Mixing mechanism studies in a pilot scale flotation cell

Abstract

This thesis was done as an assignment and supervision of Outotec (Finland) Oy. The experimental part was carried out in the facilities of Oulu Mining School, University of Oulu.

In this work two mixing mechanism setups, A and B, are compared in a pilot scale flotation cell, TankCell® 1. The aim of the thesis is to compare the gas dispersion ability of the two mixing mechanisms. The secondary goal is to define optimal operation ranges for these mixing mechanisms. The comparison is based mainly on gas dispersion parameters: gas hold-up, superficial gas velocity, bubble size and bubble surface area flux. Furthermore, power consumption and sanding of the mixing mechanisms is measured. The experiments are conducted both in two-phase system (water and air) and in three-phase system (solid, water and air).

A wide range of hydrodynamic conditions were studied to cover the conditions used in actual mineral processing plants. The conditions were varied using rotor tip speeds from 4 to 7 m/s, and overall superficial gas velocities from 0.5 to 2.5 cm/s.

The results of this study indicate that significant differences exist between the gas dispersion properties of the two mixing mechanisms. Mixing mechanism setup A performed substantially better at operating conditions with high air flow rates. Mixing mechanism setup B struggled to maintain good air dispersion at high air flow rates, but gave promising results at low air flow rates. The results of this study can be used as a background for future research. Furthermore, suggestions for future pilot scale testing procedures are reported.

Tämä diplomityö on tehty Outotec (Finland) Oy:n toimeksiannosta ja valvonnassa. Työn kokeellinen osa on toteutettu Oulun yliopiston kaivannaisalan tiedekunnan tiloissa.

Diplomityössä vertaillaan kahta sekoitusmekanismia, A ja B, pilottivaahdotuskenno TankCell®-1:ssä. Diplomityön tarkoituksena on vertailla näiden sekoitusmekanismien kykyä dispergoida ilmaa. Toissijaisena tavoitteena on määritellä sekoitusmekanismien optimaaliset toimintaolosuhteet. Sekoitusmekanismien vertailu perustuu kaasun dispersioparametreihin: kaasun tilavuusprosenttiin, ilmavuohon, kuplakokoon sekä kuplien pinta-alavuohon. Lisäksi mitataan sekoitusmekanismien tehonottoa ja hiekoittumista. Testit on suoritettu sekä kaksifaasisysteemissä (vesi ja ilma) että kolmifaasisysteemissä (kiintoaine, vesi ja ilma).

Testeissä sekoitusmekanismeja tutkittiin laajasti eri toimintaolosuhteissa, joita rikastamoilla tyypillisesti käytetään. Toimintaolosuhteita muutettiin käyttämällä roottorin kehänopeuksia 4–7 m/s sekä teoreettista ilmavuota 0,5–2,5 cm/s.

Diplomityön tulokset osoittavat, että sekoitusmekanismien välillä on suuria eroja niiden kyvyssä dispergoida ilmaa. Sekoitusmekanismi A:n tulokset olivat selkeästi mekanismi B:tä parempia käytettäessä suuria ilmamääriä. Sekoitusmekanismi B ei pystynyt käsittelemään yhtä suuria ilmamääriä, mutta antoi lupaavia tuloksia pienemmillä ilmamäärillä. Saatuja tuloksia voidaan käyttää jatkotutkimuksen pohjana. Pilottikokoisten vaahdotuskokeiden tekijät voivat hyötyä tässä työssä tehdyistä huomioista.