Desafios da Produção no Inverno: O Impacto das Baixas Temperaturas nos Indicadores de Flotação e Estratégias Correspondentes
Este artigo começará explorando os mecanismos microscópicos pelos quais as baixas temperaturas afetam os sistemas de flotação, combinando as características de impacto de diferentes tipos de reagentes e elucidando sistematicamente as estratégias de enfrentamento da flotação no inverno, com valor teórico e prático. O objetivo é fornecer aos técnicos de mineração um esquema de otimização da flotação no inverno rigoroso, preciso e eficiente.
01
Mecanismos-chave do impacto da baixa temperatura nos sistemas de flotação
O impacto negativo das baixas temperaturas nos indicadores de flotação não é causado por um único fator, mas sim por uma série de efeitos físico-químicos e hidrodinâmicos complexos. A compreensão desses mecanismos microscópicos é um pré-requisito para o desenvolvimento de estratégias científicas de enfrentamento.
1. Deterioração das propriedades reológicas da polpa — Aumento da viscosidade e dinâmica prejudicada
Em baixas temperaturas, a viscosidade da polpa aumenta significativamente. Por exemplo, na flotação de um determinado minério de chumbo-zinco, quando a temperatura da polpa cai de 20℃ para 5℃, a viscosidade da polpa pode aumentar em mais de 10%.
Dinâmica de bolhas prejudicada: O aumento da viscosidade da polpa reduz diretamente a velocidade de ascensão das bolhas na polpa e diminui a taxa de colisão efetiva (ou seja, a probabilidade de mineralização) entre as bolhas e as partículas minerais. De acordo com a cinética de flotação, isso leva a uma diminuição da constante de velocidade de flotação (K), um tempo de flutuação mineral prolongado e, finalmente, uma diminuição na taxa de recuperação.
Adesão bolha-partícula: As mudanças na viscosidade também afetam a taxa de drenagem e a resistência mecânica da membrana de bolha mineralizada, fazendo com que minerais grosseiros se desprendam facilmente, reduzindo ainda mais a taxa de recuperação de partículas grosseiras.
2. Redução da solubilidade do reagente e da taxa de quimissorção – Atividade química de superfície enfraquecida
A baixa temperatura é a razão fundamental para a redução da eficiência dos reagentes de flotação convencionais, especialmente aqueles cuja solubilidade é significativamente afetada pela temperatura.
Atividade do coletor suprimida:
Ácidos graxos (por exemplo, flotação de minerais não sulfetados): A solubilidade de coletores como ácido oleico e sabões de ácidos graxos diminui significativamente com a diminuição da temperatura, precipitando facilmente sólidos ou formando géis. Isso resulta em concentração de coletor efetiva insuficiente na fase líquida, tornando difícil a formação de uma camada hidrofóbica efetiva na superfície mineral, enfraquecendo drasticamente a capacidade de coleta.
Coletores de minerais sulfetados (por exemplo, xantato): As baixas temperaturas reduzem o nível de oxidação na superfície dos minerais (por exemplo, galena), reduzindo o número de sítios de adsorção ativos na superfície e, assim, diminuindo a quantidade de quimissorção pelo coletor. Por exemplo, a capacidade de adsorção de xantato de galena a 5°C é significativamente menor do que a 20°C, resultando em uma redução de 7 pontos percentuais na recuperação.
Depressores e ativadores de ação lenta:A maioria das taxas de reação química (incluindo a adsorção seletiva de depressores em minerais e a reação de ativação de ativadores) segue a equação de Arrhenius. À medida que a temperatura diminui, a constante de velocidade de reação (k) diminui, levando à inibição ou ativação incompleta, seletividade de classificação reduzida e menor grau de concentrado.
Eficiência reduzida do espumante: Um número muito pequeno de espumantes pode apresentar atividade reduzida ou até mesmo precipitação em baixas temperaturas, resultando em volumes de espuma menores, mais frágeis ou instáveis, afetando a raspagem do concentrado e a estabilidade das bolhas mineralizadas.
3. Exemplos de deterioração no desempenho da flotação em baixas temperaturas
Tipo de minério
Mudança de temperatura
Impacto nos indicadores de flotação
Galena
20℃ a 5℃
A taxa de recuperação diminui em aproximadamente 77 pontos percentuais
Molibdenita
De 15-20℃ a 0℃
A recuperação bruta diminuiu em 2,5 pontos percentuais
Minério de óxido de ferro
A temperatura caiu de 30℃ para 22℃
O teor de ferro diminuiu em 3 pontos percentuais.
02
Orientação prática: estratégias sistemáticas para abordar os indicadores de flotação no inverno
Para enfrentar os desafios de flotação causados pelas baixas temperaturas, uma abordagem sistemática deve ser adotada, com foco em dois aspectos principais: "aquecimento e isolamento" e "otimização do reagente."
1. Estratégia de segurança de energia térmica: tecnologias de aquecimento e isolamento
Embora o aquecimento da polpa aumente os custos de energia, é um investimento necessário em regiões extremamente frias ou para minerais que exigem aquecimento para manter os indicadores (como minérios não sulfetados).
Abordagem técnica
Métodos de implementação
Vantagens principais
Considerações práticas
Pré-aquecimento da polpa
Preparação da polpa com água morna/quente: Água pré-aquecida é usada nas etapas de britagem e moagem.
Custo relativamente baixo, capaz de elevar a temperatura da polpa para 5-10℃ ou superior.
O sistema de aquecimento de água precisa de modificação, considerando fontes de energia térmica como eletricidade, caldeiras a carvão e calor residual.
Aquecimento do equipamento
Bobinas de vapor/água quente: Bobinas de aquecimento são instaladas na parte inferior da célula de flotação ou no tanque de polpa, fornecendo vapor ou água quente.
Controle preciso da temperatura da polpa em etapas de separação importantes, especialmente adequado para a separação de concentrados de sulfeto.
Custos elevados de investimento e operação; atenção deve ser dada à corrosão e manutenção da bobina.
Isolamento do sistema
Isolamento de equipamentos/tubulações: Fornece cobertura de isolamento apertada para máquinas de flotação, tanques de polpa e tubulações.
Eficiente em termos de energia e reduz a perda de calor, mantendo a temperatura da polpa existente.
Garantir a resistência às intempéries e a estanqueidade do material isolante reduz os "pontos frios."
Compensações técnico-econômicas: As minas devem calcular o custo de consumo de energia do aquecimento versus os benefícios econômicos da melhoria da taxa de recuperação com base em seu tipo de minério específico (minérios não sulfetados são extremamente sensíveis à temperatura) e requisitos de índice de flotação, e selecionar as medidas de aquecimento e isolamento mais econômicas e viáveis.
2. Estratégia de otimização do sistema de reagentes: alta eficiência e resistência a baixas temperaturas
A otimização do sistema de reagentes é a tecnologia central para a produção no inverno sem aumentar significativamente os custos de aquecimento.
Tipos de agentes
Princípios de enfrentamento de baixa temperatura
Soluções e exemplos
Orientação prática
Coletores
Melhorando a adsorção e a solubilidade
1. Aumentando a dosagem: Compensando a adsorção insuficiente em baixas temperaturas.2. Selecionando/Desenvolvendo agentes resistentes a baixas temperaturas: Como novos derivados de ácidos graxos de baixo carbono, coletores anfóteros (resistentes a baixas temperaturas e água dura).3. Agentes compostos: Combinando ácidos graxos com surfactantes para produzir um efeito sinérgico.
Empiricamente, a dosagem do coletor pode ser apropriadamente aumentada em 10%–30%, mas o valor ideal precisa ser determinado por meio de testes em pequena escala para evitar que a dosagem excessiva afete a seletividade.
Agentes de espumação
Estabilizar a estrutura da espuma e resistir aos efeitos da viscosidade
1. Selecione agentes de espumação com forte adaptabilidade à temperatura ou alta atividade: como metil isobutil metanol (MIBC) e outros agentes de espumação de álcool éter.2. Aumente apropriadamente a quantidade de agente de espumação: para compensar a diminuição da atividade e o aumento da viscosidade em baixas temperaturas.
Monitore de perto o estado da espuma (altura, viscosidade, fragilidade) e ajuste dinamicamente a dosagem para evitar que a estabilidade excessiva da espuma leve a uma diminuição no grau do concentrado.
Modificadores/Inibidores
Garantindo a taxa de reação e a seletividade
1. Prolongando o tempo de condicionamento: Certifique-se de que o modificador (como cal) tenha tempo suficiente para se dissolver em baixas temperaturas e reagir totalmente com a polpa para atingir o valor de pH predefinido.2. Aumentando a concentração do inibidor: Superar a inibição da taxa de reação por baixas temperaturas e garantir o efeito inibitório.
Controle rigorosamente o valor de pH da polpa; se necessário, considere preparar o modificador em uma solução quente de alta concentração para adição.
3. Estratégias de ajuste fino dos parâmetros do processo
Concentração da polpa: A redução apropriada da concentração da polpa (aumento da diluição) compensa parcialmente o aumento da viscosidade causado pela baixa temperatura, melhora as propriedades reológicas e facilita o movimento das bolhas.
Tempo de flotação: Devido à diminuição da constante de velocidade de flotação K, o tempo de desbaste deve ser apropriadamente estendido para garantir tempo de mineralização suficiente para minerais valiosos e manter a taxa de recuperação.
Taxa de aeração e agitação: O aumento apropriado da taxa de aeração e da intensidade de agitação da máquina de flotação ajuda a superar a resistência viscosa, aumenta a dispersão das bolhas e aumenta a probabilidade de contato entre partículas minerais e bolhas.
03
Perspectivas: Tendências de desenvolvimento da tecnologia de flotação em baixa temperatura
Diante de requisitos cada vez mais rigorosos de proteção ambiental e controle de custos, a pesquisa da indústria de processamento mineral sobre tecnologia de flotação em baixa temperatura para o inverno está se desenvolvendo nas seguintes direções:
Desenvolvimento de novos reagentes resistentes a baixas temperaturas, de alta eficiência: Em particular, reagentes de flotação compostos e anfóteros que possuem forte poder de coleta, alta seletividade e excelente solubilidade em baixas temperaturas são um foco importante da pesquisa futura de reagentes.
Controle inteligente da temperatura da polpa: Utilizando sensores avançados e tecnologia de inteligência artificial (IA) para obter monitoramento e previsão em tempo real da temperatura da polpa, viscosidade e estado da espuma, combinados com um sistema automático de dosagem de reagentes, permite o controle preciso e inteligente do processo de flotação.
Recuperação e utilização de calor residual: A introdução de fontes de calor de baixo grau (como calor residual do gerador e condensado de vapor) da planta de processamento mineral ou indústrias vizinhas no sistema de água de moagem para pré-aquecer a polpa da maneira mais econômica será crucial para reduzir o consumo de energia na produção de inverno.
O impacto das baixas temperaturas no inverno na produção de flotação é multifacetado e profundo, envolvendo mudanças complexas na mecânica dos fluidos, química de superfície e mecanismos de ação dos reagentes. O gerenciamento bem-sucedido da produção de flotação no inverno exige que os técnicos tenham um profundo conhecimento desses mecanismos e estabeleçam um sistema técnico abrangente que priorize a otimização do reagente e o complemente com garantia de energia térmica. Este sistema envolve ajustes precisos de reagentes, medidas científicas de preservação do calor e aquecimento e ajuste fino flexível dos parâmetros do processo. Somente dessa forma os desafios do inverno podem ser efetivamente enfrentados, garantindo indicadores estáveis de processamento mineral e maximizando os benefícios econômicos.
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