Cell Jameson

Introdução

A alta intensidade da célula de Jameson significa que é muito mais curta que as células convencionais de flutuação da coluna (veja a Figura 1) e não requer compressores de ar para arejar a suspensão de partículas de minério de solo e água (conhecida como pasta ou polpa) em a célula de flutuação. A falta de um requisito para o ar comprimido e a falta de partes móveis significam que o consumo de energia é menor do que para a célula de flotação mecânica ou convencional equivalente.

Em contraste com a maioria dos tipos de célula de flutuação, a célula apresenta a alimentação e o ar na célula em uma corrente combinada por meio de uma ou mais colunas cilíndricas referidas como "downComers". Outros tipos de célula de flotação geralmente introduzem a alimentação e o ar separadamente na célula.

A célula produz taxas rápidas de flutuação mineral, especialmente para partículas minerais muito finas. Produz graus de alto concentrado a partir de partículas liberadas flutuantes rapidamente e é capaz de fazer isso a partir de um único estágio de flutuação. A alta capacidade de transporte da célula de Jameson é particularmente benéfica quando são necessários altos rendimentos (puxões em massa), como na reclamagem na flotação dos metais e na flotação do carvão metalúrgico, onde os rendimentos podem exceder 80%.

A célula foi desenvolvida inicialmente como uma alternativa de menor custo às células convencionais de flutuação de colunas para recuperar partículas finas e foi usada pela primeira vez no concentrador de chumbo-zinco do Monte Isa em 1988. Desde então, o uso da tecnologia se espalhou para incluir a flotação de carvão, Flotação de base e metal precioso, flotação de potássio, flotação de areias a óleo, flotação de molibdênio, flotação de grafite e licores de extração de solventes de limpeza. A tecnologia XSTRATA, o braço de marketing de tecnologia da Glencore Xstrata, listado 328 instalações de células Jameson em maio de 2013. As células foram instaladas por 94 empresas em 27 países. Hoje, a tecnologia é o padrão na indústria australiana de carvão, onde mais de cem células foram instaladas para recuperar multas de carvão. É usado principalmente em aplicações de metais para resolver problemas finais de classificação e capacidade dos circuitos de limpeza de células convencionais. Ele encontrou um nicho na transformação dos projetos de circuitos tradicionais, onde sua inclusão permite que os circuitos mais limpos sejam projetados com menos células em uma pegada menor, enquanto atinge concentrados de lixo e/ou superior. Também possibilitou a recuperação de materiais finos previamente descartados, como finos de carvão e fosfato, aumentando assim a eficiência e prolongando a vida dos recursos naturais não renováveis ​​do mundo.

Princípios operacionais

A flotação de espuma é alcançada pela mistura de produtos químicos conhecidos como colecionadores com a pasta de minério. Os colecionadores adsorvem nas superfícies das partículas de minerais selecionados (geralmente o mineral valioso que é direcionado para a concentração), tornando esses minerais hidrofóbicos. O ar é passado pela pasta em um tanque conhecido como uma célula de flutuação. O ar é dividido em pequenas bolhas por vários mecanismos (dependendo do projeto da célula de flutuação), e os minerais agora hidrofóbicos se prendem às bolhas, subindo com elas na superfície da célula de flutuação, onde formam uma espuma. A espuma flui sobre a borda superior (ou "lábio") da célula de flutuação e forma o concentrado de flotação. Idealmente, nenhuma das partículas minerais indesejadas flutuam, e elas permanecem para trás como rejeitos de flutuação.

No entanto, a seletividade do mecanismo de coleta não é perfeita. Alguns minerais indesejados ("Gangue") também são transportados para a espuma, em grande parte por arrastamento com a água subindo com as bolhas. Este é particularmente o caso para partículas com menos de 10 μm de tamanho. Algumas das partículas da ganga seguem a água entre as bolhas, enquanto ele drena de volta à polpa subjacente. Esse processo pode ser auxiliado pela aplicação de "água de lavagem" suficientes na espuma para deslocar a água arrastada com as bolhas e as finas partículas de ganga trazidas consigo. As células de flotação da coluna, inventadas no Canadá por Boutin e Tremblay em 1961, cresceram cada vez mais populares nas décadas de 1980 e 1990 como uma maneira de reduzir o arrastamento de partículas de gangues finas durante a "limpeza" dos concentrados de flutuação. Com alturas geralmente entre 6 e 14 metros, eles podem ter profundidades de espuma de até 2 m, proporcionando mais tempo de permanência do que as células convencionais e superfícies de espuma mais estáveis ​​que permitem melhor lavagem de espuma.

A eficiência da flutuação da espuma é determinada por uma série de probabilidades: as de contato de partículas -bubble, fixação de partículas -bubble, transporte entre a polpa e a espuma e a coleta de espuma no lavagem do produto.

Em uma célula agitada mecanicamente convencional, a fração vazia é baixa (5 a 10%) e o tamanho da bolha é grande (2-3 mm), o que resulta em uma área interfacial baixa com baixa probabilidade de contato de partícula -bubble. Em uma coluna de flutuação convencional, a fração vazia é igualmente baixa e, portanto, a probabilidade de contato de partícula -bubble é aumentada aumentando a altura da coluna para proporcionar maior tempo de residência.

Tradicionalmente, a pasta de minério e o ar são introduzidos separadamente na célula de flutuação (veja a Figura 2). A célula de Jameson difere dessa abordagem tradicional, misturando a pasta com o ar nos downcomers.

A pasta é introduzida na parte superior do downcomer como um jato que atrai o ar através de um segundo tubo para formar uma mistura bifásica estável (veja a Figura 3). A queda de jato de chorume e depois atribui o ar. Os minerais alvo, com suas superfícies revestidas de coletor, se prendem às bolhas e essa mistura viaja pelo DownComer, impulsionada por forças hidrostáticas, antes de ser descarregada na parte do tanque da célula de Jameson (veja a Figura 4). O DownComer foi projetado para fornecer mistura de alta intensidade do ar e a pasta para gerar uma espuma densa de bolhas finas e maximizar o contato entre as partículas minerais alvo e as bolhas. A probabilidade de contato de partícula -bubble é "praticamente 100%" com um tempo de residência de pasta no DownComer de 5 a 10 segundos.

A alta probabilidade de contato de partícula -bubble e tempos subsequentes de residência curtos (de cinco a dez segundos no DownComer, permitem um design de coluna muito mais compacto do que as células convencionais de flotação da coluna (veja a Figura 1). A natureza fina das bolhas (0.3 para 0,5 mm de diâmetro) dá a eles recursos de transporte aprimorados para partículas minerais finas. Bolhas finas também melhoram a separação de minerais, pois intensificam a diferença na cinética de flutuação dos minerais valiosos dos minerais de gangues, permitindo que os concentrados de grau mais altos sejam produzido.

A espuma no DownComer é de cerca de 50 a 60% de ar. Por esse motivo, a polpa é distribuída na forma de filmes finos de pasta interfacial entre as bolhas, proporcionando um ambiente ideal para o contato de partículas -bubble. A coleta ocorre pela migração das partículas dentro dos filmes finos, que não são muito mais espessos que o diâmetro das partículas.

A melhor coleção ocorre quando o volume de ar é igual ao da pasta injetada.

A célula é operada fechando inicialmente a entrada de ar na parte superior do DownComer e alimentando a polpa de flutuação através do bico. O ar no downcomer é arrastado na polpa, criando um vácuo parcial que puxa a polpa do tanque para o downcomer. O nível da polpa atinge rapidamente o bico, que está em um nível acima do nível do líquido no tanque. Isso cria uma cabeça hidrostática no DownComer, o que significa que a pressão dentro do topo do DownComer é menor que a pressão atmosférica. Quando a entrada é aberta, o ar é atraído para o espaço superior do DownComer por essa pressão mais baixa, onde também é arrastada no conteúdo do queda pelo jato de mergulho. Ao mesmo tempo, um fluxo descendente é estabelecido na polpa no DownComer que é suficiente para combater a flutuabilidade das bolhas e a polpa aerada descarrega no tanque.

Uma vez no tanque, a área da seção transversal mais ampla do tanque reduz a velocidade superficial descendente da mistura, permitindo que bolhas cheias de minerais se desengate do líquido e subam para a superfície como em uma célula convencional, onde formam a espuma . A velocidade da mistura descarregando no tanque e o grande diferencial de densidade entre ela e o restante da polpa no tanque resulta em padrões de fluido de recirculação que mantêm as partículas no tanque em suspensão sem exigir agitação mecânica.

O objetivo do tanque é simplesmente para a separação de bolhas -PULP; portanto, o volume do tanque é pequeno em comparação com as tecnologias alternativas.

A espuma que se forma na parte superior do tanque flui sobre o lábio a ser coletado. Essa espuma pode ser "lavada" por um fluxo leve de água, se desejado. As bolhas que fluem sobre o lábio da célula são menores em diâmetro do que aquelas que fluem sobre o lábio das colunas de flutuação convencionais.

Os rejeitos não flutuantes são descarregados através de um orifício no fundo do tanque.

A célula não possui peças móveis nem requisitos para mecanismos de ar comprimido ou de desaceleração. Isso resulta em menor consumo de energia do que as células de flotação mecânica ou de coluna equivalentes. Os custos de manutenção também são mais baixos porque a única parte do uso é a lente de pasta usada para criar o jato no downComer.

História

A célula de Jameson surgiu de um programa de pesquisa de longo prazo que visa melhorar a recuperação de partículas finas por flutuação. O trabalho começou no Imperial College London e continuou quando Jameson se mudou em 1978 para a Universidade de Newcastle, NSW, Austrália, onde é professor laureado (2015).

Pesquisa Acadêmica (1969-1990)

A pesquisa de Jameson sobre flutuação começou quando ele estava no Imperial College London, em 1969. Um colega, Dr. J. A. Kitchener, da Royal School of Mines, apontou que muitos dos novos depósitos minerais encontrados em todo o mundo exigiam moagem fina para separar o valioso valioso Partículas da rocha em que foram incorporadas, e as tecnologias de flotação disponíveis na época eram relativamente ineficientes para recuperar partículas finas. Kitchener sentiu que as melhorias poderiam ser melhor obtidas por um aumento do conhecimento da física da flutuação, e não pela química dos reagentes. Jameson adquiriu alguma experiência nas propriedades de bolhas e partículas em suspensões enquanto um estudante de doutorado em Cambridge. Ele começou a pesquisar a mecânica fluida do processo de flutuação e estabeleceu uma série de projetos experimentais no efeito do diâmetro das partículas e do tamanho da bolha na constante da taxa de flutuação. Grande parte da pesquisa foi conduzida por estudantes de honra em engenharia química. Jameson aceitou o desafio de apresentar soluções práticas para remediar a situação, se elas pudessem ser identificadas.

A pesquisa de Jameson mostrou que a cinética da flutuação de partículas finas era uma forte função do diâmetro da bolha e que a maneira de melhorar as recuperações era usar pequenas bolhas na ordem de 300 mícrons (μM) de diâmetro. O que era necessário era um método prático de fazer tais bolhas em grandes quantidades, da ordem de bilhões por segundo. O dispositivo precisava ser simples de construir e operar, capaz de executar por longos períodos com manutenção mínima e deve ser resistente ao bloqueio por partículas grandes em alta na alimentação. Ele começou a olhar para a teoria do rompimento de bolhas nos fluxos de cisalhamento, isto é, em campos de fluxo em que camadas de líquido deslizam um sobre o outro. Lewis e Davidson publicaram recentemente uma teoria para prever o tamanho máximo de bolhas em um ambiente de fluxo bem caracterizado. Ao equilibrar as forças que atuam em uma bolha em um fluxo de cisalhamento, incluindo as tensões dinâmicas disruptivas do movimento líquido e a força de restauração da tensão superficial, foi possível prever a taxa crítica de cisalhamento necessária para produzir uma bolha de tamanho determinado. Jameson procurou maneiras simples e práticas de gerar as taxas de cisalhamento necessárias e encontrou inspiração na pia da cozinha. Se um jato de água de uma torneira mergulhar em uma bacia cheia de água, uma camada de cisalhamento se desenvolve ao redor do jato, que atinge o ar da atmosfera na água e, ao mesmo tempo, quebra o ar arrastado em bolhas finas. O efeito é ampliado se houver um detergente na água. Os detergentes, conhecidos como Frothers, são usados ​​em flutuação para evitar coalescência de bolhas e criar espumas estáveis. Pela escolha correta de velocidade e diâmetro do jato, é possível fornecer um ambiente de cisalhamento controlado que possa gerar bolhas de tamanho adequado para flutuação, com a vantagem adicional de que o ar é naturalmente aspirado pelo jato, portanto não há necessidade de um compressor ou soprador. Assim, nasceu a idéia da célula de Jameson.

Após uma série de falhas, o novo processo radical de flutuação surgiu no laboratório da Universidade de Newcastle. Jameson apresentou um pedido de patente provisório em 1986. Após um julgamento inicial na mina Renison Bell Tin, na Tasmânia, certos recursos de design foram modificados. Ele liderou um novo julgamento de plantas com uma pequena célula no concentrador de chumbo-zinco da MT Isa Mines Ltd, em Queensland, trabalhando inicialmente sozinha. Os metalurgistas da planta se interessaram pela tecnologia e ajudaram a refiná-la, verificando particularmente os procedimentos de expansão que Jameson havia criado. Em 1988, um graduado recente foi designado em tempo integral por um ano para verificar e validar o desempenho da célula. Em 1989, uma licença exclusiva mundial foi negociada entre a Tunra Ltd em nome da Universidade de Newcastle, Jameson e Mim Holdings Limited, para o uso da célula para fins metalúrgicos. Os documentos de resumo sobre a teoria e a prática foram publicados.

Houve mudanças significativas em andamento no design da célula desde que ela foi desenvolvida no final dos anos 80.

Problemas na fábrica (1980)

O desenvolvimento comercial da célula ocorreu indiretamente como resultado de problemas com o concentrador de chumbo -zinc da montagem de Mim Isa (às vezes chamado de "moinho" na indústria de mineração). O MIM estava operando um concentrador de chumbo-zinc no Monte Isa desde 1931, embora o minério de chumbo-zinco tenha sido substituído por minério de cobre por um tempo entre meados de 1943 e meados de 1946. Com o tempo, a liderança, o zinco e outros grãos minerais no minério ficaram progressivamente mais finos, o grau de minério diminuiu e ficou mais difícil de tratar. Essas tendências, combinadas com um aumento na taxa de transferência do concentrador, reduziram significativamente o desempenho do concentrador na década de 1980, resultando em um período "tenso" de "um círculo interminável de mudanças de circuito, mudanças de reagentes, mudanças do operador, mudanças de metalurgista e assim por diante" " . O tamanho decrescente dos grãos e empurrar o circuito de moagem além da sua taxa de transferência de projeto significou uma redução no grau de separação dos grãos minerais individuais (referidos como "libertação") durante a moagem. De 1984 a 1991, a libertação do esfalerita (o mineral portador de zinco, ZnS) diminuiu de quase 70% para pouco mais de 50%. Essa diminuição na libertação resultou em uma redução na recuperação do zinco para o concentrado de zinco vendável.

A resposta inicial ao problema da diminuição da recuperação de zinco foi em 1986 para começar a produzir um concentrado de menor grau que era uma mistura de zinco e chumbo (conhecido na indústria como um "concentrado em massa" e referido no Monte Isa como o " Middlings de baixo grau concentram-se "). Esse concentrado normalmente continha 34% de zinco e 13% de chumbo, em comparação com a composição normal do concentrado de zinco de pelo menos 50% de zinco e menos de 3% de chumbo.

Ao produzir o concentrado a granel, a recuperação total de zinco à venda foi mantida em mais de 70% até 1989. No entanto, o alto teor de chumbo significava que o concentrado em massa não podia ser tratado pelo processo de zinco eletrolítico e teve que ser vendido para fundições de zinco usando o processo de fundição imperial mais caro. Inicialmente, o MIM recebeu uma boa receita de seu concentrado em massa, mas à medida que a natureza do minério continuava a se deteriorar, a produção do concentrado em massa aumentou e saturou o mercado. As condições de pagamento diminuíram até que o MIM recebeu menos da metade do pagamento pelo zinco no concentrado a granel do que o recebido pelo zinco no concentrado de zinco.

Os problemas no concentrador também afetaram o desempenho da fundição de chumbo de Mount Isa da MIM. O minério de chumbo-zinco também continha quantidades crescentes de pirita carbonácea de granulação fina (FES2). Esse material era naturalmente hidrofóbico e flutuava sem o auxílio de um colecionador no concentrado de chumbo, diluindo -o. O enxofre adicional da pirita no concentrado de chumbo reduziu a produção de chumbo da fundição de chumbo, porque a capacidade de eliminar o enxofre do concentrado foi o gargalo da capacidade de fundição de chumbo.

Como parte do esforço para tentar corrigir os problemas, o MIM instalou algumas células de flotação da coluna no concentrado de zinco e nas seções de concentrado a granel da planta. Naqueles dias, o ar era introduzido em colunas de flutuação usando espargers de ar, geralmente na forma de um saco ou bainha em torno de um cano. Os Spargers eram itens de alta manutenção e seu desempenho foi fundamental para a operação da coluna.

Início e desenvolvimento inicial (1985-1990)

Lead and zinc flotation

Em 1985, o MIM contratou Jameson para realizar um projeto para melhorar o design do Sparger para colunas de flutuação. Em vez disso, ele desenvolveu o conceito de usar um jato em um downComer para criar as bolhas e eliminar a necessidade de um Sparger em colunas de flutuação convencionais.

O conceito de célula seguiu quando mais investigações mostraram que a maioria das interações bolhas -partículas ocorreu no downcomer, tornando desnecessário a zona de coleta de colunas de flutuação. A idéia do downcomer e do curto tanque de separação foi desenvolvida e um pedido de patente provisório foi apresentado em 1986. Essa patente foi posteriormente designada para a Tunra Limited ("Tunra"), a empresa de transferência de tecnologia da Universidade de Newcastle que agora é conhecida como " Newcastle Innovation ".

Um piloto de duas toneladas por hora (T/H) Jameson Cell com um downcomer de 100 mm e usando uma placa de orifício para criar o jato foi testado no concentrador de chumbo -zinc do MIM. Posteriormente, em 1988, o MIM testou a flotação de uma corrente de partículas finas portadoras de chumbo em uma célula de flutuação mecânica convencional, uma coluna convencional e a célula de Jameson. A célula deu as melhores recuperações. Pensa -se que essa era uma combinação do tempo de residência curto das partículas na célula e o fato de que a hidrofobicidade das partículas de chumbo diminuíram ao longo do tempo.

Como resultado deste trabalho, em 1989 MIM ordenou quatro células em escala completa, duas para o concentrador de chumbo-zinc-zinc do Monte Isa e outros dois para que o novo concentrador de chumbo-zinco de Hilton seja construído na mina de Hilton, localizada a cerca de 20 quilômetros ao norte do Monte Isa. As células do Mount ISA tinham diâmetros de 1,9 m, com três doadores cada, enquanto os de Hilton tinham 1,3 m de diâmetro e tinham dois doadores cada.

Coal flotation

Paralelamente a este trabalho, a célula foi testada para a recuperação de carvão fino na mina de carvão de Newlands, também de propriedade da Mim Holdings Limited. Esse fluxo de multas foi o excesso de ciclone, que continha 15 a 50% de cinzas e foi descartado anteriormente. O tamanho das partículas desse fluxo foi inferior a 25 μm. Os testes de plantas piloto mostraram que era possível obter mais de 90% de recuperação de carvão, com menos de 10% de cinzas no produto.

Posteriormente, uma fábrica em larga escala foi comissionada em Newlands no ano financeiro de 1988-89, com seis células retangulares (1,5 m × 3,5 m) instaladas em um acordo de dois estágios. As células no primeiro estágio tiveram sete downcomers, enquanto aqueles no segundo tinham seis. Essas células estavam em operação contínua em Newlands por 15 anos até que uma nova planta de lavagem foi construída para substituir a antiga em 2006.

Duas células adicionais foram instaladas nas operações de carvão de Collinsville da MIM Holdings em 1990. Elas tiveram 10 downcomers cada.

Copper flotation

Também em 1989, Peko Mines, então uma divisão da North Broken Hill Peko Limited, também contratou Jameson para realizar trabalhos de teste em seu concentrador de Warrego, perto de Tennant Creek, no território do norte da Austrália. O objetivo era determinar o desempenho da célula de Jameson na limpeza do concentrado de cobre para melhorar seu grau, removendo minerais de gangues, incluindo pirita, magnetita, hematita e quartzo. O pessoal da Peko Mines também testou uma coluna de flotação convencional para comparação. Após o trabalho de teste, as minas Peko instalaram duas células Jameson de 1,4 m em escala de 1,4 m no concentrador, cada uma com três downComers.

A decisão de Peko Mines foi baseada em:

metallurgical performance during pilot plant test worklower capital expenditure and installation costsshorter construction and installation timesease of operation and lower expected maintenance costs.

A Peko Mines relatou um retorno no investimento nas células de dois meses.

Electrolyte cleaning in solvent extraction – electrowinning plants

Extração de solvente-Eletrowinning (geralmente chamado de "SX-EW") é um processo frequentemente aplicado para recuperar o cobre de minério de cobre de baixo grau e/ou oxidado. Envolve a lixiviação do cobre do minério usando uma solução ácida, coletando o licor de lixiviação que contém o cobre e entrando em contato com esta solução com um extratente orgânico. Os íons de cobre na transferência de licor de lixiviação para o extrator orgânico, passando de uma concentração relativamente baixa para uma concentração mais alta. O extrator é posteriormente colocado em contato com uma segunda solução aquosa que é mais ácida que o licor de lixiviação original, e o cobre se move novamente, desta vez do extrator para a solução aquosa. O resultado é uma solução ácida de cobre na qual a concentração de cobre é alta o suficiente para que seja recuperada pelo eletrowinning. A solução destinada ao eletrowinning é conhecida como eletrólito.

A solução eletrolítica geralmente contém traços do extrator orgânico que existem como pequenas gotículas dentro dela. Estes precisam ser removidos antes que o cobre possa ser recuperado no processo de eletrowinning, pois a presença de quantidades mínimas do extrator pode causar dificuldades, removendo e danificando os catodos com uma perda subsequente da qualidade do cobre do cátodo.

No final dos anos 80, o MIM construiu uma fábrica de SX -EG no Monte Isa para recuperar o cobre lixiviado de minério de baixa qualidade, enquanto minecava seu corte aberto de rocha negra na década de 1960. Em um mundo primeiro, uma célula de Jameson foi usada para limpar a solução eletrolítica, removendo o restante solvente orgânico. Isso substituiu os filtros de areia tradicionalmente usados.

A célula tinha 3 m de altura, o dobro da altura das células iniciais usadas nos concentradores de chumbo -zinco do MIM, pois se pensava que o tempo de residência adicional aumentaria a recuperação. Usou um único downComer. O DownComer foi usado para entrar em contato com o eletrólito com o ar e as gotículas do extrator orgânico ligadas às bolhas de ar criadas no DownComer.

Após algumas modificações iniciais no tamanho do orifício, a célula foi capaz de remover 70-90% do extrator orgânico arrastado.

Early spread of the technology

Em abril de 1989, a Mim Holdings Limited adquiriu os direitos mundiais da Cell Jameson de Tunra, com Tunra mantendo os direitos de usar a célula para tratamento de águas residuais.

Após as aplicações iniciais do Mim Holdings Group of Companies, os anos até 1994 viram células Jameson instaladas por várias empresas de metais básicas e preciosas na Ásia, África do Sul, Canadá e Estados Unidos, principalmente em tarefas de limpeza de concentrado, mas também em SX- Deveres de limpeza de eletrólitos EW. A instalação de Phelps Dodge (agora Freeport-McMoran) para limpeza de eletrólitos em sua operação de Morenci no Arizona foi notável por ter uma célula grande de 6,5 m de diâmetro com 30 doadores. A célula de Morenci Jameson recuperou consistentemente mais de 82% do extrator orgânico.

No final do período, as células foram instaladas em plantas de preparação de carvão operadas pela aliança BHP Mitsubishi e pelo Peabody para recuperação de multas.

Early design developments

As melhorias nesse design inicial incluíram um foco no peso e no desgaste do DownComer. O DownComer foi originalmente construído com aço revestido de poliuretano e depois alterado para uma construção de polietileno de alta densidade ("HDPE") com sete elementos.

A placa de orifício usada para gerar o jato de chorume era um item de desgaste e seus materiais de construção também eram um foco do esforço de desenvolvimento. Depois de testar aço endurecido por cromo e várias cerâmicas, verificou-se que a alumina de alta densidade possui excelentes propriedades de desgaste e se tornou o padrão.

The Mark II Cell (1994-1999)

Mark II improvements

O design original de Jameson Cell tinha os seguintes recursos:

small (200 mm diameter) downcomersno wash waterno tailings recycleno bubble disperserslow capacity.

Em 1994, o MIM lançou a célula modelo de Mark II. Ele incorporou as seguintes alterações:

the downcomer diameter was increased to 280 mmwash-water trays were included for froth washinga tailings recycle system was added to maintain constant downcomer flow and higher recoveriesconical bubble dispersers were addedincreased depth of tank from the bottom of the downcomerincreased distance between the downcomers.

Essas mudanças resultaram em um projeto de maior capacidade.

Um dos problemas encontrados com a célula Mark I foi que seu desempenho foi reduzido se a taxa de alimentação para a célula variar, o que foi uma ocorrência comum decorrente de flutuações normais nos concentradores operacionais. Esse problema foi resolvido reciclando alguns dos rejeitos à alimentação celular através de uma caixa de divisor externo chamada "mecanismo de reciclagem externa" ou caixa "ERM", separada da célula de flutuação. Assim, quando a produção do fluxo de alimentação para a célula de Jameson diminuiu como resultado de uma flutuação em outros lugares do concentrador, uma porcentagem mais alta dos rejeitos foi automaticamente reciclada aos doadores, produzindo uma taxa de fluxo constante, portanto, pressão de alimentação, para o célula. Isso teve o benefício adicional de dar uma proporção dos rejeitos (normalmente 40%) uma segunda passagem pelo sistema, o que resultou em recuperações mais altas. Na flotação de fino de carvão, isso permitiu que uma única célula atingisse a mesma recuperação de combustíveis que haviam sido alcançados anteriormente em alguns sistemas celulares de dois estágios.

Posteriormente, foi desenvolvido um sistema de reciclagem interno, referido como "controle interno de reciclagem" ou "IRC". Isso foi usado principalmente em células retangulares integradas (veja a Figura 6), onde o sistema de reciclagem de tanque de alimentação e rejeitos poderiam ser facilmente construídos em uma única unidade com a célula de flutuação. Esse sistema reduziu os custos de instalação celular e tornou a célula mais compacta.

Durante esse período, o diâmetro do orifício foi aumentado em relação ao projeto de 28 mm usado em 1990 a 34 mm com o modelo Mark II e 38 mm em 1997. Isso, juntamente com o maior diâmetro de redução dobrou de 30 m3/h em 1990 para 60 m3/h em 1997.

O aumento da distância entre os downcomers reduziu a interação de descarregamento de pasta aerado de doadores adjacentes. Essa interação pode reduzir a recuperação geral das células, causando partículas coletadas por bolhas no DownComer a se destacar no tanque de celulose.

Houve uma turbulência significativa nas áreas sob os downcomers. Isso pode resultar em partículas que se destacam de bolhas. Essas áreas turbulentas foram acalmadas pela adição de difusores cônicos abaixo de cada downcomer. Eles permitiram velocidades uniformes de aumento da bolha através da superfície da célula, diminuindo a velocidade superficial do gás na área de alta fração de vazio imediatamente ao redor do DownComer e proporcionou uma dispersão mais uniforme da bolha. Foi relatado que os difusores reduziram a turbulência em 69% em comparação com um downComer padrão sem difusor.

New applications

Enquanto o Jamenoncell continuou a se expandir na limpeza dos metais básicos, a limpeza de eletrólitos SX -EW e as aplicações de recuperação de finos de carvão, também encontrou novas aplicações na limpeza de slimes de potássio e foi adotada pelo Philex Mining Corporation como a única máquina de flutuação para seu concentrador de cobre Benguet . Esta não é a aplicação normal para a célula. Nenhum outro concentrador de metais opera apenas usando células Jameson.

Potash flotation

Cleveland Potash limitou extratos e refina o minério de Sylvinita de um depósito em North Yorkshire, Inglaterra. Sua planta de processamento usa flotação de espuma para produzir um produto rico em cloreto de potássio ("KCL"). Após uma campanha de trabalho de teste, na qual comparou o desempenho da célula com células de flotação mecânica em várias tarefas no circuito de flutuação, Cleveland Potash ordenou uma célula com 6 downComers para recuperar os slimes de potássio. O trabalho de teste mostrou um aumento de 4,8% na recuperação de slimes de potássio, equivalente na época a um aumento na receita de aproximadamente £ 518.000 por ano.

Copper rougher flotation

Em 1993, a Philex Mining Corporation, uma empresa de mineração das Filipinas, substituiu o circuito de limpeza mecânico por células em seu concentrador de cobre Benguet. Após sua operação bem-sucedida, a Philex substituiu as células mecânicas em seu circuito mais limpo-esbanjador em 1994 e iniciou a introdução em fases de linhas mais ásperas e eliminadoras que foi concluída no início de 1996. Esta foi a primeira operação em que o sistema de mecanismo de reciclagem externo foi aplicado . Quando a última célula de Jameson foi instalada, todo o circuito de flotação era composto por células de Jameson.

A motivação para a instalação de células Jameson foi, em parte, a aproveitar suas capacidades de economia de espaço e melhorar a recuperação de cobre a um custo mínimo. O circuito celular ocupou 60% menos área do assoalho e alcançou resultados equivalentes aos bancos mecânicos, com 40% do tempo de permanência. Eles forneceram uma economia de energia de 18%.

Além desses benefícios, o uso das células Jameson na seção mais ásperas e mais ásperas da planta resultou em um aumento de 3,3% na recuperação de cobre e um aumento de 4,5% na recuperação de ouro. Quando combinados com as outras células na seção mais limpa, reclama e limpadora, houve um aumento de 2,6% no grau final de concentrado de cobre e um aumento de 3,5% na recuperação de cobre da planta, com um aumento de 2,6% na recuperação de ouro da planta.

The Mark III Cell (2000–2008)

Mark III improvements

O design Mark III abrangeu a maior melhoria na tecnologia desde a sua comercialização. O foco era tornar a tecnologia mais robusta e fácil de usar nas operações. O redesenho total da montagem do DownComer permitiu que ele fosse isolado e desbloqueado com muito mais facilidade em comparação com o projeto Mark II. O projeto Mark III também viu o fluxo de pasta por baixo para aumentar de 60 m3/h para 75-85 m3/h usando tamanhos de orifício maiores nas lentes de pasta.

A célula Mark III foi introduzida em 2000. Incluiu as seguintes melhorias:

a new slurry lens orifice design (see Figures 7 and 8)a new design downcomer and nozzlea new design flat plate bubble dispersersa stainless steel adjustable above and in-froth wash water system (see Figure 9)automated air and wash water flow controlair-isolating slurry-eliminating valves ("AISE valves")a bottom-fed new slurry distributor.

Os modelos anteriores das células Jameson usaram placas de orifício para gerar o jato do queda. O novo design da lente de pasta tinha um ângulo de entrada suave e raso que criou um regime de fluxo ideal sobre o cerâmica, reduzindo o desgaste e prolongando sua vida. A forma resultou em uma diminuição no consumo de energia pela bomba de pasta de alimentação em até 10% e resultou em uma melhor formação de jato que melhorou o arrastamento do ar.

Para aplicações de carvão, o sistema de adição de água de lavagem foi alterado de uma bandeja para anéis circulares de aço inoxidável conectados a um sistema de elevação manual. Isso permitiu a flexibilidade de uma transição fácil da adição de água de lavagem acima da frente para a adição embutida que pode ser necessária para operações de alto nível de concentrado. Para aplicações de metais, foram utilizadas novas bandejas de água de lavagem de design que consistem em tapetes de borracha removíveis para facilitar a manutenção.

As válvulas AISE foram desenvolvidas para impedir que os sólidos fossem sugados de volta para as linhas aéreas quando os downcomers individuais ficam bloqueados. Os sólidos depositando nas linhas aéreas e seu acúmulo no distribuidor de ar diminuem o desempenho da flotação, pois impede que o ar seja arrastado com eficiência nos downcomers.

New applications

Esse período foi de crescimento rápido para as células Jameson nas aplicações existentes. Setenta e sete células foram instaladas em concentradores em todo o mundo, principalmente em operações de carvão e metal base. No entanto, durante esse período, a célula também se mudou para a indústria canadense de areias petrolíferas para a flotação de betume.

Bitumen flotation

A flotação é um dos processos unitários usados ​​para separar o componente betuminoso das areias de óleo como parte do processo de extração de óleo. Parte do betume não é recuperado no vaso de separação primária e relata os rejeitos. Esses rejeitos geralmente são retirados em uma operação de eliminação para tentar recuperar parte do betume restante.

Três células de Jameson de tamanho industrial foram vendidas pela XSTRATA Technology para Shell Canada em 2007 para um projeto de planta piloto em larga escala e oito downcomers de 500 mm foram vendidos para Syncrude Limited em 2008. Neste último caso, os doadores foram usados ​​para tratar intermediários em um vaso de recuperação de óleo terciário existente em um processo de recuperação de betume patenteado por Syncrude.

A célula Mark IV (2009–)

Mark IV improvements

O design de células Mark IV foi introduzido em 2009. Incluiu as seguintes melhorias:

a flexible hose for easier alignment of the downcomerclamping of the slurry lens onto the downcomer (see Figure 10)stainless steel quick-release clamps in the downcomer assemblylong-lasting rubber flaps in the AISE valves.

Aplicações atuais

Flotação de metais base e preciosa

Na flotação de metais base e preciosa, a célula de Jameson se estabeleceu como particularmente útil em várias aplicações em circuitos de flutuação que também usam outros tipos de células de flutuação, como células mecânicas. Essas aplicações incluem:

preflotation roughers for removing naturally hydrophobic gangue materials (such as carbon, talc and elemental sulfur), where the Jameson Cell minimises the entrainment of the valuable minerals while eliminating naturally floating gangue minerals that would otherwise contaminate the concentraterougher-scalper and roughing duties where selectivity and froth washing produce high-grade concentrate. In this application, the recovery in one Jameson Cell is normally equivalent to several mechanical cells, and where the feed contains fast-floating liberated particles, the Cell can produce final-grade product, thus reducing the number of mechanical cells required in a flotation circuitcleaner-scalper duties, in which the Jameson Cell recovers fast floating minerals to produce a final-grade concentrate, thus reducing the load on the rest of the cleaning circuit and reducing its size. In this application, it can also be used as a low-cost way of expanding the capacity of an existing cleaner circuitfinal cleaning duties where mechanical cleaning circuits are unable to consistently produce final grade concentrate because of entrained gangue, the Jameson Cell with its enhanced selectivity and froth washing, is able to remove the gangue

Flotação de carvão

Verificou -se que a célula de Jameson é particularmente eficaz na limpeza e recuperação de partículas de carvão fino. Por exemplo, na mina Goonyella do BHP Coal (agora parte da aliança BHP Mitsubishi), oito células foram instaladas para substituir o circuito de flotação de 32 células mecânicas inteiro em 1995 em sua planta de flotação de carvão de 1800 T/H. O resultado foi um aumento geral no rendimento para a planta de 3,5% (melhor que o rendimento previsto de 2,1% que foi usado para justificar o projeto) e a produção de um produto de baixa escala.

Desde então, as células de Jameson foram instaladas em muitas plantas de preparação de carvão em todo o mundo, com a maior instalação na mina de carvão de Curragh na Austrália, onde 12 células tratam mais de 5 milhões de finos de carvão.

A célula também pode ser aplicada aos rejeitos da planta de preparação de carvão para recuperar o carvão fino descartado anteriormente.

Plantas SX -EW

A célula de Jameson é usada para recuperar o solvente orgânico na extração de solvente - plantas de eletrowinning dos fluxos de eletrólito e rafinato.

A contaminação do eletrólito aumenta os custos operacionais e reduz a qualidade do produto de cobre. Qualquer solvente restante no fluxo de rafinato representa uma perda de solvente e, portanto, um aumento nos custos operacionais.

Os principais usuários da célula das plantas SX -EW incluem Freeport McMoran em suas operações no Morenci, o BHP Billiton em suas operações de barragens olímpicas e Grupo México em suas operações de Cannea e La Caridad. Ao todo, a XSTRATA Technology relata 41 Aplicações SX -EW.

Desenvolvimentos recentes no design de células para aplicações SX-EW incluem design de células grandes e de fundo plano, para permitir que ele fique no solo e dos baixos downswers (500 mm de diâmetro) que podem ter múltiplos licores (não havendo pasta em aplicativos SX-EW ) lentes ajustadas a cada downcomer.

A maior célula operacional está nas operações da barragem olímpica, tratando 3000 m3/h de rafinato.

Potassa

A primeira aplicação de potássio foi na Inglaterra em 1993, onde as células de Jameson foram usadas para tratar os slimes de potássio (veja a flotação de potássio). Posteriormente, foi aplicado nas obras do Mar Morto da Israel Chemicals Limited e por um produtor sem nome na província de Saskatchewan, no Canadá.

Areias a óleo

A célula de Jameson foi adotada por Shell Canada e Syncrude para o betume flutuante na indústria de areias petrolíferas (ver Flotação de Betume). A Syncrude comprou mais oito downcomers de 500 mm para sua fábrica em 2012.

Minério de ferro

A célula de Jameson pode ser usada para a flotação reversa de sílica a partir de minério de ferro, onde as colunas de flutuação são tradicionalmente usadas.

Flotação de fosfato

Operações de processamento de fosfato que usam a flotação como o principal mecanismo para concentrar os minerais portadores de fosfato geralmente descartam partículas menores que 20 μm de diâmetro. Isso ocorre porque as partículas finas tiveram mau desempenho de flutuação e porque sua presença diminui o desempenho da flotação das partículas grossas.

A Legend International Holdings Incorporated ("Legend") possui grandes depósitos de fosfato que têm em média 20 a 60% de partículas inferiores a 20 μm que contêm até 50% do fosfato. Isso torna a prática tradicional de concentração de fosfato não econômica para esses depósitos. Em resposta, a legenda desenvolveu um processo baseado no uso da célula de Jameson em uma configuração mais áspera do limpador de limpeza para recuperar pelo menos 80% do fosfato a um grau de pelo menos 32% P2> O5 de uma alimentação com uma distribuição de tamanho de partícula de Até 80% menos que 20 μm.

Vantagens

A célula de Jameson tem as seguintes vantagens:

relatively low energy use – the only energy that is required to operate the Cell is to pump the slurry through the slurry lens. This means that it requires significantly less electricity than conventional mechanical or column flotation cells. In addition, the better particle–bubble contact means that fewer Cells are required for the equivalent duty of mechanical cells, giving an even bigger power saving.high recovery of fines – The Cell is able to achieve final product specification from previously discarded coal fines at very high recoveries (95–98%) in a single pass. It has also been shown to be effective in recovering fine particles in base metals, potash and phosphate applications.effective froth washing – The Cell uses froth washing as standard to control concentrate grade. A conventional flotation cell has problems with recovering fine particles at high grades due to the entrainment of gangue minerals in the froth. The high throughput of the Jameson Cell means that the froth is produced in a small surface area so it is economic to apply froth washing to all cellseasily scaled up – the hydrodynamic conditions for particle collection inside the downcomer and separation in the tank are identical between the laboratory, pilot plant and industrial-scale Jameson Cell, meaning that there is direct scale-up. This makes predicting plant performance for small-scale tests straightforward. In contrast, factors have to be used to scale-up the design of mechanical and column flotation cells.relatively small footprint – the high intensity of bubble-particle contact means that very low residence times are required in the Cell (residence time in the downcomer is 5–10 seconds and the separation tank volume is small compared with alternative technologies ). This means that the total volume of the Cell is lower than the alternatives.fast response to process changes – process variables such as air flow rate, froth depth and wash water are all automated making optimisation straightforward. The small tank volumes means very short residence times in the tank (typically 1–3 minutes) so changes made, whether they are deliberate or from normal plant fluctuations, are observed almost instantly.rapid start-up and shutdown – the small volume of the tank means that the Cell can be filled and drained quickly so with plant upsets the Cell can reach steady state very quickly.low maintenance costs – the Cell has no moving parts and is designed to provide easy access to serviceable parts. The slurry lens orifice has a service life exceeding 5 years under normal operating conditions and the service life of the other wet-end wear parts is reported to be over 10 years under normal operating conditions.low capital cost – the small footprint of the Cell reduces the amount of steel required in its construction and, coupled with the simplicity of its design, has lower installation costs when compared with conventional or column flotation cells.low operating costs – the lack of moving parts with a consequent lower power consumption, long wear life and easy access results in low operating costs.short payback periods – Cell users typically report short payback periods for their investments in the technology. For example, the 2007 installation of a 5.4 m diameter Jameson Cell with 18 downcomers to treat preflotation concentrate recovered up to 90% of the zinc previously lost to the tailings disposal facility and had a payback of approximately one year at the zinc prices of the day. Peko Mines reported a payback period of two months for its Cell installation. The complete replacement of 32 mechanical cells with eight Jameson Cells at the Goonyella coal mine had a payback of 17 months. More recently, the installation of a Cell ahead of each of two cleaner trains at the Telfer Mine had a payback of between two and seven months.