Анализ пузырьков

Когда говорят про анализ пузырьков, многие сразу думают о классической флотации — там это основа основ. Но в нашем деле, в магнитном обогащении, особенно с применением промывочных технологий, пузырьки часто воспринимаются как побочный, почти досадный фактор. И это первая ошибка. Я сам долго считал, что главное — магнитное поле, а всё остальное — мелочи. Пока не столкнулся с ситуацией на одном из рудников в Перу, где внедряли полностью автоматическую промывочную магнитную сепарацию от ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии. Там из-за особенностей воды и реагентов в системе накопления концентрата начали активно формироваться микропузырьки, которые буквально ?уносили? тонкие классы магнетита. Потери были не критичные, но стабильные — около 1,5-2% по железу. И вот тогда пришлось глубоко копнуть в тему, которую в контексте магнитных аппаратов часто игнорируют.

Почему пузырьки имеют значение даже в ?нефлотационных? процессах

Если взять оборудование Цзинькэнь, например, их серию промывочных машин магнитной флотации, то там сочетаются принципы магнитного притяжения и пенной сепарации. Но я сейчас не о них. Возьмём, казалось бы, чисто магнитный процесс — полностью автоматическую промывочную магнитную сепарацию. Аппарат вроде бы работает на электромагнитах и гидравлической промывке. Однако в пульпе всегда есть воздух, который попадает при перемешивании, перекачках, из-за турбулентности в трубах. Эти пузырьки, особенно размером от 50 до 500 микрон, могут адсорбироваться на поверхности частиц магнетита. Частица становится гидрофобнее, её поведение в магнитном поле и в потоке промывочной воды меняется. Она может преждевременно отрываться от матрицы или, наоборот, агрегировать с другими частицами, создавая ложные ?хвосты?.

На практике это выглядит так: на контрольных ситах в концентрате вдруг появляется необъяснимый всплеск крупности в определённом классе, хотя магнитная система настроена идеально. Или содержание железа в концентрате колеблется в течение смены без видимых изменений в питании. Раньше списывали на ?нестабильность руды?. Но когда начали делать регулярный отбор проб и простейший анализ пузырьков под микроскопом с элементарной фотофиксацией, выявили корреляцию: при увеличении количества мелких пузырьков в пульпе на входе в сепаратор эффективность извлечения падала на 0,8-1,2%. Это не теория, это данные с нашего участка на одном из китайских рудников, где как раз стояло оборудование Цзинькэнь.

Кстати, о компании. ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии, судя по их сайту https://www.jinken.ru, делает ставку на комплексные физические технологии — электромагнетизм, ультразвук, механическое перемешивание, пневматику. И вот здесь важно: их аппараты, особенно с пневматической или гидропульсационной промывкой, по сути, управляемо генерируют пузырьки или кавитационные полости. И если не понимать, как эти пузырьки взаимодействуют с магнитными частицами в конкретной пульпе, можно недобрать существенную часть эффекта от технологии. Я знаю случай, когда на среднем руднике в Камеруне пытались скопировать режим работы промывочного сепаратора с китайского предприятия, но получили худшие результаты. Оказалось, из-за другой минерализации пустой породы и состава воды пузырьки в их системе были более стабильными и мешали осаждению магнетита. Пришлось адаптировать режим подачи воздуха и промывочной воды, фактически проведя локальную оптимизацию на основе наблюдений за пузырьковой фазой.

Методы наблюдения и ?кустарный? анализ в полевых условиях

В идеальном мире для анализа пузырьков нужны высокоскоростные камеры, анализаторы размера частиц (пузырьков) и сложное ПО. На большинстве же обогатительных фабрик, даже оснащённых современным оборудованием, как от Цзинькэнь, такого нет. Мы выработали несколько полуэмпирических приёмов. Самый простой — прозрачная мерная колба на 1 литр. Берёшь пробу пульпы на выходе из мельницы или на входе в сепаратор, даёшь отстояться 10-15 секунд и смотришь на стенки. Мелкие пузырьки образуют характерную ?вуаль?, которая держится минутами. Если эта вуаль плотная и не спадает — это первый сигнал к потенциальным проблемам.

Более продвинутый, но всё ещё доступный метод — использование обычного лабораторного микроскопа с возможностью видеозаписи через смартфон. Каплю пульпы помещаем на предметное стекло, но не накрываем покровным, а наблюдаем за краем капли. Там хорошо видно, как пузырьки прилипают к частицам. Важно смотреть именно на свежую пробу, в течение 1-2 минут после отбора. Мы даже пытались калибровать эту ?картинку? — грубо оценивали количество пузырьков на 100 частиц и заносили в журнал параллельно с технологическими показателями. Со временем накопилась некая эмпирическая зависимость, которую потом использовали для быстрой корректировки реагентного режима или скорости потока.

Был и неудачный опыт. Пытались применить ультразвуковую ванну для дегазации проб перед анализом содержания железа. Идея была в том, чтобы убрать влияние пузырьков на плотность и, следовательно, на результаты химического анализа. Но оказалось, что ультразвук не только удаляет пузырьки, но и может менять поверхностные свойства тонкодисперсного магнетита, что приводило к искажениям в последующих испытаниях на магнитном сепараторе. От этого метода отказались. Иногда простое наблюдение и фиксация дают больше, чем попытки применить ?сложную науку? без должного понимания.

Связь с технологическими параметрами и настройка оборудования

Здесь всё упирается в регулировки. Возьмём, к примеру, полностью автоматический электромагнитный илоотделитель Цзинькэнь. Аппарат отличный, но его эффективность сильно зависит от плотности и вязкости ила. А эти параметры, в свою очередь, зависят от количества захваченного воздуха. Если в питании много пузырьков, ил становится более ?пенистым?, его гидравлический транспорт ухудшается, может происходить преждевременное осаждение в трубах. В паспорте на оборудование такого, конечно, не найдёшь. Приходится на месте определять оптимальный диапазон. Мы эмпирически выяснили, что если визуально в пробе ила более 5-7% площади занимают пузырьки (под микроскопом при малом увеличении), нужно увеличить скорость потока промывочной воды на 10-15%, чтобы ?смыть? эту пену. Это не панацея, но часто срабатывает.

Другой аспект — использование пневматической промывочной магнитной сепарации. Здесь воздух подаётся целенаправленно. Казалось бы, анализ пузырьков должен быть заложен в основу управления. Но на практике часто работают по заданному давлению и расходу воздуха, не обращая внимания на размер и распределение пузырьков. А это ключевой момент. Крупные пузырьки (больше 1 мм) будут просто ?взбивать? пульпу, не оказывая селективного действия. Мелкие (менее 100 мкм) могут не оторвать примеси от магнетита. Нужна золотая середина. На одном из предприятий в Австралии, куда также поставлялось оборудование Цзинькэнь, инженеры самостоятельно модифицировали аэратор на входе в сепаратор, установив простейшие фильтры-распределители из пористой керамики. Это позволило получать более однородный пузырьковый поток. Результат — стабильный рост содержания железа в концентрате на 0,7% при том же извлечении. Это к вопросу о важности понимания физики процесса, а не просто следования инструкциям.

С гидравлической пульсацией и отсадкой — похожая история. Пульсация создаёт переменные давления, которые могут провоцировать кавитацию — схлопывание пузырьков. Этот микрогидравлический удар может как очищать поверхность магнетита от сростков, так и разрушать уже сформированные магнитные агрегаты. Без наблюдения за тем, что происходит на микроуровне, трудно предсказать итоговый эффект. Иногда полезно временно снизить частоту пульсаций, чтобы посмотреть, как изменится картина пузырьков в концентрате. Это ручная, почти ювелирная работа.

Интеграция наблюдений в повседневный контроль процесса

Главный вывод, который мы для себя сделали: анализ пузырьков не должен быть отдельной громоздкой процедурой. Его нужно встраивать в существующую систему технологического контроля. Например, оператор при обходе и взятии проб на плотность может визуально оценить ?завоздушенность? пульпы в контрольном кране. Это занимает секунды. Если видна явная пена или пульпа ?искрится? мелкими пузырьками — это повод внести отметку в сменный журнал и проверить настройки насосов, уровень в ёмкостях, возможно, качество реагентов-собирателей (если они используются).

Мы внедрили простейшую форму в отчёт по смене: графа ?визуальная оценка пузырьков? с вариантами: ?нет?, ?слабо?, ?умеренно?, ?сильно?. Параллельно фиксировались ключевые показатели — содержание Fe в концентрате и хвостах. Через пару месяцев стала прослеживаться чёткая, хоть и нелинейная, связь. Оценка ?сильно? почти всегда коррелировала с падением извлечения на 0,5-1%. Это позволило разработать простейший алгоритм действий для оператора: при оценке ?сильно? — проверить и отрегулировать работу денитрационных устройств (если есть), увеличить расход воды на промывку в первой камере сепаратора, проверить герметичность всасывающих линий насосов.

Конечно, это не заменяет полноценного инженерного анализа. Но для поддержания стабильности процесса на уже отлаженной фабрике, где стоит надёжное оборудование, как от ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии, таких мер часто бывает достаточно. Их техника, судя по опыту работы на разных площадках от Китая до Либерии, сама по себе обеспечивает хорошую стабильность. Но она не может компенсировать все нюансы местного сырья и воды. Поэтому финальный штрих, позволяющий выжать дополнительные проценты, всегда лежит в области внимания к таким ?мелочам?, как поведение пузырьков в пульпе.

Заключительные мысли: пузырьки как индикатор, а не помеха

В итоге, я пришёл к тому, что пузырьки в системе магнитного обогащения — это не всегда враг. Это индикатор. Их количество, размер и стабильность говорят о множестве вещей: о качестве воды, о наличии поверхностно-активных веществ, о правильности гидродинамических режимов, о возможных подсосах воздуха. Полностью автоматическая промывочная магнитная сепарация, которая, как заявлено на https://www.jinken.ru, заменяет магнитные колонны и дегидратационные баки, — это высокоэффективный аппарат. Но его эффективность в конкретных условиях определяется в том числе и тем, как мы, технологи, управляем всей системой, включая ?невидимые? на первый взгляд факторы.

Поэтому сейчас, когда меня спрашивают про оптимизацию работы магнитных сепараторов, особенно комбинированных с промывкой или флотацией, я всегда уточняю: ?А вы смотрите на пузырьки??. Часто слышу в ответ недоуменное молчание. Тогда начинаю объяснять про прозрачную колбу и микроскоп. Это не высокие технологии, это практика. И именно такая практика, внимание к деталям, позволяет по-настоящему раскрыть потенциал даже самого продвинутого оборудования, будь то от Цзинькэнь или любого другого производителя. В конечном счёте, анализ пузырьков — это не самоцель, а один из инструментов для достижения главного: стабильного, высокого качества концентрата при минимальных потерях. И этот инструмент стоит того, чтобы им пользоваться, пусть даже самым простым способом.