Vysvětlení flotace mědi: Průvodce procesem, vybavením a optimalizací

Vejděte do jakékoli měděné huti a podívejte se na koncentrát přijíždějící k bráně; častěji než ne, že koncentrát existuje kvůli flotaci. Flotace mědi je metoda zpracování minerálů, která odděluje minerály obsahující měď od odpadní horniny využitím rozdílů v povrchové hydrofobnosti. Namísto tavení celé hory rudy produkuje flotace vysoce kvalitní koncentrát obsahující 20–30 % mědi z rudy ROM s pouhými 0,3–1 % mědi. Je to jediný nejdůležitější krok modernizace mezi dolem a hutí.

Proces je koncepčně jednoduchý: ruda se mele na prášek, mísí se s vodou a činidly a provzdušňuje se ve flotačních buňkách. Částice mědi jsou pomocí sběrače učiněny vodoodpudivými, přichycují se ke vzduchovým bublinám, stoupají k povrchu a shromažďují se jako pěna. Hněv zůstává v dužině a stává se z ní hlušina. Za tímto jednoduchým popisem se skrývá složitý systém chemie, výběru zařízení a řízení procesu, a to je to, co tento článek prakticky vysvětluje.

Proč flotace funguje: Princip povrchové chemie

Flotace není o hustotě nebo velikosti částic; jde o povrchovou chemii. Většina minerálů mědi je přirozeně hydrofilních, což znamená, že jsou smáčeny vodou. Většina nerostů hlušiny, jako je křemen a silikáty, má také hydrofilní povrchy. K jejich oddělení flotační proces chemicky upravuje povrch měděného minerálu tak, aby se stal dostatečně hydrofobním, aby se připojil ke vzduchovým bublinám.

Tato modifikace se provádí pomocí kolektorů, typicky xantátových molekul, jako je ethylxanthát sodný nebo amylxanthát draselný. Kolektorová molekula má dva funkční konce: jeden konec se adsorbuje na minerální povrch mědi a druhý vyčnívá směrem ven jako vodoodpudivý uhlovodíkový řetězec. Po úpravě měděná minerální částice nese tenký nepolární povlak, který umožňuje vzduchové bublině vytlačit vodu z jejího povrchu a vytvořit stabilní třífázový kontakt. Agregát bublina-částice pak stoupá přes buničinu a podává zprávu do vrstvy pěny v horní části flotační buňky.

O tom, zda se částice bude vznášet, rozhodují tři síly: pravděpodobnost srážky mezi částicí a bublinou, pravděpodobnost uchycení po srážce a pravděpodobnost odtržení při stoupání. Kolize závisí na turbulenci, velikosti bublin a velikosti částic. Přilnavost závisí na hydrofobnosti povrchu a době indukce. Oddělení závisí na velikosti bubliny a intenzitě turbulence. Dobře navržený flotační okruh tyto faktory vyrovnává, takže minerály mědi se rychle obnovují, zatímco hlušina zůstává v dužině.

To je důvod, proč je pěna, která se zpočátku jeví jako malý detail, ve skutečnosti kritickým kontrolním bodem. Pěna musí být dostatečně stabilní, aby odnesla částice z buňky, ale ne tak stabilní, aby se zachytila ​​hlušina. Výška pěny, průtok vzduchu a dávkování napěňovače jsou neustále upravovány v reálném čase, aby byla zachována správná rovnováha. V továrně na flotaci mědi operátoři sledují barvu a texturu pěny, aby posoudili, zda je proces zdravý, než to potvrdí laboratorní testy.

Druhy měděných rud a jejich plavitelnost

Ne všechna měděná ruda se ve flotační buňce chová stejně. Typ rudy určuje výběr činidla, návrh okruhu a očekávanou výtěžnost. Nejběžnější minerály mědi spadají do dvou kategorií: sulfidové minerály a oxidové minerály. Minerály sulfidové mědi jsou přirozeně dobrými kandidáty pro flotaci; oxidové minerály jsou mnohem těžší plavat a často vyžadují sulfidizaci před flotací.

Chalkopyrit (CuFeS ₂ ) je zdaleka nejhojnějším minerálem mědi a hlavním cílem flotace mědi na celém světě. Rychle reaguje na sběrače xantátu a lze jej poměrně snadno vytlačit z pyritu vápnem. Chalkocit (Cu ₂ S) je druhotně obohacený minerál, který se ještě snadněji plaví, ale spotřebovává více kolektorů kvůli vysoké kvalitě mědi. Bornit a covellit také dobře reagují na konvenční flotaci. Oxidové minerály jako malachit, azurit a chryzokol nereagují na samotné xantáty. Vyžadují sulfidizační krok se sulfidem sodným nebo hydrosulfidem sodným, který vytváří tenký sulfidový film na minerálním povrchu, umožňující adsorpci xantátu.

Pro konstruktéra závodu záleží na rozlišení dlouho před zahájením výroby. Těleso měděné rudy s vysokým podílem oxidů potřebuje mnohem komplexnější schéma než čistě sulfidová ruda a flotační zařízení musí poskytovat delší doby úpravy a jiné řízení provzdušňování. Níže uvedená tabulka shrnuje běžné minerály mědi a jejich flotační odezvu.

Na zvětralých ložiscích jsou běžné smíšené rudy obsahující jak sulfid, tak oxid měď. Typickou strategií je nejprve plavení sulfidové části, potom sulfidizace a plavení oxidové části v samostatném flotačním stupni. Některé závody používají gravitační nebo gravitačně-flotační hybridní okruh pro hrubé uvolněné oxidové částice. V praxi je hranice mezi těmito dvěma okruhy definována diagnostickou analýzou výtěžnosti mědi v sulfidickém stupni.

Kompletní schéma flotace mědi: Od ROM rudy po koncentrát

Zařízení na flotaci mědi není jen řada flotačních článků; je to pečlivě seřazený systém redukce velikosti, klasifikace, přípravy buničiny, flotace a odvodnění. Každá fáze připravuje rudu pro další a překážka v kterémkoli bodě okamžitě stahuje obnovu. Pochopení úplného schématu je prvním krokem k výběru správného vybavení.

Tento vývojový diagram je obecný rámec, nikoli pevný recept. Porfyrická měděná ruda s nízkým obsahem jílu může potřebovat pouze dva stupně čištění. Ruda s vysokým obsahem pyritu může vyžadovat snížení vápna a stupeň flotace pyritu pro následné získávání síry. Ruda s významným podílem oxidové mědi potřebuje zvláštní nádrže na úpravu a sulfidizační jednotku. Vývojový diagram vždy začíná charakterizací rudy.

Výběr správného flotačního a brousícího zařízení je ústředním bodem návrhu technologického schématu. V a projekt třídírny mědi ve Vietnamu Kombinace kulového mlýnu s mokrou mřížkou, třídiče a řady mechanických flotačních článků dosáhla požadované kvality koncentrátu při zachování spotřeby energie v rámci rozpočtu projektu. To je druh praktického výsledku, který návrh schématu vytváří nebo porušuje.

Flotační činidla: The Chemical Toolbox

Činidla jsou to, co umožňuje flotaci. Během provozu se spotřebovávají nepřetržitě a jejich dávkování a kombinace mají obvykle větší vliv na výtěžnost než jakýkoli jiný faktor. Zařízení na flotaci mědi používá pět základních typů činidel, z nichž každé má odlišnou roli.

Sběratelé jsou nejdůležitější třídou. Xantáty jsou stále průmyslovým standardem pro flotaci sulfidu mědi. Xantháty s krátkým řetězcem, jako je ethylxanthát sodný a isopropylxanthát sodný, jsou selektivní a vhodné pro jemnozrnné rudy, zatímco xantháty s dlouhým řetězcem, jako je amylxanthát draselný, poskytují silnější sběrnou sílu pro hrubší částice a rudy nižší kvality. Dithiofosfáty a thionokarbamáty jsou někdy smíchány s xantháty pro zlepšení selektivity vůči pyritu. Dávkování kolektoru v měděném okruhu se běžně pohybuje od 20 do 100 gramů na tunu rudy, v závislosti na kvalitě rudy a mineralogii.

Napěňovače stabilizují vzduchové bubliny v dužině. MIBC je nejrozšířenější napěňovač při flotaci mědi, oblíbený pro svou kvalitu pěny a snadné ovládání. Borovicový olej a pěnidla s alifatickým alkoholem se také používají v rostlinách, které vytvářejí přirozenou pěnu s velkým povrchem bublin. Dávkování napěňovače je malé, typicky 10 až 50 gramů na tunu, ale jeho účinek na chování při přetečení je okamžitý a viditelný během několika sekund po změně dávkování.

Modifikátory řídí chemii buničiny a povrchový náboj minerálů. Vápno je nejúspornější regulátor pH v měděných okruzích, udržuje pH buničiny v rozmezí 9,5–11,5, aby se snížil pyrit a snížilo se riziko nežádoucího získávání železa. Uhličitan sodný je výhodný pro některé oxidové rudy, kde by vápno vysráželo speciální kationty. Kyselina sírová se používá v kyselých okruzích, zejména při flotaci oxidů se sulfidizací.

Depresanty a aktivátory dolaďují selektivitu. Kyanid sodný nebo síran zinečnatý se přidává k potlačení sfaleritu v rudách mědi a zinku, zatímco síran měďnatý může aktivovat sfalerit v opačném případě. Siřičitan sodný nebo oxid siřičitý stlačuje pyrit v alkalických obvodech. Níže uvedená tabulka ukazuje typické rozsahy činidel v konvenčním okruhu sulfidu mědi.

Optimalizace činidel není jednorázová inženýrská činnost. Musí se opakovat, když se změní směs rudy, když roční období změní kvalitu vody nebo když se objeví neočekávaný jíl. Dobře fungující flotační zařízení vede deník činidel a denní přehled dávkování versus výsledky testu.

Základní vybavení v továrně na flotaci mědi

Řada zařízení přímo určuje, jak dobře jsou provedeny chemické a fyzikální kroky flotace. Mlecí, míchací, flotační a odvodňovací zařízení musí odpovídat jak charakteristikám rudy, tak plánované výrobní kapacitě. Používání nadrozměrných zařízení zvyšuje kapitálové náklady; použití poddimenzovaného zařízení vytváří ztráty při obnově, které se později obtížně eliminují.

Zařízení pro broušení

Kulový mlýn mokrého mřížkového typu je standardní primární mlecí stroj v měděných koncentrátorech. Rozmělňuje drcené krmivo o velikosti asi 10–15 mm na flotační krmivo 60–75 % procházející 200 mesh v jedné nebo dvou fázích. Mřížka na výstupním konci řídí hladinu buničiny uvnitř mlýna a snižuje nadměrné mletí. Pro měděnou rostlinu je přebroušení skrytým nepřítelem, protože výsledné slizy spotřebovávají činidla a snižují flotační selektivitu.

Kulový mlýn typu mokré mřížky pro primární mletí měděné rudy Tento mlýn mele drcenou měděnou rudu na flotační velikost v jedné nebo dvou fázích s vynášecí mřížkou, která minimalizuje nadměrné mletí a zvyšuje průchodnost ve srovnání s přepadovými mlýny. Zobrazit produkt →

Mokré broušení je preferováno před suchým broušením, protože eliminuje prach, snižuje riziko oxidace čerstvě uvolněných měděných povrchů a připravuje kaši přímo pro flotaci. Kulový mlýn je obvykle provozován v uzavřeném okruhu se spirálovým třídičem nebo hydrocyklonem. Dovybavení stávajícího mlýna účinnějším designem vyzdívky nebo pohonem s proměnnou rychlostí je nákladově efektivní způsob, jak získat kapacitu, aniž byste museli kupovat kompletní novou válcovací stolici.

Míchací a kondicionační zařízení

Fáze kondicionování je při projektování zařízení často podceňována, přesto je to místo, kde skutečně dochází ke kontaktu činidla a minerálu. Velká směšovací nádrž, známá také jako kondicionační nádrž, poskytuje energii a dobu zdržení potřebnou pro adsorpci kolektoru a distribuci pěny. Při flotaci mědi udrží kondicionační nádrž buničinu po dobu dvou až deseti minut, než buničina vstoupí do první flotační buňky. Oběžné kolo musí být dostatečně výkonné, aby suspendovalo hrubé částice, ale dostatečně jemné, aby nesráželo vzduch, který je přirozeně strháván v kalu.

Velká míchací nádrž pro úpravu buničiny ve flotaci Tato kondicionační nádrž poskytuje dobu zdržení a jemné míchání potřebné pro kontakt činidla a minerálu při flotaci mědi, s designy až do velkých průměrů pro rovnoměrnou kaši. Zobrazit produkt →

Pro závody, které potřebují připravovat činidla samostatně, se používá nádrž pro míchání činidel k rozpuštění a zředění sběračů a napěňovačů na požadovanou koncentraci před jejich zavedením do buničiny. Vysokokoncentrované směšovací nádrže se také používají ve vyluhovacích okruzích a pro speciální aplikace, jako je příprava flotační hlušiny pro zásyp. Intenzita míchání, objem nádrže a konstrukce oběžného kola musí být dimenzovány společně tak, aby rozložení doby zdržení odpovídalo kinetice flotace rudy.

Flotační stroje

Mechanické flotační stroje jsou jádrem každého koncentrátoru mědi. Skládají se z nádrže, mechanismu oběžného kola/statoru a systému přívodu vzduchu. Oběžné kolo vytváří uvnitř nádrže recirkulační vzor, ​​který udržuje pevné látky v suspenzi a zároveň rozptyluje přívod vzduchu do jemných bublin. Pěna vytvořená na povrchu se odstraňuje škrabkami nebo přirozeným přepadem do žlabu.

Flotační stroj typu BF pro hrubování a čištění mědi Samoventilační mechanický flotační stroj se silnou cirkulací kalu a sáním vzduchu, vhodný pro měděné obvody, kde se cení jednoduché uspořádání a nízká spotřeba energie. Zobrazit produkt →

Různé geometrie nádrží a styly oběžného kola jsou vhodné pro různé úkoly. Flotační stroj typu BF je oblíbenou volbou pro obvody pro hrubování a čištění mědi díky svému samoventilačnímu mechanismu a designu mělké nádrže. Typ XCF/KYF je stroj s nuceným oběhem vzduchu používaný tam, kde je potřeba vysoký průtok vzduchu pro velkosériovou výrobu, zejména v závodě s několika velkými flotačními linkami. Typ JJF se svým vysokokapacitním designem je často vybrán pro fázi konečného čištění, kde je potřeba omezený objem pěny, ale selektivita je kritická. Typ CLF je určen pro flotaci hrubých částic, díky čemuž je užitečný pro rudy, kde je měděný minerál hrubozrnný a je třeba jej získat bez nadměrného mletí.

Velikost flotačních buněk se za poslední dvě desetiletí výrazně zvýšila. Moderní měďárna může používat 100 m³ nebo 200 m³ články v hrubším okruhu. Větší články snižují počet jednotek, zjednodušují přístrojové vybavení a snižují spotřebu energie na tunu rudy. Ale větší buňky jsou také méně shovívavé ke špatnému řízení pěny a vyžadují dobře navržené šípové ventily a systémy kontroly hladiny. Výběr mezi samoprovzdušňovacími stroji a stroji s nuceným oběhem vzduchu je založen na konzistenci vkládání rudy a stupni kontroly, kterou chce provozovna udržovat.

Kromě flotačního zařízení potřebuje měděný závod také klasifikační, zahušťovací a čerpací zařízení. Třídič zajišťuje stabilní, jemné dávkování do flotace, zatímco zahušťovadlo řídí vodní bilanci koncentrátu i hlušiny. The role flotačních těžebních zařízení v moderní hydrometalurgii přesahuje prosté oddělení; zahrnuje poskytování konzistentního napájecího proudu, na kterém závisí vyluhovací okruhy po proudu pro stabilní regeneraci.

Klíčové parametry optimalizace flotace

Design určuje, čeho je flotační zařízení schopné; operace určuje, čeho skutečně dosáhne. Provozní parametry uvedené v této části kontrolují hutní výsledky na denní bázi. Pro inženýra nebo kupujícího, který hodnotí projekt flotace mědi, je znalost těchto parametrů nejrychlejším způsobem, jak posoudit, zda je navrhovaný proces přiměřený.

Jemnost broušení

Jemnost mletí se měří jako procento materiálu procházejícího 200 mesh. Pokud je ruda namleta příliš nahrubo, některé minerální částice mědi zůstanou uzamčeny hlušinou a nemohou plavat. Pokud je namleta příliš najemno, vytvořený velký povrch spotřebovává činidla a jemné částice jsou mechanicky unášeny do pěny a ředí koncentrát. Typická porfyrová měděná ruda se nejlépe plaví při 60–70 % průchodu 200 mesh, ale vysoce kvalitní žilná ​​ruda může vyžadovat 75–80 % průchodu 200 mesh pro adekvátní uvolnění. Křivka ukazující vztah mezi jemností a výtěžností má obvykle jasný vrchol; zjištění, že vrchol je prvním úkolem programu optimalizace procesu.

Hustota buničiny

Poměr pevných látek ke kapalině ve flotačním krmivu se obvykle udržuje na 30–45 % hmotnostních pevných látek. Hustší buničina nese více minerálu mědi na jednotku objemu, což zvyšuje účinnost doby zdržení, ale také zvyšuje riziko účinků viskozity a špatného transportu bublin. Tenčí buničina poskytuje lepší selektivitu a kvalitu pěny, ale nižší propustnost při stejném objemu buněk. V praxi hrubší okruhy pracují s vyšší hustotou, zatímco čistší okruhy se ředí na 30–40 % pevných látek, aby se maximalizoval jakost.

pH a přídavek vápna

Vápno je nejběžnějším modifikátorem pH v měděných obvodech. Cílové pH v drsnějším je obvykle mezi 9,5 a 11,5, kde je pyrit stlačen a minerály mědi stále účinně plavou. Přítomnost pyrhotitu nebo jiné hlušiny spotřebovávající kyseliny mění potřebu vápna, takže regulační smyčka pH musí být těsná a musí reagovat. Dobře vybavené zařízení používá online analyzátor pH na přívodu kondicionéru a regulační ventil na vedení vápna k udržení nastavené hodnoty v rozmezí ±0,2 jednotek pH.

Průtok vzduchu a rychlost oběžného kola

Rychlost provzdušňování řídí počet a velikost bublin ve flotační cele. Příliš málo vzduchu zmenšuje povrchovou plochu bublin a snižuje regeneraci; příliš mnoho vzduchu způsobuje proudění směrem dolů, které nese částice zpět ke dnu a může pěnu roztrhnout. U samoprovzdušňovacího stroje rychlost oběžného kola přímo řídí množství nasávaného vzduchu. U stroje s nuceným oběhem vzduchu je výkon dmychadla regulován samostatně. Typický měděný hrubší okruh využívá průtok vzduchu 0,8–1,5 m³/m²/min, v závislosti na výkonu článku.

Hloubka pěny a rychlost škrabky

Pro výrobu čistého koncentrátu je nezbytné udržovat stabilní vrstvu pěny. Hlubší pěna (300–600 mm) poskytuje větší odvodnění stržené hlušiny a poskytuje vyšší stupeň, zatímco mělčí pěna zvyšuje regeneraci, ale snižuje stupeň. Rychlost škrabky určuje rychlost, kterou se pěna odstraňuje; pokud škrabky běží příliš rychle, vlečou do prádelny pěnu nabitou gangem; pokud běží příliš pomalu, může se pěna zhroutit a vrátit se do dužiny.

Běžné provozní problémy a jak je vyřešit

Každé zařízení na flotaci mědi má špatné dny a příčiny nejsou vždy zřejmé. Níže uvedené pokyny kombinují běžné příznaky s jejich typickými příčinami a nápravnými opatřeními. Doba odezvy je důležitá; čtyři hodiny čekání na test k potvrzení problému může stát více než změna dávkování činidla v reálném čase na základě pozorování pěny.

Kontrolní seznam pořízení vybavení pro měděnou flotační linku

Sestavení flotační linky pro nový měděný projekt, rozšíření závodu nebo kompletní modernizaci procesu zahrnuje mnohem více než zveřejnění seznamu požadovaných objemů a vyžádání cenových nabídek. Nákup flotačního zařízení je rozhodnutím o výkonnosti procesu, provozních nákladech a poprodejní podpoře. Strukturovaný kontrolní seznam pomáhá vyhnout se nejčastějším chybám při zadávání zakázek.

Potvrďte Typ rudy a Velikost mletí

Flotační zařízení musí být konkurenceschopné pro konkrétní rudu, kterou bude závod zpracovávat. Sulfidová ruda, která je rozemleta na 65 % při průchodu 200 mesh, má jiné požadavky na dobu zdržení než ruda, která produkuje velké množství primárního slizu. Požádejte dodavatele zařízení, aby vypočítal požadovaný objem buněk na základě kinetiky flotace projektu, nikoli pouze na základě přibližného pravidla. Rostlina zpracovávající jemnozrnnou rudu potřebuje větší nebo hrubší buňky než ta, která zpracovává rudu hrubozrnnou.

Posuďte náklady na energii a údržbu

Spotřeba energie flotačního stroje závisí na průměru oběžného kola, rychlosti rotoru a velikosti nádrže. Samonavzdušňovací stroje jsou obecně jednodušší a levnější na provoz než stroje s nuceným oběhem vzduchu, ale stroje s nuceným oběhem vzduchu poskytují přímější ovládání vzduchu, což zlepšuje regeneraci při proměnlivých podmínkách podávání. Porovnejte celkové náklady na vlastnictví za nejméně sedm let, včetně nákladů na výměnu oběžného kola a statoru, servis motoru a kalibraci přístroje. Nevybírejte nejlevnější stroj pouze kvůli jeho pořizovací ceně.

Zkontrolujte náhradní díly a místní podporu

Dodávky náhradních dílů jsou často úzkým hrdlem, které zastaví závod. Při hodnocení stroje požádejte výrobce o doporučený seznam skladů a porovnejte dostupnost místního skladu. Schopnost dodat oběžná kola, statory, šípové ventily a snímače hladiny během krátké doby je důležitější než jakákoliv výkonová funkce, když je zařízení mimo provoz.

Trvejte na testu na místě nebo na pilotním testu

Pokud je projektem nové ložisko rudy nebo zásadní změna procesu, trvejte na pilotním flotačním testu s použitím skutečného vzorku rudy. Jednoduchý dávkový flotační test na 1–2 kg rudy je užitečný, ale nemůže posoudit chování pěny během nepřetržitého období. Několikadenní zkušební provoz na několika stovkách kilogramů rudy poskytuje údaje o době zdržení, stabilitě pěny a opotřebení zařízení, které nelze získat z testu šarže.

Ověřte výrobní kapacitu dodavatele

Schopnost se týká výrobních zkušeností a inženýrské integrace. Flotační stroj je vysoce výkonná jednotka, která musí pracovat nepřetržitě v podmínkách abrazivní suspenze, s návrhovou životností měřenou v desetiletích. Měla by být prověřena historie dodavatele s podobnými projekty, jejich schopnost dodržet dodací lhůty a kvalita jejich testovacích a výrobních procesů. Návštěva továrny se doporučuje, pokud rozsah projektu opravňuje úsilí.

Pro kupující, kteří připravují kompletní zařízení na flotaci mědi, rozhodnutí zahrnuje nejen samotnou flotační buňku, ale také mlecí, míchací a odvodňovací zařízení, které tvoří celý výrobní okruh. Objednávka celé linky z jediné továrny snižuje riziko rozhraní, zkracuje dobu uvedení do provozu a značně zjednodušuje poprodejní spolupráci.

Často kladené otázky o flotaci mědi