Зимние производственные проблемы: влияние низких температур на показатели флотации и соответствующие стратегии

В данной статье будет рассмотрено влияние низких температур на флотационные системы, сочетающее в себе характеристики воздействия различных типов реагентов, и систематически разъяснены стратегии зимней флотации, имеющие как теоретическое, так и практическое значение. Цель состоит в том, чтобы предоставить горным техникам строгую, точную и эффективную схему оптимизации зимней флотации.

01

Основные механизмы влияния низких температур на флотационные системы

Негативное влияние низких температур на показатели флотации вызвано не одним фактором, а рядом сложных физико-химических и гидродинамических эффектов. Понимание этих микроскопических механизмов является предпосылкой для разработки научных стратегий борьбы.

1. Ухудшение реологических свойств пульпы — увеличение вязкости и нарушение динамики

При низких температурах вязкость пульпы значительно увеличивается. Например, при флотации определенной свинцово-цинковой руды, когда температура пульпы падает с 20°C до 5°C, вязкость пульпы может увеличиться более чем на 10%.

• Нарушение динамики пузырьков:Увеличение вязкости пульпы напрямую снижает скорость всплытия пузырьков в пульпе и уменьшает эффективную скорость столкновения (т. е. вероятность минерализации) между пузырьками и частицами минералов. Согласно кинетике флотации, это приводит к уменьшению константы скорости флотации (K), увеличению времени всплытия минерала и, в конечном итоге, к снижению коэффициента извлечения.
• Адгезия пузырьков к частицам:Изменение вязкости также влияет на скорость дренирования и механическую прочность минерализованной пузырьковой пленки, что приводит к легкому отрыву крупных минералов, что еще больше снижает коэффициент извлечения крупных частиц.

2. Снижение растворимости реагентов и скорости хемосорбции — ослабление поверхностной химической активности

Низкая температура является основной причиной снижения эффективности обычных флотационных реагентов, особенно тех, растворимость которых значительно зависит от температуры.

Подавление активности собирателей:

Жирные кислоты (например, флотация несульфидных минералов):Растворимость собирателей, таких как олеиновая кислота и мыла жирных кислот, значительно снижается с понижением температуры, легко выпадая в осадок или образуя гели. Это приводит к недостаточности эффективной концентрации собирателя в жидкой фазе, затрудняя образование эффективного гидрофобного слоя на поверхности минерала, что резко ослабляет собирающую способность.

Собиратели сульфидных минералов (например, ксантат):Низкие температуры снижают уровень окисления на поверхности минералов (например, галенита), уменьшая количество поверхностно-активных адсорбционных центров и, следовательно, уменьшая количество хемосорбции собирателем. Например, адсорбционная способность ксантата галенита при 5°C значительно ниже, чем при 20°C, что приводит к снижению извлечения на 7 процентных пунктов.

Медленнодействующие депрессанты и активаторы:Большинство скоростей химических реакций (включая селективную адсорбцию депрессантов к минералам и реакцию активации активаторов) подчиняются уравнению Аррениуса. При понижении температуры константа скорости реакции (k) уменьшается, что приводит к неполному ингибированию или активации, снижению селективности сортировки и более низкому содержанию в концентрате.

Снижение эффективности пенообразователей:Очень небольшое количество пенообразователей может испытывать снижение активности или даже осаждение при низких температурах, что приводит к меньшему, более хрупкому или нестабильному объему пены, влияя на снятие концентрата и стабильность минерализованных пузырьков.

3. Примеры ухудшения показателей флотации при низких температурах

02

Практическое руководство: систематические стратегии решения проблем с показателями флотации зимой

Для решения проблем флотации, вызванных низкими температурами, следует принять систематический подход, сосредоточив внимание на двух основных аспектах: «нагрев и изоляция» и «оптимизация реагентов».

1. Стратегия обеспечения тепловой энергии: технологии нагрева и изоляции

Хотя нагрев пульпы увеличивает затраты на энергию, это необходимые инвестиции в чрезвычайно холодных регионах или для минералов, которые требуют нагрева для поддержания показателей (например, несульфидные руды).

Технико-экономические компромиссы: шахты должны рассчитать стоимость потребления энергии на отопление по сравнению с экономическими выгодами от улучшения коэффициента извлечения на основе конкретного типа руды (несульфидные руды чрезвычайно чувствительны к температуре) и требований к показателям флотации, а также выбрать наиболее экономичные и целесообразные меры по нагреву и изоляции.

2. Стратегия оптимизации реагентной системы: высокая эффективность и устойчивость к низким температурам

Оптимизация реагентной системы является основной технологией для зимнего производства без значительного увеличения затрат на отопление.

3. Стратегии точной настройки технологических параметров

• Концентрация пульпы: соответствующее снижение концентрации пульпы (увеличение разбавления) частично компенсирует увеличение вязкости, вызванное низкой температурой, улучшает реологические свойства и облегчает движение пузырьков.
• Время флотации: из-за уменьшения константы скорости флотации K, время черновой флотации следует соответствующим образом увеличить, чтобы обеспечить достаточное время минерализации для ценных минералов и поддерживать коэффициент извлечения.
• Скорость аэрации и перемешивание: соответствующее увеличение скорости аэрации и интенсивности перемешивания флотационной машины помогает преодолеть вязкое сопротивление, увеличивает дисперсию пузырьков и повышает вероятность контакта между частицами минералов и пузырьками.

03

Перспективы: тенденции развития низкотемпературной технологии флотации

В условиях все более строгих требований по охране окружающей среды и контролю затрат, исследования горнодобывающей промышленности в области низкотемпературной технологии флотации для зимы развиваются в следующих направлениях:

1. Разработка новых, высокоэффективных, устойчивых к низким температурам реагентов:В частности, композитные и амфотерные флотационные реагенты, обладающие высокой собирающей способностью, высокой селективностью и отличной растворимостью при низких температурах, являются ключевым направлением будущих исследований реагентов.
2. Интеллектуальное управление температурой пульпы:Использование передовых датчиков и технологий искусственного интеллекта (ИИ) для достижения мониторинга и прогнозирования температуры пульпы, вязкости и состояния пены в режиме реального времени в сочетании с автоматической системой дозирования реагентов обеспечивает точное и интеллектуальное управление процессом флотации.
3. Рекуперация и использование отходящего тепла:Внедрение низкосортных источников тепла (таких как отходящее тепло генератора и конденсат пара) с обогатительной фабрики или близлежащих отраслей в систему воды для измельчения для предварительного нагрева пульпы наиболее экономичным способом будет иметь решающее значение для снижения энергопотребления в зимний период.

Влияние низких температур зимой на флотационное производство многогранно и глубоко, включает в себя сложные изменения в механике жидкости, химии поверхности и механизмах действия реагентов. Успешное управление зимним флотационным производством требует от техников глубокого понимания этих механизмов и создания комплексной технической системы, которая отдает приоритет оптимизации реагентов и дополняет ее обеспечением тепловой энергией. Эта система включает в себя точную корректировку реагентов, научные меры по сохранению тепла и нагреву, а также гибкую точную настройку технологических параметров. Только таким образом можно эффективно решить проблемы зимы, обеспечив стабильные показатели обогащения полезных ископаемых и максимизируя экономические выгоды.