FLOTOWNIKI
Wzbogacanie flotacyjne jest jednym z najważniejszych procesów rozkładu składników kopalin. Stosuje się je do wzbogacania rud metali, minerałów ziem rzadkich surowców chemicznych rud żelaza a także całego szeregu innych kopalin takich jak skalenie, grafit, kwarc, talk.
Do wzbogacania flotacyjnego kieruje się te kopaliny, których ziarna użyteczne są drobno wpryśnięte w otaczającej je skale płonnej lub składnik użyteczny stanowi cienkie warstewki w strukturze skały płonnej. Kopaliny te kieruje się do wzbogacania flotacyjnego po odpowiednim rozdrobnieniu.
Głównymi urządzeniami w procesie flotacji są flotowniki. Flotownik składa się z szeregu umieszczonych obok siebie przedziałów złożonych z komory mieszalnika i komory roboczej. W komorze zabudowany jest wirnik osadzony tuż nad dnem komory na pionowym wale. Wał wirnika otrzymuje ruch obrotowy z silnika przeniesiony przekładnią pasów klinowych na tarcze napędowe zaklinowane na czopach pionowych wałów zabudowanych w dwu sąsiednich komorach mieszalnikowych. Do komory pierwszego mieszalnika doprowadza się korytem nadawę składającą się z drobno uziarnionego materiału surowego zmieszanego z odpowiednią ilością wody roboczej wraz z niedużą ilością odczynnika flotacyjnego. Całość tworzy zawiesinę flotacyjną przygotowaną do procesu wzbogacania.
W czasie energicznego mieszania zawiesiny flotacyjnej przez obracający się wirnik w komorze mieszalnikowej zwanej też komorą agitacyjną wytwarzają się w zawiesinie drobne pęcherzyki z powietrza rozpuszczonego w wodzie oraz z powietrza wciąganego z atmosfery przez wklęśnięty ku dołowi menisk wirującej zawiesiny. Ziarna wzbogacanej kopaliny wraz z pęcherzykami powietrza przepływają przez szczelinę do komory roboczej. Pęcherzyki powietrza unoszą się w komorze roboczej ku górze i wypływają na jej powierzchnię. W czasie ich ruchu ku górze przepływają one przez zawieszone i rozproszone w zawiesinie flotacyjne materiału surowego. W czasie drogi ku górze pęcherzyków powietrza ziarna użyteczne przywierają do ich powierzchni tworząc agregat: pęcherzyk-ziarno użyteczne i wraz z nimi zostają wyniesione na powierzchnię zawiesiny flotacyjnej.
Obok pojedynczych pęcherzyków powietrza obciążonych flotującymi ziarnami tworzą się zespoły pęcherzyków ziarn flotujących wypływających wspólnie na powierzchnię zawiesiny flotacyjnej. Zjawisko to określa się jako mineralizację pęcherzyków powietrza.
Wypływające pęcherzyki powietrza obciążone ziarnami użytecznymi tworzą na powierzchni zawiesiny flotacyjnej warstwę piany. Pianę z powierzchni zawiesiny zgarnia się obrotowymi zgarniaczami łopatkowymi do koryta odbiorczego. Zgarniacze łopatkowe napędzane są silnikiem przez reduktor obrotów i pas napędowy. Ziarna skały płonnej oraz wszystkie ziarna użyteczne, które nie zdołały przywrzeć do pęcherzyków powietrza opadają stopniowo wraz z przepływającym strumieniem zawiesiny w kierunku dna komory roboczej, skąd rurą przetłaczane są do następnej komory mieszalnikowej ssącym działaniem wirnika zabudowanego w tej komorze.
Poziom zawiesiny flotacyjnej w komorze roboczej regulowany jest przelewem z nastawną przesłoną przelewową. Nadmiar zawiesiny flotacyjnej przepływa przez próg przelewowy do dolnej części komory roboczej oraz dodatkowo zaworami stożkowymi. Wielkość otwarcia wypływu zawiesiny regulowana jest ręcznie. Z ostatniej komory roboczej przewodem rurowym wypływa zawiesina flotacyjna zawierająca praktycznie tylko ziarna skały płonnej do wylewu, z którego kierowana jest do zbiorników zagęszczających ziarna odpadów. Ilość odprowadzonej płonnej zawiesiny flotacyjnej regulowana jest nastawnym zaworem.
Liczba komór składająca się na pełny flotownik zależy od czasu koniecznego do wyflotowania wszystkich ziarn użytecznych. Liczba komór roboczych flotownika zależy od objętości zawiesiny flotacyjnej podawanej na flotownik w jednostce czasu objętości jednej komory roboczej i koniecznego czasu flotacji.
Podziału flotacji dokonuje się według ich rozwiązania konstrukcyjnego, sposobu aeracji zawiesiny flotacyjnej i ich przeznaczenia technologicznego.
W większości przypadków podziału dokonuje się według zastosowanego sposobu aeracji zawiesiny flotacyjnej. Na podstawie tego założenia flotowniki dzieli się na:
FLOTOWNIKI MECHANICZNE - aeracji zawiesiny flotacyjnej następuje pod działaniem wirnika i statora zanurzonych w zawiesinie flotacyjnej. Pęcherzyki powietrza pochodzą z powietrza rozpuszczonego w wodzie oraz powietrza zasysanego z atmosfery.
FLOTOWNIKI MECHANICZNE - PNEUMATYCZNE - zawiesinę flotacyjną napowietrza się powietrzem rozpuszczonym w wodzie oraz doprowadzonym do flotownika powietrzem sprężonym dostarczonym z zewnątrz.
FLOTOWNIKI PNEUMATYCZNE I PNEUMATYCZNO-HYDRAULICZNE- w których zawiesinę flotacyjną napowietrza się powietrzem sprężonym.
Do grupy tych flotowników zalicza się:
flotowniki pneumatyczne płytkie
flotowniki pneumatyczne głębokie
flotowniki pneumatyczno-hydrauliczne z aeratorami inektorowymi
flotowniki pneumatyczne kolumnowe
FLOTOWNIKI PRÓŻNIOWE - aeracja zawiesiny flotacyjnej następuje przez obniżenie ciśnienia pod lustrem zawiesiny flotacyjnej przy szczelinie zamkniętej przestrzeni ponad zawiesiną flotacyjną.
FLOTOWNIKI CYKLONOWE - napowietrzanie zawiesiny flotacyjnej następuje w wirującym strumieniu tej zawiesiny.
Inne typy flotowników których konstrukcja odbiega od rozwiązań typowych flotowników:
flotowniki z aeratorami wibracyjnymi
flotowniki wirnikowo-turbinowe
flotowniki o specjalnej konstrukcji
flotowniki korytowe
flotowniki kolumnowo-wirnikowe
flotowniki z aeratorami rurowymi
flotowniki z aeratorami inwektorowymi
flotowniki z aeratorami pompowymi
flotowniki dla flotacji statycznej.
FLOTOWNIKI ELEKTROFLOTACYJNE - w których aeracja zawiesiny flotacyjnej następuje przez elektrolizę wody.
FLOTOWNIKI DO CELÓW SPECJALNYCH - zalicza się do nich:
flotowniki próżniowe
flotowniki korytowe
flotowniki ciśnieniowe
elektroflotowniki
We flotownikach typu mechanicznego i mechaniczno-pneumatycznych elementem wytwarzającym aerację zawiesiny flotacyjnej oraz dyspersję pęcherzyków powietrza wywołuje ten sam element mechaniczny jakim jest wirnik. Różnica między tymi dwoma flotownikami polega na wprowadzeniu do zawiesiny flotacyjnej we flotownikach typu mechaniczno-pneumatycznego dodatkowej ilości powietrza tłoczonego dmuchawą w obszar działania wirnika.
We flotownikach mechanicznych wytwarzanie pęcherzyków powietrza następuje przez szybkie mieszanie zawiesiny flotacyjnej wirującym wirnikiem z określoną liczbą obrotów na minutę i przy określonej prędkości obrotowej. Na skutek wirowania wirnika następuje wydzielenie się rozpuszczonego w wodzie powietrza w postaci pęcherzyków, równocześnie następuje zassanie powietrza atmosferycznego przez centralną rurę zabudowaną w osi wału wirnika, której górna krawędż znajduje się ponad zwierciadłem zawiesiny flotacyjnej w komorze roboczej flotownika.
Wytwarzane pęcherzyki powietrza mają średnicę 0,5-1,2 mm i stanowią one około 80% całkowitej liczby wytwarzanych pęcherzyków. Pozostała ilość pęcherzyków ma średnie, większe lub mniejsze.
We flotownikach mechaniczno-pneumatycznych wtłaczanie dodatkowej ilości powietrza sprężonego ma na celu zwiększenie stopnia nasycenia pęcherzykami powietrza zawiesiny flotacyjnej aby w ten sposób zwiększyć możliwość ich kontaktu z flotującymi ziarnami użytecznymi.
Flotowniki mechaniczne i mechaniczno-pneumatyczne buduje się jako flotowniki komorowe, w których zawiesina flotacyjna w czasie trwania procesu flotacji przepływa przez kolejne komory robocze flotownika poprzez specjalne skrzynki pośrednie oraz jako flotowniki komorowe, w których nie ma skrzynek pośrednich a podział flotownika na przedziały robocze dokonany jest przegrodami, w których wykonane są okna lub szczeliny przepływowe umożliwiające przepływ zawiesiny flotacyjnej wzdłuż całego flotownika.
Flotowniki mechaniczne i mechaniczno-pneumatyczne charakteryzuje kilka wskażników:
-wskażnik powierzchniowy będący stosunkiem czynnej powierzchni komory roboczej do czynnej objętości tej komory:
Wp = P / V
Wp - wskażnik powierzchniowy
P - czynna powierzchnia komory roboczej ( m 2 )
V - czynna objętość komory roboczej ( m 3 )
wskażnik długości komory roboczej będący stosunkiem długości komory roboczej do czynnej objętości tej komory:
Wb = B / V
Wb - wskażnik długości
B - długość komory roboczej flotownika ( m)
V - objętość komory roboczej ( m 3 )
wskażnik obszaru agitacji będący stosunkiem podwójnej średnicy wirnika do sumy szerokości i długości komory roboczej:
Wa = 2D / A + B
Wa - wskażnik obszaru agitacji
A - szerokość komory roboczej flotownika ( m )
P - długość komory roboczej ( m )
D - średnica wirnika ( m )
wskażnik nasycenia zawiesiny flotacyjnej powietrza będący stosunkiem ilości zasysanego powietrza w minucie do objętości zawiesiny flotacyjnej w komorze roboczej flotownika:
Wn = Qp / V
Wn - wskażnik nasycenia
Qp - ilość zasysanego powietrza ( m 3 / min )
V - czynna objętość komory roboczej flotownika ( m 3 )
wskażnik zużycia energii elektrycznej będący stosunkiem zużycia energii elektrycznej w jednostce czasu do ilości przepływającej zawiesiny flotacyjnej przez komorę roboczą w tym czasie:
We = E / Qz
We - wskażnik zużycia energii elektrycznej
E - ilość zużytej energii elektrycznej ( kWh )
Qz - ilość zawiesiny flotacyjnej przepływającej w tej jednostce czasu ( m 3 )