Επίπλευση λεπτών τεμαχιδίων ορυκτών

Abstract

One of the main challenges of the modern mining industry is the recovery of fine (45-100 μm) and ultra-fine (<20 μm) mineral particles with flotation. It is known that fine and ultra-fine particles are difficult to float, leading to the loss of valuable minerals, mainly due to their inefficient collision with air bubbles. A review of the literature leads to the conclusion that the recovery of fine particles can be improved by either increasing the apparent size or reducing the size of the bubbles, with the second approach leading to a more satisfactory recovery of smaller particles and ensuring greater selectivity. For this purpose, it is proposed to develop two flotation systems which work with a combination of conventional air bubbles and microbubbles derived from water electrolysis. Thus, initially, the design, construction and operation of a laboratory-scale microbubble generator was carried out by means of water electrolysis. In addition, this electrolysis unit was fitted (i) to a flotation column, which has a porous sparger at its bottom, and (ii) to a mechanical Denver flotation cell. The resulting hybrid flotation devices are capable of producing significant amounts of bubbles of varying diameters. The importance of this procedure is that the microbubbles, which adhere to the surface of fine particles facilitate the adhesion of the conventionally sized bubbles and this leads to the increase of the recovery of the particles. Experimental results show the enhancement of fine particle flotation in both hybrid flotation devices by approximately 10% with the addition of microbubbles (size <40 μm).The hybrid systems developed were both studied in terms of their efficiency in the recovery of fine particles and in relation to the hydrodynamics of the process. The study of the flow field in the flotation devices results from the residence time distributions of a high conductivity solution in the low conductivity working fluid. The method of measuring the intensity of scattered light caused by bubbles is able to estimate the turbidity of the buoyancy by giving information about both the size and the number of bubbles in the gas phase. High resolution photos of the two-phase flow provide information about the size distributions of the bubbles, while the I-VED spectroscopic technique using multiplexing measures locally the temporal evolution of the volumetric fraction of the gas phase at four different column heights simultaneously in the two-phase and three-phase medium describing in real time the scattering of the bubbles in the flow field.The novelty of the present study relies on the construction and hydrodynamic study of two innovative flotation devices, which produce air bubbles of different sizes, to enhance the recovery of fine mineral particles. Flotation experiments confirm the enhancement of the recovery with the use of these devices, while a study of their hydrodynamic characteristics takes place.

Μια από τις κυριότερες προκλήσεις της σύγχρονης μεταλλευτικής βιομηχανίας είναι η ανάκτηση λεπτών (45-100 μm) και υπερ-λεπτών (<20 μm) ορυκτών τεμαχιδίων με τη διεργασία της επίπλευσης. Είναι γνωστό ότι τα λεπτά και υπέρλεπτα τεμαχίδια είναι δύσκολο να επιπλεύσουν, οδηγώντας σε απώλειες πολύτιμων ορυκτών, κυρίως λόγω της μη αποδοτικής σύγκρουσης τους με τις φυσαλίδες αέρα. Η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η επίπλευση των λεπτών τεμαχιδίων μπορεί να βελτιωθεί είτε αυξάνοντας το φαινομενικό μέγεθος τους είτε μειώνοντας το μέγεθος των φυσαλίδων με τη δεύτερη προσέγγιση να οδηγεί σε πιο ικανοποιητική ανάκτηση μικρότερων τεμαχιδίων εξασφαλίζοντας μεγαλύτερη εκλεκτικότητα. Για το σκοπό αυτό, προτείνεται η ανάπτυξη δύο συστημάτων επίπλευσης τα οποία λειτουργούν με συνδυασμό συμβατικών φυσαλίδων αέρα και μικροφυσαλίδων που προέρχονται από ηλεκτρόλυση νερού. Έτσι αρχικά, πραγματοποιήθηκε σχεδιασμός, κατασκευή και λειτουργία μιας γεννήτριας εργαστηριακής κλίμακας μικροφυσαλίδων μέσω ηλεκτρόλυσης νερού. Επιπλέον, αυτή η μονάδα ηλεκτρόλυσης προσαρμόστηκε i) σε μια στήλη επίπλευσης, η οποία φέρει στον πυθμένα της πορώδες διάφραγμα, και ii) σε μια μηχανική κυψέλη επίπλευσης τύπου Denver. Οι προκύπτουσες υβριδικές συσκευές επίπλευσης είναι ικανές να παράγουν σημαντικές ποσότητες φυσαλίδων με ποικίλες διαμέτρους. Η σημασία αυτής της διαδικασίας είναι ότι οι μικροφυσαλίδες, που προσκολλώνται στην επιφάνεια των λεπτών τεμαχιδίων διευκολύνουν την προσκόλληση φυσαλίδων συμβατικού μεγέθους και στη συνέχεια αυξάνουν την ανάκτηση επίπλευσης των τεμαχιδίων. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν την ενίσχυση της επίπλευσης λεπτών τεμαχιδίων και στις δύο υβριδικές συσκευές επίπλευσης, κατά περίπου 10% με την προσθήκη μικροφυσαλίδων (μέγεθος <40 μm).Τα υβριδικά συστήματα που αναπτύχθηκαν μελετήθηκαν τόσο σε σχέση με την απόδοσή τους κατά την ανάκτηση των λεπτών τεμαχιδίων όσο και σε σχέση με την υδροδυναμική των φαινομένων. Η μελέτη του πεδίου ροής στις συσκευές επίπλευσης προκύπτει από τις κατανομές χρόνου παραμονής του ιχνηθέτη υψηλής αγωγιμότητας στο υγρό εργασίας χαμηλής αγωγιμότητας. Η μέθοδος μέτρησης έντασης σκεδαζόμενου φωτός που προκαλείται από φυσαλίδες είναι σε θέση να εκτιμήσει τη θολερότητα του μέσου επίπλευσης δίνοντας πληροφορίες τόσο για το μέγεθος όσο και για το πλήθος των φυσαλίδων της αέριας φάσης. Η φωτογράφιση της διφασικής ροής παρέχει τις κατανομές μεγέθους των φυσαλίδων, ενώ η πρωτότυπη φασματοσκοπική τεχνική ηλεκτρικής εμπέδησης I-VED με χρήση πολύπλεξης μετρά τοπικά την χρονική εξέλιξη του ογκομετρικού κλάσματος της αέριας φάσης σε τέσσερα διαφορετικά ύψη της στήλης ταυτόχρονα στο διφασικό και τριφασικό μέσο περιγράφοντας σε πραγματικό χρόνο την διασπορά των φυσαλίδων στο πεδίο ροής. Η πρωτοτυπία της παρούσας εργασίας έγκειται στην κατασκευή και υδροδυναμική μελέτη δύο καινοτόμων συσκευών επίπλευσης, οι οποίες παράγουν φυσαλίδες αέρα διαφορετικού μεγέθους, προς ενίσχυση της ανάκτησης λεπτών τεμαχιδίων ορυκτών. Πειράματα επίπλευσης επιβεβαιώνουν την ενίσχυση της ανάκτησης με τη χρήση των εν λόγω συσκευών, ενώ λαμβάνει χώρα και μελέτη των υδροδυναμικών τους χαρακτηριστικών.