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Dans les circuits de traitement des minéraux et hydrométallurgiques, obtenir une suspension uniforme de pâte à haute teneur en solides et une dispersion efficace des réactifs de flottation est un facteur essentiel pour améliorer les taux de récupération des minéraux et les qualités des concentrés. En tant qu'équipement d'agitation de base pour les processus de conditionnement de la pâte, de mélange des réactifs et de lixiviation avant la flottation, la conception hydraulique et l'intégrité structurelle du réservoir de mélange minier affectent directement les mesures de séparation ultérieures. Face à des pâtes à haute densité et hautement abrasives avec des distributions granulométriques complexes, une compréhension approfondie de la configuration du cœur et de la dynamique du champ d'écoulement de cet équipement peut résoudre efficacement les problèmes de production pratiques tels que l'usure sévère par cavitation, les dépôts solides et le mélange inégal sur site.
Conception du champ d'écoulement et sélection de la turbine pour les pâtes à haute concentration
La fonction essentielle du Réservoir de mélange minier est de fournir une dynamique des fluides suffisante grâce à une agitation mécanique pour contrecarrer la vitesse de sédimentation des particules minérales. Dans les processus d'enrichissement, les conceptions de turbines sont clairement différenciées en fonction des exigences distinctes du processus :
- Roue à flux axial : Ce type génère principalement une circulation axiale au sein du fluide, comme les turbines hydroptères à haut rendement. Ces conceptions peuvent produire des débits de circulation massifs à de faibles taux de cisaillement, permettant ainsi une suspension de particules solides par le fond dans tout le réservoir avec une consommation d'énergie extrêmement faible. Il convient parfaitement aux réservoirs de stockage de pâte à papier de grand volume et à l'agitation de lixiviation.
- Roue à flux radial : Le fluide rayonne vers l'extérieur à partir du centre de la turbine, générant de fortes forces de cisaillement élevées, telles que les turbines Rushton à six pales. Pendant la phase d'ajout de réactif et de conditionnement de la flottation, ce champ d'écoulement à cisaillement élevé peut rapidement cisailler les collecteurs non solubles dans l'eau en gouttelettes de la taille d'un micromètre, augmentant considérablement la probabilité de collision entre les réactifs et les particules minérales et améliorant l'effet d'adsorption.
Pour éviter que la pulpe minérale ne forme une rotation monolithique à l'intérieur du corps du réservoir, ce qui réduirait l'efficacité du mélange, des déflecteurs verticaux doivent être configurés à l'intérieur du réservoir de mélange minier. Généralement, quatre chicanes verticales sont installées symétriquement sur la paroi interne du réservoir cylindrique. La largeur des chicanes est généralement un douzième du diamètre du réservoir, et un certain espace est maintenu entre les chicanes et la paroi du réservoir pour éliminer le vortex central et convertir l'écoulement tangentiel en forts flux de circulation axiale supérieure et inférieure.
Technologies de matériaux clés pour la protection contre l'usure et la corrosion
Les machines minières sont confrontées à une usure abrasive à long terme due aux particules solides de haute dureté et à la corrosion chimique due aux réactifs acides et alcalins. La clé du maintien du fonctionnement stable à long terme du réservoir de mélange minier réside dans la technologie de protection de surface du corps du réservoir et du système d'agitation :
- Doublure en caoutchouc hautement résistante à l'usure : Des processus de liaison à froid ou de vulcanisation à chaud sont appliqués pour envelopper la paroi interne du réservoir et la surface de la roue avec du caoutchouc hautement élastique et résistant à l'usure. La déformation élastique du caoutchouc peut absorber efficacement l'énergie d'impact des particules solides. Lorsqu'il s'agit de pâtes ordinaires avec des tailles de particules inférieures à 1 mm et des concentrations en poids solide inférieures à 30 %, sa durée de vie dépasse de loin celle de l'acier au carbone ordinaire.
- Aciers fortement alliés et revêtements spéciaux : Dans les environnements de lixiviation fortement acides, le corps du réservoir et l'arbre de transmission doivent être construits en acier inoxydable 316L, en acier inoxydable duplex, ou être pulvérisés en surface avec du polytétrafluoroéthylène pour éviter une défaillance structurelle causée par des piqûres locales et une corrosion intergranulaire.
Comparaison des paramètres techniques clés
Lors de l’évaluation ou de la configuration d’un réservoir de mélange minier, il est essentiel de faire correspondre les dimensions mécaniques, la puissance de transmission et la capacité de traitement de la pâte. Ce qui suit est une comparaison des paramètres techniques pour les spécifications courantes des réservoirs d'agitation dans les applications industrielles :
| Diamètre du réservoir (m) | Hauteur du réservoir (m) | Volume efficace (m3) | Diamètre de la turbine (m) | Vitesse de la turbine (r/min) | Puissance du moteur (kW) | Concentration maximale de pâte applicable (% en poids) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 1.0 | 0.78 | 0.28 | 360 | 1.5 | 30% |
| 1.5 | 1.5 | 2.55 | 0.42 | 300 | 3.0 | 30% |
| 2.0 | 2.0 | 6.00 | 0.55 | 240 | 5.5 | 35% |
| 3.0 | 3.0 | 20.50 | 0.85 | 180 | 15.0 | 40% |
| 4.0 | 4.0 | 48.50 | 1.10 | 135 | 30.0 | 40% |
Dans la sélection technique réelle, le rapport d'aspect (H/D) du corps du réservoir est généralement contrôlé entre 1,0 et 1,2. Si la hauteur est trop importante, une roue mono-étagée ne pourra pas garantir l'effet de suspension dans la partie supérieure du réservoir. Dans de tels cas, un système de turbine à deux ou plusieurs étages doit être conçu pour garantir que l'uniformité de la concentration de la pâte dans tout le réservoir atteint plus de 95 %.
Conception technique des systèmes d'entraînement et démarrage robuste
Le mécanisme d'entraînement du réservoir de mélange minier est généralement composé d'un moteur électrique robuste, d'un réducteur à surface à dents dures et d'un boîtier de roulement principal amélioré. En raison de conditions soudaines telles que des pannes de courant ou des arrêts de maintenance dans les mines, les particules solides dans le réservoir peuvent rapidement se déposer en peu de temps et enterrer la turbine, provoquant un phénomène de sable dans le réservoir.
Pour résoudre le problème du redémarrage sous de lourdes charges ou même dans des conditions de ponçage, la configuration de l'équipement doit prendre en compte un coefficient de couple de démarrage élevé. Le calcul de la résistance de l'arbre de transmission doit non seulement respecter le couple nominal, mais également résister aux forces radiales alternées générées par le champ d'écoulement irrégulier de la pâte lorsque la roue tourne. En configurant un système d'entraînement à fréquence variable, la vitesse de la turbine peut être ajustée dynamiquement en fonction des fluctuations du débit et de la concentration de la pâte pendant le processus de production afin de réduire la consommation d'énergie. De plus, il peut fournir un mode de démarrage progressif à faible vitesse et à couple élevé, protégeant efficacement les engrenages réducteurs et l'arbre principal des dommages causés par les charges d'impact.
