Процесс флотации руд полезных ископаемых

Флотация

ФЛОТАЦИЯ (французским flottation, английский flotation, букв. — плаванье на поверхности воды * а. flotation; н. Flotation, Flotatieren, Schaumschwimnaufereitung; ф. flottation; и. flotacion) — процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов) в водной суспензии (пульпе) или растворе, основанный на избирательной концентрации (адсорбции) частиц на границах раздела фаз в соответствии с их поверхностной активностью или смачиваемостью. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз (обычно газа и воды) и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц.

Флотация — один из основных методов обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органических веществ (нефти, масел), бактерий, тонкодисперсных осадков солей и др. Помимо горноперерабатывающих отраслей промышленности флотация используется в пищевой, химической и других отраслях для очистки промышленных стоков, ускорения отстаивания, выделения твёрдых взвесей и эмульгирования веществ и т.п. Широкое применение флотации привело к появлению большого количества модификаций процесса по различным признакам (рис.).

Первой была предложена масляная флотация (В. Хайнс, Великобритания, 1860). Для её осуществления измельчённая руда перемешивается с маслом и водой; при этом сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом, всплывают вместе с ним и снимаются с поверхности воды, а породы (кварц, полевые шпаты) тонут в воде. В России масляная флотация была использована для обогащения графитовой руды (г. Мариуполь, 1904). Позднее этот вид был усовершенствован: масло диспергировалось до эмульсионного состояния, что позволяло извлекать тонкие шламы, например марганцевых руд. Способность тонких гидрофобных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована для создания плёночной флотации (А. Нибелиус, США, 1892; А. Мак-Куистен, Великобритания, 1904). Плёночная флотация не имела большого практического использования, но явилась прообразом пенной флотации, как с точки зрения использования межфазной границы вода — воздух, так и с точки зрения использования флотационных реагентов, поскольку было замечено, что плёночная флотация проходит значительно эффективнее в присутствии небольших количеств масла. В процессе пенной флотации обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей. Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Великобритания, 1906) — вакуумная флотация, энергичное перемешивание пульпы (механическая флотации), пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия (пневматическая флотация). Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитического разложении воды с образованием газообразного кислорода и водорода (электрофлотация).

Реклама

Разнообразные способы образования газовых пузырьков и комбинации этих способов соответствуют различным типам флотационных машин. Соединение камер флотационных машин в определённой последовательности с направлением потоков пенных и камерных продуктов на перефлотацию, доизмельчение, перечистную или контрольную флотации составляет схему флотации, которая позволяет получить концентрат требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Концентрат может быть получен пенным (прямая флотация) или камерным продуктом (обратная флотация); в последнем случае флотации подвергается пустая порода.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1 мм в случае природно-гидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) — аэрофлокул происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу.

На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура и плотность пульпы. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мк ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1-3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц (0,5 -5 мм) в CCCP разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.

Во флотационных машинах часто происходит побочный процесс — осаждение гидрофобных частиц на стенках и особенно деревянных деталях, т.н. флотации твёрдой стенкой. Этот эффект был положен в основу метода флотации тонких шлемов (-10 мкм) с помощью носителя — гидрофобных частиц флотационной крупности, селективно взаимодействующих с извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергались обычной пенной флотации.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 50-х гг. был разработан метод ионной флотации.

Широкое распространение флотации, возникшей первоначально благодаря ряду эмпирических изобретений, оказало значительное влияние на становление физической химии поверхностных явлений, а развитая теория стала основой совершенствования процесса флотации.

В развитии теории флотации важную роль сыграли работы русских физико-химиков: И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце 19 века основные положения процесса смачивания; Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале 20 века положения о гидрофобности и гидрофильности. П. А. Ребиндер развил теорию адсорбционных и поверхностно-активных процессов, указал на роль флокуляции в процессе флотации. Вопросы электрохимических взаимодействий при флотации впервые рассмотрел А. Н. Фрумкин (1930), а затем Р. Ш. Шафеев и В. А. Чантурия. Теория аэрации при флотации развита В. И. Классеном. Теория взаимодействия реагентов с минералами при флотации развита И. Н. Плаксиным и его школой (В. А. Глембоцкий, Классен, Шафеев, В. И. Тюрникова и др.), а также А. Таггартом, А. Годеном, Д. Фюрстенау (США), И. Уорком (Австралия), М. Г. Флемингом (Великобритания) и др. Кинетике флотации, математическому моделированию и управлению процессом флотации посвящены работы К. Ф. Белоглазова, О. С. Богданова, Л. А. Барского, В. З. Козина, И. И. Максимова, Ю. Б. Рубинштейна, а также П. Инуэ (Япония), Фюрстенау (США) и др. Создание теории селективной флотации минералов связано с именами М. А. Эйгелеса, С. И. Митрофанова, С. И. Полькина и др.

Совершенствование процесса флотации идёт по пути синтеза новых видов флотационных реагентов, конструирования флотационных машин, замены воздуха другими газами (кислород, азот), а также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы. Благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых.

Флотация – это что такое? Подробное описание процесса, преимуществ и недостатков

Руды, из которых получают цветные металлы, в большинстве своем достаточно бедные, то есть больший процент вещества – это пустая порода. Флотация – это метод обогащения, в основе которого лежит понятие «смачиваемость частиц». Впрочем, этот термин применяется не только тут. Незаменимой технология стала и в области очистки сточных вод, и в медицине, где используется для анализа на наличие паразитов в органических выделениях.

О чем идет речь

Флотация руды представляет собой такую методику, которая позволяет сделать работу с полезными ископаемыми эффективнее и выгоднее. Разные элементы отличаются между собой способностью удерживаться на поверхности, где контактируют две фазы, то есть происходит раздел сред. Флотация – это процесс, который основан на удельной энергии поверхности.

Если говорить о частицах, то их можно разделить на следующие группы:

О гидрофобности…

Итак, метод флотации основан на том, что вода по-разному влияет на различные молекулы. О чем идет речь?

Под гидрофобными принято понимать такие молекулы, для которых вода относительно «безопасна», то есть смачиваются они из-за особенностей своей структуры очень плохо. Такие частицы сформированы таким образом, чтобы по возможности избегать контакта с водой.

В реальности подобное поведение можно наблюдать невооруженным глазом, если выйти утром из дома: роса или дождевые капли на листья деревьев и на траве формируют небольшие капли. При этом растения проявляют свою гидрофобность, не позволяя жидкости растекаться по поверхности. Что касается полезных руд, то тут сходная логика, но сопряженная с измельчением породы. Молекулы полезных веществ гидрофобны, и в ситуации, когда они оказываются в жидкой среде, происходит взаимодействие с газовыми молекулами, помогающее полезным ископаемым всплывать. Это сопряжено с природным стремлением к уменьшению энергии.

…и гидрофильности

Под гидрофильными принято понимать такие частицы, которые жидкостью могут быть смочены без особенного труда. Для этих веществ нет «дискомфорта» в ситуации, когда вещество оказалось в суспензии.

Если гидрофобные молекулы стремятся вступить в контакт с газами, у гидрофильных такой особенности не зафиксировано. Также гидрофильные соединения в своей основной массе не проявляют специфических свойств относительно масел, к которым так и «липнут» гидрофобные молекулы.

Метод флотации

Отличаются разные технологии границей раздела, создаваемой, чтобы компоненты отделялись друг от друга. Наиболее современные:

• Масляная флотация – это такой вариант, когда смешивают предварительно измельченные руды с жидкостью, маслом. Это приводит к всплытию сульфидных соединений.
• Пенная флотация – это технология, предполагающая измельчение руды, смешивание ее с водой, обработку полученного составом воздушными пузырьками. Этот процесс приводит к формированию пены на поверхности смеси. В ней будут находиться компоненты, которые нужно было выделить из породы. Специальной машиной пену отводят и высушивают.

Второй вариант требует измельчения исходной породы до частиц, диаметр которых не превышает 0,2 мм.

Это важно!

В современной промышленности высоко ценятся различные руды, далеко не все они отличаются гидрофобностью, а значит, описанная технология не будет работать для их извлечения. Тогда применяют химические составы – реагенты. Это такие компоненты, благодаря которым целевые частицы либо приобретают гидрофобные качества, либо теряют их.

Существуют следующие реагенты:

• образователи пены;
• регуляторы, повышающие гидрофильность;
• собиратели;
• активаторы, формирующие такие условия, в которых собиратели закрепляются на поверхности;
• депрессоры, исключающие увеличение гидрофобности веществ (применяются для того, чтобы процесс стал более селективным).

Особенности работы

Флотация – это очень важный технологический процесс, который незаменим в промышленности, так как помогает обогащать руды с высокой результативностью. Эффективность показывает пенная технология, именно она и распространена в наши дни шире всего.

Чтобы начать флотацию, материалы сперва проходят через мельницу, что позволяет получить шихту, и уже после этого начинается процесс пенообразования. Чтобы флотация воды была результативной, выбирают такие размеры частиц, которые бы гарантировали разделение минералов. Оптимальный вариант – до 0,1 мм, но иногда измельчают и на компоненты размером всего 0,04 мм. Если в процессе окажутся более крупные компоненты, они снизят эффективность всей технологии в целом, так как имеют отрицательное действие. Также понижают эффективность процесса слишком мелкие составляющие, из-за которых элементы нормального размера не могут нормально взаимодействовать с воздушными пузырьками. Для улучшения качества необходимо использовать реагенты.

А как еще используем?

Обогащение руд – это не единственная область применения описанной технологии. В частности, широко распространена флотация сточных вод. Эта методика показала свою эффективность в ситуации, когда необходимо удалить из жидкости диспергированные компоненты, так как таковые нельзя убрать в процессе отстаивания.

Метод «пузырек-частица» показал высокую эффективность при выделении из воды следующих примесей:

• ПАВ;
• продукты нефтяного производства;
• нефть;
• маслянистые вещества;
• волокнистые компоненты.

Флотация – очистка сточных вод, в ходе которой все эти загрязняющие вещества просто всплывают на поверхность, что позволяет их быстро удалить вместе с образовавшейся пеной. Чтобы слой пены стал плотнее, а также для его разрушения допускается применять нагрев, а также использовать разработанные для этого приборы – «брызгалки».

Как это происходит

Очистка воды (флотации) происходят за счет способности частиц прилипать к пузырькам воздуха. Правда, это распространяется, как указано выше, только на гидрофобные компоненты. Чтобы сформировалась пара из воздушного пузыря и загрязняющей жидкость частицы, необходимо обеспечить их интенсивное взаимодействие. Это может быть обусловлено наличием реагента, создающего химически оптимальную среду для реакции. Также используется напорная флотация, когда создается избыточное давление в среде.

Флотация эффективна и в том случае, когда из жидкости следует удалить вещества, которые в ней уже растворились. Это касается в первую очередь поверхностно-активных веществ. Применяют в таком случае так называемую парную сепарацию. Здесь комплекс из веществ и газового пузыря образуется за счет реагента. Его надежность будет связана с природой загрязняющего компонента и его особенностями.

Ключевые преимущества

Флотация – очистка, имеющая ряд положительных параметров, что и стало причиной столь широкого распространения этой технологии в мире.

• обширность применимости;
• непрерывность технологии;
• невысокая стоимость;
• простота эксплуатации;
• применение в работе простых машин;
• быстрота получения результата;
• селективность;
• не столь высокий уровень влажности шлама;
• эффективность (до 98%);
• выделяемые компоненты можно рекуперировать.

При флотации производится эффективная аэрация, понижается процентное соотношение жидкости и ПАВ, а также уменьшается количество микроскопических организмов, бактерий. Сточные воды, прошедшие флотацию, могут подаваться на очистительные установки более высокого уровня.

Разновидности технологии

Различные методики друг от друга отличаются в первую очередь по насыщаемости жидкости газами. Принято говорить о:

• выделении из раствора воздуха;
• диспергировании при применении механического воздействия;
• применении пористых материалов для подачи воздушного потока;
• химической технологии;
• биологической флотации;
• использовании электричества.

Установки, при помощи которых осуществляется флотация ПАВ и других примесей в жидкостях, бывают двухкамерные или однокамерные. Если камера только одна, то в ней жидкость наполняется газами и здесь же из нее выделяют загрязняющие компоненты. При наличии двух камер в одной происходит контакт с воздушным потоком, а в другом смесь может отстаиваться, во время чего шлам всплывает, а жидкость осветляется.

Флотация в медицине

Говоря об этой незаменимой методике выделения примесей из основного вещества, просто нельзя не упомянуть использование ее в медицине. Наиболее актуальна флотация кала для выявления наличия в органическом веществе гельминтов. Эта методика позволяет делать выводы о содержании:

Результаты оказываются достаточно точными только в том случае, когда ко врачам попадают свежие выделения. Чтобы удалось корректно и точно проанализировать вещество на наличие гельминтов, нужно хранить органическое вещество в холодильнике не более 72 часов. В некоторых случаях получается так, что образцы уже получены, а взять новые возможности нет, но изучение следует отложить на период, превышающий 72 часа. Выход есть: применяют 10% формалин. Этот раствор будет играть роль буфера. Если органические вещества были законсервированы таким образом, они могут далее использоваться в ходе исследований концентрации.

Технологии и точность

Флотация дает возможность выявить бактерии, стойкие к воздействию кислот, а также провести иммунологический анализ. Наиболее простой и легкий в реализации способ – это гравитационная флотация, также известная как стоячая. Он требует относительно мало времени на свою реализацию.

Альтернативный вариант – использование медицинских центрифуг. Этот метод более чувствителен, его результаты точнее ориентировочно в восемь раз. Если органические выделения пациента содержат небольшой процент гельминтов, гравитационный метод может показать их отсутствие, но этот результат окажется ложным. Чтобы быть уверенным в точности итогов, следует применять центрифуги.

Важные аспекты

Флотация – это такая методика выявления гельминтов, которой свойственны некоторые ограничения. О чем идет речь? К примеру, если предполагается, что в кале содержатся тяжелые яйца, их таким способом обнаружить вряд ли удастся. Это обусловлено тем, что они просто не могут всплыть из-за своего размера и массы. Кроме того, флотация не показывает достаточного эффекта на ларвальной стадии.

Планируя исследование, врачи должны помнить о том, что флотационная среда оказывает прямое влияние на точность результата. Наиболее значимые параметры:

Многие исследователи сходятся на том, что наилучшие результаты показывает сульфат цинка. Для этого соединения удельный вес варьируется в границах 1,18-1,2. Такой раствор даст возможность с высоким уровнем точности выявить цисты, яйца, а также поддержать структурные элементы цист.

Центрифуга: как это происходит

Рабочий процесс врача, изучающего кал на предмет наличия в нем гельминтов при помощи специальной установки, выглядит следующим образом:

• готовится эмульсия, в которой на 30 мл раствора приходится 5 г испражнений;
• эмульсия фильтруется через марлю в пробирку;
• пробирка заполняется флотационной средой, пока мениска не станет положительной;
• пробирка помещается на стекло, балансируется в установке;
• центрифуга запускается на 10 минут на скорость до 15 тысяч оборотов в минуту.

По завершении этого процесса доктор получает покровное стекло (его необходимо доставать вертикально), которое можно изучить под микроскопом. Исследование проводится около 10 минут – начинают с десятикратного увеличения, увеличивая его затем в четыре раза. Это дает возможность с точностью говорить о наличии микроскопических организмов, а также делать выводы об их структурах и о том, какого размера есть вредные организмы и их частицы.

Нововведения

Методики не стоят на месте, и применяемая в медицине флотация в последнее время также была усовершенствована. В частности, удалось разработать такую центрифугу, которая оснащена угловым ротором. В этой установке контейнеры не колеблются свободно, последнее вращение не сопровождается наложением на покровное стекло.

При завершающем этапе обработки смеси в установке пробирку нужно поставить вертикально в специальный штатив, затем долить в нее раствор, сохраняя верхний слой в целости. Когда мениска становится положительной, устанавливают покровное стекло и оставляют стоять пробирку не более пяти минут. Далее стекло убирают и изучают его под микроскопом также под двумя мощностями увеличения.

Обогащение флотацией

ФЛОТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ

ЛЕКЦИЯ № 10

Флотационные методы обогащения– это процессы разделения полезных ископаемых, основанные на различии физико-химических свойств поверхности разделяемых минералов.

Эти свойства проявляются в различной способности минералов закрепляться на границе раздела фаз.

Фазой называется часть разнородной системы, которая отделена от других частей видимой границей раздела и обладает одинаковыми химическими и термодинамическими свойствами.

Различная способность удерживаться на межфазовой поверхности определяется смачиваемостью частиц.

Известны вещества, хорошо смачиваемые водой. Они называются гидрофильными, что в переводе с греческого означает «любящие воду». Например, на стекле капля воды хорошо растекается по его поверхности.

И есть такие вещества, которые не смачиваются или плохо смачиваются водой, т.е. «бояться воды». Они называются гидрофобными. Например, самыми гидрофобными веществами являются парафин и тефлон, капля воды на них не растекается, а сохраняет округлую форму.

Поэтому, в другой формулировке:

Флотация – это метод обогащения полезных ископаемых в водной среде, который основан на различии в смачиваемости водой частиц разделяемых компонентов.

Среди гидрофобных веществ много и таких, которые хорошо смачиваются маслом, т.е. олеофильных.

У Геродота есть описание метода вылавливания золотых частиц гусиными перьями, смоченными жиром.

Этот процесс находит применение и в настоящее время, правда, не для извлечения золота, а выделения тонких частиц алмазов (олеофильных частиц).

Если через поверхность, обработанную жиром, пропустить пульпу с алмазоносным песком, то кристаллики алмазов, избирательно смачиваясь жировой поверхностью, прилипают к ней. Для того чтобы прилипание было более надежным, поверхность алмазов предварительно покрывают жировой пленкой. Это осуществляется просто – перемешивают немного жира с пульпой, содержащей измельченную руду. Жир (масло) избирательно прилипает только к олеофильным частицам алмаза, остальными минералы уносятся водой.

Второй этап развития метода – масляная флотация. Как и обогащение на липких поверхностях, метод основан на явлении смачивания, но с существенной особенностью – с избирательным всплыванием несмачиваемых средой минералов. Процесс прост – перемешивание измельченной руды, воды и масла в емкости. Частицы масла смачивают олеофильные частицы, собираются в крупные капли и всплывают на поверхность воды (не забываем, что масло легче воды). Верхний слой пульпы снимается, образуя концентрат. Частицы пустой породы (гидрофильные), не смоченные маслом, остаются в воде (отходы).

Масляная флотация имеет низкую производительность и большой расход масла, поэтому широкого применения не получила. Она может применяться при доводке концентратов редких металлов.

Наиболее распространена пенная флотация.

В принципе безразлично, в какой среде разделять минералы по смачиваемости, лишь бы они смачивались по-разному. Развитие техники обогащения привело к самому простому варианту, при котором смачиваемость водой частиц противопоставляется их взаимодействию с воздушным пузырьком, всплывающим в пульпе. Это и есть суть пенной флотации.

Образно говоря, если гидрофобные вещества «бояться» воды, то они «любят» воздух.

Другими словами, воздух способен вытеснить с гидрофобной поверхности водную пленку и, следовательно, закрепиться на ней.

Таким образом, если в пульпу, содержащую гидрофильные и гидрофобные частицы, добавить пузырьки воздуха, то получим картину, изображенную на рис. 10.1 (флотация – от англ. flotation – всплывание, удерживание на поверхности воды).

Таким образом, в процессе пенной флотации участвуют три фазы:

– твердая – полезное ископаемое (крупностью до 0,5 мм),

– газообразная – пузырьки воздуха.

Пульпа насыщается пузырьками воздуха, т.е. осуществляется аэрация пульпы. Воздух может засасываться из атмосферы и диспергироваться в пульпе специальными механическими аэраторами или в пульпу вдувается сжатый воздух.

Гидрофобные частицы закрепляются на пузырьках воздуха и выносятся ими на поверхность пульпы, образуя слой минерализованной пены – пенный продукт, как правило, это концентрат. Гидрофильные частицы остаются в пульпе и образуют камерные продукт – отходы (их часто называют «хвостами»).

У пенной флотации, есть существенный недостаток – это невозможность выделения в концентрат частиц крупнее 0,5 мм. Это связано с действующими на комплексы пузырек-частица гравитационными и гидродинамическими силами.

Для выделения более крупных частицы – от 0.5 до 3 мм разработана разновидность пенной флотации – пенная сепарация.

Принцип метода заключается в том, что в отличие от обычной флотации свежая пульпа подается не в подпенную зону, а непосредственно на толстый слой устойчивой пены, предварительно полученный, например, подачей воздуха через пористое дно аппарата.

Гидрофобные частицы задерживаются пеной и выгружаются с ней через порог пенного сепаратора. Так как поднимать из глубины машины частицы нет необходимости, повышается крупность извлекаемых гидрофобных частиц. Гидрофильные частицы, проходя через слой пены, осаждаются в нижнюю часть машины.

В настоящее время флотация – один из основных методов обогащения полезных ископаемых.

Они широко применяется для обогащения большинства руд цветных и редких металлов, апатитовых, фосфоритовых, баритовых, графитовых и других руд, полевошпатового сырья и угольных шламов.

Процесс также применяется для очистки воды от органических веществ (нефти, масел); бактерий; тонкодисперсных осадков солей и др.

Помимо горноперерабатывающих отраслей флотация используется в пищевой, химической и других отраслях для очистки промышленных стоков, ускорения отстаивания, выделения твердых взвесей и эмульгированных веществ и.т.п. Широкое применение флотации привело к появлению большого количества модификаций процесса по различным признакам.

109.201.143.34 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Источники:

https://www.mining-enc.ru/f/flotaciya
https://www.syl.ru/article/312742/flotatsiya—eto-chto-takoe-podrobnoe-opisanie-protsessa-preimuschestv-i-nedostatkov
https://studopedia.ru/2_14590_obogashchenie-flotatsiey.html