้อย่างง่ายดายทำให้เกิดความไม่แน่นอนของพื้นผิวของเหลวและส่งผลต่อความเสถียรของชั้นโฟม ใบพัดคู่มือของสเตเตอร์สามารถแปลงการไหลของสัมผัสนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นการไหลของรัศมีที่เอื้อต่อการกระจายตัวของฟองและอนุภาค

ส่งเสริมการกระจายฟอง:ผ่านเอฟเฟกต์เสถียรของการไหลของสเตเตอร์ฟองอากาศสามารถกระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดปริมาณที่มีประสิทธิภาพของถังลอยน้ำแทนที่จะเข้มข้นในบางพื้นที่

แยกความปั่นป่วน:สเตเตอร์ทำหน้าที่เป็น "สิ่งกีดขวางพลังงาน" โดยแยกพื้นที่ปั่นป่วนสูงใกล้กับใบพัดจากพื้นที่แยกและพื้นที่โฟมที่ด้านบนของถังสร้างสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างเงียบและมั่นคง

การหมุนความเร็วสูงของใบพัดบรรลุการระงับสารละลายและการดูดซับ/บดก๊าซ จากนั้นสเตเตอร์จะเสถียรและนำทางการไหลสร้างโซนไดนามิกของเหลวที่แตกต่างกันสามโซนภายในถัง: โซนผสมที่ปั่นป่วนสูง (ใกล้กับใบพัด), โซนการแยกที่ค่อนข้างเสถียร (ตรงกลางของถัง) สิ่งนี้ประสบความสำเร็จในการผสมอย่างมีประสิทธิภาพและการแยกก๊าซของเหลวและเฟสของแข็งอย่างเป็นระเบียบ

三คอลัมน์ Flotation: อีกวิธีหนึ่งที่ชาญฉลาดเพื่อให้ได้การผสมสามเฟส

ซึ่งแตกต่างจากสภาพแวดล้อมที่ปั่นป่วนอย่างรุนแรงของเซลล์ที่มีกลไกที่ปั่นป่วนคอลัมน์การลอยตัวเป็นตัวแทนของปรัชญาการออกแบบทางเลือกโดยได้รับการผสมสามเฟสผ่านการติดต่อแบบตอบโต้ในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างคงที่

แกนอากาศ - เครื่องกำเนิดฟอง:คอลัมน์ลอยน้ำขาดกลไกเชิงกล ฟังก์ชั่นการเติมอากาศและการผสมของพวกเขาขึ้นอยู่กับตัวกำเนิดฟองตั้งอยู่ที่ด้านล่าง เครื่องกำเนิดฟองสบู่ใช้อากาศที่มีแรงดันโดยใช้สื่อ microporous, การไหลของเจ็ทหรือเอฟเฟกต์ venturi เพื่อสร้างฟองอากาศจำนวนมากภายในสารละลาย microbubbles เหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในการจับแร่ธาตุที่มีประสิทธิภาพ

กลไกการติดต่อแบบโต้กลับ:สารละลายจะถูกป้อนจากกึ่งกลางด้านบนของคอลัมน์การลอยตัวและไหลลงอย่างช้าๆในขณะที่ฟองอากาศดีถูกสร้างขึ้นจากด้านล่างและเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ กลไกการติดต่อแบบเคาน์เตอร์นี้ให้เวลาในการโต้ตอบนานขึ้นและความน่าจะเป็นที่สูงขึ้นของการชนระหว่างอนุภาคและฟองสบู่

สภาพแวดล้อมที่มีความสุขต่ำ:คอลัมน์การลอยตัวขาดส่วนประกอบการหมุนความเร็วสูงรักษาความคลาดเคลื่อนต่ำลามินาร์หรือการไหลใกล้ลามินาร์ สภาพแวดล้อมที่ "เงียบสงบ" นี้ช่วยลดการหลั่งของอนุภาคแร่ที่ยึดมั่นได้อย่างมีนัยสำคัญทำให้การฟื้นตัวของแร่ธาตุที่ละเอียดและเปราะบาง

ระบบน้ำล้าง:อุปกรณ์ซักผ้าถูกติดตั้งที่ด้านบนของคอลัมน์การลอยตัวเพื่อล้างอนุภาค Gangue ที่อยู่ในชั้นโฟมอย่างมีประสิทธิภาพดังนั้นจึงได้รับสมาธิเกรดสูงขึ้น

คอลัมน์การลอยน้ำผ่านเทคโนโลยีการสร้างฟองที่เป็นเอกลักษณ์และวิธีการติดต่อแบบโต้กลับได้รับการติดต่ออย่างมีประสิทธิภาพและการแยกก๊าซเฟสของเหลวและของแข็งในวิธี "อ่อนโยน" มากขึ้นแสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อประมวลผลวัสดุที่ละเอียด

四การพัฒนาเทคโนโลยีและทิศทางการเพิ่มประสิทธิภาพ

เพื่อที่จะติดตาม "การผสมสามเฟส" ที่สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้นการเติมอากาศและเทคโนโลยีกวนของถังลอยยังคงได้รับการปรับปรุง:

การเพิ่มประสิทธิภาพสนามขนาดใหญ่และการไหล:ด้วยความสามารถในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นปริมาณของเซลล์ลอยก็เพิ่มขึ้น ปัจจุบันเครื่องจักรลอยน้ำขนาดใหญ่ที่มีความจุหลายร้อยลูกบาศก์เมตรเปิดใช้งาน สิ่งนี้ทำให้ความต้องการที่สูงขึ้นในการออกแบบโครงสร้างตัวขับเคลื่อนตัวขับเคลื่อนและการควบคุมสนามการไหล เทคโนโลยีการจำลองเชิงตัวเลขเช่นการเปลี่ยนแปลงของของเหลวในการคำนวณ (CFD) ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อเป็นแนวทางในการออกแบบการปรับแต่งอุปกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าการระงับอนุภาคที่สม่ำเสมอและการกระจายตัวของก๊าซภายในเซลล์ขนาดใหญ่

ใบพัดใหม่และสเตทเตอร์:การพัฒนาของใบพัดใหม่ที่หลากหลาย (เช่นใบมีดที่มีการย้อนกลับและใบพัดหลายขั้นตอน) และสเตเตอร์มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ได้ความสามารถในการสูบน้ำที่มีสารละลายมากขึ้น

 การควบคุมอัจฉริยะ:ด้วยการติดตั้งเซ็นเซอร์ต่าง ๆ เพื่อตรวจสอบพารามิเตอร์เช่นระดับสารละลายความหนาของชั้นโฟมและการเติมอากาศแบบเรียลไทม์และการรวมการมองเห็นของเครื่องจักรและเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์เพื่อวิเคราะห์สถานะโฟมการควบคุมการเพิ่มประสิทธิภาพโดยอัตโนมัติ นี่คือทิศทางสำคัญสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพการลอยตัวและการย้ายไปสู่การประมวลผลแร่อัจฉริยะ