Verbesserung der Verdickungsmittelleistung mithilfe von Flockungsmitteln für die Mineralverarbeitung

Flockungsmittel können die Leistung des Verdickungsmittels verbessern 15–40 % der Unterlaufdichte und Reduzierung der Absetzzeit um 30–60 % bei richtiger Auswahl und Dosierung. Der richtige Flockungsmittel-Polymertyp, das richtige Molekulargewicht und die richtige Ladungsdichte wirken sich direkt auf die Partikelaggregation, die Absetzgeschwindigkeit und die Klärungseffizienz bei Mineralverarbeitungsvorgängen aus.

Eindicker sind wichtige Betriebseinheiten in Mineralverarbeitungsanlagen und erfordern erhebliche Kapital- und Betriebskosten. Eine schlechte Leistung des Eindickers führt zu verringertem Durchsatz, übermäßigem Wasserverbrauch und Problemen bei der Weiterverarbeitung. Flockungsmittel dienen als primäres chemisches Hilfsmittel zur Optimierung dieser Systeme, indem sie feine Partikel zu größeren, schneller absetzenden Aggregaten verbinden.

Auswahlkriterien für Flockungsmittel für Verdickungsmittelanwendungen

Die Auswahl des geeigneten Flockungsmittels erfordert Kenntnisse der Erzmineralogie, der Partikelgrößenverteilung, der Schlammchemie und der gewünschten Leistungsergebnisse. Verschiedene Mineralsysteme reagieren unterschiedlich auf die Flockungseigenschaften.

Anionische Flockungsmittel für allgemeine Anwendungen

Anionische Polyacrylamide darstellen 70-80 % der Flockungsmittel werden bei der Mineraleindickung verwendet . Diese Polymere wirken effektiv auf den meisten Oxiderzen, Kohle und unedlen Metallkonzentraten. Anionische Flockungsmittel mit hohem Molekulargewicht (12–20 Millionen Dalton) und mittlerer Ladungsdichte (20–40 %) liefern typischerweise eine optimale Leistung für die Eindickung von Kupfer- und Goldrückständen.

Eine Kupfermine in Chile erhöhte die Unterlaufdichte von 58 % auf 68 % Feststoffe, indem sie von einem 15-Millionen-Dalton-Flockungsmittel auf ein 18-Millionen-Dalton-Produkt umstellte und gleichzeitig die Dosierung von 45 g/t auf 38 g/t reduzierte.

Kationische und nichtionische Alternativen

Kationische Flockungsmittel eignen sich hervorragend für tonreiche Systeme, in denen die Partikeloberflächen negative Ladungen tragen. In Phosphat-, Kali- und Ölsandbetrieben werden häufig kationische Polymere mit Molekulargewichten zwischen 5 und 12 Millionen Dalton eingesetzt. Nichtionische Flockungsmittel finden Anwendung in Umgebungen mit hohem Salzgehalt oder dort, wo die Wasserchemie erheblich schwankt.

Optimierung der Dosierung und Zugabe von Flockungsmitteln

Durch die Dosierungsoptimierung werden Leistungsverbesserungen und Chemikalienkosten ausgeglichen. Übermäßige Dosierung verschwendet Geld und kann tatsächlich die Leistung beeinträchtigen, indem sie Überdosierungseffekte wie Restabilisierung oder erhöhte Trübung des Überstands verursacht.

Verdünnungs- und Mischanforderungen

Die richtige Vorbereitung des Flockungsmittels beeinflusst die Leistung erheblich. Zur Standardpraxis gehört die Vorbereitung von Lösungen 0,05–0,2 % aktive Polymerkonzentration . Zweistufige Verdünnungssysteme mit Alterungstanks bieten eine bessere Polymeraktivierung als einstufige Systeme. Für eine vollständige Polymerhydratation sollte die Alterungszeit 30–60 Minuten betragen.

Die Lage der Zugabestelle hat entscheidenden Einfluss auf die Flockungseffizienz. Die Installation des Flockungsmittelzugabepunkts 3–5 Meter vor dem Futterbrunnen und die sanfte Inline-Mischung ermöglichen eine ausreichende Kontaktzeit ohne übermäßige Scherung, die die Flocken schädigt. Ein Nickelbetrieb in Westaustralien wurde realisiert 22 % Verbesserung der Überlaufklarheit durch Verlegung ihres Zugabepunkts und Installation eines statischen Mischers.

Messung und Überwachung der Verdickerleistung

Eine systematische Leistungsüberwachung ermöglicht eine datengesteuerte Optimierung und frühzeitige Problemerkennung. Wichtige Leistungsindikatoren sollten kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen verfolgt werden.

Kritische Leistungskennzahlen

• Unterlaufdichte: Der primäre Indikator für die Leistung des Verdickers, kontinuierlich mit Kerndichtemessgeräten oder manuell mit Marcy-Waagen gemessen
• Überlaufklarheit: Gemessen als nephelometrische Trübungseinheiten (NTU) oder Schwebstoffkonzentration, Zielwerte liegen typischerweise unter 200 NTU
• Absetzgeschwindigkeit: Wird durch Absetztests bestimmt und zeigt die Wirksamkeit des Flockungsmittels mit typischen Raten von 15–40 m/h für gut ausgeflockte Aufschlämmungen an
• Betthöhe: Für einen optimalen Betrieb auf 30–50 % der Eindicktiefe gehalten
• Drehmoment: Ein Anstieg des Rechendrehmoments weist auf Probleme mit der Bettverdichtung oder eine unzureichende Flockung hin

Labortestprotokolle

Regelmäßige Glastests oder Zylinderabsetztests validieren die Anlagenleistung und prüfen alternative Flockungsmittel. Ein Standardtestprotokoll umfasst:

1. Sammeln Sie repräsentative Futterproben bei pflanzlicher Futterdichte
2. Die Testdosis reicht von 50–150 % der aktuellen Pflanzendosis in 25 %-Schritten
3. Messen Sie die anfängliche Absetzgeschwindigkeit (erste 30 Sekunden) und die endgültige Absetzgeschwindigkeit nach 30 Minuten
4. Analysieren Sie die Klarheit des Überstands und die Dichte des abgesetzten Betts
5. Dokumentieren Sie Beobachtungen zu Flockengröße, -stärke und -bildungsgeschwindigkeit

Behebung häufiger Probleme mit der Verdickerleistung

Leistungsprobleme haben verschiedene Ursachen, darunter Schwankungen der Zufuhr, Änderungen der Wasserchemie, Geräteprobleme oder eine nicht optimale Flockungsmittelanwendung. Eine systematische Diagnose verhindert falsche Abhilfemaßnahmen.

Schlechte Unterlaufdichte

Wenn die Unterlaufdichte unter den Zielwert fällt, untersuchen Sie diese Faktoren nacheinander:

• Erhöhter Tongehalt im Futtererz, wodurch die Durchlässigkeit verringert wird (erfordert Flockungsmittel mit höherem Molekulargewicht)
• Unterdosierung des Flockungsmittels oder schlechte Vermischung führt zu unvollständiger Flockung
• Übermäßige hydraulische Belastung überschreitet die Kapazität des Eindickers
• Zu hohe Rechengeschwindigkeit verhindert Bettkonsolidierung (Spitzengeschwindigkeit auf 10-15 m/h reduzieren)

Ein australischer Goldbetrieb, der eine sinkende Unterlaufdichte von 52 % auf 46 % Feststoffe verzeichnete, entdeckte dies durch Erzcharakterisierung Tongehalt war von 8 % auf 18 % gestiegen . Durch die Umstellung auf ein Flockungsmittel mit ultrahohem Molekulargewicht (22 Millionen Dalton) wurde die Unterlaufdichte auf 54 % Feststoffe wiederhergestellt.

Hohe Überlauftrübung

Ein trüber Überlauf weist auf eine unvollständige Partikelerfassung oder einen Flockenbruch hin. Dieses Problem resultiert häufig aus:

• Eine Überdosierung des Flockungsmittels führt zu einer Ladungsumkehr und einer erneuten Stabilisierung der Partikel
• Übermäßige Mischintensität zerbricht gebildete Flocken (Laufradgeschwindigkeit reduzieren oder sanfte statische Mischer verwenden)
• Erzeugung ultrafeiner Partikel durch Änderungen des Mahlkreislaufs (sekundäre Flockungsmitteldosierung hinzufügen)
• Veränderungen der Wasserchemie, die sich auf die Oberflächenladung auswirken (pH-Wert, Ionenstärke, organischer Gehalt)

Fortschrittliche Flockungsmitteltechnologien und -strategien

Jüngste Entwicklungen in der Flockungsmittelchemie und in den Anwendungsmethoden bieten Möglichkeiten für erhebliche Leistungsverbesserungen über herkömmliche Einzelpolymeransätze hinaus.

Dual-Polymer-Systeme

Die aufeinanderfolgende Zugabe von zwei verschiedenen Flockungsmitteln kann bei anspruchsvollen Anwendungen die Leistung einzelner Polymere übertreffen. Ein typisches System verwendet ein Polymer mit niedrigem Molekulargewicht und hoher Ladungsdichte als Konditionierer, gefolgt von einem verbrückenden Flockungsmittel mit hohem Molekulargewicht. Dieser Ansatz wurde erreicht 35 % Verbesserung der Absetzgeschwindigkeit und 28 % Reduzierung der Chemikalienkosten bei einem brasilianischen Eisenerzbetrieb, der jährlich 15 Millionen Tonnen verarbeitet.

Das konditionierende Polymer neutralisiert Oberflächenladungen und bildet Mikroflocken, während das Brückenpolymer diese zu großen, sich schnell absetzenden Flocken aggregiert. Zu den entscheidenden Erfolgsfaktoren gehören das richtige Dosierungsverhältnis (typischerweise 1:3 bis 1:5 Conditioner zu Brückenpolymer) und eine angemessene Mischung zwischen den Zugabepunkten.

Emulsions- und Dispersionspolymere

Emulsionsflockungsmittel liefern im Vergleich zu Standardlösungen einen höheren Wirkstoffgehalt (30–40 %) und senken so die Versand- und Lagerkosten. Dispersionspolymere bieten eine schnelle Aktivierung (unter 10 Minuten) gegenüber 30–60 Minuten bei herkömmlichen Produkten und ermöglichen so kleinere Alterungstanks und eine reaktionsschnellere Prozesssteuerung.

Ein Zink-Blei-Betrieb in Kanada wurde auf Emulsionspolymere umgestellt jährliche Einsparungen von 180.000 US-Dollar durch reduzierte Frachtkosten und kleinere Make-up-Einrichtungen , mit gleicher oder leicht verbesserter Verdickerleistung.

Automatische Dosierungskontrolle

Fortschrittliche Steuerungssysteme optimieren die Flockungsmitteldosierung in Echtzeit basierend auf den Futtereigenschaften und der Reaktion des Verdickungsmittels. Systeme mit Feedforward-Steuerung (Anpassung der Dosierung basierend auf Futtermenge, Dichte und Partikelgröße) in Kombination mit Feedback-Steuerung (Reaktion auf Unterlaufdichte und Überlaufklarheit) erzielen Ergebnisse Reduzierung des Flockungsmittelverbrauchs um 10–15 % bei gleichzeitiger Beibehaltung einer stabilen Leistung durch Futtervariationen.

Strömungsstromdetektoren ermöglichen eine Echtzeitmessung der Oberflächenladungsbedingungen und ermöglichen so präzise Dosisanpassungen. Implementierungskosten von 50.000 bis 150.000 US-Dollar amortisieren sich in der Regel innerhalb von 6 bis 18 Monaten durch Chemikalieneinsparungen und eine verbesserte Wasserrückgewinnung.

Wirtschaftliche Überlegungen und Kostenoptimierung

Die Kosten für Flockungsmittel betragen typischerweise 0,10–0,50 $ pro Tonne verarbeitetem Erz , was sie zu einem erheblichen Betriebsaufwand macht. Allerdings übersteigt der durch eine verbesserte Verdickerleistung erzielte Mehrwert in den meisten Betrieben die Chemikalienkosten bei weitem.

Wertanalyse-Framework

Eine umfassende Wertbewertung berücksichtigt mehrere Faktoren, die über die Rohchemikalienkosten hinausgehen:

• Wasserrückgewinnung: Mit jeder Verbesserung der Unterlaufdichte um 1 % werden etwa 1,5–2,0 % mehr Prozesswasser zurückgewonnen, wodurch der Bedarf an Nachspeise verringert wird
• Durchsatz: Eine verbesserte Abwicklung ermöglicht eine Kapazitätssteigerung von 10–25 % ohne Kapitalerweiterung
• Auswirkung auf die Abwärtsströmung: Eine bessere Klarheit des Überlaufs verringert die Belastung der Prozesskreisläufe durch rezirkulierende Feststoffe
• Zuverlässigkeit: Gleichbleibende Leistung reduziert Betriebsschwankungen und Notfalleinsätze

Ein Kupferkonzentrator, der 40.000 Tonnen pro Tag verarbeitet, ergab eine Verbesserung der Unterlaufdichte von 60 % auf 65 % der Feststoffe Jahreswert von 2,8 Millionen US-Dollar durch reduzierten Frischwasserverbrauch und erhöhte Verarbeitungskapazität , im Vergleich zu zusätzlichen Flockungsmittelkosten von 400.000 US-Dollar pro Jahr.

Wettbewerbsbewertungsprozess

Regelmäßige Flockungsmittelversuche im Vergleich mehrerer Anbieter gewährleisten eine optimale Produktauswahl und wettbewerbsfähige Preise. Strukturierte Bewertungsprotokolle sollten Folgendes umfassen:

1. Laborscreening von 4–6 Kandidatenprodukten von 2–3 Lieferanten
2. Pflanzenversuche mit den 2–3 besten Pflanzen über einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen
3. Wirtschaftliche Analyse einschließlich chemischer Kosten, Leistungsverbesserungen und betrieblicher Vorteile
4. Bewertung der Versorgungssicherheit einschließlich Produktionsstandorten und Logistikzuverlässigkeit

Die jährliche Durchführung solcher Bewertungen oder wenn sich die Erzeigenschaften wesentlich ändern, gewährleistet eine optimale Leistung und Kosteneffizienz.