तरलता कोशिकाओं का वायुकरण और हलचलः गैस, तरल और ठोस चरणों का सही मिश्रण कैसे प्राप्त किया जाए?

प्रवाहण, आधुनिक खनिज प्रसंस्करण उद्योग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली और मुख्य पृथक्करण तकनीकों में से एक, प्रवाहण सेल के भीतर गैस, तरल और ठोस चरणों के कुशल मिश्रण और परस्पर क्रिया पर बहुत अधिक निर्भर करता है। एक प्रवाहण सेल सिर्फ एक साधारण कंटेनर से कहीं अधिक है; यह एक जटिल बहु-चरण प्रवाह रिएक्टर है जिसका मुख्य मिशन हाइड्रोफोबिक खनिज कणों और बुलबुले के मिलन, टकराव, आसंजन और खनिजकरण के लिए इष्टतम द्रव गतिशीलता बनाना है। यह लेख प्रवाहण कोशिकाओं के दो प्रमुख कार्यों पर प्रकाश डालेगा: वातन और आंदोलन। यह व्यवस्थित रूप से बताएगा कि कैसे ये दो सहक्रियात्मक प्रभाव गैस, तरल और ठोस चरणों का "सही मिश्रण" प्राप्त करते हैं, जिससे कुशल और सटीक खनिज पृथक्करण सुनिश्चित होता है।

一 प्रवाहण प्रक्रिया का मूल: तीन-चरण मिश्रण का सार और लक्ष्य

प्रवाहण प्रक्रिया का सार अयस्क घोल (एक तरल-ठोस दो-चरण प्रणाली) में हवा (गैस चरण) का प्रवेश है। भौतिक और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से, लक्षित खनिज कण चयनात्मक रूप से हवा के बुलबुले से जुड़ जाते हैं, जिससे खनिजयुक्त बुलबुले बनते हैं। ये बुलबुले घोल की सतह पर एक झाग परत के रूप में उठते हैं जिसे खुरचा जाता है, जबकि गैंग खनिज घोल में रहते हैं और टेलिंग के रूप में निर्वहन किए जाते हैं। इस प्रक्रिया की सफलता सीधे तौर पर निम्नलिखित तीन शर्तों पर निर्भर करती है:

1 ठोस कणों का प्रभावी निलंबन:पर्याप्त आंदोलन को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि विभिन्न आकारों और घनत्व के अयस्क कण घोल में समान रूप से निलंबित रहें, मोटे और भारी कणों को बसने से रोकना चाहिए और यह सुनिश्चित करना चाहिए कि सभी कणों को बुलबुले के संपर्क में आने का अवसर मिले।

2 प्रभावी गैस फैलाव: प्रवेशित हवा को बड़ी संख्या में छोटे, उचित आकार के बुलबुले में काटना और तोड़ना चाहिए, जिन्हें फिर प्रवाहण सेल में समान रूप से फैलाया जाता है ताकि गैस-तरल इंटरफेस और बुलबुले और अयस्क कणों के बीच टकराव की संभावना बढ़ सके।

3 एक नियंत्रणीय हाइड्रोडायनामिक वातावरण:प्रवाहण सेल को कण निलंबन और बुलबुला फैलाव को बढ़ावा देने के लिए पर्याप्त अशांति बनाए रखनी चाहिए, जबकि अत्यधिक अशांति से बचना चाहिए जो संलग्न अयस्क कणों के विस्थापन का कारण बन सकता है। एक कुंड में एक प्रवाह क्षेत्र का निर्माण करना आवश्यक है जिसमें उच्च अशांत गतिज ऊर्जा अपव्यय क्षेत्र (टकराव को बढ़ावा देने के लिए) और एक अपेक्षाकृत स्थिर क्षेत्र (खनिजयुक्त बुलबुले के तैरने की सुविधा के लिए) दोनों हों।

इसलिए, "सही मिश्रण" एक साधारण समरूपता नहीं है, बल्कि मैक्रो स्तर पर तीन चरणों के समान वितरण और माइक्रो स्तर पर कणों और बुलबुले के चयनात्मक आसंजन के लिए अनुकूल नियंत्रित अशांति और प्रवाह क्षेत्र संरचनाओं के निर्माण को संदर्भित करता है।

二 यांत्रिक रूप से उत्तेजित प्रवाहण कोशिकाएं: वातन और आंदोलन का एक क्लासिक संलयन।

यांत्रिक रूप से उत्तेजित प्रवाहण कोशिकाएं वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रवाहण उपकरण हैं। उनका मुख्य घटक, प्ररित करनेवाला-स्टेटर प्रणाली, वातन और आंदोलन के दो कार्यों को जैविक रूप से जोड़ता है। 

1. आंदोलन:प्ररित करनेवाला के पंपिंग और भंवर प्ररित करनेवाला, एक मोटर द्वारा संचालित, उच्च गति से घूमते हैं, एक पंप की तरह काम करते हैं, मुख्य रूप से निम्नलिखित आंदोलन प्रभाव प्राप्त करते हैं:

घोल परिसंचरण और निलंबन:प्ररित करनेवाला का घूर्णन एक शक्तिशाली केन्द्राभिमुख बल उत्पन्न करता है, जो केंद्र से घोल खींचता है और इसे रेडियल या अक्षीय रूप से बाहर निकालता है। यह पंपिंग क्रिया सेल के भीतर एक जटिल परिसंचारी प्रवाह बनाती है, जिससे घोल गति में रहता है। यह सुनिश्चित करता है कि घने और बड़े कण प्रभावी ढंग से उत्तेजित हों और निलंबित रहें।

अशांति पीढ़ी:प्ररित करनेवाला का उच्च गति घूर्णन आसपास के क्षेत्र में एक तेज वेग प्रवणता और तीव्र अशांति पैदा करता है (विशेष रूप से ब्लेड युक्तियों पर)। यह अत्यधिक अशांत क्षेत्र बुलबुला टूटने और कण-बुलबुला टकराव के लिए प्राथमिक स्थल है। 

2. वातन: स्व-आकांक्षा और मजबूर वातन।

यांत्रिक रूप से उत्तेजित प्रवाहण कोशिकाओं को मुख्य रूप से वातन विधि द्वारा वर्गीकृत किया जाता है: स्व-आकांक्षा और मजबूर वातन (या वातन-आंदोलन)।

स्व-आकांक्षी प्रवाहण मशीनें (जैसे एसएफ मॉडल):एक चतुराई से डिज़ाइन किए गए प्ररित करनेवाला की सुविधा है जो प्ररित करनेवाला कक्ष के भीतर एक नकारात्मक दबाव क्षेत्र बनाता है क्योंकि यह घूमता है। हवा स्वचालित रूप से सक्शन पाइप के माध्यम से खींची जाती है और प्ररित करनेवाला कक्ष के भीतर घोल के साथ मिल जाती है। इस प्रकार की प्रवाहण मशीन एक सरल संरचना प्रदान करती है और किसी बाहरी ब्लोअर की आवश्यकता नहीं होती है।

मजबूर हवा आपूर्ति प्रवाहण मशीन (जैसे केवाईएफ प्रकार):एक बाहरी कम दबाव वाले ब्लोअर के माध्यम से, संपीड़ित हवा को खोखले प्ररित करनेवाला मुख्य शाफ्ट या स्वतंत्र पाइपों के माध्यम से प्ररित करनेवाला क्षेत्र में मजबूर किया जाता है। यह विधि हवा की मात्रा को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती है, प्ररित करनेवाला की गति और घोल के स्तर से प्रभावित नहीं होती है, और प्रक्रिया की स्थिति के लिए एक मजबूत अनुकूलन क्षमता है, विशेष रूप से बड़े प्रवाहण मशीनों के लिए उपयुक्त है।

3. "प्ररित करनेवाला-स्टेटर" सहक्रियात्मक प्रभाव

स्टेटर एक स्थिर घटक है जो प्ररित करनेवाला के चारों ओर स्थापित होता है, आमतौर पर गाइड वेन या ओपनिंग के साथ। प्ररित करनेवाला के साथ इसकी सहक्रिया "सही मिश्रण" प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है:

प्रवाह स्थिरीकरण और मार्गदर्शन:प्ररित करनेवाला से उच्च गति पर बाहर फेंका गया घोल-वायु मिश्रित प्रवाह में एक मजबूत स्पर्शरेखा वेग घटक होता है, जो टैंक में विशाल भंवर आसानी से बना सकता है, जिससे तरल सतह अस्थिरता होती है और झाग परत की स्थिरता प्रभावित होती है। स्टेटर के गाइड वेन प्रभावी ढंग से इस स्पर्शरेखा प्रवाह को एक रेडियल प्रवाह में बदल सकते हैं जो बुलबुले और कणों के फैलाव के लिए अधिक अनुकूल है।

बुलबुला फैलाव को बढ़ावा देना:स्टेटर के प्रवाह स्थिरीकरण प्रभाव के माध्यम से, बुलबुले को प्रवाहण टैंक के प्रभावी आयतन में अधिक समान रूप से वितरित किया जा सकता है, बजाय कुछ क्षेत्रों में केंद्रित होने के।

अशांति को अलग करें:स्टेटर एक "ऊर्जा बाधा" के रूप में कार्य करता है, प्ररित करनेवाला के पास उच्च अशांति क्षेत्र को टैंक के शीर्ष पर पृथक्करण क्षेत्र और झाग क्षेत्र से अलग करता है, जिससे खनिजयुक्त बुलबुले के स्थिर तैरने और संवर्धन के लिए एक अपेक्षाकृत शांत और स्थिर वातावरण बनता है।

प्ररित करनेवाला का उच्च गति घूर्णन घोल निलंबन और गैस अवशोषण/कुचल प्राप्त करता है। स्टेटर तब प्रवाह को स्थिर और निर्देशित करता है, जिससे टैंक के भीतर तीन कार्यात्मक रूप से अलग-अलग द्रव गतिशीलता क्षेत्र बनते हैं: एक अत्यधिक अशांत मिश्रण क्षेत्र (प्ररित करनेवाला के पास), एक अपेक्षाकृत स्थिर पृथक्करण क्षेत्र (टैंक के बीच में), और एक बड़े पैमाने पर स्थिर झाग क्षेत्र (घोल की सतह पर)। यह गैस, तरल और ठोस चरणों का कुशल मिश्रण और व्यवस्थित पृथक्करण प्राप्त करता है।

三 प्रवाहण स्तंभ: तीन-चरण मिश्रण प्राप्त करने का एक और बुद्धिमान तरीका।

यांत्रिक रूप से उत्तेजित प्रवाहण कोशिकाओं के हिंसक रूप से अशांत वातावरण के विपरीत, प्रवाहण स्तंभ एक वैकल्पिक डिजाइन दर्शन का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो अपेक्षाकृत स्थिर वातावरण में काउंटरकरंट संपर्क के माध्यम से तीन-चरण मिश्रण प्राप्त करते हैं।

वातन कोर—बुलबुला जनरेटर:प्रवाहण स्तंभों में यांत्रिक उत्तेजक नहीं होते हैं। उनके वातन और मिश्रण कार्य मुख्य रूप से नीचे स्थित एक बुलबुला जनरेटर पर निर्भर करते हैं। बुलबुला जनरेटर घोल के भीतर बड़ी संख्या में महीन बुलबुले उत्पन्न करने के लिए दबाव वाली हवा का उपयोग करता है, माइक्रोपोर्स मीडिया, जेट प्रवाह या वेंटुरी प्रभाव का उपयोग करता है। ये माइक्रोबुलबुले प्रवाहण स्तंभ के महीन खनिजों के कुशल कैप्चर की कुंजी हैं।

काउंटरकरंट संपर्क तंत्र:घोल को प्रवाहण स्तंभ के ऊपरी केंद्र से खिलाया जाता है और धीरे-धीरे नीचे की ओर बहता है, जबकि महीन बुलबुले नीचे से उत्पन्न होते हैं और धीरे-धीरे ऊपर की ओर उठते हैं। यह काउंटरकरंट संपर्क तंत्र कणों और बुलबुले के बीच लंबे समय तक संपर्क समय और टकराव की उच्च संभावना प्रदान करता है।

कम-अशांति वातावरण:प्रवाहण स्तंभ में उच्च गति वाले घूर्णन घटक नहीं होते हैं, जो कम-अशांति, लैमिनार या निकट-लैमिनार प्रवाह को बनाए रखते हैं। यह "शांत" वातावरण आसन्न खनिज कणों के शेडिंग को काफी कम कर देता है, जिससे महीन और नाजुक खनिजों की वसूली में बहुत सुविधा होती है।

धोने का पानी प्रणाली:एक धोने का पानी उपकरण प्रवाहण स्तंभ के शीर्ष पर स्थापित किया जाता है ताकि झाग परत में फंसे गैंग कणों को प्रभावी ढंग से धोया जा सके, जिससे उच्च ग्रेड सांद्रता प्राप्त हो सके।

प्रवाहण स्तंभ, अपनी अनूठी बुलबुला पीढ़ी तकनीक और काउंटरकरंट संपर्क विधि के माध्यम से, अधिक "कोमल" तरीके से गैस, तरल और ठोस चरणों के प्रभावी संपर्क और पृथक्करण को प्राप्त करता है, जो विशेष रूप से महीन-दानेदार सामग्रियों को संसाधित करते समय उत्कृष्ट प्रदर्शन दिखाता है।

四 प्रौद्योगिकी विकास और अनुकूलन दिशा

 एक अधिक परिपूर्ण "तीन-चरण मिश्रण" का पीछा करने के लिए, प्रवाहण टैंक की वातन और सरगर्मी तकनीक अभी भी बेहतर हो रही है:

बड़े पैमाने पर और प्रवाह क्षेत्र अनुकूलन:बढ़ती प्रसंस्करण क्षमता के साथ, प्रवाहण कोशिकाओं का आयतन बढ़ रहा है। वर्तमान में, सैकड़ों घन मीटर की क्षमता वाली अल्ट्रा-बड़ी प्रवाहण मशीनें चालू हैं। यह प्ररित करनेवाला-स्टेटर संरचना और प्रवाह क्षेत्र नियंत्रण के डिजाइन पर उच्च मांग रखता है। कम्प्यूटेशनल द्रव गतिशीलता (सीएफडी) जैसी संख्यात्मक सिमुलेशन तकनीकों का व्यापक रूप से उपकरण अनुकूलन डिजाइन का मार्गदर्शन करने के लिए उपयोग किया जाता है ताकि विशाल सेल के भीतर समान कण निलंबन और गैस फैलाव सुनिश्चित हो सके।

नए प्ररित करनेवाला और स्टेटर:विभिन्न नए प्ररित करनेवाला (जैसे पीछे की ओर झुके हुए ब्लेड और मल्टी-स्टेज प्ररित करनेवाला) और स्टेटर का विकास कम ऊर्जा खपत के साथ अधिक घोल पंपिंग क्षमता और अधिक आदर्श बुलबुला फैलाव प्राप्त करने का लक्ष्य रखता है।

 बुद्धिमान नियंत्रण:विभिन्न सेंसर स्थापित करके घोल के स्तर, झाग परत की मोटाई और वातन जैसे मापदंडों की वास्तविक समय में निगरानी करके, और झाग की स्थिति का विश्लेषण करने के लिए मशीन विजन और कृत्रिम बुद्धिमत्ता तकनीकों को मिलाकर, आंदोलन की तीव्रता और वातन की मात्रा का स्वचालित अनुकूलन नियंत्रण प्राप्त किया जाता है। यह प्रवाहण दक्षता में सुधार और बुद्धिमान खनिज प्रसंस्करण की ओर बढ़ने के लिए एक प्रमुख दिशा है।