Шламовые насосы в цикле флотации: особенности подбора под пенный продукт и реагенты

Опубликовано 08.10.2026 · Автор: Coolair Group Engineering · ~10 мин чтения

Флотационный цикл — это место, где инженер по насосам чаще всего ошибается в подборе. Причина простая: насос для флотации ставят по тем же таблицам, что и для мельничного цикла, а условия работы у него совсем другие. Пена, щёлочь, мелкий продукт, остаточные реагенты. Если взять Warman 8/6, который хорошо работает на разгрузке МШЦ 4500, и поставить его на перекачку пенного концентрата — он проходит два месяца, потом вкладыш в кашу.

Ниже разберём, что именно меняется в подборе для флотации и как это делать без переплаты за ненужные опции.

1. Чем флотация отличается от других циклов

Если посмотреть на схему обогащения медной или медно-цинковой фабрики, насосы для флотации занимают примерно 30–40% парка. Это насосы пенного концентрата, насосы хвостов флотации, насосы промпродукта между перечистками. Каждый из них работает в условиях, которых нет в мельничном или гравитационном цикле.

Главные отличия флотации от цикла измельчения:

• Крупность. После мельницы d₉₀ = 0,5–1,2 мм. После флотации d₉₀ = 0,1–0,3 мм. Крупные частицы в пенном продукте это сростки и недоразложенные зёрна.
• Воздух. Питание мельницы: однородная пульпа без газа. Пенный концентрат содержит 5–15% воздуха по объёму в виде мелких пузырьков.
• Химия. pH 9–12 (известь), остаточные ксантогенаты (KMX, NaEX), вспениватели (сосновое масло, МИБК), депрессоры (цианид, цинковый купорос).
• Температура. Зимой в Сибири пульпа во флотомашинах стоит 4–8°C. Летом 18–24°C. Вязкость меняется в 1,5–2 раза.

Эти четыре параметра диктуют три вещи в подборе: NPSH с запасом, материал рабочего колеса под абразивность + щёлочь, и тип уплотнения вала. Разберём каждую по очереди.

2. Кавитационный запас: считать с запасом

Стандартная методика расчёта NPSH для шламовых насосов даёт запас 0,5–1 м над NPSH₃. Для флотации этого мало. Причина — пузырьки воздуха в пенном продукте ведут себя как локальные паровые карманы на входе в рабочее колесо. Они схлопываются при повышении давления и дают микро-гидроудары на лопастях.

Признак такой кавитации — шум и вибрация, которые инженер описывает как «насос как будто ест камни». Вибрация при этом растёт нелинейно: подъём на 15–20% от паспортной уже при NPSH = NPSH₃ + 0,8 м. То есть насос формально работает в зоне допустимого кавитационного запаса, но фактически уже кавитирует.

Практика для флотации: NPSH₃ (требуемый) должен быть ниже NPSHₐ (располагаемый) минимум на 1,5–2 м. Считать по формуле:

NPSHₐ = (H_atm − H_vap) − Δh_suction − Δh_friction

где для флотации:
H_vap — давление насыщения при рабочей температуре
Δh_suction — геометрическая высота всаса (может быть отрицательной при заглублении насоса)
Δh_friction — потери во всасывающей линии с учётом пены (+30–50% к обычному значению)

Если расчёт даёт запас меньше 1,5 м — нужно либо опустить насос глубже, либо поставить всасывающую воронку большего диаметра, либо разбить пену перед насосом диском-пеногасителем. Подробнее методика расчёта разобрана в нашем материале по NPSH.

3. Материал рабочего колеса под пенный продукт

Выбор материала колеса для флотации зависит от двух вещей: абразивности пульпы и размера пузырьков воздуха. Здесь ошибки делают в обе стороны: ставят дорогой A49 там, где хватит A05, или наоборот экономят и получают месячный ресурс.

Рабочая таблица подбора:

• Пенный концентрат медный, d₉₀ 0,1 мм, C = 25–30% — A05 или A07, ресурс 800–1200 часов.
• Промпродукт флотации, d₉₀ 0,3 мм, C = 35–40% — A07 или A49, ресурс 600–900 часов.
• Хвосты флотации с кварцем, d₉₀ 0,5 мм, C = 40–45% — A49 обязательно, ресурс A05 падает до 200–300 часов.
• Питание флотомашины (плотная пульпа после мельницы) — A05, A07 или резина, выбор по абразивности.

Отдельно про резину и полиуретан. Для мельничного цикла резиновые футеровки работают отлично. Для флотации — плохо. Причина та же, что и с кавитацией: пузырьки воздуха создают микро-удары на эластичной поверхности, резина растрескивается, ресурс падает в 4–5 раз против мельничного применения. Экономия на цене детали съедается на её ресурсе. Это правило работает в 90% случаев.

Исключение — перекачка пенного концентрата с d₉₀ меньше 0,07 мм и содержанием твёрдого меньше 20%. Там частицы настолько мелкие, что абразивный износ минимален, а вязкоупругие свойства резины работают в плюс. Но это редкий случай.

4. Уплотнения вала для щёлочной среды

Сальниковая набивка на пенном щёлочном продукте живёт 2–4 недели. Это знает любой механик на медной фабрике. При pH 10–12 асбестовая или фторопластовая набивка разъедается, начинается течь, в подшипниковый узел попадает пульпа, дальше — замена подшипников и вкладыша.

Рабочие варианты уплотнений для флотации:

• Механическое картриджное уплотнение. Тип John Crane 2, Burgmann M7N или аналог. Пара трения — карбид кремния по карбиду кремния (устойчиво к абразиву), эластомер Viton или EPDM (устойчиво к щёлочи). Цена выше набивки в 3–4 раза, ресурс в 8–12 раз дольше.
• Экспеллерное уплотнение с затворной водой. Работает только при подпоре 3 м и выше. Расход чистой воды 1–2 л/мин. Дешевле механического в обслуживании, но требует чистой воды (обычно оборотная из хвостового хозяйства после осветления).
• Грундфос-тип с магнитной муфтой. Полное отсутствие течи, но ограничение по мощности (до 30 кВт) и цена в 4–5 раз выше обычного насоса. Для крупных насосов флотации обычно не применяется.

На практике для флотации берут механическое картриджное уплотнение на насосах мощнее 30 кВт и экспеллерное на насосах меньшей мощности. Картридж дороже в замене (40–80 тыс. рублей против 2–3 тыс. на набивку), но меняется раз в 9–14 месяцев вместо 2–4 недель.

5. Защита всасывающей линии

Пенный продукт забивает всасывающую линию в трёх местах: на сетке, на поворотах и в самой воронке зумпфа. Каждая проблема имеет своё решение, и они не одинаковые.

Сетка на всасывающей корзине должна быть 25–30 мм, не меньше. Многие ставят 8–10 мм «чтобы камни не залетали», но на флотации мелкие ячейки забиваются пеной и коркой за 1–2 часа. Насос теряет всас и начинает кавитировать. Лечение — крупная сетка или её отсутствие, если зумпф чистый.

Повороты на всасе — отдельная тема. Радиус поворота меньше 3 диаметров трубы создаёт зону отрыва потока, где скапливается воздух. Если по схеме нужен поворот, ставят длинный отвод (R = 5D) или эксцентрический переход, чтобы воздушный карман поднимался к верхней образующей и стравливался через воздушник.

Зумпф на флотации — самая недооценённая вещь. Угол конуса воронки больше 45° образует воздушный карман на кромке. Поток «ныряет» под воздух, насос теряет 20–30% подачи и кавитирует. Решение простое: переделать воронку на угол 30–35° и сделать прямой срез кромки без бортов. После этого подача возвращается к расчётной.

6. Три практических случая с фабрик

Случай 1. Замена набивки на механическое уплотнение на медной фабрике

Фабрика в Башкирии, передел медных руд. Насос Warman 6/4D-AH на перекачке пенного медного концентрата. Сальник жил 18 дней. За год замена набивки съела 380 тыс. рублей плюс 14 часов простоя на каждую замену.

Поставили механическое уплотнение John Crane 2 (SiC/SiC, Viton). Замена обошлась в 95 тыс. рублей. Стоит уже 11 месяцев, течи нет. Экономия на набивке и рабочем времени — около 250 тыс. рублей за год, окупаемость 4 месяца.

Случай 2. Кавитация пенного продукта после реконструкции

Золотоизвлекательная фабрика в Красноярском крае. После установки новых флотомашин насос Warman 8/6E-AH на перекачке пенного концентрата начал кавитировать, хотя по расчёту NPSHₐ было 4,2 м, а NPSH₃ у этого насоса 3,0 м. Запас формально 1,2 м, по факту насос работал на пределе.

Решение: установили диск-пеногаситель перед всасывающей воронкой (диск 600 мм с перфорацией 20 мм, на 200 мм ниже уровня пульпы). Пузырьки газа разбиваются при проходе через диск, вибрация упала с 6,8 до 3,2 мм/с. Затраты — 12 тыс. рублей на изготовление диска.

Случай 3. Подбор материала под кварцевые хвосты флотации

Оловянная фабрика в Хабаровском крае. Хвосты флотации содержат до 40% кварца, d₉₀ = 0,5 мм. Стоял Warman 10/8F-AH с рабочим колесом A05. Ресурс — 22 дня, потом вкладыш и колесо «в ноль». За год на этой позиции сменили 14 комплектов.

Поставили колесо из A49 (27% Cr). Ресурс вырос до 110 дней. Стоимость колеса A49 выше на 60%, но ресурс длиннее в 5 раз. Экономия за год — около 1,8 млн рублей, не считая снижения простоев.

7. Часто задаваемые вопросы

Чем отличается подбор насоса для флотации от насоса для измельчения?

Три главных отличия. Первое, крупность: после флотации d₉₀ обычно 0,1–0,3 мм, после мельницы МШЦ 0,5–1,2 мм. Второе, содержание воздуха: пенный концентрат несёт 5–15% газа по объёму, питание мельницы обходится без газа. Третье, химия: pH 9–12, остаточные ксантогенаты, сосновое масло. Эти три фактора меняют требования к NPSH, материалу и уплотнениям. Кавитационный запас при пене нужно считать с запасом 1,5–2 м, не стандартные 0,5–1 м.

Какой материал рабочего колеса выбрать для пенного концентрата?

Зависит от содержания твёрдого и абразивности. Для пенного продукта с d₉₀ до 0,15 мм и содержанием 25–35% по массе обычно хватает A05 или A07. Для более крупных песков флотации (d₉₀ 0,3–0,5 мм) берут A49 — там уже кварц и тяжёлые минералы, ресурс A05 падает в 2–3 раза. Резина и полиуретан для флотации работают плохо: пузырьки воздуха создают кавитацию на эластичной поверхности, ресурс футеровки падает в 4–5 раз против мельничного применения.

Почему пенный продукт вызывает кавитацию в насосе и что с этим делать?

Пузырьки воздуха во всасывающем патрубке ведут себя как локальные паровые карманы: при подходе к рабочему колесу они схлопываются и дают микро-гидроудар на лопастях. Первый признак — шум и вибрация на 15–20% выше паспортных. Решение — поднять уровень пульпы в приёмной воронке на 30–50 см выше минимально допустимого, либо поставить пеногаситель на всасе (диск с перфорацией, через который пузырьки разбиваются). Иногда помогает простое решение — сместить ось насоса на 200–400 мм глубже в зумпф.

Какое уплотнение вала ставить на насос для щёлочного пенного продукта?

Стандартное сальниковое уплотнение на пенных продуктах с pH 10–12 живёт 2–4 недели — набивка разъедается, начинается течь. Рабочие варианты: механическое уплотнение с картриджем (тип John Crane 2, Burgmann M7N) — материал пары карбид кремния по карбиду кремния, эластомер EPDM или Viton. Либо экспеллерное (центробежное) уплотнение с подачей чистой воды затвора 1–2 л/мин. Экспеллер дешевле в эксплуатации, но требует чистой воды и не работает на стояках ниже 3 м.

Что делать, если пенный концентрат забивает всасывающий патрубок?

Забивка всаса это типичная проблема на флотации. Три причины. Первая, слишком мелкая сетка на всасывающей корзине (8–10 мм), которая задерживает куски пены и корки. Лечение: сетку 25–30 мм или вообще без неё, если зумпф чистый. Вторая, пеногашение: пузырьки воздуха налипают на сетку и сбивают поток. Решение: подать пеногаситель (метил-изобутил-карбинол, 30–50 г/т) в точку перед всасом. Третья, ошибка в геометрии воронки: угол к горизонту больше 45° образует воздушный карман. Лечение: переделать воронку на угол 30–35° с прямым срезом кромки.