Флотация

Флотационный цех на обогатительной фабрике.

Флотация (от фр. Flottation ) - Способ разделения смесей твердых мелких частиц, принадлежащих различным веществам, а также выделение капель дисперсной фазы с эмульсий, основанный на их различной смачиваемости и способности накапливаться на поверхности раздела фаз. Флотация возможна только при неполном смачивании поверхности частиц, выделяемых жидкостью. Обычно это достигается путем добавления небольших количеств специальных веществ - флотореагентов. Продукты флотации: пенный продукт и камерный продукт.


1. Области применения


2. Виды флотации

Сегодня известны такие способы флотации: пленочная флотация, пенная флотация, вакуумная флотация, компрессионная флотация, адгезионная сепарация, ионная флотация, химическая флотация, электрофлотация, пенная сепарация, ионная флотация, соляная флотация, масляная флотация и флотация с носителем.

Распространенной является пенная флотация :

  • Пенная - при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определенных минералов собираются на поверхности раздела фаз "Воздух - жидкость" , прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены, которую в дальнейшем сгущают и фильтруют. Как жидкость чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы). Этот метод применяется широко;

3. Флотореагенты

См.. Флотационные реагенты.

Существует несколько типов флоторегантив, отличающихся принципом действия

  • Сборщики - реагенты, избирательно сорбируются на поверхности минерала, который необходимо перевести в пенный продукт, и добавляют частицам гидрофобные свойства. В качестве сборщиков используют вещества, молекулы которых имеют дифильное строение: гидрофильная полярная группа, которая закрепляется на поверхности частиц, и гидрофобный углеводородный цепь. Чаще сборщики является ионными соединениями, в зависимости от того, какой ион является активным различают сборщики анионного и катионного типов. Реже применяются сборщики, является неполярными соединениями, не способными к диссоциации. Типичными собирателями являются: ксантогената и дитиофосфаты - для сульфидных минералов, натриевые мыла и амины - для несульфидних минералов, керосин - для обогащения угля.
    Расход собирателей составляет сотни граммов на тонну руды;
  • Регуляторы - реагенты, в результате выборочной сорбции которых на поверхности минерала, последний становится гидрофильным и не способным к флотации. Как регуляторы применяют соли неорганических кислот и некоторые полимеры;
  • Пенообразователи - предназначены для улучшения диспергирования воздуха и придания устойчивости минерализованных пинам. Пенообразователями служат слабые поверхностно-активные вещества.
    Расход пенообразователей составляет десятки граммов на тонну руды.

Известно уже несколько тысяч различных флотореагентов.


4. Основные факторы, влияющие на результаты флотации

Результаты флотации зависят от ряда факторов, основными из которых являются: вещественный состав полезного ископаемого, крупность измельчения руды перед флотацией, плотность пульпы, реагентный режим и порядок введения реагентов, интенсивность аэрации и перемешивания пульпы, интенсивность снятия пены, продолжительность флотации, температура пульпы, схема флотации, дебит пульпы, поступающей в флотационную машину.

  • К основным характеристикам вещественного состава полезных ископаемых, которые определяют технико-экономические показатели обогащения относятся: содержание и флотованисть ценных компонентов, минеральный состав, характер вкрапления и рост минералов, наличие изоморфных примесей, вторичные изменения минералов вна-слидок окисления, выветривания и взаимной активации.

Содержание компонента влияет на степень извлечения в соответствующий концентрат. При прочих равных условиях изъятия возрастает с увеличением содержания данного компонента в полезном ископаемом.

  • Минеральный состав полезного ископаемого влияет на технологические показатели извлечения каждого компонента и качество полученных концентратов объясняется следующими особенностями полезных ископаемых:
    • - Каждый металл или элемент в полезных ископаемых может быть представлен минералами с разной флотованистю: ​​легкофлотованимы, важкофлотованимы и не флотованимы. Различные группы минеральных форм требуют различных реагентных режимов и при их одновременном присутствии в руде трудно обеспечить оптима-ные условия флотации для извлечения всех минералов. В таком случае в технологических схеме обычно предусматривают раздельное флотационное извлечение минералов;
    • - Возможность селективной флотации зависит от степени близости физико-химических свойств разделяемых минеральных компонентов. Трудности осуществления селективной флотации возрастают при разделении минералов с одинаковым анионом или катионом;
    • - Селективная флотация усложняется при наличии в рудах легкофлото-ных алюмосиликатов и при значительном содержании шламистих минералов и пород, которые обладают большой поглощающей способностью по отношению к флотационных.

Генезис (условия образования полезных ископаемых) определяют строение полезных ископаемых, характер кристаллизации, изоморфизм, скорость и степень окисления и электронные свойства минералов. Генезисом определяется содержание изоморфной примеси в минералах. Изоморфизм является основной причиной наличия в рудах лег-ко-и важкофлотованих разновидностей одного и того же минерала. Вторичным изменениям могут быть подвергнуты как рудные минералы, так и минералы вмещающих пород. В процессе направленных вторичных изменений происходит унификация поверхностных свойств различных породных минералов при росте их за-щего степени гидрофобности и образования большого количества легкофлотованих шламов. Вследствие этого возрастают трудности депрессии пустой породы, предотвращению вредного воздействия шламов и получения богатых концентратов.

  • Размер вкрапления полезных минералов определяет необходимое величина под-рибнення полезных ископаемых и продуктов их переработки. Необходима крупность измельчения полезных ископаемых и продуктов их переработки должна удовлетворит-нять следующим требованиям:
    • - Размеры зерен флотованого минерала не должны выходить за определенные границы крупности, по которым невозможно эффективное закрепление на воздушных пузырьках и собственно флотация;
    • - Основная масса флотованих минералов должна находиться в свободном состоянии, то есть быть освобожденной от сростков с пустой породой (перед коллективной флотацией) и от сростков минералов друг с другом (перед селективной флотацией)
    • - Крупность полученных концентратов должна соответствовать установленным для них требованиям (кондициям).
  • Плотность пульпы влияет на технико-экономические показатели: расход реагентов, производительность флотомашин, удельные затраты энергии, воды и др.. При густых пульпы расход реагентов, как правило, снижается. При увеличении плотности пульпы производительность флотомашин сначала возрастает до определенного предела, а том начинает снижаться. Таким образом, при флотации невыгодно иметь как очень густые, так и очень разреженные пульпы. Оптимальная разреженность пульпы зале-жить в основном от крупности и плотности флотованои полезного ископаемого, наз-начения операции флотации, необходимого качества пенного продукта и других условий. С увеличением крупности и плотности флотованои руды оптимальная плотность пульпы растет. При большом содержании шламов и малой плотности твердой фазы питания флотацию осуществляют в более жидкой пульпы. В операциях основной и контрольной флотации для снижения потерь полезных минералов в хвостах применяют более густые пульпы, а в перечисних операциях для повышения качества - разбавь-ленные пульпы. Обычно в практике флотации плотность пульпы колеблется от 15 до 40% и устанавливается в каждом конкретном случае опытным путем.
  • Флотация сопровождается физико-химическими процессами, скорость которых зависит от температуры среды. Особенно это заметно при использовании в качестве коллектора жирных кислот, которые при низких температурах теряют свою активность вследствие перехода в твердое состояние. С повышением температуры улучшается процесс диспергирования труднорастворимых собирателей, является одной из го-ных причин увеличения скорости флотации при подогреве пульпы.
  • Состав воды, в которой осуществляется процесс флотации, очень существенно влияет на ход этого процесса. В воде содержатся разными ионы, которые влияют на флотацию и изменяют рН среды, растворенные газы и различные органические примеси.

Вследствие некоторой растворимости ряда минералов они могут существенно изменять рН пульпы. Изменение концентрации в пульпе растворенных газов, прежде всего ки-сню, который существенно влияет на процесс флотации, может происходить как в связи с качеством исходной воды, так и в процессе флотации. В зависимости от минералогического состава руды при ее измельчении и классификации происходит резкое снижение кон-центрации кислорода в пульпе. В таких случаях следует применять специальную ае-рацию пульпы для насыщения пульпы кислородом воздуха.

  • Аэрация пульпы необходима для создания пузырьков. В процессе аэрации часть воздуха растворяется в жидкой фазе пульпы - в зонах с повышенным давлением (например, перед лопатками импелера). В зонах с пониженным давлением (например, за лопатками импелеру) растворено воздух выделяется в виде мелких зародышевых пузырьков, которые образуются преимущественно на поверхности Флотова-ных зерен.

Аэрация влияет на скорость флотации: с увеличением аэрации скорость флотации возрастает. В механических машинах аэрация зависит от интенсивности перемешивания пульпы (скорости вращения импелера). Чем интенсивнее пере-мишування, тем более аэрация. Однако сильное перемешивание приводит к увеличению сил отрыва частиц от пузырьков воздуха и увеличения расхода энергии. Слабое перемешивание тоже ухудшает процесс флотации результате осаждения крупных частиц на дно камеры. Интенсивность перемешивания должна быть достаточной, чтобы препятствовать выпадению твердых частиц и обеспечивать хорошую аэрацию и равномерное распределение частиц и пузырьков по всему объему нижней зоны камеры. Каким образом, скорость турбулентных вихрей пульпы при ее перемешивании должна быть выше критической.

  • Во реагентным режимом понимают номенклатуру реагентов, их дозировку, точки подачи и распределение каждого реагента по отдельным точкам, продолжительность контакта реагентов с пульпой. Реагентный режим в каждом конкретном случае устанавливается экспериментально при исследовании руд на збагачува-ность.
  • Скорость флотации зависит от объема пульпы, поступающей в флотационную машину за единицу времени. При увеличении потока пульпы скорость флотации растет, а необходимая для получения определенного изъятия продолжительность флотации уменьшается.

Оптимальная продолжительность флотации определяется экономическими показателями, на практике она колеблется от 5 - 10 до 40 мин. В зависимости от необходимой продолжительности флотации различают легко-, средне-и важкофлотовани руды с продолжительностью флотации 5 - 15, 15 - 25 и более 25 мин., В операциях перечищення концентратов продолжительность флотации обычно не превышает 10 - 15 мин.


5. Схемы флотации

Схема флотации может включать несколько последовательных операций: основную, перечисну, контрольную.

5.1. Основная флотация

Основная флотация - первая операция в каждом цикле, ее основная цель - максимально возможное извлечение полезного компонента. В результате осуществления операции основной флотации не удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты вследствие близости флотационных свойств разделяемых минералов, недостаточного раскрытия сростков, несовершенства флотационных аппаратов. Поэтому полученные бедные концентраты и богатые хвосты (иногда после дополнительного измельчения) направляют в операцию повторной (перечиснои) флотации.


5.2. Перечисна флотация

Перечисна флотация - повторная флотация концентрата предыдущей операции. Основной целью перечиснои флотации является повышение качества концентрата до кондиционной.

5.3. Контрольная флотация

Контрольная флотация - повторная флотация отходов с целью окончательного удаления полезного компонента и получения бедных отвальных хвостов.

Схема флотации любого компонента обычно включает основную флотацию, одну или несколько перечисних флотационных концентрата и одну или несколько контрольных флотационных. Число перечисних и контрольных флотационных зависит от качества руды и требований к концентратов. Если содержание полезного компонента в руде мало кондиции на содержание полезного компонента в концентрате высокие и минерал легко флотуеться, то схемы включают большое число перечисних операций концентрата (например, для молибденовых руд число очищенное концентрата достигает 6 - 8). При противоположных условиях число очищенное уменьшается. В схемах обработки полезных ископаемых с очень высоким содержанием полезного компонента (например, уголь) перечисних операций может не быть вовсе. Для обычных условий флотации число очищенное колеблется от 2 до 4. Число контрольных операций, как правило, не превышает 2 - 3, но чаще всего схемы включают только одну контрольную флотацию.


6. Классификация минералов по флотованистю

Схема флотационного процесса, характер используемых реагентов и результаты обогащения в первую очередь зависят от минерального состава и физико-химических свойств поверхности минералов полезного ископаемого. Зависимости от особенностей условий флотационного разделения основные минералы полезных ископаемых можно разделить на следующие группы.

  • Аполярни минералы неметаллических полезных ископаемых характеризуются высоким природным гидрофобностью. К ним относятся каменный уголь, графит, алмаз, самородная сера и тальк. Для флотации минералов этой группы используют нефтяные масла, а иногда только вспениватель.
  • Сульфиды тяжелых металлов и самородные металлы характеризуются определенной естественной гидрофобностью и избирательной способностью адсорбировать на своей поверхности сульфгидрильные собиратели (ксантогената). К этой группе относятся сульфиды железа, свинца, меди, цинка, сурьмы, молибдена, кобальта и других, а также золото, серебро, платина.
  • Окисленных минералы тяжелых металлов представлены карбонатами, сульфатами, гидратами и силикатами меди, свинца, цинка и смешанных руд. Эти минералы не имеют естественной гидрофобности, поэтому их флотация возможна жирными кислотами и их мылами или ксантогената после предварительной сульфидизации поверхности сульфидом натрия.
  • Полярные несульфидни минералы щелочноземельных минералов имеют в составе кристаллической решетки катионы кальция, бария, магния и строн-цию. Мінерали цієї групи дуже чутливі до йонного складу пульпи, вони добре флотують при використанні як збирачі жирних кислот і їх мил.
  • Оксиди, силікати і алюмосилікати представлені великою групою мінералів, до якої входять кварц, андалузит, діаспор, берил, гематит, каолініт, каситерит, кіаніт, корунд, піролюзит, польові шпати, слюди і ін. Більшість цих мінералів добре флотується з використанням оксигідрильних збирачів, жирних кислот і збирачів катіонного типу.

Близькість флотаційних властивостей різних за складом мінералів визначає складність флотаційних схем і в цілому технології флотаційного збагачення корисних копалин.


См.. также


Источники

п ? в ? р Сепараційні процеси
Процеси

Абсорбер ? Адсорбция ? Вентиляция ? Выщелачивания ? Испарения ? Урегулирование ? Газ-жидкость поглощения ? Диализ ? Концентрация ? Электродиализ ? Электрофлотация ? Ионообменные процессы ? Обратный осмос ? Осмос ? Осаждения ? Разделение в тяжелой жидкости ? Рассев ? Сублимация ? Сепарация циклоном ? Сушка ? Флокуляція ? Флотація ? Фракційна кристалізація

Гель-проникна хроматографія ? Іонообмінна хроматографія ? Хроматографія адсорбції ? Хроматографія молекулярного винятку ? Affinity хроматографія ? Розподільна хроматографія ? Высокоэффективная жидкостная хроматография ? Бумажная хроматография ? Тонкослойная хроматография ? Газоадсорбцийна хроматография
каталітична дистиляція ? фракційна перегонка ? дистиляція потоком пари
капиллярный электрофорез ? двумерный электрофорез ? электрофорез на агарозном геле ? электрофорез на полиакриламидном геле ? Электрофорез белков сыворотки крови
Добыча
рідинна екстракція ? Прискорена екстракція розчинниками
Фильтрация
Микрофильтрация ? Нанофильтрация ? Ультрафильтрация
ChemSepProcDiagram.svg
Обладнання для хімічної промисловості
Умягчители воды ? форсунка ? Ректификационная колонна ? Упаковка колонки ? Колонка поглощения ? Кристаллизатор ? вентилятор переднего стекла ? Сокслета ? Испаритель ? фильтр карусель ? рукавных фильтров ? Барабанный фильтр ? Фильтрпрессной ? электростатический фильтр ? Скруббер ? ультрацентрифуге ? Центрифуга ? Циклон
Разное
Обмен веществ ? Технологическая операция ? Полупроницаемая мембрана ? Ионообменные смолы