механическая флотационная машина

Когда говорят ?механическая флотационная машина?, многие сразу представляют себе классический агрегат с импеллером, камерой и системой аэрации — этакий рабочий конь обогатительных фабрик. Но в последние годы, особенно на магнитных железорудных месторождениях, к этому понятию стали относиться с изрядной долей скепсиса. Почему? Потому что традиционная механическая флотация для тонкодисперсных магнетитовых шламов часто оказывается не столь эффективной, как хотелось бы: высокий расход реагентов, сложности с контролем пенного продукта, да и износ тех же импеллеров и статоров — головная боль для механиков. Я сам долгое время считал, что без этих машин в цепи дообогащения концентрата не обойтись, пока не столкнулся с альтернативными подходами, где флотацию пытаются заменить или кардинально модифицировать. Вот об этом и хочется порассуждать, опираясь на то, что видел на разных площадках.

Классика жанра и её скрытые проблемы

Итак, возьмем типовую схему: после первичной магнитной сепарации получаем концентрат с содержанием железа, скажем, 65-67%. Чтобы выйти на кондиционные 69-70% и выше, часто ставят доводку — и вот тут традиционно применялась механическая флотационная машина для удаления силикатов и фосфора. В теории всё гладко: подготовленная пульпа, дозированные собиратели и пенообразователи, контроль pH. На практике же — постоянная борьба за стабильность. Помню, на одном из старых комбинатов Урала машины работали в режиме ?тушения? пены: то пенный продукт пойдет слишком жидкий, с массой уноса магнетита, то, наоборот, пена ?сухая?, транспорт по желобам встает. Регулировки по воздуху и уровню помогают, но требуют постоянного присутствия оператора. А если руда чуть изменила свойства? Всё, настройки сбиваются.

Еще один момент, о котором редко пишут в брошюрах, — это влияние температуры пульпы. Зимой, в неотапливаемых помещениях, эффективность флотации резко падала. Реагенты хуже растворялись, кинетика процесса замедлялась. Приходилось либо подогревать воду (дополнительные затраты), либо мириться с потерями. Это та самая ?мелочь?, которая в итоге съедает рентабельность участка. И ладно бы только это — обслуживание механической части. Замена уплотнений вала, балансировка импеллера после износа, борьба с забиванием аэрационных каналов... На всё это уходят не только деньги, но и время, которое часто означает простой всей секции.

Была у нас и попытка модернизировать старый парк машин, установив частотные преобразователи для плавной регулировки скорости вращения. Идея была в том, чтобы оптимизировать диспергирование воздуха и перемешивание в зависимости от плотности пульпы. Что-то получилось, да: удалось снизить кавитацию и немного сэкономить на электроэнергии. Но коренную проблему — зависимость от химических реагентов и сложность управления пенным слоем — это не решило. Стало ясно, что это борьба со следствиями, а не поиск принципиально иного пути.

Сдвиг парадигмы: когда флотацию заменяет магнитная сепарация

Именно здесь начинается самое интересное. Лет семь-восемь назад на горизонте стали появляться технологии, которые бросали вызов устоявшейся догме о необходимости флотации. Речь о глубокой магнитной сепарации с промывкой. Сначала отнесся с недоверием: ну как магнитное поле может так же селективно отделить кварц или апатит, как это делает флотация? Оказалось, может, если подойти к вопросу не с позиции простого отбора магнетита, а с позиции очистки его поверхности и вымывания сростков.

Я лично знакомился с оборудованием китайской компании ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии (их сайт — jinken.ru). Они как раз позиционируют себя как изобретатели технологии электромагнитной сепарации-промывки. Их ключевой аргумент: их полностью автоматическая промывочная магнитная сепарация может заменить не только магнитные колонны, но и флотационные машины в цепи обогащения. Звучало громко. Но когда увидел их установки в работе на одном из средних рудников в Сибири — впечатлился. Агрегат, по сути, сочетает в себе мощное переменное магнитное поле, механическое встряхивание и интенсивную гидравлическую промывку. Не буду вдаваться в их патенты, но суть в том, что он разрушает немагнитные сростки, прилипшие к частицам магнетита, и вымывает их водой под давлением.

Что это дало на практике? На том сибирском участке, где раньше стояла банка из шести механических флотационных машин, смонтировали одну такую промывочно-магнитную секцию. Результат: содержание железа в конечном концентрате поднялось с 68.5% до 70.2%, при этом полностью отказались от флотореагентов. Операторский персонал сократился, так как процесс полностью автоматизирован и управляется с пульта по заданным параметрам пульпы. Конечно, это не панацея для всех типов руд, но для многих магнетитовых залежей — это реальная альтернатива. Компания Цзинькэнь, кстати, утверждает, что их оборудование используют более 90% магнитных железорудных рудников в Китае и поставляют в Австралию, Перу и другие страны. Цифры внушительные, и, судя по распространению, технология работает.

Гибридные решения: где флотация всё же остаётся

Означает ли вышесказанное, что механическая флотационная машина отправляется на свалку истории? Вовсе нет. Есть ситуации, где её пока нечем полноценно заменить. Например, при обогащении руд со сложным вещественным составом, где кроме магнетита есть сульфиды или оксиды, требующие истинной селективной флотации. Или на старых фабриках, где капитальная реконструкция всей технологической цепи экономически нецелесообразна — проще и дешевле поддерживать в рабочем состоянии существующие флотационные камеры.

Кроме того, сама компания Цзинькэнь в своей линейке имеет серию промывочных машин магнитной флотации. Это, по сути, гибридный аппарат, где используются принципы и магнитного поля, и пенной флотации. Видел его в действии на опытной установке. Конструктивно это не классическая машина с импеллером, а скорее камера, где в нижней части происходит магнитная агломерация и отбор, а в верхней — всплытие очень легких примесей с помощью небольшого количества пены. Расход воздуха и реагентов здесь на порядок ниже, чем в традиционной флотации. Это интересный компромиссный вариант, особенно для руд с небольшим содержанием трудноудаляемых легких шламов.

Поэтому сейчас, на мой взгляд, тренд смещается не в сторону полного отказа от флотации, а в сторону её оптимизации и комбинирования с физическими методами. Задача — минимизировать ?химию?, снизить затраты на обслуживание и повысить стабильность. И в этом контексте классическая механическая флотационная машина эволюционирует. Появляются модели с улучшенной аэрацией через пористые материалы, с датчиками контроля размера пузырьков, с более долговечными композитными материалами для ключевых узлов. Но её доля в новых проектах, особенно ?с нуля?, действительно сокращается в пользу решений на основе промывочной магнитной сепарации.

Практические соображения при выборе технологии

Так что же делать технологу или главному инженеру, который стоит перед выбором: модернизировать старую флотацию или ставить что-то новое? С моей точки зрения, алгоритм должен быть таким. Во-первых, необходим детальный технологический аудит имеющегося сырья. Не просто химический анализ, а минералогический, с изучением сростков. Если основная проблема — это силикатные или фосфатные сростки с магнетитом, то промывочная магнитная сепарация, подобная той, что делает Цзинькэнь, будет предпочтительнее. Если же в руде много свободных, не связанных с магнетитом минералов, которые нужно селективно отделить, то без флотации, вероятно, не обойтись.

Во-вторых, считаем не только CAPEX (капитальные затраты), но и OPEX (эксплуатационные). Новая магнитная сепарационная установка может стоить дороже, чем банка флотационных машин. Но если она позволит уйти от покупки дорогостоящих реагентов, сократить штат операторов и снизить энергопотребление (за счет отсутствия необходимости в постоянном механическом перемешивании большого объема пульпы), то срок окупаемости может быть вполне приемлемым. На том же сибирском руднике, по словам местных, окупились за два с половиной года только за счет экономии на реагентах и электроэнергии.

В-третьих, нельзя сбрасывать со счетов инфраструктуру и кадры. Новая технология — это новые навыки для ремонтников и механиков. Если на фабрике сильная, опытная команда, привыкшая к флотационным машинам, переход потребует времени на обучение. Иногда проще и надежнее постепенно улучшать то, что есть, внедряя системы автоматического дозирования реагентов и контроля уровня пены на старых машинах, чем делать революцию. Всё упирается в конкретные условия производства.

Взгляд в будущее: что останется от механической флотации?

Подводя некий итог этим размышлениям, рискну предположить, что механическая флотационная машина в её классическом виде постепенно будет вытесняться из цепей дообогащения магнетитовых концентратов. Её ниша сохранится на неметаллических и цветных рудах, где селективность — ключевой фактор. Но для железорудной отрасли будущее, по-видимому, за комбинированными аппаратами, где физические методы (магнетизм, гидравлическая пульсация, отсадка) выполняют основную работу по очистке, а флотация, если и присутствует, то в сильно урезанном, вспомогательном виде.

Опыт компаний-новаторов, таких как ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии, показывает, что рынок готов к таким изменениям. Их экспансия на международный рынок — тому подтверждение. Конечно, у каждой технологии есть свои пределы, и новая промывочная магнитная сепарация не исключение. Где-то она не справится с очень тонкими шламами, где-то потребует больших объемов воды для промывки. Но вектор развития понятен: меньше химии, больше физики; меньше ручного управления, больше автоматизации; меньше единиц оборудования, выполняющих одну функцию, больше многофункциональных агрегатов.

Лично для меня эта эволюция — показатель зрелости отрасли. Мы перестаем бездумно тиражировать старые схемы и начинаем думать о процессе комплексно, с точки зрения экономики, экологии и простоты эксплуатации. И в этой новой картине мира место для традиционной механической флотационной машины всё же найдется, но уже не на первом плане, а там, где её свойства действительно незаменимы. А в остальных случаях, вероятно, мы будем чаще видеть на фабриках высокие колонны промывочно-магнитных сепараторов, тихо жужжащие в автоматическом режиме.