يعتمد التعويم ، واحدة من أكثر تقنيات الانفصال المستخدمة على نطاق واسع في صناعة معالجة المعادن الحديثة ، اعتمادًا كبيرًا على الخلط الفعال والتفاعل بين الغاز والسائل والصلبة داخل خلية التعويم. خلية التعويم هي أكثر من مجرد حاوية بسيطة ؛ إنه مفاعل معقد للتدفق متعدد الأطراف الذي تتمثل مهمته الأساسية في إنشاء ديناميات السوائل المثلى للقاء والتصادم والالتصاق وتمعدن جزيئات المعادن والفقاعات. سوف تتعمق هذه المقالة في العمليتين الرئيسيتين لخلايا التعويم: التهوية والإثارة. سوف يفسر بشكل منهجي كيف يحقق هذان التأثيران التآزريين "خلطًا مثاليًا" من المراحل الغازية والسائلة والصلبة ، مما يضمن فصل معدني فعال ودقيق.
一 جوهر عملية التعويم: جوهر وهدف الخلط ثلاثي الطور
جوهر عملية التعويم هو إدخال الهواء (مرحلة الغاز) في ملاط خام (نظام سائل ثنائي الطور). من خلال التفاعلات الفيزيائية والكيميائية ، تعلق جزيئات المعادن المستهدفة بشكل انتقائي فقاعات الهواء ، وتشكيل فقاعات معدلة. ترتفع هذه الفقاعات إلى سطح الملاط كطبقة زبدية يتم تنظيفها ، بينما تبقى معادن الجانغ في الملاط ويتم تفريغها كخلف. يعتمد نجاح هذه العملية مباشرة على الشروط الثلاثة التالية:
1 تعليق فعال للجزيئات الصلبة:يجب أن تضمن التحريض الكافي أن يتم تعليق جزيئات خام ذات أحجام وثقافات متفاوتة بشكل موحد في الملاط ، مما يمنع الجزيئات الخشنة والثقيلة من الاستقرار والتأكد من أن جميع الجسيمات لديها فرصة للتواصل مع الفقاعات.
2 تشتت الغاز الفعال:يجب أن يكون الهواء المقدم مقعدًا وتقسيمه إلى عدد كبير من الفقاعات الصغيرة ذات الحجم المناسب ، والتي يتم تفريقها بالتساوي في جميع أنحاء خلية التعويم لزيادة واجهة الغاز السائلة واحتمال الاصطدام بين الفقاعات وجزيئات الخام.
3 بيئة هيدروديناميكية قابلة للتحكم:يجب أن تحافظ خلية التعويم على الاضطراب الكافي لتعزيز تعليق الجسيمات وتشتت الفقاعة ، مع تجنب الاضطراب المفرط الذي يمكن أن يتسبب في إزاحة جزيئات الخام المرفقة. من الضروري بناء حقل تدفق في الحوض الذي يحتوي على كل من منطقة تبديد الطاقة الحركية العالية (لتعزيز الاصطدام) ومنطقة مستقرة نسبيًا (لتسهيل الفقاعات المعدنية).
لذلك ، فإن "الخلط المثالي" ليس تجانسًا بسيطًا ، ولكنه يشير إلى التوزيع الموحد للمراحل الثلاث على مستوى الماكرو وإنشاء الاضطرابات التي تسيطر عليها هياكل حقل التدفق التي تفضي إلى التصاق الانتقائي للجزيئات والفقاعات على المستوى الجزئي.
二 خلايا التعويم المثيرة ميكانيكيا: اندماج كلاسيكي من التهوية والتحريض.
تعتبر خلايا التعويم المتحرك ميكانيكيًا حاليًا معدات التعويم الأكثر استخدامًا. مكونهم الأساسي ، نظام Stator ، يجمع بشكل عضوي بين وظيفتي التهوية والإثارة.
1. التحريض:يتم تدوير المكافئين المكهشين والدوامة ، مدفوعًا بمحرك ، بسرعة عالية ، ويعملون مثل المضخة ، ويحققون في المقام الأول آثار الإثارة التالية:
تداول الملاط والتعليق:يولد دوران المكره قوة الطرد المركزي القوي ، مما يرسم ملاطًا من المركز وإخراجها شعاعيًا أو محوريًا. يخلق عمل الضخ هذا تدفقًا متداولًا معقدًا داخل الخلية ، مما يضمن بقاء الملاط في الحركة. هذا يضمن أن الجزيئات الكثيفة والكبيرة يتم تحريكها بشكل فعال وتبقى معلقة.
توليد الاضطرابات:إن الدوران العالي السرعة للبكر يخلق تدرجًا حادًا واضطرابًا حادًا في المنطقة المحيطة (خاصة في نصائح الشفرة). هذه المنطقة المضطربة للغاية هي الموقع الأساسي لكسر الفقاعات وتصادمات الجسيمات.
2. التهوية: التنفس الذاتي والتهوية القسرية.
يتم تصنيف خلايا التعويم المتحرك ميكانيكياً بشكل أساسي بواسطة طريقة التهوية: التنفس الذاتي والتهوية القسرية (أو التهوية).
آلات التعويم ذاتية الإطارات (مثل نموذج SF):ميزة المكره المصمم بذكاء يخلق منطقة ضغط سلبية داخل غرفة المكره أثناء تدويرها. يتم رسم الهواء تلقائيًا من خلال أنبوب الشفط ويخلط مع الملاط داخل غرفة المكره. يوفر هذا النوع من آلة التعويم بنية بسيطة ولا يتطلب منفاخًا خارجيًا.
آلة تعويم إمداد الهواء القسري (مثل نوع KYF):من خلال منفاخ خارجي منخفض الضغط ، يتم إجبار الهواء المضغوط على الدخول إلى منطقة المكره من خلال رمح المكره الرئيسي أو الأنابيب المستقلة. يمكن أن تتحكم هذه الطريقة بدقة في كمية الهواء ، ولا تتأثر بسرعة المكره ومستوى الملاط ، ولديها قدرة أقوى على التكيف مع ظروف المعالجة ، وخاصة مناسبة لآلات التعويم الكبيرة.
3. "الحرف المباشر" التأثير التآزري
الجزء الثابت هو مكون ثابت مثبت حول المكره ، وعادة ما يكون مع دوارات أو فتحات. تآزرها مع المكره أمر بالغ الأهمية لتحقيق "الخلط المثالي":
تثبيت التدفق والتوجيه:يتميز التدفق المختلط بالهواء الملاط الذي يتم إلقاؤه من المكره في السرعة العالية لمكون سرعة عرضي قوي ، والذي يمكن أن يشكل بسهولة دوامات ضخمة في الخزان ، مما يسبب عدم استقرار السطح السائل ويؤثر على ثبات طبقة الرغوة. يمكن أن تقوم دوارات التوجيه في الجزء الثابت بتحويل هذا التدفق العرضي بشكل فعال إلى تدفق شعاعي أكثر مواتية لتشتت الفقاعات والجزيئات.
تعزيز تشتت الفقاعة:من خلال تأثير تثبيت التدفق في الجزء الثابت ، يمكن توزيع الفقاعات بالتساوي عبر الحجم الفعال لخزان التعويم ، بدلاً من التركيز في مناطق معينة.
عزل الاضطراب:يعمل الجزء الثابت باعتباره "حاجزًا للطاقة" ، يفصل بين منطقة الاضطرابات العالية بالقرب من المكره من منطقة الفصل ومنطقة الرغوة في الجزء العلوي من الخزان ، مما يخلق بيئة هادئة ومستقرة نسبيًا للفقاعات العائمة المستقرة والإثراء.
يحقق دوران المكره العالي السرعة التعليق الملاط وامتصاص/سحق الغاز. ثم يستقر الجزء الثابت ويوجه التدفق ، مما يخلق ثلاث مناطق ديناميكية مميزة وظيفيًا داخل الخزان: منطقة خلط شديدة الاضطراب (بالقرب من المكره) ، ومنطقة فصل مستقرة نسبيًا (في منتصف الخزان) ، ومنطقة زبد ثابتة إلى حد كبير (على سطح الملاط). وهذا يحقق خلط فعال وفصل منظم من المراحل الغاز والسائل والصلبة.
三 عمود التعويم: طريقة ذكية أخرى لتحقيق خلط ثلاثي الطور.
على عكس البيئة المضطربة بعنف لخلايا التعويم التي تم تحريكها ميكانيكياً ، تمثل أعمدة التعويم فلسفة تصميم بديلة ، وتحقق خلطًا ثلاثي المراحل من خلال التلامس المعاكس في بيئة ثابتة نسبيًا.
جوهر التهوية - مولد الفقاعة:أعمدة التعويم تفتقر إلى المحرضين الميكانيكيين. تعتمد وظائف التهوية والخلط الخاصة بهم في المقام الأول على مولد الفقاعة الموجود في الأسفل. يستخدم مولد الفقاعة الهواء المضغوط ، واستخدام الوسائط الدقيقة ، أو تدفق النفاث ، أو تأثير Venturi ، لتوليد عدد كبير من الفقاعات الدقيقة داخل الملاط. هذه الفقاعات الدقيقة هي مفتاح التقاط كفاءة عمود التعويم للمعادن الدقيقة.
آلية اتصال التيار المضاد:يتم تغذية الملاط من المركز العلوي لعمود التعويم ويتدفق ببطء إلى الأسفل ، بينما يتم توليد الفقاعات الدقيقة من القاع وترتفع ببطء إلى الأعلى. توفر آلية التلامس المضادة لهذا الوقت وقت تفاعل أطول واحتمال أعلى للتصادم بين الجزيئات والفقاعات.
بيئة التنبؤ المنخفض:يفتقر عمود التعويم إلى مكونات الدوران عالية السرعة ، مع الحفاظ على تدفق منخفضة أو تدفق صفيري أو شبه لامين. هذه البيئة "الهادئة" تقلل بشكل كبير من سفك الجزيئات المعدنية الملتصقة ، مما يسهل بشكل كبير استرداد المعادن الدقيقة والهشة.
نظام غسل المياه:يتم تثبيت جهاز ماء الغسيل في الجزء العلوي من عمود التعويم ليغسل بشكل فعال جزيئات العصابات المحفوظة في طبقة الرغوة ، وبالتالي الحصول على تركيز أعلى.
يحقق عمود التعويم ، من خلال تقنية توليد الفقاعات الفريدة وطريقة الاتصال المعاكس ، الاتصال والفصل الفعالين للغاز والمراحل السائلة والصلبة بطريقة أكثر "لطيفة" ، مما يدل على أداء ممتاز خاصة عند معالجة المواد الدقيقة.
四 تطوير التكنولوجيا واتجاه التحسين
من أجل متابعة "خلط ثلاثي الطور" أكثر مثالية ، لا تزال التكنولوجيا التهوية والتحريك لخزان التعويم قد تم تحسينها:
تحسين حقل التدفق على نطاق واسع:مع زيادة قدرة المعالجة ، يتزايد حجم خلايا التعويم. حاليًا ، تعمل آلات التعويم الفائقة مع قدرة مئات الأمتار المكعبة. هذا يضع متطلبات أعلى على تصميم بنية Stator من المكره والتحكم في مجال التدفق. تستخدم تقنيات المحاكاة العددية مثل ديناميات السوائل الحسابية (CFD) على نطاق واسع لتوجيه تصميم تحسين المعدات لضمان تعليق الجسيمات الموحدة وتشتت الغاز داخل الخلية الضخمة.
دبوسات جديدة و stators:يهدف تطوير مختلف اللاعبين الجدد (مثل الشفرات المتخلفة والمدافع متعددة المراحل) والثاتور إلى تحقيق قدرة ضخ أكبر في ضخ الملاط وتشتت الفقاعات الأكثر مثالية مع انخفاض استهلاك الطاقة.
السيطرة الذكية:من خلال تثبيت أجهزة استشعار مختلفة لمراقبة المعلمات مثل مستوى الملاط ، وسمك طبقة الرغوة ، والتهوية في الوقت الفعلي ، وجمع بين رؤية الماكينة وتقنيات الذكاء الاصطناعي لتحليل حالة الرغوة ، يتم تحقيق التحكم التلقائي في شدة الإثارة وحجم التهوية. هذا اتجاه رئيسي لتحسين كفاءة التعويم والتحرك نحو معالجة المعادن الذكية.
