SEKOITUS VALMENNUKSESSA JA VAAHDOTUKSESSA OULU MINING SCHOOL SEPPO JOUNELA

Transkriptio

1 SEKOITUS VALMENNUKSESSA JA VAAHDOTUKSESSA OULU MINING SCHOOL SEPPO JOUNELA

2 VALMENNUS Valmennus on vähiten tutkittu vaahdottamalla tapahtuvan mineraalien rikastuksen eri osa-alueista. Sen asema ja tärkeys vaahdotusta edeltävänä prosessin osana nähdään yleisesti varsin vähäisenä, mikä näkyy usein myös esitettävistä virtauskaavioista. Valmennuksen vaikutus vaahdotettaviin mineraaleihin riippuu suuresti sekoituksesta ja on sitä suurempi mitä tehokkaampi sekoitus on reagensseja lisättäessä. Sekoituksen tehokkuus on erittäin tärkeä valmennuksessa.

3 MALMIN RIKASTUSPROSESSI

4 RIKASTAMON VIRTAUSKAAVIO

5 VALMENNUKSEN TEHTÄVÄ Valmennuksen tehtävä on saattaa malmiliete mahdollisimman optimaaliseen tilaan sitä seuraavaa prosessivaihetta vaahdotusta varten. Tämän johdosta valmennuksen tulee olla erittäin intensiivistä, koska valmennuksella on merkittävä vaikutus vaahdotustuloksiin koskien sekä rikasteiden pitoisuuksia että saanteja.

6 VAATIMUKSET VALMENNUKSELLE Vaatimukset valmennuksen tehokkuudelle asettaa valmennettavaksi tavallisimmin jauhatuksesta luokituksen jälkeen tuleva vaahdotettava mineraaliliete: lietteen arvo- ja harmemineraalit (erityisesti ns. paisuvat silikaatit), vaadittava jauhatusaste, lietetiheys ja mineraalien sähkökemiallisen varautuneisuuden aste. Malmin laadusta riippuen valitulla jauhatusmenetelmällä on suuri vaikutus vaatimusten suuruuteen ja sitä kautta valmennuksen tehokkuusvaatimuksiin jauhatusmenetelmästä riippumatta.

7 JAUHATUKSEN VAIKUTUS Jauhatuksella on erittäin suuri vaikutus malmilietteen kemialliseen käyttäytymiseen. Sähkökemialliset olosuhteet jauhatuksesta tulevassa lietteessä aiheuttavat suuria vaatimuksia valmennukselle ja sitä kautta vaahdotuksen onnistumiselle. Mineraalit ovat jauhatuksen jälkeen sähköisesti hyvin reaktiivisia, varautuneita, pintaaktiivisia ja dispergoituneet toistensa joukkoon. Ainoa mahdollisuus korjata lietteen sähkökemiallista tilaa on tehokaalla valmennuksella reagenssien avulla, jos jauhatukseen lisätyillä regensseilla ei saada riittävästi toivottuja vaikutuksia.

8 MALMILIETTEEN SÄHKÖKEMIALLISEN TILAN MERKITYS Mineraalien vaahdotuskäyttäytyminen perustuu ilmiöihin, mitkä ovat tyypillisesti sähkökemiallisia. Hapetus-, sorptio- ja pelkistysreaktiot mineraalien välillä vesiliuoksissa ovat hallitsevassa roolissa mineraaleja prosessoitaessa. Kullakin mineraalilla on oma tietty vaahdottumisalueesa Eh ph skaalassa. Valmennuksessa pitäisi pyrkiä saattamaan lietteen mineraalit mahdollisimman tehokkaasti tilaan, mistä vaahdotuksessa ilman hapen avulla tapahtuva sähkökemiallisen potentiaalitason nosto nostaa mineraalit niiden omille vaahdottumisalueilleen vaahdottamista varten.

9 NIKKELIMINERAALIEN VAAHDOTTUMISALUEET

10 HYVÄN NI-MALMIN MINERAALIEN POTENTIAALIKÄYRÄT

11 SEKOITUKSEN VAIKUTUS Malmiietteen sekoitus valmennuksessa muodostaa perustan kemiallisille tapahtumille saada reagenssit mineraalien pinnoille. Reagensseja voidaan saada mineraalipinnoille jo jauhatuksen yhteydessä, jos sähkökemialliset olosuhteen ovat kohdallaan. Jos mineraalien pinnat olisivat puhtaita niiden siirtyminen omille vaahdottumisalueille tapahtuu helpommin hapetustasoa nostettaessa ja rikastuminen vaahdotettaessa tapahtuu selektiivisemmin kuin, jos pinnat ovat peittyneet harmemineraaleilla. Pintojen puhdistamiseksi tarvitaan energiaa. Sekoituksen vaikutus ei liity vain ja suoraan sekoitinelimen kierrosnopeuteen vaan on paljon monikutkaisempi ilmiö.

12 SEKOITUKSEN VAIKUTUS Mitä suurempia ovat sekoituksen intensiteetti ja leikkasvoimat sitä paremmat ovat yleensä rikastustulokset. Mitä nopeammin reagenssit ja vaikutukset havaitaan mineraalien pinnoilla, sitä paremmin voidaan hyödyntää spesifisiä eroja mineraalien välillä ja samanaikaisesti siirtyä tehokkaammille vaahdotusalueille häiritsemättä näitä vaikutuksia. Korkeamman energian käyttö on hyödyllistä tässä kriittisessä vaahdotusprosessin vaiheessa.

13 SEKOITUKSESTA VALMENTIMISSA Valmentajien sekoituksellista tilannetta kuvaavat edelleen toistuvasti vastaantulevat tilanteet. 1. Reagenssit syötetään suoraan valmentajan pinnalle letkusta kansiritilän jostakin raosta ja varsin usein liete poistuu valmentajasta pintasyöttönä suoraan kennoon tai vaahdotuksen syöttölaatikkoon reagenssien sekoittumatta lietteeseen. 2. Valmentajan sekoitin on läpimitaltaan pieni ja pyörii korkeilla kierroksilla aiheuttaen valmentajassa ns. Vortex ilmiön eli liete kiertää valmentajan seinillä, mutta minkäänlaista sekoitusta ei tapahdu. Sekoittimen tulisi olla läpimitaltaan suuri ja pyöriä hitaasti, että sekoitukseen tulisi tehoa. 3 Valmentajasta puuttuvat kokonaan asianmukaiset virtaushaitat tai niitä on vain muutama pieni haitta, kun niitä pitäisi olla neljä, kuusi tai kahdeksan sekä riittävän leveitä sisältäen oikein mtoitetut raot haitan ja valmentajan seinän välissä. 4. Tällaiset valmentajat ovat erittäin epäintensiivisiä päinvastoin kuin pitäisi.

14 REAGENSSIEN LISÄYS

15 REAGENSSIEN LISÄYS

16 VALMENTAJA

17 VALMENTAJA

18 DRAFT TUBE

19 DRAFT TUBE

20 DRAFT TUBE VALMENTAJASSA Nopeus sisäpuolella 2,17m/s ja ulkopuolella 0,35m/s. Hiekkaantuminen hyvin todennäköistä. Ei sivuttaista sekoitusta. Suurin osa energiasta kuluu lietteen kierrättämiseen. Ei ole turbulenssia eikä sekoitusta. Sekoitin ei kykenae rikkomaan aglomeraatteja eikä puhdistaman mineraalipintoja.

21 VENTURIPUTKI REAGENSSIEN SEKOITTAMISEKSI Erittäin tehokas ratkaisu reagenssien sekoittamiseksi malmilietteeseen on oikein suunniteltu ja mitoitettu venturiputki. Venturi lisää siihen tulevan lietevirtauksen, minkä nopeus noin 1,5m/s nopeuteen 4 5m/s venturin jälkeen ja sekoitus tapahtuu erittäin intensiivisesti ja tehokkaasti. Venturi on: yksinkertainen, halpa, erittäin kulutusta kestävä, yksinkertainen asentaa, korvaa vastaavan pituisen osan putkesta mihin se asennetaan, mutta vaatii oikein tehdyn mitoituksen putken halkaisijan mukaan. Yksinkertainen ja nopea tapa korvata toimimaton valmentaja.

22 VENTURIPUTKI

23 VENTURIPUTKI

24 VENTURIPUTKI ASENNETTUNA

25 VAAHDOTUS Vaahdotuslaite Laite jaetaan yleisesti neljään vyöhykkeeseen: sekoitusvyöhyke, rauhoitusvyöhyke, rikastumisvyöhyke ja vaahtovyöhyke. Sekoitusvyöhykkeen sanotaan olevan tärkein ja siihen laitteeseen tuotava energiapanos tulisi kohdentaa. Siinä osassa tapahtuu laitteeseen syötettävän ilman dispergointi vaahdotusmekanismilla, mikä koostuu pyörivästä roottorista ja sen ympärillä olevista staattorilevyistä. Aikaisemmin laitteet olivat suorakaiteenmuotoisia laatikoita ja nykyisin pyöreitä tankkeja, mitkä eivät sisältäneet eivätkä sisällä asianmukaisia virtaushaittoja tai muita virtauksia ohjaavia elementtejä. Virtauksia laitteen sisällä ei voida ohjata eikä rajata.

26 ROOTTORI STAATTORI MEKANISMI

27 ROOTTORI STAATTORI MEKANISMI

28 SEKOITUS LAITTEESSA Sekoitus on perinteisessä laitteessa voimakasta vain mekanismin läheisyydessä mihin kaikki energiankäyttö kohdistetaan lietteen sekoittamiseksi ja ilman dispergoimiseksi. Tosin mainitaan myös, että sekoitus on tehokasta koko kennossa eli myös muissa vyöhykkeissä. Koska energiankäyttöä ei rajata ei myöskään virtauksia voida kohdentaa. Rauhoittumis- ja rikastusvyöhykkeissä on vaihtelevasti sekoitusta, kun sekoituksen pitäisi laantua ja virtausten ohjautua rauhallisesti kohti pintaa ja ohjata rikaste ulos laitteesta ränneihin. Rikastetta kuljettavien virtauksien suuntautumista häiritsevät myös vaahtokerrokseen asennetut ylimääräiset rännit ja rikasteen ohjauselimet rikastevaahdon keräämiseksi. Rännit lienevät välttämättömiä, jos rikastetta ei kyetä muutoin ohjaamaan ulkopuolisiin ränneihin. Mekaaninen kuluminen rasittaa roottori-staattori mekanismia suuresti. Hiekkaantuminen on ongelma. Koska mekanismi jää lietteen kiintoaineksen alle toiminnan pysähtyessä uudelleenkäynnistys voi estyä.

29 LAITTEEN SISÄISIÄ OHJAUSELIMIÄ

30 RIKASTEVAAHDON OHJAUSTA

31 RIKASTEVAAHDON OHJAUSTA LAITTEEN YLÄOSAA SUPISTAMALLA

32 ENERGIAN JA VIRTAUSTEN HALLINTA LAITTEESSA Energian käyttö rajataan vain laitteen alimpaan osaan lietteen sekoittamiseksi ja ilman dispergoimiseksi, koska koko laitteen tilavuutta ei tarvitse sekoittaa. Lietevirtaukset ohjataan hallitusti laitteessa niin, että virtaukset kuljettavat rikasteen ulos laitteesta sitä ympäröiviin ränneihin. Virtauksia haittaavia sisäpuolisia rännejä ei tarvita. Sekoitus ja ilman dispergointi suoritetaan pelkastään sekoituselimen avulla ilman roottori staattorimekanismia. Laitteen sekoituselin on läpimitaltaan suuri, mutta pyörii hitaasti Laitteessa on vähintään neljä, kuusi tai kahdeksan oikein mitoitettua varsin suurta virtaushaittaa.

33 ENERGIANJAKO JA VIRTAUSTEN OHJAUS

34 KUVAN MERKINNÖISTÄ Vyöhykkeet: I Sekoitusvyöhyke, missä on suuri energiatiheys. II Rikastumisvyöhyke, missä on ylöspäin suuntautuva virtaus. III Erotus- ja vaimennusvyöhyke. Missä on ylöspäin suuntautuva virtaus. IV Vaahtokerros Muuta: 4. Mekanismi 9. Ohjauselementit 11. Rikasteränni 13. Pystysuorat virtaushaitat 14. Syöttö laitteeseen 16. Jätteenpoisto vyöhykkeestä III

35

36

37 LAITTEEN KEHITYKSESTÄ Valmistajat ovat kilpailleet laitteen koosta ja energiankulutuksesta kenellä on suurin tankin tilavuus tai pienin energiankulutus. Huomiota ei ole kiinnitetty laitteen konfiguraatioon, energiankäytön jakautumiseen tai jakamiseen valmennuksen ja laitteen välillä, energiankäytön tehokkaaseen rajaamiseen vain osaan laitetta eikä lietevirtausten ohjaamiseen rikasteen tehokkaaksi poistamiseksi laitteesta sen ulkopuolisiin ränneihin. On keskitytty lähinnä roottori-staattori mekanismin hiomiseen. Lietteen kulku laitteessa on pysynyt samana eli syöte tulee laitteen pohjalle ja liete poistuu laitteesta pohjaa pitkin seuraavaan laitteeseen. Tällöin osa materiaalista ei välttämättä nouse rikastumiskerrokseen vaan kulkee pohjaa pitkin läpi laitteen seuraavaan laitteeseen. Jos liete poistuu laitteesta vaahtokerroksen alapuolelta niin kaikilla partikkeleilla on mahdollisuus vaahdottua eikä kulkea vain läpi laitteen.

38 LAITTEISTON KEHITYKSESTÄ Laitteiston keskeisintä osaa roottori staattori mekanismia ei ole kyseenalaistettu eikä sille ole nähty vaihtoehtoja. Lietteen sekoitus ja ilman dispergointi voidaan hoitaa yksinkertaisemmin ja huoltoystävällisemmin käyttämällä pelkastään läpimitaltaan selvästi suurempaa sekoituselintä, mikä sijoitetaan huomattavasti korkeammalle pohjasta. Näin vältetään myös ns. hiekkaantuminen. Energiankäyttö rajataan vain rajoitetulle alueelle laitteiston alaosaan ja sinne saadaan siten erittäin intensiivinen sekoitus.

39 VALMENNUS JA VÄLITÖN VAAHDOTUS (COINS) COINS eli CONDITIONING AND IN SITU FLOTATION eli valmennus ja välitön vaahdotus. Valmennus venturiputkessa syötteelle. Syöttö kennon alaosaan, missä voimakas sekoitus ja ilman dispergointi tapahtuu rajatulla alueella suurella energiatiheydellä. Ylöspäin suuntautuvat virtaukset nostavat rikastevaahdon pintaan ja ohjaavat rikastevaahdon kennosta sen keskeltä reunoille ja ulos rikasteränniin.