Minerva: Аудит технологии флотации и выявление узких мест
На участках флотации технологи-обогатители контролируют выполнение дневного плана производства и оперативно реагируют на изменения в технологическом процессе, чтобы поддерживать стабильное качество концентрата и достигать максимального извлечения. В повседневной практике часто возникают следующие вопросы: каков текущий уровень извлечения и качество концентрата? Работают ли мельницы с максимальной производительностью? Соблюдаются ли бюджетные показатели? Однако существуют и другие вопросы, которые могут оставаться без внимания: какой уровень извлечения можно было бы достичь? Где теряются ценные минералы? Работает ли оборудование на полную мощность? Для получения ответов на эти вопросы необходимо провести аудит технологического процесса и лабораторные испытания. В сочетании с моделированием процесса эти действия помогают оценить потребности в модернизации оборудования и возможные преимущества от его улучшения.
Проведение аудитов технологических процессов
Для детальной оценки эффективности процесса обогащения и выявления узких мест необходимо провести углубленный аудит технологического процесса. Цели аудита включают сбор данных о процессе, составление массового баланса и анализ показателей эффективности процесса на основе этого баланса. Данные для массового баланса включают производительность оборудования, содержание твердых частиц и химический состав технологических потоков. Часть информации может быть получена из автоматизированных систем управления (АСУ ТП) или ежедневных производственных отчетов, но для получения более точных данных потребуется выполнить программу отбора проб.
Программа пробоотбора
Целью программы отбора проб является получение представительных проб в ключевых точках технологического процесса для расчета баланса твердых частиц и воды. Перед ее реализацией необходимо определить объем работ и выявить ограничения. Важным этапом планирования является выбор ключевых потоков процесса и оптимальных точек отбора проб.
Результатом аудита является подробный анализ эффективности технологического процесса на момент проверки. Сочетание пробоотбора с лабораторными испытаниями свежих проб из ключевых точек позволяет сравнить эффективность работы установки с лабораторными результатами. Лабораторные исследования кинетики флотации помогают оценить максимальное возможное извлечение для данного типа руды. На основе этих данных строится кинетическая модель флотации, которая определяет соотношение флотируемых классов — быстрофлотируемых, медленнофлотируемых и нефлотируемых материалов — и соответствующие константы скорости флотации для каждого ключевого минерала.
Аудит может быть углублен за счет покамерного анализа линии флотомашин. Отбор проб питания, концентрата и хвостов каждой флотомашины позволяет проанализировать работу линии покамерно. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации площади поверхности пены и расчета скоростей схода пены, а также для определения оптимальных профилей уровня и расхода воздуха для каждой камеры флотомашины.
Еще более детализированный аудит включает анализ дисперсии воздуха во флотомашинах, который проводится параллельно с отбором пульповых проб. Этот анализ позволяет определить, образуются ли во флотомашинах пузырьки оптимального размера, что говорит о достаточности или недостаточности смешивания.
Программа отбора проб
Целью программы отбора проб является получение дополнительной информации о технологическом процессе, недоступной через АСУ ТП или стандартный отбор проб. Перед началом программы необходимо рассмотреть технологическую схему, оценить данные, предоставляемые АСУ ТП, и результаты предыдущих исследований, а также проанализировать точки подачи флотореагентов и их дозировку.
Первым этапом программы является определение потоков технологического процесса, которые будут подвергнуты пробоотбору. Потоки выбираются в зависимости от объема программы. Обычно пробоотбор проводится по всем ключевым потокам, необходимым для составления массового баланса технологического процесса или его стадий. Это включает отбор проб из всех входов и выходов каждой единицы оборудования или стадии процесса. На рисунке 1 показан пример схемы отбора проб для составления покамерного массового баланса линии основной флотации.
Затем необходимо определить, какие параметры следует анализировать в отобранных пробах. Химический анализ должен охватывать все ключевые элементы, присутствующие в руде, чтобы правильно преобразовать элементный состав в минеральный. Помимо химического анализа, важно измерить влажный и сухой вес проб для каждого потока.
Измеренное содержание твердого вещества в сочетании с удельным весом проб, основанным на минеральном составе, позволяет преобразовать массовый расход твердого вещества (т/ч) в объемный расход пульпы (м³/ч). Чтобы вычислить фактическое время флотации на каждой стадии процесса и в каждой единице оборудования, необходимо учитывать объемный расход пульпы и физические параметры оборудования.
Наконец, необходимо выбрать наиболее подходящий метод пробоотбора для выбранных потоков. Самый подходящий метод всегда должен быть самым безопасным, что зависит от расположения точки отбора проб и доступности к ней. От этого также зависит выбор оборудования для отбора проб. В следующем разделе будет рассмотрено основное оборудование, используемое для пробоотбора. Также следует учитывать, что тип пробоотборника зависит от емкости контура, в котором производится отбор.
Отбор пульповых проб из флотационных машин
Для отбора проб хвостов из отдельных флотомашин используется погружной пробоотборник, который применяется для забора пульпы с дна флотомашины (в районе точки выпуска хвостов). Когда пробоотборник опускается в нужное положение, его крышка открывается на короткое время с помощью троса. Длина пробоотборника регулируется в зависимости от глубины, на которой нужно выполнить отбор проб. На рисунке 2 представлен погружной пробоотборник Metso Outotec для отбора пульпы внутри флотомашины.
Кроме того, для отбора пульпы из флотомашины можно использовать пробоотборный насос. Поскольку с насосом перемещение между точками отбора требует больше времени и людей, его использование более эффективно для отбора проб в одной точке или для составления профилей смешивания флотомашин. Образец пробоотборного насоса показан на рисунке.
Отбор проб пенного продукта из флотационных машин
Пробу пенного продукта из флотомашины можно взять непосредственно из желоба с помощью пробоотборника для пенной кромки. Отбор проб может быть выполнен в разные моменты времени, что позволяет рассчитать такие параметры, как сухой вес пробы, длина пенной кромки, длина пробоотборника и выход (%) флотомашины.
При отборе проб с пенной кромки важно заранее очистить желоб и кромку, равномерно перемещать пробоотборник вдоль кромки и избегать переполнения устройства. На рисунке 4 показан пример пробоотборника пенной кромки.
Проба пульпы из открытой трубы
Для отбора проб пульпы, стекающей из открытых труб или желобов, используются отсекатели проб. Важно собрать пробу со всего потока, равномерно перемещая отсекатель через поток и избегая переполнения устройства. На рисунке 5 представлен пример отсекателя проб пульпы.
Дополнение основного неподвижного пробоотборника вторичным
Неподвижные пробоотборники, такие как металлургический пробоотборник Metallurgical Sampler Assembly (MSA), желобной пробоотборник Launder Sampler Assembly (LSA) и пробоотборник для напорных потоков Pressurized Sampler Assembly (PSA) от Metso Outotec, используются для отбора проб непосредственно из технологического процесса. Чтобы обеспечить наибольшую репрезентативность, после первичного отбора используется вторичный пробоотборник, например, мультиплексор Courier® Multiplexer или пробоотборник с линейным движением ножа Linear Moving Cutter (LMC). Поэтому при проведении программы пробоотбора рекомендуется максимально применять неподвижные пробоотборники.
Методология отбора проб
Отбор проб — это процесс, который требует не только навыков, но и теоретического обоснования (Gy, P. 1979; Johnson, B. 2010; Napier-Munn, T. 2010). Для репрезентативности нередко необходимо собрать множество отдельных проб, что может занять много времени и не всегда практично при аудитах технологических процессов, где срок отбора проб ограничен. Поэтому применяют практические методы, основанные на теоретических данных.
Ниже приведены рекомендации для выполнения программ отбора проб:
- Выполнять не менее четырех проходов сбора проб.
- Каждый проход требует отбора отдельных проб, которые не следует объединять.
- Каждая проба должна содержать максимально возможное количество срезов: не менее 20 при помощи отсекателя и около 3 при использовании ковшевого пробоотборника или пробоотборника пенной кромки.
- Для оценки погрешности каждого устройства применяется метод воспроизводимости/повторяемости.
- Отбором проб должен заниматься один и тот же человек, чтобы минимизировать человеческий фактор.
- Обязательно фиксируйте время начала и завершения программы отбора проб.
Лабораторные опыты по флотации
Лабораторные опыты, так называемая «горячая флотация», являются общепринятым методом оценки флотируемости пульпы, отобранной из рабочего флотационного контура. Эти опыты позволяют изучить свойства пульпы на лабораторной флотомашине, имитируя реальные условия технологического процесса.
Основные результаты таких опытов включают показатели извлечения, качества продуктов и кинетические характеристики флотации минералов на разных стадиях процесса. На основе кинетических данных моделируется минералогический состав, параметры схемы, размеры флотомашин и расход воды и твердых частиц на каждой стадии промышленного контура. Полученную статическую модель процесса можно использовать для выявления узких мест и рассмотрения возможных улучшений за счет модернизации. Пример создания симулятора по опытным данным описан в статье Remes (2016b) в выпуске 3/2016 бюллетеня «Минерва», а применение модели для оценки модернизации — в статье Mattsson и соавт. (2015).
Сравнение Производительности Техпроцесса с Лабораторными Данные
Оценка эффективности работы контура флотации базируется на расчете массового баланса. Лабораторные опыты позволяют определить максимально достижимые показатели извлечения минералов из сырья на момент проведения пробоотбора. Сравнение лабораторных результатов с текущими показателями производственного процесса помогает оценить, соответствует ли техпроцесс оптимальной эффективности. Для анализа данных используется статическая математическая модель или симулятор процесса, о чём подробно описано в публикации Mattsson и соавт. (2015), а Remes (2016-2) описал создание симулятора флотации. Для расчета баланса, подбора кинетической модели и симуляции процесса флотации в Metso Outotec применяется программное обеспечение HSC Chemistry®.
Результаты Аудита Технологического Процесса
Для аудита техпроцесса данные проходят фильтрацию и статистическую обработку, включая: 1) массовый баланс контура, 2) кинетические модели флотации для отдельных стадий и 3) статическую модель процесса. Оценка производительности стадий флотации основывается на массовом балансе, определяющем объемные расходы и время флотации в каждом этапе. Эти данные также могут дополняться измерениями воздушной дисперсии в отдельных флотомашинах. Сравнение кинетики флотации лабораторных и промышленных данных позволяет уточнить масштабные коэффициенты.
Симулятор процесса используется для выявления узких мест и оптимизации отдельных стадий. Типичные проблемы включают:
- Циркуляционная нагрузка на перечистках: Установление низкоэффективных стадий для балансировки циркуляции.
- Несоответствие показателей обогащения проектным диапазонам: Выявление стадий или машин, требующих улучшения.
- Флотационное время: Достаточность времени флотации для достижения целевых показателей при текущих условиях.
- Равномерность распределения потока: Неровное питание основной флотации может снижать извлечение.
- Эффективность по камерам: Проверка профиля работы флотационной линии.
- Нагрузки на пенную кромку и насыщенность пены твердым: Отклонение от нормы приводит к потерям извлечения.
- Анализ гранулометрии: Проблемы с эффективностью обработки мелких и крупных частиц.
- Селективность флотации: Требуется анализ механических и электрохимических условий для улучшения селекции.
- Освобождение минералов: Минералогический анализ по фракциям позволяет выявить необходимость оптимизации измельчения.
Для более глубокого анализа флотации также может использоваться оценка по камерам извлечения минералов, анализ дисперсии воздуха и дозирования реагентов. В рамках аудита проводится также визуальное наблюдение за флотомашинами, стабильностью пены и транспортировкой пульпы. Оценка может включать уровень автоматизации и состояние механического оборудования, а также производительность участков измельчения и обезвоживания.
Заключение
Аудит технологического процесса включает отбор представительных проб из потоков, обработку и химический анализ, согласование данных и составление массового баланса. На основе балансов твердого и воды можно оценить эффективность техпроцесса и выявить его узкие места. Сравнение массового баланса производственного процесса с лабораторными данными по флотации позволяет определить максимальное достижимое извлечение. Время флотации на производстве и в лаборатории дает важную информацию о необходимых объемах флотации. Аналогичные сравнения позволяют выявить проблемы с извлечением, нагрузкой и площадью пены, а также с транспортировкой пены и пульпы внутри флотомашин и между стадиями процесса.
Справочная Литература
- Gy, P. 1979. Sampling of particulate minerals – theory and practice. Developments in Geomathematics 4. Elsevier Scientific Publishing Company.
- Johnson, B. 2010. Flotation Plant Optimisation: A Metallurgical Guide to Identifying and Solving Problems in Flotation Plants. Глава 2: “Existing Methods for Process Analysis”. Ред.: Greet, C. The Australasian Institute of Mining and Metallurgy. Spectrum Series 16.
- Napier-Munn, T. 2010. Flotation Plant Optimisation: A Metallurgical Guide to Identifying and Solving Problems in Flotation Plants. Глава 10: “Designing and Analysing Plant Trials”. Ред.: Greet, C. The Australasian Institute of Mining and Metallurgy. Spectrum Series 16.
- Mattsson, T., Remes, A., и Tirkkonen, M. 2015. Flotation Circuit Simulation as a Tool to Evaluate Benefits of Flotation Cell Modernization. SME конференция.
- Remes, A. 2016a. Minerva 2016-2. Mass Balancing of Concentrator Data.
- Remes, A. 2016b. Minerva 2016-3. Utilizing Plant Simulation to Design and Optimize Flotation Process. Metso Outotec HSC Chemistry.
