Flotasyon hücrelerinin havalandırılması ve karıştırılması: Gaz, sıvı ve katı fazların mükemmel karışımı nasıl sağlanır?

Flotasyon, modern mineral işleme endüstrisinde en yaygın kullanılan ve temel ayırma teknolojilerinden biridir ve flotasyon hücresi içindeki gaz, sıvı ve katı fazların verimli bir şekilde karışması ve etkileşimine büyük ölçüde bağlıdır. Bir flotasyon hücresi, basit bir kaptan daha fazlasıdır; temel görevi, hidrofobik mineral parçacıklarının ve kabarcıkların karşılaşması, çarpışması, yapışması ve mineralleşmesi için optimum akışkan dinamiği yaratmak olan karmaşık bir çok fazlı akış reaktörüdür. Bu makale, flotasyon hücrelerinin iki temel operasyonuna, havalandırma ve karıştırmaya odaklanacaktır. Bu iki sinerjik etkinin, verimli ve doğru mineral ayırmayı sağlayarak gaz, sıvı ve katı fazların "mükemmel karışımını" nasıl başardığını sistematik olarak açıklayacaktır.

一 Flotasyon işleminin özü: Üç fazlı karışımın özü ve amacı

Flotasyon işleminin özü, cevher bulamacına (bir sıvı-katı iki fazlı sistem) hava (gaz fazı) sokulmasıdır. Fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar yoluyla, hedef mineral parçacıkları seçici olarak hava kabarcıklarına tutunarak mineralleşmiş kabarcıklar oluşturur. Bu kabarcıklar, bulamacın yüzeyine sıyrılan bir köpük tabakası olarak yükselirken, gang mineralleri bulamaçta kalır ve atık olarak deşarj edilir. Bu işlemin başarısı doğrudan aşağıdaki üç koşula bağlıdır:

1 Katı parçacıkların etkili süspansiyonu:Yeterli karıştırma, farklı boyut ve yoğunluktaki cevher parçacıklarının bulamaç içinde eşit olarak süspanse edilmesini sağlamalı, iri ve ağır parçacıkların çökmesini önlemeli ve tüm parçacıkların kabarcıklarla temas etme fırsatına sahip olmasını sağlamalıdır.

2 Etkili gaz dağılımı: Sokulan hava, çok sayıda küçük, uygun boyutlu kabarcıklara kesilmeli ve parçalanmalı, daha sonra gaz-sıvı arayüzünü ve kabarcıklar ile cevher parçacıkları arasındaki çarpışma olasılığını artırmak için flotasyon hücresine eşit olarak dağıtılmalıdır.

3 Kontrol edilebilir bir hidrodinamik ortam:Flotasyon hücresi, parçacık süspansiyonunu ve kabarcık dağılımını teşvik etmek için yeterli türbülansı korumalı, aynı zamanda yapışık cevher parçacıklarının yerinden çıkmasına neden olabilecek aşırı türbülansdan kaçınmalıdır. Hem yüksek türbülanslı kinetik enerji dağılım bölgesine (çarpışmayı teşvik etmek için) hem de nispeten kararlı bir bölgeye (mineralleşmiş kabarcıkların yüzmesini kolaylaştırmak için) sahip bir akış alanının oluşturulması gereklidir.

Bu nedenle, "mükemmel karışım", basit bir homojenleştirme değildir, ancak makro düzeyde üç fazın homojen dağılımını ve mikro düzeyde parçacıkların ve kabarcıkların seçici yapışmasına elverişli kontrollü türbülans ve akış alanı yapılarının oluşturulmasını ifade eder.

二 Mekanik Olarak Karıştırılan Flotasyon Hücreleri: Havalandırma ve Karıştırmanın Klasik Birleşimi.

Mekanik olarak karıştırılan flotasyon hücreleri, şu anda en yaygın kullanılan flotasyon ekipmanıdır. Çekirdek bileşeni olan çark-stator sistemi, havalandırma ve karıştırmanın iki işlevini organik olarak birleştirir. 

1. Karıştırma:Motorla tahrik edilen çarkın pompalama ve girdap oluşturma çarkları, yüksek hızda döner ve bir pompa gibi çalışır, öncelikle aşağıdaki karıştırma etkilerini sağlar:

Bulamaç Sirkülasyonu ve Süspansiyonu:Çarkın dönmesi, merkezden bulamaç çeken ve radyal veya eksenel olarak dışarı atan güçlü bir santrifüj kuvveti üretir. Bu pompalama eylemi, hücre içinde karmaşık bir sirkülasyon akışı oluşturarak bulamacın hareket halinde kalmasını sağlar. Bu, yoğun ve büyük parçacıkların etkili bir şekilde karıştırılmasını ve süspanse edilmesini sağlar.

Türbülans Oluşturma:Çarkın yüksek hızlı dönmesi, çevrede (özellikle kanat uçlarında) keskin bir hız gradyanı ve yoğun türbülans yaratır. Bu yüksek türbülanslı bölge, kabarcık kırılması ve parçacık-kabarcık çarpışmaları için birincil alandır. 

2. Havalandırma: Kendinden emişli ve Zorunlu Havalandırma.

Mekanik olarak karıştırılan flotasyon hücreleri, öncelikle havalandırma yöntemine göre kategorize edilir: kendinden emişli ve zorunlu havalandırma (veya havalandırma-karıştırma).

Kendinden emişli flotasyon makineleri (SF modeli gibi):Dönerken çark odasında negatif basınç bölgesi oluşturan akıllıca tasarlanmış bir çarka sahiptir. Hava, emme borusundan otomatik olarak çekilir ve çark odasında bulamaç ile karıştırılır. Bu tip flotasyon makinesi, basit bir yapı sunar ve harici bir üfleyici gerektirmez.

Zorunlu hava beslemeli flotasyon makinesi (KYF tipi gibi):Harici bir düşük basınçlı üfleyici aracılığıyla, basınçlı hava, içi boş çark ana şaftı veya bağımsız borular aracılığıyla çark alanına zorlanır. Bu yöntem, hava miktarını doğru bir şekilde kontrol edebilir, çark hızından ve bulamaç seviyesinden etkilenmez ve özellikle büyük flotasyon makineleri için uygun olan proses koşullarına daha güçlü bir uyarlanabilirliğe sahiptir.

3. "Çark-stator" sinerjik etkisi

Stator, genellikle kılavuz kanatları veya açıklıkları olan, çarkın etrafına monte edilmiş sabit bir bileşendir. Çark ile sinerjisi, "mükemmel karışım" elde etmek için çok önemlidir:

Akış stabilizasyonu ve yönlendirmesi:Çarktan yüksek hızda dışarı atılan bulamaç-hava karışık akışı, tankta büyük girdaplar oluşturabilen, sıvı yüzey dengesizliğine neden olabilen ve köpük tabakasının dengesini etkileyebilen güçlü bir teğetsel hız bileşenine sahiptir. Statorun kılavuz kanatları, bu teğetsel akışı, kabarcıkların ve parçacıkların dağılımına daha elverişli olan radyal bir akışa etkili bir şekilde dönüştürebilir.

Kabarcık dağılımını teşvik etme:Statorun akış stabilizasyon etkisi sayesinde, kabarcıklar, belirli alanlarda yoğunlaşmak yerine, flotasyon tankının etkili hacmine daha eşit bir şekilde dağıtılabilir.

Türbülansı izole etme:Stator, çarkın yakınındaki yüksek türbülans alanını, tankın üst kısmındaki ayırma alanı ve köpük alanından ayırarak, mineralleşmiş kabarcıkların kararlı bir şekilde yüzmesi ve zenginleşmesi için nispeten sakin ve istikrarlı bir ortam yaratan bir "enerji bariyeri" görevi görür.

Çarkın yüksek hızlı dönmesi, bulamaç süspansiyonunu ve gaz emilimini/kırılmasını sağlar. Stator daha sonra akışı stabilize eder ve yönlendirir, tank içinde üç işlevsel olarak farklı akışkan dinamik bölgesi oluşturur: yüksek türbülanslı bir karıştırma bölgesi (çarkın yakınında), nispeten kararlı bir ayırma bölgesi (tankın ortasında) ve büyük ölçüde statik bir köpük bölgesi (bulamacın yüzeyinde). Bu, gaz, sıvı ve katı fazların verimli bir şekilde karışmasını ve düzenli bir şekilde ayrılmasını sağlar.

三 Flotasyon Kolonu: Üç Fazlı Karışımı Başarmanın Bir Başka Akıllı Yolu.

Mekanik olarak karıştırılan flotasyon hücrelerinin şiddetli türbülanslı ortamından farklı olarak, flotasyon kolonları, nispeten statik bir ortamda karşı akım teması yoluyla üç fazlı karışımı başaran alternatif bir tasarım felsefesini temsil eder.

Havalandırma çekirdeği—kabarcık jeneratörü:Flotasyon kolonları mekanik karıştırıcılardan yoksundur. Havalandırma ve karıştırma işlevleri öncelikle altta bulunan bir kabarcık jeneratörüne bağlıdır. Kabarcık jeneratörü, basınçlı hava kullanarak, bulamaç içinde çok sayıda ince kabarcık üretmek için mikroporlu ortam, jet akışı veya Venturi etkisini kullanır. Bu mikro kabarcıklar, flotasyon kolonunun ince mineralleri verimli bir şekilde yakalamasının anahtarıdır.

Karşı akım temas mekanizması:Bulamaç, flotasyon kolonunun üst merkezinden beslenir ve yavaşça aşağı doğru akar, ince kabarcıklar ise alttan üretilir ve yavaşça yukarı doğru yükselir. Bu karşı akım temas mekanizması, daha uzun bir etkileşim süresi ve parçacıklar ile kabarcıklar arasında daha yüksek bir çarpışma olasılığı sağlar.

Düşük türbülanslı ortam:Flotasyon kolonu, yüksek hızlı dönen bileşenlerden yoksundur ve düşük türbülanslı, laminer veya laminere yakın bir akışı korur. Bu "sessiz" ortam, yapışık mineral parçacıklarının dökülmesini önemli ölçüde azaltarak, ince ve kırılgan minerallerin geri kazanımını büyük ölçüde kolaylaştırır.

Yıkama suyu sistemi:Köpük tabakasında sürüklenen gang parçacıklarını etkili bir şekilde yıkamak ve böylece daha yüksek dereceli bir konsantre elde etmek için flotasyon kolonunun üstüne bir yıkama suyu cihazı monte edilmiştir.

Flotasyon kolonu, benzersiz kabarcık üretme teknolojisi ve karşı akım temas yöntemiyle, gaz, sıvı ve katı fazların daha "nazik" bir şekilde etkili temasını ve ayrılmasını sağlar ve özellikle ince taneli malzemeleri işlerken mükemmel performans gösterir.

四 Teknoloji Geliştirme ve Optimizasyon Yönü

 Daha mükemmel bir "üç fazlı karışım" elde etmek için, flotasyon tankının havalandırma ve karıştırma teknolojisi hala geliştirilmektedir:

Büyük ölçekli ve akış alanı optimizasyonu:Artan işleme kapasitesi ile flotasyon hücrelerinin hacmi artmaktadır. Şu anda, yüzlerce metreküp kapasiteli ultra büyük flotasyon makineleri çalışmaktadır. Bu, çark-stator yapısının ve akış alanı kontrolünün tasarımına daha yüksek talepler getirmektedir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) gibi sayısal simülasyon teknolojileri, devasa hücre içinde homojen parçacık süspansiyonunu ve gaz dağılımını sağlamak için ekipman optimizasyon tasarımına rehberlik etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yeni çarklar ve statörler:Çeşitli yeni çarkların (geriye eğimli kanatlar ve çok kademeli çarklar gibi) ve statörlerin geliştirilmesi, daha düşük enerji tüketimiyle daha fazla bulamaç pompalama kapasitesi ve daha ideal kabarcık dağılımı elde etmeyi amaçlamaktadır.

 Akıllı kontrol:Bulamaç seviyesi, köpük tabakası kalınlığı ve havalandırma gibi parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek için çeşitli sensörler takılarak ve köpük durumunu analiz etmek için makine görüşü ve yapay zeka teknolojileri birleştirilerek, karıştırma yoğunluğunun ve havalandırma hacminin otomatik optimizasyon kontrolü elde edilir. Bu, flotasyon verimliliğini artırmak ve akıllı mineral işlemeye doğru ilerlemek için önemli bir yöndür.