Zimowe wyzwania produkcyjne: Wpływ niskich temperatur na wskaźniki flotacji i odpowiadające im strategie

Artykuł ten rozpocznie się od zbadania mikroskopowych mechanizmów, za pomocą których niskie temperatury wpływają na systemy flotacyjne, połączenia charakterystyki uderzeniowej różnych typów odczynników i systematycznego wyjaśniania strategii radzenia sobie z flotacją zimą, mających zarówno wartość teoretyczną, jak i praktyczną. Celem jest zapewnienie technikom górniczym rygorystycznego, precyzyjnego i wydajnego programu optymalizacji flotacji zimowej.

01

Kluczowe mechanizmy wpływu niskiej temperatury na systemy flotacyjne

Negatywny wpływ niskich temperatur na wskaźniki flotacji nie jest spowodowany pojedynczym czynnikiem, ale szeregiem złożonych efektów fizykochemicznych i hydrodynamicznych. Zrozumienie tych mikroskopijnych mechanizmów jest warunkiem wstępnym opracowania naukowych strategii radzenia sobie.

1. Pogorszenie właściwości reologicznych gnojowicy – ​​zwiększona lepkość i pogorszona dynamika

W niskich temperaturach lepkość zaczynu znacznie wzrasta. Na przykład podczas flotacji określonej rudy ołowiowo-cynkowej, gdy temperatura zawiesiny spadnie z 20 ℃ do 5 ℃, lepkość zawiesiny może wzrosnąć o ponad 10%.

• Upośledzona dynamika bąbelków:Zwiększona lepkość zawiesiny bezpośrednio zmniejsza prędkość narastania pęcherzyków w zawiesinie i zmniejsza efektywną szybkość kolizji (tj. prawdopodobieństwo mineralizacji) pomiędzy pęcherzykami i cząstkami mineralnymi. Zgodnie z kinetyką flotacji prowadzi to do zmniejszenia stałej szybkości flotacji (K), wydłużenia czasu flotacji minerału i ostatecznie do zmniejszenia stopnia odzysku.
• Przyczepność cząstek pęcherzykowych:Zmiany lepkości wpływają również na szybkość drenażu i wytrzymałość mechaniczną zmineralizowanej membrany pęcherzykowej, powodując łatwe oddzielanie się grubych minerałów, co jeszcze bardziej zmniejsza szybkość odzyskiwania grubych cząstek.

2. Zmniejszona rozpuszczalność i szybkość chemisorpcji odczynnika – osłabiona aktywność chemiczna powierzchni

Niska temperatura jest podstawową przyczyną obniżonej efektywności konwencjonalnych odczynników flotacyjnych, zwłaszcza tych, których rozpuszczalność w istotny sposób zależy od temperatury.

Pominięta aktywność modułu zbierającego:

Kwasy tłuszczowe (np. flotacja minerałów niesiarczkowych):Rozpuszczalność kolektorów, takich jak mydła kwasu oleinowego i kwasów tłuszczowych, znacznie spada wraz ze spadkiem temperatury, łatwo wytrącając ciała stałe lub tworząc żele. Powoduje to niewystarczające efektywne stężenie kolektora w fazie ciekłej, co utrudnia utworzenie skutecznej warstwy hydrofobowej na powierzchni minerału, a tym samym drastycznie osłabia zdolność zbierania.

Kolektory minerałów siarczkowych (np. ksantogenian):Niskie temperatury zmniejszają stopień utlenienia na powierzchni minerałów (np. galeny), zmniejszając liczbę miejsc adsorpcji powierzchniowo czynnej, a tym samym zmniejszając wielkość chemisorpcji przez kolektor. Na przykład zdolność adsorpcji ksantogenianu galeny w temperaturze 5°C jest znacznie niższa niż w temperaturze 20°C, co skutkuje zmniejszeniem odzysku o 7 punktów procentowych.

Wolno działające depresyjne i aktywatory:Większość szybkości reakcji chemicznych (w tym selektywna adsorpcja depresorów do minerałów i reakcja aktywacji aktywatorów) jest zgodna z równaniem Arrheniusa. Wraz ze spadkiem temperatury, stała szybkości reakcji (k) maleje, co prowadzi do niecałkowitego hamowania lub aktywacji, zmniejszonej selektywności sortowania i niższej jakości koncentratu.

Zmniejszona wydajność spieniacza:Bardzo mała liczba spieniaczy może wykazywać zmniejszoną aktywność lub nawet wytrącać się w niskich temperaturach, co skutkuje mniejszymi, bardziej kruchymi lub niestabilnymi objętościami piany, co wpływa na skrobanie koncentratu i stabilność zmineralizowanych pęcherzyków.

3. Przykłady pogorszenia wydajności flotacji w niskich temperaturach

02

Wskazówki praktyczne: systematyczne strategie rozwiązywania problemów ze wskaźnikami flotacji w zimie

Aby stawić czoła wyzwaniom związanym z flotacją powodowanym przez niskie temperatury, należy przyjąć systematyczne podejście, koncentrując się na dwóch głównych aspektach: „ogrzewaniu i izolacji” oraz „optymalizacji odczynników”.

1. Strategia Bezpieczeństwa Energii Cieplnej: Technologie Grzewcze i Izolacyjne

Chociaż podgrzewanie szlamu zwiększa koszty energii, jest to konieczna inwestycja w regionach wyjątkowo zimnych lub w przypadku minerałów wymagających ogrzewania w celu utrzymania wskaźników (takich jak rudy niesiarczkowe).

Kompromisy techniczno-ekonomiczne: Kopalnie powinny obliczyć koszt zużycia energii na ogrzewanie w porównaniu z korzyściami ekonomicznymi wynikającymi z poprawy stopnia odzysku w oparciu o specyficzny rodzaj rudy (rudy niesiarczkowe są niezwykle wrażliwe na temperaturę) i wymagania dotyczące wskaźnika flotacji, a także wybrać najbardziej ekonomiczną i wykonalną temperaturę ogrzewania i środki izolacyjne.

2. Strategia optymalizacji systemu odczynników: Wysoka wydajność i odporność na niskie temperatury

Optymalizacja układu odczynników jest podstawową technologią produkcji zimowej bez znaczącego zwiększania kosztów ogrzewania.

3. Strategie dostrajania parametrów procesu

• Stężenie pulpy: Odpowiednie zmniejszenie stężenia pulpy (zwiększanie rozcieńczenia) częściowo kompensuje wzrost lepkości spowodowany niską temperaturą, poprawia właściwości reologiczne i ułatwia ruch pęcherzyków.
• Czas flotacji: Ze względu na zmniejszenie stałej szybkości flotacji K, należy odpowiednio wydłużyć czas obróbki zgrubnej, aby zapewnić wystarczający czas mineralizacji cennych minerałów i utrzymać stopień odzysku.
• Szybkość napowietrzania i mieszanie: Odpowiednie zwiększenie szybkości napowietrzania i intensywności mieszania maszyny flotacyjnej pomaga pokonać opór lepkości, zwiększa dyspersję pęcherzyków i zwiększa prawdopodobieństwo kontaktu cząstek mineralnych z pęcherzykami.

03

Perspektywy: Trendy rozwojowe technologii flotacji niskotemperaturowej

W obliczu coraz bardziej rygorystycznych wymagań w zakresie ochrony środowiska i kontroli kosztów, badania branży przetwórstwa minerałów nad technologią flotacji niskotemperaturowej na zimę rozwijają się w następujących kierunkach:

1. Opracowanie nowych, wysokowydajnych i odpornych na niskie temperatury odczynników:W szczególności kompozytowe i amfoteryczne odczynniki flotacyjne posiadające dużą zdolność zbierania, wysoką selektywność i doskonałą rozpuszczalność w niskich temperaturach są kluczowym przedmiotem przyszłych badań odczynników.
2. Inteligentna kontrola temperatury miazgi:Wykorzystanie zaawansowanych czujników i technologii sztucznej inteligencji (AI) do monitorowania i przewidywania temperatury, lepkości i stanu piany w czasie rzeczywistym, w połączeniu z automatycznym systemem dozowania odczynników, umożliwia precyzyjne i inteligentne sterowanie procesem flotacji.
3. Odzysk i wykorzystanie ciepła odpadowego:Wprowadzenie źródeł ciepła niskiej jakości (takich jak ciepło odpadowe z generatora i kondensat pary) z zakładu przetwórstwa minerałów lub okolicznych gałęzi przemysłu do systemu wody mielniczej w celu wstępnego podgrzania masy celulozowej w najbardziej ekonomiczny sposób będzie miało kluczowe znaczenie dla zmniejszenia zużycia energii w produkcji zimowej.

Wpływ niskich temperatur zimą na produkcję flotacyjną jest wieloaspektowy i głęboki i obejmuje złożone zmiany w mechanice płynów, chemii powierzchni i mechanizmach działania odczynników. Skuteczne zarządzanie produkcją podczas flotacji zimowej wymaga od techników głębokiego zrozumienia tych mechanizmów i opracowania kompleksowego systemu technicznego, który priorytetowo traktuje optymalizację odczynników i uzupełnia ją zapewnieniem energii cieplnej. System ten obejmuje precyzyjne dostosowanie odczynników, naukowe środki konserwacji i ogrzewania oraz elastyczne dostrajanie parametrów procesu. Tylko w ten sposób można skutecznie stawić czoła wyzwaniom zimy, zapewniając stabilne wskaźniki przerobu minerałów i maksymalizując korzyści ekonomiczne.