Флотационная машина: устройство и резиновые детали импеллера и статора

Внутри камеры флотационной машины одновременно идут три процесса: импеллер перемешивает пульпу и не даёт частицам осесть, воздух дробится на мелкие пузырьки, а гидрофобные частицы руды прилипают к пузырькам и поднимаются в пенный слой. Пена переливается через борт или снимается пеногоном в желоб, это концентрат. Хвосты уходят из последней камеры через клапан уровня.

Камера, импеллер и статор составляют основной узел

Типичная камера собрана из следующих частей:

• корпус камеры, прямоугольный или цилиндрический, с желобами для пены;
• вертикальный вал с импеллером внизу и подшипниковым узлом над камерой;
• статор, неподвижное кольцо лопаток вокруг импеллера, которое гасит вращение пульпы и дробит пузырьки;
• труба подачи воздуха: у механических машин это стакан вокруг вала, у пневмомеханических полый вал или отдельный подвод от воздуходувки;
• клапаны уровня между камерами и на выходе хвостов;
• пеногон с резиновыми лопастями у машин с принудительным съёмом пены.

Импеллер работает как маленький насос: отбрасывает пульпу к лопаткам статора, создаёт за собой разрежение и смешивает пульпу с воздухом. Статор превращает этот закрученный поток в радиальные струи, иначе пульпа вращалась бы целиком, а поверхность пены волновалась.

Машины различают по способу подачи воздуха

Механическая флотомашина сама засасывает воздух импеллером, поэтому ей нужна высокая окружная скорость, и импеллер изнашивается быстрее. Её ставят на небольших фабриках и в перечистных операциях. Пневмомеханическая получает воздух от воздуходувки, импеллер у неё крупнее и вращается медленнее, а расход воздуха регулируется отдельно. Большие цилиндрические камеры объёмом в десятки и сотни кубометров относятся к этому типу.

Пневматические машины, прежде всего колонные, обходятся без импеллера: воздух подают через аэраторы в нижней части высокой колонны, навстречу опускающейся пульпе. Изнашиваются у них аэраторы и их резиновые или полиуретановые диффузоры, а не импеллер. Колонны применяют на перечистках, где нужен чистый концентрат.

Флотацию используют и вне горного дела: напорные флотаторы на очистных сооружениях отделяют жир и взвесь от сточной воды, а на бумажных фабриках флотацией удаляют краску из макулатурной массы. Конструкция там другая, но резиновые детали аэрации и уплотнения изнашиваются похоже.

Импеллер и статор изнашиваются по кромкам лопаток

Пульпа флотации, которая приходит из цикла измельчения через гидроциклоны, содержит 25–40 % твёрдого по массе (ориентир для рудной флотации) после измельчения до десятых долей миллиметра. Такой абразив стирает металл быстро, поэтому импеллер и статор делают на стальном каркасе с резиновым или полиуретановым покрытием, а у части машин отливают целиком из полиуретана.

Износ сосредоточен на внешних кромках лопаток импеллера, где окружная скорость наибольшая, и на внутренних кромках лопаток статора напротив них. По мере износа растёт зазор между импеллером и статором, падает интенсивность диспергации, пузырьки укрупняются, и извлечение снижается до того, как деталь развалится. Поэтому импеллер меняют по замеру, а не по разрушению.

Окружную скорость считают по формуле v = π · D · n / 60. Пример: импеллер диаметром 0,75 м при 200 об/мин имеет скорость 3,14 · 0,75 · 200 / 60 ≈ 7,9 м/с. Если для экономии энергии снизить обороты до 180 об/мин, скорость упадёт до 7,1 м/с, износ кромок замедлится, но изготовитель машины должен подтвердить, что при этой скорости сохранится нужная аэрация.

Резиновые детали стоят не только на импеллере

Кроме импеллера и статора, эластомер во флотомашине встречается ещё в нескольких местах:

• пробки-дротики и сёдла клапанов уровня, которые работают в потоке хвостов;
• футеровка дна и нижней части стенок камеры у импеллера, а также желобов концентрата;
• лопасти пеногона, которые сгребают пену и касаются кромки камеры;
• манжеты и кольца подшипникового узла вала, защищающие смазку от брызг пульпы и пены;
• прокладки фланцев воздушной трубы и патрубков питания, резиновые рукава между камерами.

Клапан уровня изнашивается парой пробка и седло

Детали клапанов уровня стоит выделить отдельно: при износе пробки и седла клапан перестаёт держать уровень, оператору приходится чаще его подстраивать, а пена переливается неравномерно. Комплект «пробка плюс седло» меняют вместе, иначе новая пробка быстро разрабатывается по старому седлу.

Реагенты выбирают каучук для покрытия

Во флотации применяют собиратели, вспениватели и регуляторы среды. Часть собирателей аполярная: керосин, дизельное топливо, масла. Натуральная резина в них набухает и теряет прочность, поэтому на угольной флотации и на операциях с масляными реагентами импеллеры покрывают маслостойким каучуком или полиуретаном. Известь поднимает pH до 10–12, к щелочи натуральная резина и полиуретан на основе простых эфиров стойки, а сложноэфирные марки полиуретана в тёплой щелочной воде деградируют.

Схема выше показывает порядок рассуждения. Если в пульпе есть аполярные реагенты, натуральную резину исключают. Если пульпа холодная, выбирают между маслостойкой резиной и полиуретаном по крупности: на мелкой пульпе дольше служит мягкая резина, на крупной полиуретан. Если пульпа тёплая, полиуретан берут только на основе простых эфиров с подтверждённой стойкостью. Марка покрытия фиксируется в КП по данным о реагентах, а не по названию машины.

Из чего делают импеллер флотационной машины?

Импеллер флотационной машины делают на стальном каркасе с покрытием из износостойкой резины или полиуретана, а для малых машин его отливают целиком из полиуретана. Материал выбирают по реагентам и температуре пульпы: при аполярных собирателях вроде керосина натуральная резина набухает и её заменяют маслостойкой резиной или полиуретаном. Твёрдость покрытия подбирают по крупности частиц.

Почему падает извлечение при изношенном импеллере?

Извлечение во флотационной машине падает при изношенном импеллере потому, что увеличивается зазор между импеллером и статором и ослабевает дробление воздуха. Пузырьки становятся крупнее, их общая поверхность уменьшается, тонкие частицы хуже закрепляются и уходят в хвосты. Внешне машина работает нормально, поэтому износ отслеживают по замеру диаметра импеллера и зазора, а не по виду пены.

Объём камер пересчитывают от времени флотации

Чтобы заказать детали на всю секцию, нужно число камер. Его определяют по времени флотации: суммарный объём V = Q · t / k, где Q расход пульпы, t время флотации по лабораторным испытаниям, k коэффициент заполнения камеры пульпой. Пример: Q = 300 м³/ч, t = 12 мин, k = 0,85 дают V = 300 · 12 / 60 / 0,85 ≈ 71 м³, то есть, условно, три камеры по 24 м³. Значит, на секцию нужно три комплекта импеллер плюс статор и столько же клапанных пар, сколько стоит клапанов уровня.

Детали флотомашины повторяют по каркасу и образцу

Наша компания производит детали для ремонта флотационных машин, который выполняет служба фабрики: обрезинивание каркасов импеллеров и статоров, пробки и сёдла клапанов уровня в резине и полиуретане, лопасти пеногонов, листы футеровки дна и желобов, манжеты и кольца подшипникового узла, прокладки воздушных и питающих патрубков. Для покрытия металлических деталей подходит обрезинивание металла, а цельные мелкие детали отливают из полиуретана.

Для расчёта присылают марку машины и объём камеры, фото импеллера и статора на валу и снятых, наружный диаметр и высоту, состояние каркаса, количество на секцию и запас на год. Отдельно указывают реагентный режим: какие собиратели и вспениватели применяют, есть ли масла и керосин, pH и температуру пульпы. Изношенный импеллер с каркасом можно прислать как образец для обрезинивания, а плоские прокладки заказать по чертежу или эскизу. Делаем стандартные детали по каталожному размеру и нестандартные по чертежу, эскизу, фото или образцу. Изготовим даже один импеллер, при этом сумма заказа начинается от 9 000 ₽ с НДС. Если первичных размеров импеллера не осталось из-за износа, их берут из каталога изготовителя машины и в КП отмечают как паспортные.