Comprendere le lubrifiche abrasive nelle miniere

Le fanghi abrasivi sono miscele eterogenee di particelle solide sospese in un liquido, tipicamente acqua, ma a volte con additivi chimici o fluidi di processo. Nelle operazioni minerarie, queste fanghie derivano dalla frantumazione, dalla macinazione, dalla flotazione, dalla leaching e dalla gestione dei codeings. La fase solida può includere minerali dure, affilati come quarzo, magnetite, o minerale di rame, e porta acidi dissoluti.

La sfida principale con le slurries abrasive è l’usura accelerata sui componenti della pompa. Le particelle hanno un impatto sulle superfici ad alta velocità, causando erosione, gouging e fatica. Allo stesso tempo, l’attacco chimico può corrodere metalli e degradare gli elastomeri. Gli estremi della temperatura aggiungono lo stress termico. Una pompa che è mismatizzata all’abrasività del liquame può fallire prematuramente, portando a tempi di fermo non pianificati, e a una accurata sicurezza basata su rischi costosi.

Slurry caratterizzazione: La Fondazione di selezione pompa

Prima di scegliere una pompa, caratterizzare la slurry rispetto ai seguenti parametri:

  • Distribuzione delle dimensioni del pavimento (PSD)[ – Dimensione delle particelle più grande, contenuto delle multe e la percentuale delle particelle sopra una dimensione critica che può causare un rapido usura.
  • Creazione semplificata[ – Percentuale di peso o volume dei solidi.
  • Densità e velocità di impostazione[[] – Determina la tendenza dei solidi a stabilirsi nella pompa e tubazioni, che influiscono sul dimensionamento della pompa e sulla testa di aspirazione positiva netta (NPSH).
  • pH e composizione chimica[[[] – Le lenture acide o alcaline richiedono materiali resistenti alla corrosione; cloruri disciolti o solfati possono attaccare metalli e gomme.
  • Temperatura[[] – Affetti la resistenza del materiale, la flessibilità dell'elastomero e il rischio di cavitazione.
  • Indice di abrasità o fattore di usura[[] – Una misura di laboratorio che quantfica il potenziale di usura del liquame; utilizzata per stimare la vita della pompa.

La caratterizzazione accurata consente agli ingegneri di abbinare il design idraulico della pompa e la selezione dei materiali alle condizioni di servizio esatte. Ad esempio, una liquami con particelle di quarzo 10  particelle di quarzo di mm al 40% solidi per peso richiederà una pompa diversa da una slurry di argilla fine al 20% solidi con un pH di 2.

Tipi di pompe per le lubrificazione abrasiva

Ogni disegno della pompa offre vantaggi e limitazioni distinte. I tipi più comuni utilizzati nell'estrazione mineraria sono descritti di seguito, con l'accento sulla loro capacità di gestire l'abrasione.

Pompe centrifughe per liquami

Queste sono le carri di lavorazione mineraria, le pompe centrifughe sono progettate con ampi passaggi a girante aperti per accogliere grandi particelle e ridurre la velocità di rotazione per ridurre al minimo l'usura.

  • Cinture a caldo-duty[] – Spesso in ferro cromato (ad esempio, cromo del 28%) o foderato con gomma spessa o poliuretano.
  • Espulsione o guarnizioni dinamiche[[] – Ridurre la perdita ed eliminare la necessità di acqua glanda in molte applicazioni.
  • Parti di usura regolabili[[] – Le piastre di girante, golabush e liner sono sostituibili per prolungare la durata della pompa.

Le pompe centrifughe sono disponibili in configurazioni orizzontali (pompa orizzontale - serie HH) e verticali (pompa submersibile o sump), ideali per alte portate e teste moderate e alte. Tuttavia, sono meno efficienti a bassa portata e possono sperimentare un rapido usura se operato lontano dal loro punto di efficienza migliore (BEP).

Pompe a pistone e a pinze

Le pompe dislocamento positive, come i tipi di pistone e pistone, sono utilizzate per applicazioni ad alta pressione come le tubazioni di liquami a lunga distanza o l'alimentazione di autoclavi. Possono gestire pressioni molto elevate e sono meno sensibili ai cambiamenti di viscosità rispetto alle pompe centrifughe. Tuttavia, le loro parti mobili (pistons, imballaggi, valvole) sono direttamente esposte alla liqua, portando a usura grave se non sono impiegati materiali e sistemi di scarico estremamente specializzati.

Pompe peristaltiche (Hose)

Le pompe peristaltiche funzionano comprimendo un tubo flessibile o un tubo contro l’alloggiamento della pompa, creando una compressione mobile che spinge la slurry in avanti. La slurry rimane interamente all’interno del tubo, non contattando mai le parti in movimento della pompa.

  • Minimale usura[ – Solo il tubo indossa; il corpo della pompa e i rulli durano indefinitamente.
  • Ottimo per le pinze a elevata sensibilità al taglio o ad alta viscosità[] – Nessun impingement o impatto ad alta velocità.
  • Impiegamento e possono funzionare a secco[ – Ideale per il trasferimento di sump o per il dovere intermittente.

I disavanzi includono portate limitate e capacità di pressione (tipicamente fino a 15 e 15 etnica; bar o 200 etssp;psi) e un costo di funzionamento più elevato per litro a causa della sostituzione del tubo ogni poche migliaia di ore. Tuttavia, le pompe peristaltiche sono sempre più utilizzate nel filtro press feed, addensante sottoflusso e applicazioni di dosaggio chimico.

Pompe a spina verticale

Le pompe a mandrino verticali, chiamate anche pompe a cantilever verticali, sono progettate per pompare da profondi sump o miniere sotterranee. Il loro lungo albero e cuscinetto consentono alla testa della pompa di essere immersa nella slurry mentre il motore rimane al di sopra del grado. Queste pompe sono robustamente costruite con materiali temprati e sono spesso utilizzate per la dewatering delle miniere, la riscossione delle code e i compiti di scarico dei mulini.

Altre pompe specializzate

  • Pompe di liquami ammortizzabili[[] – Sommergibili elettrici con parti di usura pesanti, utilizzati per il trasferimento di liquami e liquami in pizzo.
  • Pompe a membrana[[[] – Pompe dislocamento positive con un diaframma flessibile che isola la liquami dal meccanismo di azionamento. Offrono una buona resistenza all'usura e sono utilizzate per applicazioni a basso flusso, ad alta testa.
  • Pompe di cavità progresse[[] – Adatto per le slurries altamente viscose o spesse con abrasività bassa; non consigliato per le particelle molto dure a causa dell'usura dello statore.

Criteri di selezione chiave

La scelta della pompa giusta comporta il bilanciamento di molti fattori, i seguenti criteri devono essere valutati sistematicamente:

Resistenza all'usura e materiali

Il fattore più critico è la capacità dei componenti della pompa di resistere all'erosione e alla corrosione.

  • Ferro bianco ad alta cromo[[] – Eccellente per l'abrasione estrema da particelle dure (Dolce di Mohs >5). I gradi tipici sono HC100, HC200, o HC250 (25-28% Cr). Durezza fino a 600-700 BHN.
  • Già naturale[ – Ideale per le slitte sottili e abrasive con pH 4-12 e temperature fino a 70  °C. La gomma assorbe l'impatto e resiste all'usura scorrevole.
  • Polyurethane[ – Buono per abrasione e prodotti chimici moderati; può essere utilizzato in sottili rivestimenti per applicazioni di luce.
  • Ceramics[[] – Applicato come inserti in zone di alta usura (impeller, anelli di usura) per le slurries ultra-abrasive, ma costose e fragili.
  • Acciai inox (duplex, super duplex) – Usato quando la corrosione è la preoccupazione principale e l'abrasione è bassa.

Spesso viene utilizzata una combinazione: involucro in metallo per la resistenza strutturale con fodera in gomma o poliuretano che può essere sostituito. La durata di usura di questi materiali può essere stimata utilizzando test di usura come il Miller Number o ASTM G75 (Miller bagnato-abrasione test).

Prestazioni idrauliche: portata e testa

Per le pompe centrifughe è essenziale selezionare una pompa che opera vicino al suo punto di efficienza migliore per ridurre al minimo l’usura e il consumo di energia. L’operazione lontano dal BEP può causare ricircolo, vibrazione e impatto delle particelle accelerato.

Testa di aspirazione positiva netta (NPSH)

Le fanghi abrasivi spesso contengono bolle d'aria o di gas, e il contenuto di solidi elevati può alterare la pressione del vapore. La cavitazione deve essere evitata perché distrugge i rivestimenti resistenti all'usura e provoca un'erosione rapida. La pompa richiede NPSH (NPSHR) deve essere inferiore alla NPSH disponibile (NPSHA) in tutte le condizioni operative.

Dimensioni e forma delle particelle

La dimensione massima delle particelle determina la dimensione minima del passaggio della girante. Di regola, la pompa dovrebbe avere un diametro di passaggio almeno tre volte la dimensione della particella più grande. Le particelle angolari e taglienti sono più abrasive di quelle arrotondate. Le lubricce con un alto contenuto di fine (meno 200 mesh) possono aumentare la viscosità e ridurre l'efficienza della pompa.

Manutenzione e Accesso

Pompa downtime in una miniera può costare decine di migliaia di dollari all'ora.

  • Facile accesso per indossare parti senza tubazioni disturbanti.
  • Progettazione back-pullout per una rapida manutenzione.
  • Ricambi standardizzati e facilmente disponibili.
  • Costruzione modulare che permette l'aggiornamento a materiali più durevoli.

I produttori come Weir Minerals[], ]Warman[], Sulzer, e Grundfos offrono specifiche linee di prodotto per i servizi abras.

Migliori pratiche operative per la vita della pompa lunga

Anche la migliore pompa fallirà prematuramente se non funzionava e mantenuta correttamente. Le seguenti pratiche sono dimostrate di estendere il tempo medio tra guasti (MTBF):

Telaio per dimensionamento e tubazioni

Le pompe sottodimensionate funzionano a velocità più elevate, aumentando l'usura. Le pompe sovradimensionate sprecano energia e possono causare ricircolo a basso flusso. Assicurare la curva della testa del sistema è accurata e la pompa opera al suo BEP. La tubazione dovrebbe essere il più breve e dritto possibile, con curve a lungo raggio per ridurre la turbolenza e l'impulso delle particelle.

Sistemi di sigillamento e di fluido

I sigilli meccanici sono il punto di guasto più comune. Per le slurries abrasive, considerare l'utilizzo:

  • Sigillo dinamico (espulsore o ripetitore)[ – Utilizza una girante secondaria per creare una barriera liquida, eliminando la necessità di un sigillo.
  • I singoli sigilli meccanici con fluido di barriera[[] – Il fluido di barriera viene mantenuto ad una pressione maggiore rispetto al liquame, impedendo alle particelle di raggiungere i volti di tenuta.
  • Imballo in ghiandola con acqua a filo[[] – Tradizionale ma richiede un'attenta regolazione e conservazione dell'acqua.

Seguire sempre la raccomandazione del produttore per il tipo di tenuta e la portata.

Monitoraggio dell'usura sincronizzato

Attuazione di un programma di misura dell'usura: misura il diametro della girante, lo spessore del rivestimento dell'involucro e l'usura del vapore a intervalli programmati. Confronta le misure per la linea di base per prevedere la vita rimanente. Utilizzare sensori di usura o indicatori di spessore ultrasuoni su aree critiche. Alcune pompe moderne sono dotate di sistemi di monitoraggio dell'usura incorporati che avvisano gli operatori quando i liner sono indossati.

Gestione dei pezzi di ricambio

Parti di usura critiche (impeller, liner set, golabush, guarnizioni meccaniche) per almeno una ricostruzione completa. Poiché i tassi di usura variano, tenere un record di consumo di parte e regolare l'inventario di conseguenza.

Formazione degli operatori

Operatori ferroviari per riconoscere i sintomi di usura o malfunzionamento: maggiore vibrazione (letture di accesso), maggiore amperaggio motorio, ridotto flusso, perdite di liquami da guarnizioni, o rumore insolito (impatto calorico o solidi).

Case study: Selezione pompa per un'applicazione di tailing delle miniere di rame

Il concentratore di rame ha dovuto pompare pedine (30% solidi, 60  μm D50, pH 10, temperatura di liquami 25  °C) dal sottoflusso di addensante al digamento di coda 5  km di distanza. Il flusso richiesto era di 4.000 e mezzo di efficienza; m3/h ad una testa di 120&sottile; m.

Questo esempio illustra che la selezione dei materiali è importante come il design idraulico. Per le slitte sottili, abrasive, la gomma spesso supera il metallo, mentre per le particelle grossolane e taglienti, il ferro ad alto cromo è superiore.

Tendenze emergenti nella tecnologia della pompa di liquami

Le innovazioni continuano a migliorare l'affidabilità e le prestazioni della pompa:

  • Le pompe intelligenti con sensori IoT[[] – Le vibrazioni in tempo reale, la temperatura e i dati di usura consentono la manutenzione predittiva e riducono le fermate non pianificate.
  • Produzione additiva di parti della pompa[[] – giranti stampati in 3D e liner con geometrie complesse e materiali di grado possono ottimizzare la distribuzione dell'usura.
  • Elastomeri avanzati[[] – Le nuove miscele di poliuretano e i composti in gomma riempiti in ceramica offrono una migliore resistenza all'abrasione rispetto alla gomma naturale.
  • Azionamenti a velocità variabili (VSD)[] – Consentire un controllo preciso della velocità della pompa per soddisfare le condizioni di processo cambianti, riducendo l'usura a flusso ridotto.

Per ulteriori informazioni sui più recenti progetti di pompe di liquami e studi di casi, si rimanda alle risorse tecniche da []I minerali di Weir[] o il SAGIND Engineering Group[]], che pubblica vasti documenti bianchi su usura e selezione della pompa.

Conclusioni

La scelta della pompa giusta per le slitte abrasive nell'estrazione mineraria è un processo sistematico che inizia con una precisa caratterizzazione dei liquami e termina con un sistema ben mantenuto che funziona all'interno dei suoi parametri progettati. Il tipo di pompa deve corrispondere alla dimensione delle particelle, alla concentrazione, alla tenuta dell'abrasiva e alla chimica.

Seguendo la guida sopra descritta e sfruttando le competenze del produttore, le operazioni minerarie possono ridurre significativamente il costo totale di proprietà, ridurre al minimo i tempi di fermo e migliorare la sicurezza per il personale che gestisce questi materiali esigenti. L'investimento nella selezione di pompa accurata paga per sé molte volte durante la vita di una miniera.