Thách thức sản xuất mùa đông: Tác động của nhiệt độ thấp đến các chỉ số tuyển nổi và các chiến lược tương ứng

Bài viết này sẽ bắt đầu bằng việc khám phá các cơ chế vi mô mà nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến hệ thống tuyển nổi, kết hợp các đặc tính tác động của các loại thuốc thử khác nhau và làm sáng tỏ một cách có hệ thống các chiến lược đối phó với tuyển nổi mùa đông với cả giá trị lý thuyết và thực tế. Mục đích là cung cấp cho các kỹ thuật viên khai thác một sơ đồ tối ưu hóa tuyển nổi mùa đông nghiêm ngặt, chính xác và hiệu quả.

01

Các Cơ Chế Chính Tác Động của Nhiệt Độ Thấp lên Hệ Thống Tuyển Nổi

Tác động tiêu cực của nhiệt độ thấp lên các chỉ số tuyển nổi không phải do một yếu tố duy nhất gây ra, mà là do một loạt các hiệu ứng hóa lý và thủy động lực học phức tạp. Việc hiểu các cơ chế vi mô này là điều kiện tiên quyết để phát triển các chiến lược đối phó khoa học.

1. Sự suy giảm các tính chất lưu biến của bùn - Tăng độ nhớt và suy giảm động lực học

Ở nhiệt độ thấp, độ nhớt của bùn tăng lên đáng kể. Ví dụ, trong quá trình tuyển nổi một loại quặng chì-kẽm nhất định, khi nhiệt độ bùn giảm từ 20°C xuống 5°C, độ nhớt của bùn có thể tăng hơn 10%.

• Động lực học bong bóng bị suy giảm:Độ nhớt bùn tăng trực tiếp làm giảm tốc độ nổi của bong bóng trong bùn và làm giảm tốc độ va chạm hiệu quả (tức là xác suất khoáng hóa) giữa bong bóng và các hạt khoáng. Theo động học tuyển nổi, điều này dẫn đến sự giảm hằng số tốc độ tuyển nổi (K), kéo dài thời gian nổi của khoáng chất và cuối cùng là giảm tỷ lệ thu hồi.
• Sự bám dính giữa bong bóng và hạt:Sự thay đổi độ nhớt cũng ảnh hưởng đến tốc độ thoát nước và độ bền cơ học của màng bong bóng khoáng hóa, khiến các khoáng chất thô dễ bị tách ra, làm giảm thêm tỷ lệ thu hồi của các hạt thô.

2. Giảm độ hòa tan và tốc độ hấp phụ hóa học của thuốc thử - Giảm hoạt tính hóa học bề mặt

Nhiệt độ thấp là nguyên nhân cơ bản dẫn đến việc giảm hiệu quả của các thuốc thử tuyển nổi thông thường, đặc biệt là những thuốc thử bị ảnh hưởng đáng kể đến độ hòa tan bởi nhiệt độ.

Hoạt tính của chất thu gom bị ức chế:

Axit béo (ví dụ: tuyển nổi khoáng phi sulfide):Độ hòa tan của các chất thu gom như axit oleic và xà phòng axit béo giảm đáng kể khi nhiệt độ giảm, dễ kết tủa chất rắn hoặc tạo thành gel. Điều này dẫn đến nồng độ chất thu gom hiệu quả không đủ trong pha lỏng, gây khó khăn cho việc hình thành một lớp kỵ nước hiệu quả trên bề mặt khoáng chất, do đó làm suy yếu đáng kể khả năng thu gom.

Chất thu gom khoáng sulfide (ví dụ: xanthate):Nhiệt độ thấp làm giảm mức độ oxy hóa trên bề mặt khoáng chất (ví dụ: galena), làm giảm số lượng các vị trí hấp phụ hoạt tính bề mặt và do đó làm giảm lượng hấp phụ hóa học của chất thu gom. Ví dụ, khả năng hấp phụ xanthate của galena ở 5°C thấp hơn đáng kể so với ở 20°C, dẫn đến giảm 7 điểm phần trăm trong thu hồi.

Chất ức chế và chất kích hoạt tác dụng chậm:Hầu hết các tốc độ phản ứng hóa học (bao gồm cả sự hấp phụ chọn lọc của chất ức chế vào khoáng chất và phản ứng kích hoạt của chất kích hoạt) tuân theo phương trình Arrhenius. Khi nhiệt độ giảm, hằng số tốc độ phản ứng (k) giảm, dẫn đến ức chế hoặc kích hoạt không hoàn toàn, giảm tính chọn lọc phân loại và giảm cấp độ tinh quặng.

Giảm hiệu quả của chất tạo bọt:Một số rất nhỏ các chất tạo bọt có thể bị giảm hoạt tính hoặc thậm chí kết tủa ở nhiệt độ thấp, dẫn đến thể tích bọt nhỏ hơn, giòn hơn hoặc không ổn định, ảnh hưởng đến việc cạo tinh quặng và sự ổn định của bong bóng khoáng hóa.

3. Ví dụ về sự suy giảm hiệu suất tuyển nổi ở nhiệt độ thấp

02

Hướng dẫn thực tế: Các chiến lược có hệ thống để giải quyết các chỉ số tuyển nổi trong mùa đông

Để giải quyết những thách thức tuyển nổi do nhiệt độ thấp gây ra, nên áp dụng một phương pháp có hệ thống, tập trung vào hai khía cạnh chính: "sưởi ấm và cách nhiệt" và "tối ưu hóa thuốc thử."

1. Chiến lược an toàn năng lượng nhiệt: Công nghệ sưởi ấm và cách nhiệt

Mặc dù việc sưởi ấm bùn làm tăng chi phí năng lượng, nhưng đây là một khoản đầu tư cần thiết ở những vùng cực lạnh hoặc đối với các khoáng chất cần sưởi ấm để duy trì các chỉ số (chẳng hạn như quặng phi sulfide).

Đánh đổi về kinh tế kỹ thuật: Các mỏ nên tính toán chi phí tiêu thụ năng lượng của việc sưởi ấm so với lợi ích kinh tế của việc cải thiện tỷ lệ thu hồi dựa trên loại quặng cụ thể của chúng (quặng phi sulfide cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ) và các yêu cầu về chỉ số tuyển nổi, đồng thời chọn nhiệt độ sưởi ấm và các biện pháp cách nhiệt kinh tế và khả thi nhất.

2. Chiến lược tối ưu hóa hệ thống thuốc thử: Hiệu quả cao và khả năng chịu nhiệt độ thấp

Tối ưu hóa hệ thống thuốc thử là công nghệ cốt lõi để sản xuất mùa đông mà không làm tăng đáng kể chi phí sưởi ấm.

3. Chiến lược tinh chỉnh thông số quy trình

• Nồng độ bột giấy: Giảm thích hợp nồng độ bột giấy (tăng độ pha loãng) một phần bù đắp cho sự gia tăng độ nhớt do nhiệt độ thấp, cải thiện các tính chất lưu biến và tạo điều kiện cho sự di chuyển của bong bóng.
• Thời gian tuyển nổi: Do sự giảm hằng số tốc độ tuyển nổi K, thời gian thô nên được kéo dài một cách thích hợp để đảm bảo thời gian khoáng hóa đầy đủ cho các khoáng chất có giá trị và duy trì tỷ lệ thu hồi.
• Tốc độ sục khí và khuấy trộn: Tăng thích hợp tốc độ sục khí và cường độ khuấy trộn của máy tuyển nổi giúp khắc phục lực cản nhớt, tăng độ phân tán bong bóng và tăng cường khả năng tiếp xúc giữa các hạt khoáng và bong bóng.

03

 Triển vọng: Xu hướng phát triển của công nghệ tuyển nổi nhiệt độ thấp

Đối mặt với các yêu cầu ngày càng khắt khe về bảo vệ môi trường và kiểm soát chi phí, nghiên cứu của ngành công nghiệp chế biến khoáng sản về công nghệ tuyển nổi nhiệt độ thấp cho mùa đông đang phát triển theo các hướng sau:

1.  Phát triển các thuốc thử mới, hiệu quả cao, chịu nhiệt độ thấp:Đặc biệt, các thuốc thử tuyển nổi hỗn hợp và lưỡng tính có khả năng thu gom mạnh, tính chọn lọc cao và độ hòa tan nhiệt độ thấp tuyệt vời là trọng tâm chính của nghiên cứu thuốc thử trong tương lai.
2. Kiểm soát thông minh nhiệt độ bột giấy:Sử dụng các cảm biến tiên tiến và công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) để đạt được việc theo dõi và dự đoán nhiệt độ bột giấy, độ nhớt và trạng thái bọt theo thời gian thực, kết hợp với hệ thống định lượng thuốc thử tự động, cho phép kiểm soát chính xác và thông minh quá trình tuyển nổi.
3. Thu hồi và sử dụng nhiệt thải:Việc đưa các nguồn nhiệt cấp thấp (chẳng hạn như nhiệt thải của máy phát điện và ngưng tụ hơi nước) từ nhà máy chế biến khoáng sản hoặc các ngành công nghiệp xung quanh vào hệ thống nước nghiền để gia nhiệt trước bột giấy theo cách tiết kiệm nhất sẽ rất quan trọng để giảm tiêu thụ năng lượng trong sản xuất mùa đông.

Tác động của nhiệt độ thấp vào mùa đông đối với sản xuất tuyển nổi là đa diện và sâu sắc, liên quan đến những thay đổi phức tạp trong cơ học chất lỏng, hóa học bề mặt và cơ chế tác động của thuốc thử. Quản lý sản xuất tuyển nổi mùa đông thành công đòi hỏi các kỹ thuật viên phải hiểu sâu sắc các cơ chế này và thiết lập một hệ thống kỹ thuật toàn diện ưu tiên tối ưu hóa thuốc thử và bổ sung nó bằng sự đảm bảo năng lượng nhiệt. Hệ thống này liên quan đến việc điều chỉnh thuốc thử chính xác, các biện pháp bảo quản nhiệt và sưởi ấm khoa học, và tinh chỉnh linh hoạt các thông số quy trình. Chỉ bằng cách này, những thách thức của mùa đông mới có thể được giải quyết một cách hiệu quả, đảm bảo các chỉ số chế biến khoáng sản ổn định và tối đa hóa lợi ích kinh tế.