Флотація

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Флотаційний цех на збагачувальній фабриці.
Машина пінної флотації.

Флота́ція (від фр. Flottation) — спосіб розділення сумішей твердих дрібних частинок, що належать різним речовинам, а також виділення крапель дисперсної фази з емульсій, заснований на їх різній змочуваності і здатності накопичуватися на поверхні розділу фаз. Флотація можлива тільки при неповному змочуванні поверхні частинок, що виділяються рідиною. Зазвичай це досягається шляхом додавання невеликих кількостей спеціальних речовин — флотореагентів. Продукти флотації: пінний продукт і камерний продукт.

Області застосування[ред.ред. код]

Види флотації[ред.ред. код]

Сьогодні відомі такі способи флотації:

плівкова флотація,

пінна флотація,

вакуумна флотація,

компресійна флотація,

йонна флотація,

хімічна флотація,

електрофлотація,

соляна флотація,

масляна флотація,

флотація з носієм,

пінна сепарація,

адгезійна сепарація.

Найпоширенішою є пінна флотація:

  • Пінна флотація — флотація, при якій через суміш частинок з водою пропускають дрібні бульбашки повітря, частинки певних мінералів збираються на поверхні розділу фаз «повітря-рідина», прилипають до бульбашок повітря і виносяться з ними на поверхню у складі трифазної піни, яку надалі згущують і фільтрують. Як рідина найчастіше використовується вода, рідше насичені розчини солей (розділення солей, що входять до складу калійних руд) або розплави (збагачення сірки). Цей метод застосовується найширше;

Флотореагенти[ред.ред. код]

Див. Флотаційні реагенти.

Існує декілька типів флоторегантів, що відрізняються принципом дії:

  • Збирачі — реагенти, що вибірково сорбуються на поверхні мінералу, який необхідно перевести в пінний продукт, і що додають частинкам гідрофобні властивості. Як збирачі використовують речовини, молекули яких мають дифільну будову: гідрофільна полярна група, яка закріплюється на поверхні частинок, і гідрофобний вуглеводневий ланцюг. Найчастіше збирачі є іонними сполуками; залежно від того, який іон є активним розрізняють збирачі аніонного і катіонного типів. Рідше застосовуються збирачі, що є неполярними сполуками, не здатними до дисоціації. Типовими збирачами є: ксантогенати і дитіофосфати — для сульфідних мінералів, натрієві мила і аміни — для несульфідних мінералів, гас — для збагачення вугілля.
    Витрата збирачів становить сотні грамів на тонну руди;
  • Піноутворювачі — призначені для поліпшення диспергування повітря і додання стійкості мінералізованим пінам. Піноутворювачами служать слабкі поверхнево-активні речовини.
    Витрата піноутворювачів становить десятки грамів на тонну руди.
  • Регулятори — реагенти, в результаті вибіркової сорбції яких на поверхні мінералу, останній стає гідрофільним і не здатним до флотації. Як регулятори застосовують солі неорганічних кислот і деякі полімери;

Відомо вже декілька тисяч різних флотореагентів.

Газоподібна фаза флотаційного процесу[ред.ред. код]

Особливе місце у флотаційному процесі займає газоподібна фаза (гази, що входять до складу повітря, і рідше гази, що спеціально вводять у процес як реагенти – кисень, сірчистий газ, сірководень). Найважливіша роль газоподібної фази полягає в транспортуванні мінеральних частинок повітряними бульбашками. Крім того, газоподібна фаза може бути використана і як реагент, у першу чергу це стосується кисню, вуглекислого газу, сірчистого ангідриду, сірководню. Особливо активно у флотаційному процесі гази діють у присутності води. У ряді випадків хімічна дія газів виявляється у формі їхніх сполук з водою (вугільна і сірчана кислоти, які утворюються при реакції сірчистого і вугільного ангідридів з водою).

В об’ємі повітряних бульбашок крім повітря містяться ще й пари води, які внаслідок їхнього газоподібного стану слід також віднести до газової фази флотаційного процесу. Водяна пара присутня у повітрі завжди, її вміст залежить від температури повітря . Повітря являє собою природну суміш газів.

У повітрі, розчиненому у воді, вміст кисню складає 34,82 %, а азоту – 65,18 %. Розчинність повітря у воді, а також зміна розчинності залежно від температури і особливо від тиску мають для флотації велике значення. Розчинність газів, які не вступають у хімічну взаємодію з водою, мала, одночасно гази, які активно взаємодіють з водою (вуглекислий і сірчистий гази, сірководень, хлористий водень, аміак та ін.), розчиняються у значних кількостях. При цьому розчинність газів зменшується з підвищенням температури і збільшується з підвищенням тиску. При розчиненні суміші газів (напр., повітря) розчинність кожної складової залежить від її парціального тиску в суміші. У місцях перепаду тисків у флотаційних машинах активно виділяються з розчину повітряні бульбашки. На використанні таких бульбашок базується застосування ежекторних флотаційних машин, а вакуумна флотація – на виділенні розчиненого повітря у вигляді мікробульбашок при зміні тиску.

Закріплені на поверхні мінеральних частинок мікробульбашки, що виділилися з розчину, активують прилипання до частинок крупних бульбашок і зрештою інтенсифікують процес флотації у цілому.

Кисень на відміну від водню, азо0ту, хлору та інших елементар-них газів – парамагнітний. Його незвичайні магнітні властивості тісно пов’язані зі специфічними хімічними властивостями молекули. Кисень є хімічно активним щодо більшості елементів. Це обумовлює багато явищ, що супроводжують флотацію сульфідних мінералів. Також встановлена важлива роль кисню при флотації окиснених мінералів. Особливо важливу роль у процесах за участю кисню віді-грає вода, яка виступає в ролі каталізатора. Повітря, розчинене у воді, містить кисню приблизно в 1,5 раза більше, ніж атмосферне повітря. В умовах тихого електричного розряду кисень перетворюється в озон, який має високу хімічну активність. Розчинність озону у воді в 1,5 раза більша, ніж у кисню. Оскільки в атмосферному повітрі вміст озону малий, його підвищена концентрація у воді може мати важливе практичне значення.

Сірчистий газ (сірчистий ангідрид) – газоподібна сполука чоти-ривалентної сірки з киснем, яка добре розчиняється у воді. У резуль-таті взаємодії з водою утворюється сірчана кислота, яка при взаємодії з розчиненими у воді лугами утворює відповідні сульфіти і бісульфі-ти. Сірчана кислота та її солі депресують сульфіди цинку, тому її ви-користовують як реагент-депресор при флотації поліметалічних руд.

Вуглекислий газ, розчинений у воді, утворює слабкодисоційова-ну вугільну кислоту, присутність якої змінює рН середовища. При флотації вугільна кислота взаємодіє з реагентами і змінює їхню фло-таційну активність. Взаємодія вугільної кислоти з сірчистим натрієм знижує його активність внаслідок зниження рН.

Сірководень – хімічно активний газ, який добре розчиняється у воді з утворенням слабкодисоційованої кислоти. Сірководень є ефек-тивним сульфідизатором багатьох окиснених мінералів кольорових металів, які важко сульфідизуються. На противагу сірчистому натрію сірководень, розчинений у воді, не утворює гідроксильних йонів, які перешкоджають закріпленню на поверхні мінералів аніонів реагенту-збирача. Широкому застосуванню сірководню перешкоджають його токсичність і неприємний запах.

Тверда фаза флотаційного процесу[ред.ред. код]

Характерною особливістю мінералів, пов’язаною з їхнім генезисом і структурою, яка визначає результати їхньої взаємодії з водою і реагентами, є неоднорідність мінеральної поверхні. Основою неоднорідності поверхні є розходження у рівнях вільної поверхневої енергії на різних ділянках поверхні мінералу та гранях одного й того ж кристалу. Адсорбційна активність поверхневих атомів (йонів) мінералу різна і залежить від їхнього положення на поверхні.

Розташування структурних елементів у кристалічних ґратках мінералів рідко відповідає цій класичній картині, яка характеризується послідовним розташуванням у ґратці атомів або йонів (так звані ідеальні кристали). На противагу ідеальним кристалам, для яких характерне правильне розташування і періодичність атомів або йонів, реальні кристали відрізняються рядом відхилень – дефектів кристалічної ґратки (дислокацій).

Рідка фаза флотаційного процесу[ред.ред. код]

Рідка фаза флотаційного процесу представлена водою і вуглеводневими рідинами.

Вода.[ред.ред. код]

Флотаційний процес відбувається у водному середовищі. Вода внаслідок своїх специфічних властивостей – великого дипольного моменту, здатності до асоціації власних молекул і утворення водневих зв’язків – є активним учасником взаємодії реагентів з мінералами, а також вступає з ними у безпосередню взаємодію . Згідно з сучасними уявленнями, структура води являє собою динамічну сітчасту систему, “зшиту” водневими зв'язками різної міцності, які з'являються та зникають, постійно змінюючи своє місце розташування. Такі мимовільні зміни структури води мають місце в результаті теплових рухів – осцилюючих і лінійного переносу молекул. Виділяють чотири структурні схеми води: 1) нельодоподібна кристалічна або клатратна; 2) зруйновані кристалічні ґратки льоду; 3) безладно зв'язані молекули води; 4) окремі молекули води. У природі та в умовах виробництва вода в чистому вигляді не зустрічається. Більшість водних систем представлені розчинами, механічними суспензіями, колоїдними системами. При цьому в структуру води впроваджені йони, міцели, агрегати твердих частинок та ін. У результаті цього в розглянутій системі можуть виникати нові взаємодії, наприклад, так звані, гідрофобні – між аполярними об'єктами у воді, між молекулами води і йонами, що приводить до зміни (посилення або ослаблення) структурованості води. Хімічна дія води спричиняє дисоціацію багатьох сполук на йони, їхню гідратацію і численні реакції гідролізу. Присутність води часто різко змінює швидкість і напрямок хімічних процесів. У невеликій кількості вода може бути каталізатором деяких хімічних реакцій. Особливістю води є те, що при дисоціації утворюються не гідроксильні й водневі йони, а йони ОН– і гідроксонію Н3О+. Структура і стійкість гідратних шарів води, яка впливає на змочуваність мінералу, залежить не тільки від природи і енергетичного стану поверхні мінералу, але й від стану води. У зоні температур близьких 0оС здатність води змочувати окремі мінерали різко знижується.

Особливо це помітно для тих мінералів, які за звичайних умов добре змочуються водою. У твердому стані вода (лід) характеризується максимальною упорядкованістю своїх молекул, тому вважають, що при температурах близьких 0оС вода протягом визначеного часу зберігає високу упорядкованість своїх молекул. При цьому більша частина енергії цих молекул витрачається на їхню взаємодію між собою, що ослаблює взаємодію молекул води з мінералом. Зниження структурної упорядкованості молекул води можна досягти короткочасною дією ультразвуку. Встановлено, що попередня обробка води магнітним полем покращує селективність, підвищує швидкість і флотаційне вилучення мінералів.

Для практики флотації велике значення має твердість води, тобто кількість розчинних у ній солей кальцію, магнію та інших лужноземельних металів. Твердість, що залежить від вуглекислих солей, називається тимчасовою; сірчанокислі солі спричиняють постійну твердість. Загальна твердість води дорівнює сумі постійної і тимчасової. Солі тимчасової карбонатної твердості виділяють з води додаванням вапна, а солі постійної твердості – додаванням кальцинованої соди.

Вуглеводневі рідини.[ред.ред. код]

Крім води у флотаційних системах присутні вуглеводневі рідини (вуглеводні жирного, ароматичного і нафтенового рядів), які використовують як флотаційні реагенти-збирачі аполярного типу. Фізичні та фізико-хімічні властивості вуглеводневих рідин суттєво відрізняються від властивостей води і в багатьох випадках є протилежними. Для флотації найважливішими властивостями вуглеводневих рідин є характер і природа міжмолекулярних сил, в’язкість, поверхневий натяг на межі з водою і повітрям, розчинність у воді, здатність до окиснення.

Поверхневий натяг вуглеводнів на межі з повітрям менший, ніж на межі з водою. Крім того, для різних вуглеводнів нафтенового і жирного рядів поверхневий натяг має значення близько 50·10–3 Вт/м2, а для вуглеводнів ароматичного ряду – (35 ÷ 38)·10–3 Вт/м2. Якщо для більшості вуглеводнів величина поверхневого натягу майже однакова, то це значить, що величина роботи адгезії вуглеводню до мінералу характеризується головним чином величиною крайового кута змочування. Окиснення реагентів. Для флотації має велике значення здатність рідких вуглеводнів окиснюватися на повітрі. Цією здатністю володіють і порівняно великі молекули вуглеводнів, які входять до складу нафтових масел – флотаційних реагентів. У результаті окис нення утворюються нафтенові й жирні кислоти, феноли, оксикислоти і продукти конденсації. Продукти окиснення – це гетерополярні сполуки, здатні хемосорбуватися на мінералах і створювати піну. При їх достатній кількості у вуглеводнях утворюється комбінація аполярних реагентів-збирачів з гетерополярними реагентами. Крім того, у процесі самої флотації, яка супроводжується інтенсивною аерацією пульпи, утворюються сприятливі умови для окиснення вуглеводнів.

В’язкість вуглеводневих реагентів – одна з їх найважливіших характеристик. В’язкість визначається тепловим рухом, розмірами і формою молекул, їх взаємним положенням (упаковкою) і дією молекулярних сил. В’язкість відображає структуру рідин та їхні фізико- хімічні зміни і визначається в основному молекулярними силами зчеплення. Внаслідок цього в’язкість зменшується з ростом температури і збільшується зі зростанням тиску. У гомологічному ряду вуглеводнів, спиртів і аліфатичних кислот в’язкість зростає з кожною ланкою СН2. Чим вище розгалуженість аліфатичних вуглеводнів, тим більша їхня в’язкість. В’язкість збільшується в ряду: вуглеводні з нормальними ланцюгами, ароматичні вуглеводні, нафтенові вуглеводні.

Таким чином, в’язкість визначається величиною енергії міжмолекулярної взаємодії. Чим сильніше притягуються одна до одної молекули вуглеводню, тим більше опір їхнього зсуву і, отже, тим більше величина в’язкості. За своєю природою міжмолекулярні сили, які діють у вуглеводневих рідинах, є силами Ван-дер-Ваальса. Саме величина цих сил і визначає в’язкість вуглеводнів. Усі інші фактори впливають на в’язкість саме через зміну енергії міжмолекулярної взаємодії у вуглеводнях. Крім того, сили Ван-дер-Ваальса визначають не тільки в’язкість вуглеводнів, але й здатність їх розтікатися по мінеральній поверхні та міцність їхнього закріплення на поверхні мінералу. Таким чином, в’язкість вуглеводнів є одним із факторів гідрофобізуючого ефекту при закріпленні реагенту на мінералах.

Основні чинники, що впливають на результати флотації[ред.ред. код]

Основні чинники, що впливають на результати флотації.

Результати флотації залежать від ряду факторів, основними з яких є: речовинний склад корисної копалини, крупність подрібнення руди перед флотацією, густина пульпи, реагентний режим і порядок введення реагентів, інтенсивність аерації і перемішування пульпи, інтенсивність знімання піни, тривалість флотації, температура пульпи, схема флотації, дебіт пульпи, що надходить у флотаційну машину.

  • До основних характеристик речовинного складу корисних копалин, які визначають техніко-економічні показники збагачення відносяться: вміст і флотованість цінних компонентів, мінеральний склад, характер вкраплення і зростання мінералів, наявність ізоморфних домішок, вторинні зміни мінералів вна-слідок окиснення, вивітрювання і взаємної активації.

Вміст компонента впливає на ступінь його вилучення у відповідний концентрат. За інших рівних умов вилучення зростає зі збільшенням вмісту даного компонента в корисній копалині.

  • Мінеральний склад корисної копалини впливає на технологічні показники вилучення кожного компонента і якість отриманих концентратів, що пояснюється такими особливостями корисних копалин:
    • – кожний метал або елемент у корисної копалині може бути представлений мінералами з різною флотованістю: легкофлотованими, важкофлотованими і не флотованими. Різні групи мінеральних форм вимагають різних реагентних режимів і при їхній одночасній присутності у руді важко забезпечити оптима-льні умови флотації для вилучення усіх мінералів. У такому випадку в техноло-гічної схемі звичайно передбачають роздільне флотаційне вилучення мінералів;
    • – можливість селективної флотації залежить від ступеня близькості фізико-хімічних властивостей розділюваних мінеральних компонентів. Труднощі здійснення селективної флотації зростають при розділенні мінералів з однаковим аніоном або катіоном;
    • – селективна флотація ускладнюється при наявності в рудах легкофлото-ваних алюмосилікатів і при значному вмісті шламистих мінералів і порід, які володіють великою поглинальною здатністю по відношенню до флотаційних.

Генезис (умови утворення корисних копалин) визначають будову корисних копалин, характер кристалізації, ізоморфізм, швидкість і ступінь окиснення і електронні властивості мінералів. Генезисом визначається вміст ізоморфної домішки у мінералах. Ізоморфізм є основною причиною наявності у рудах лег-ко- і важкофлотованих різновидів одного й того ж мінералу. Вторинним змінам можуть бути піддані як рудні мінерали, так і мінерали вмісних порід. В процесі направлених вторинних змін відбувається уніфікація поверхневих властивостей різних породних мінералів при зростанні їхнього за-гального ступеня гідрофобності і утворення великої кількості легкофлотованих шламів. Внаслідок цього зростають труднощі депресії пустої породи, запобі-гання шкідливого впливу шламів і отримання багатих концентратів.

  • Розмір вкраплення корисних мінералів визначає необхідну крупність под-рібнення корисних копалин і продуктів їхньої переробки. Необхідна крупність подрібнення корисних копалин і продуктів їхньої переробки повинна задоволь-няти таким вимогам:
    • – розміри зерен флотованого мінералу не повинні виходити за визначені границі крупності, за якими неможливе їхнє ефективне закріплення на повітряних бульбашках і власне флотація;
    • – основна маса флотованих мінералів повинна знаходитись у вільному стані, тобто бути звільненою від зростків з пустою породою (перед колективною флотацією) і від зростків мінералів один з одним (перед селективною флотацією);
    • – крупність отриманих концентратів повинна відповідати установленим для них вимогам (кондиціям).
  • Густина пульпи впливає на техніко-економічні показники: витрати реагентів, продуктивність флотомашин, питомі витрати енергії, води і ін. При густих пульпах витрата реагентів, як правило, знижується. При збільшенні густини пульпи продуктивність флотомашин спочатку зростає до визначеної межі, а по-тім починає знижуватись. Таким чином, при флотації невигідно мати як дуже густі, так і дуже розріджені пульпи. Оптимальна розрідженість пульпи зале-жить в основному від крупності і густини флотованої корисної копалини, приз-начення операції флотації, необхідної якості пінного продукту і інших умов. Зі збільшенням крупності і густини флотованої руди оптимальна густина пульпи зростає. При великому вмісті шламів і малій густині твердої фази живлення флотацію здійснюють у більш рідких пульпах. В операціях основної і контрольної флотації для зниження втрат корисних мінералів у хвостах застосовують більш густі пульпи, а у перечисних операціях для підвищення якості – розбав-лені пульпи. Звичайно у практиці флотації густина пульпи коливається від 15 до 40 % і встановлюється у кожному конкретному випадку дослідним шляхом.
  • Флотація супроводжується фізико-хімічними процесами, швидкість яких залежить від температури середовища. Особливо це помітно при використанні як колектора жирних кислот, які при низьких температурах втрачають свою активність внаслідок переходу у твердий стан. З підвищенням температури поліпшується процес диспергування важкорозчинних збирачів, що є однією з го-ловних причин збільшення швидкості флотації при підігріві пульпи.
  • Склад води, у якій здійснюється процес флотації, дуже суттєво впливає на хід цього процесу. У воді містяться різни йони, які впливають на флотацію і змінюють рН середовища, розчинені гази і різні органічні домішки.

Внаслідок деякої розчинності ряду мінералів вони можуть суттєво змінювати рН пульпи. Зміна концентрації у пульпі розчинених газів, перш за все ки-сню, який суттєво впливає на процес флотації, може відбуватися як у зв'язку з якістю вихідної води, так і у процесі флотації. У залежності від мінералогічного складу руди при її подрібненні і класифікації відбувається різке зниження кон-центрації кисню у пульпі. У таких випадках слід застосовувати спеціальну ае-рацію пульпи для насичення пульпи киснем повітря.

  • Аерація пульпи необхідна для створення повітряних бульбашок. В процесі аерації частина повітря розчиняється у рідкій фазі пульпи – у зонах з підвищеним тиском (наприклад, перед лопатками імпелера). У зонах зі зниженим тиском (наприклад, за лопатками імпелеру) розчинене повітря виділяється у вигляді дрібніших зародкових бульбашок, які утворюються переважно на поверхні флотова-них зерен.

Аерація впливає на швидкість флотації: зі збільшенням аерації швидкість флотації зростає. У механічних машинах аерація залежить від інтенсивності перемішування пульпи (швидкості обертання імпелера). Чим інтенсивніше пере-мішування, тим більше аерація. Однак сильне перемішування спричиняє збільшення сил відриву частинок від бульбашок повітря і збільшення витрат енергії. Слабке перемішування теж погіршує процес флотації внаслідок осадження крупних частинок на дно камери. Інтенсивність перемішування повинна бути достатньою, щоб перешкоджати випаданню твердих частинок і забезпечувати добру аерацію і рівномірний розподіл частинок і повітряних бульбашок в усьому об'ємі нижньої зони камери. Каким чином, швидкість турбулентних вихорів пульпи при її перемішуванні повинна бути вище критичної.

  • Під реагентним режимом розуміють номенклатуру реагентів, їхнє дозування, точки подачі і розподіл кожного реагенту по окремих точках, тривалість контакту реагентів з пульпою. Реагентний режим у кожному конкретному випадку встановлюється експериментально при дослідженні руд на збагачува-ність.
  • Швидкість флотації залежить від об'єму пульпи, що надходить у флотаційну машину за одиницю часу. При збільшенні потоку пульпи швидкість флотації зростає, а необхідна для отримання визначеного вилучення тривалість флотації зменшується.

Оптимальна тривалість флотації визначається економічними показниками, на практиці вона коливається від 5 – 10 до 40 хв. У залежності від необхідної тривалості флотації розрізняють легко-, середньо- і важкофлотовані руди з тривалістю флотації 5 – 15, 15 – 25 і більше 25 хв., у операціях перечищення концентратів тривалість флотації звичайно не перевищує 10 – 15 хв.

Схеми флотації[ред.ред. код]

Схема флотації може включати декілька послідовних операцій: основну, перечисну, контрольну.

Основна флотація[ред.ред. код]

Основна флотація – перша операція у кожному циклі, її основна мета – максимально можливе вилучення корисного компоненту. В результаті здійснення операції основної флотації не вдається отримати кондиційний концентрат і відвальні хвости внаслідок близькості флотаційних властивостей розділюваних мінералів, недостатнього розкриття зростків, недосконалості флотаційних апаратів. Тому отримані бідні концентрати і багаті хвости (іноді після додаткового подрібнення) направляють в операцію повторної (перечисної) флотації.

Перечисна флотація[ред.ред. код]

Перечисна флотація – повторна флотація концентрату попередньої операції. Основною метою перечисної флотації є підвищення якості концентрату до кондиційної.

Контрольна флотація[ред.ред. код]

Контрольна флотація – повторна флотація відходів з метою остаточного вилучення корисного компоненту і отримання бідних відвальних хвостів.

Схема флотації будь-якого компоненту звичайно включає основну флотацію, одну або декілька перечисних флотацій концентрату і одну або декілька контрольних флотацій. Число перечисних і контрольних флотацій залежить від якості руди і вимог до концентратів. Якщо вміст корисного компоненту в руді малий, кондиції на вміст корисного компоненту у концентраті високі і мінерал легко флотується, то схеми включають велике число перечисних операцій концентрату (наприклад, для молібденових руд число перечищень концентрату досягає 6 – 8). При протилежних умовах число перечищень зменшується. В схемах обробки корисних копалин з дуже високим вмістом корисного компоненту (наприклад, вугілля) перечисних операцій може не бути зовсім. Для звичайних умов флотації число перечищень коливається від 2 до 4. Число контрольних операцій, як правило, не перевищує 2 – 3, але частіше за все схеми включають тільки одну контрольну флотацію.

Класифікація мінералів за флотованістю[ред.ред. код]

Схема флотаційного процесу, характер використовуваних реаґентів і результати збагачення у першу чергу залежать від мінерального складу і фізико-хімічних властивостей поверхні мінералів корисної копалини. Залежно від особливостей умов флотаційного розділення основні мінерали корисних копалин можна розділити на такі групи.

  • Аполярні мінерали неметалічних корисних копалин характеризуються високою природною гідрофобністю. До них належать кам'яне вугілля, графіт, алмаз, самородна сірка і тальк. Для флотації мінералів цієї групи використовують нафтові масла, а іноді тільки спінювачі.
  • Сульфіди важких металів і самородні метали характеризуються певною природною гідрофобністю і вибірковою здатністю адсорбувати на своїй поверхні сульфгідрильні збирачі (ксантогенати). До цієї групи належать сульфіди заліза, свинцю, міді, цинку, стибію, молібдену, кобальту та інших, а також золото, срібло, платина.
  • Окиснені мінерали важких металів представлені карбонатами, сульфатами, гідратами і силікатами міді, свинцю, цинку і змішаних руд. Ці мінерали не мають природної гідрофобності, тому їх флотація можлива жирними кислотами і їх милами або ксантогенатами після попередньої сульфідизації поверхні сульфідом натрію.
  • Полярні несульфідні мінерали лужноземельних мінералів мають у складі кристалічних ґраток катіони кальцію, барію, магнію і строн-цію. 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.

Перспективи подальшого розвитку флотаційного процесу[ред.ред. код]

Подальший розвиток флотаційного процесу обумовлений зростаючими потребами господарства країни у мінеральній сировині. Для підвищення ступеня комплексності її використання необхідні подальше удосконалення технології, інтенсифікація флотаційного проце-су, застосування нового і модернізованого обладнання, механізація і автоматизація збагачувальних фабрик.

Вирішення цих задач неможливе без подальшого розвитку тео-ретичних уявлень про флотаційний процес. У галузі теорії флотації спостерігається прагнення перейти від якісних уявлень до кількісних закономірностей. При проведенні досліджень ставляться цілі: знайти закономірності протікання реакцій у процесах гідрофобізації і флотації мінералів ксантогенатами, дитіофосфатами, жирними і алкілкислотами, алкілсульфатами; виконати кількісний опис процесу розриву гідратного прошарку між бульбашками і поверхнею; отримати кількісний опис кінетики процесу флотації. Необхідність переходу від якісних уявлень до кількісних закономірностей обумовлена прагненням розробити теоретично обґрунтовані принципи синтезу нових ефективних флотаційних реагентів, оптимізації і автоматичного регулювання флотаційного процесу.

Дуже важливим є застосування більш точних і об’єктивних методів дослідження флотаційних систем і особливо механізму дії реагентів при флотації. З цією метою перспективним є застосування молекулярної спектроскопії, зокрема ІЧ-спектроскопії для аналізу міжфазних взаємодій «мінерал-реагент», а також ЕПР-спектроскопії для фіксації можливих вільнорадикальних процесів. Крім того, цінну інформацію про взаємодію реагентів з поверхнею мінералу можна одержати використовуючи метод колориметрії і вибіркової адсорбції, наприклад «метиленовий-голубий». Зміну властивостей реагента-збирача при контакті з мінералом можна зафіксувати досліджуючи процес інфільтрації реагента в мікропори мінералу. Вплив реагенту на макромолекулярні (надмолекулярні) характеристики мінералу можна зафіксувати рентгеноструктурним аналізом.

З теоретичних методів дослідження найбільш широко викорис-товується термодинамічний. Він застосовується, наприклад, для дос-лідження реакцій між різними збирачами і йонами металів при різ-них значеннях рН і в присутності реагентів депресорів; для дослідження стану твердої поверхні при різних значеннях рН і окисно-відновлювального потенціалу розчину; для вивчення механізму дії збирачів при флотації різних мінералів. В результаті термодинамічних досліджень отримано цілий ряд необхідних констант, зроблений висновок про перспективність застосування при флотації сумішей різних збирачів, зроблена об’єктивна оцінка можливого стану поверхні багатьох мінералів, яка суттєво відрізняється від загальноприйнятих уявлень. Термодинамічний метод дослідження необхідний при розробці кількісної фізико-хімічної моделі процесів селективної флотації, яка дозволить докорінно вирішити проблему оптимізації флотації, підвищення техніко-економічних показників роботи збагачувальних фабрик і комплексності використання сировини. З експериментальних методів дослідження особливої уваги заслуговують методи, що засновані на вимірюванні електрохімічних характеристик поверхні твердого у рідкому середовищі. На відміну від інших методів, вони дозволяють досліджувати безпосередньо по-верхню розділу «тверде – рідина», а не поверхню «тверде – газ» (як при звичайній методиці використання радіоактивних ізотопів), «тверде – тверде» або «тверде – органічна рідина» (як при використанні інфрачервоної спектроскопії) або у розчинах розчинника (як при використанні парамагнітного резонансу або інфрачервоної спектроскопії) і т.д. З електрохімічних методів найбільш перспективні методи вимірювання ємності подвійного електричного шару, дзета-потенціалу, вольтамперометрія, метод спаду потенціалу. Наприклад, застосування методу вимірювання ємності подвійного електричного шару при дослідженні кінетики потоншення і розриву гідратного прошарку між бульбашкою і ртуттю у присутності збирача дозволяє врахувати форму закріплення реагенту і, у деякій мірі, його орієнтування на поверхні розділу фаз, простежити кінетику зміни напруги відриву бульбашки при різних значеннях потенціалу поверхні. Цей метод може бути використаний також для визначення закономірностей адсорбції йонних і молекулярних форм збирача.

Застосування вольтамперометрії при лінійному вимірюванні напруги у сукупності зі звичайними методами вимірювання крайового кута і флотації дозволило отримати дані про фізико-хімічний стан флотаційної системи «сульфідний мінерал – сульфгідрильний збирач». У свою чергу, метод спаду потенціалу забезпечує отримання надійних даних про стан поверхні сульфіду, які необхідні для достовірного теоретичного аналізу механізму її взаємодії з флотаційними реагентами. Гірофільність (гідрофобність) матеріалів поряд з традиційними методами вимірювання крайового кута змочування доцільно оцінювати за теплотою змочування. Найбільший ефект при дослідженні досягається при одночасному використанні методів термодинаміки, електрохімії і флотації.

Значний інтерес являють електрохімічні дослідження напівпро-відникових матеріалів, оскільки вони дозволяють виявити роль зони просторового заряду сульфідів, концентрації електронів і дірок та їхнього впливу на кінетику і механізм взаємодії реагентів з поверхнею, щільність адсорбції і співвідношення форм сорбції збирача. Результати досліджень підтверджують наявність визначених співвідношень між електронними властивостями, електрохімічними властивостями поверхонь розділу твердої і рідкої фаз, адсорбції збирача і ступенем гідрофобності поверхні. Використання навіть недосконалих моделей дозволяє говорити про можливість цілеспрямованої зміни, наприклад, ступеня дефектності кристалічної гратки, концентрації електронів, адсорбції реагентів і зрештою флотованості мінералів. Для цього можна скористатися радіаційними методами, ультразвуковою, електрохімічною обробкою і деякими іншими методами фізичної дії на пульпу. Заслуговує уваги використання температурної обробки при розділенні колективних концентратів. Підвищення ефективності селективної флотації у цьому випадку може бути обумовлене різними закономірностями зміни термодинамічних характеристик розділюваних мінералів.

Роботи по флотаційних реагентам спрямовані на вишукування нетоксичних нових, більш селективних збирачів, спінювачів, депре-сорів і активаторів для різних типів мінеральної сировини, щоб розширити асортимент і підвищити якість застосовуваних реагентів. Пе-рспективним є застосування йонообмінних смол для регулювання йонного складу пульпи.

Остаточною метою удосконалення флотаційних процесів є розробка безвідходної технології, яка забезпечує повне і комплексне ви-користання мінеральної сировини в умовах повного водообігу.

Крім того, в останній час особлива увага надається екологічній чистоті процесу флотації, яка обумовлюється факторами застосовуваних реагентів і їх ГДК та наявністю і кількістю залишкових масел у відходах флотації, їх розподілом у рідкій і твердій фазі відходів.

Кількість і асортимент сировини, що піддається флотаційному розділенню на окремі складові його компоненти, будуть збільшуватись і поширюватись. Флотація знайде більш широке застосування для розділення промпродуктів металургійного і хімічного виробництва, вилучення цінних компонентів з розведених розчинів, очищення стічних вод, вилучення органічних речовин з рослин і паливних слан-ців, очищення і сортування насіння, очищення розчинів цукру, виноградних вин, текстильних волокон і вирішення інших виробничих за-вдань.

Перспективи подальшого розвитку флотаційного процесу[ред.ред. код]

Подальший розвиток флотаційного процесу обумовлений зростаючими потребами господарства країни у мінеральній сировині. Для підвищення ступеня комплексності її використання необхідні подальше удосконалення технології, інтенсифікація флотаційного проце-су, застосування нового і модернізованого обладнання, механізація і автоматизація збагачувальних фабрик.

Вирішення цих задач неможливе без подальшого розвитку тео-ретичних уявлень про флотаційний процес. У галузі теорії флотації спостерігається прагнення перейти від якісних уявлень до кількісних закономірностей. При проведенні досліджень ставляться цілі: знайти закономірності протікання реакцій у процесах гідрофобізації і флота-ції мінералів ксантогенатами, дитіофосфатами, жирними і алкілкис-лотами, алкілсульфатами; виконати кількісний опис процесу розриву гідратного прошарку між бульбашками і поверхнею; отримати кількісний опис кінетики процесу флотації. Необхідність переходу від якісних уявлень до кількісних закономірностей обумовлена прагненням розробити теоретично обґрунтовані принципи синтезу нових ефективних флотаційних реагентів, оптимізації і автоматичного регулювання флотаційного процесу.

Дуже важливим є застосування більш точних і об’єктивних ме-тодів дослідження флотаційних систем і особливо механізму дії реа-гентів при флотації. З цією метою перспективним є застосування мо-лекулярної спектроскопії, зокрема ІЧ-спектроскопії для аналізу між-фазних взаємодій «мінерал-реагент», а також ЕПР-спектроскопії для фіксації можливих вільнорадикальних процесів. Крім того, цінну ін-формацію про взаємодію реагентів з поверхнею мінералу можна оде-ржати використовуючи метод колориметрії і вибіркової адсорбції, наприклад «метиленовий-голубий». Зміну властивостей реагента-збирача при контакті з мінералом можна зафіксувати досліджуючи процес інфільтрації реагента в мікропори мінералу. Вплив реагенту на макромолекулярні (надмолекулярні) характеристики мінералу можна зафіксувати рентгеноструктурним аналізом. З теоретичних методів дослідження найбільш широко викорис-товується термодинамічний. Він застосовується, наприклад, для дос-лідження реакцій між різними збирачами і йонами металів при різ-них значеннях рН і в присутності реагентів депресорів; для дослідження стану твердої поверхні при різних значеннях рН і окисно-відновлювального потенціалу розчину; для вивчення механізму дії збирачів при флотації різних мінералів. В результаті термодинамічних досліджень отримано цілий ряд необхідних констант, зроблений висновок про перспективність застосування при флотації сумішей різних збирачів, зроблена об’єктивна оцінка можливого стану поверхні багатьох мінералів, яка суттєво відрізняється від загальноприйнятих уявлень. Термодинамічний метод дослідження необхідний при розробці кількісної фізико-хімічної моделі процесів селективної флотації, яка дозволить докорінно вирішити проблему оптимізації флотації, підвищення техніко-економічних показників роботи збагачувальних фабрик і комплексності використання сировини. З експериментальних методів дослідження особливої уваги заслуговують методи, що засновані на вимірюванні електрохімічних характеристик поверхні твердого у рідкому середовищі. На відміну від інших методів, вони дозволяють досліджувати безпосередньо по-верхню розділу «тверде – рідина», а не поверхню «тверде – газ» (як при звичайній методиці використання радіоактивних ізотопів), «тверде – тверде» або «тверде – органічна рідина» (як при використанні інфрачервоної спектроскопії) або у розчинах розчинника (як при використанні парамагнітного резонансу або інфрачервоної спектроскопії) і т.д. З електрохімічних методів найбільш перспективні методи вимірювання ємності подвійного електричного шару, дзета-потенціалу, вольтамперометрія, метод спаду потенціалу. Наприклад, застосування методу вимірювання ємності подвійного електричного шару при дослідженні кінетики потоншення і розриву гідратного прошарку між бульбашкою і ртуттю у присутності збирача дозволяє врахувати форму закріплення реагенту і, у деякій мірі, його орієнтування на поверхні розділу фаз, простежити кінетику зміни напруги відриву бульбашки при різних значеннях потенціалу поверхні. Цей метод може бути використаний також для визначення закономірностей адсорбції йонних і молекулярних форм збирача.

Застосування вольтамперометрії при лінійному вимірюванні напруги у сукупності зі звичайними методами вимірювання крайового кута і флотації дозволило отримати дані про фізико-хімічний стан флотаційної системи «сульфідний мінерал – сульфгідрильний збирач». У свою чергу, метод спаду потенціалу забезпечує отримання надійних даних про стан поверхні сульфіду, які необхідні для достовірного теоретичного аналізу механізму її взаємодії з флотаційними реагентами. Гірофільність (гідрофобність) матеріалів поряд з традиційними методами вимірювання крайового кута змочування доцільно оцінювати за теплотою змочування. Найбільший ефект при дослідженні досягається при одночасному використанні методів термодинаміки, електрохімії і флотації.

Значний інтерес являють електрохімічні дослідження напівпро-відникових матеріалів, оскільки вони дозволяють виявити роль зони просторового заряду сульфідів, концентрації електронів і дірок та їх-нього впливу на кінетику і механізм взаємодії реагентів з поверхнею, щільність адсорбції і співвідношення форм сорбції збирача. Результа-ти досліджень підтверджують наявність визначених співвідношень між електронними властивостями, електрохімічними властивостями поверхонь розділу твердої і рідкої фаз, адсорбції збирача і ступенем гідрофобності поверхні. Використання навіть недосконалих моделей дозволяє говорити про можливість цілеспрямованої зміни, наприклад, ступеня дефектності кристалічної гратки, концентрації електронів, адсорбції реагентів і зрештою флотованості мінералів. Для цього можна скористатися радіаційними методами, ультразвуковою, електрохімічною обробкою і деякими іншими методами фізичної дії на пульпу. Заслуговує уваги використання температурної обробки при розділенні колективних концентратів. Підвищення ефективності селективної флотації у цьому випадку може бути обумовлене різними закономірностями зміни термодинамічних характеристик розділюваних мінералів.

Роботи по флотаційних реагентам спрямовані на вишукування нетоксичних нових, більш селективних збирачів, спінювачів, депре-сорів і активаторів для різних типів мінеральної сировини, щоб розширити асортимент і підвищити якість застосовуваних реагентів. Пе-рспективним є застосування йонообмінних смол для регулювання йонного складу пульпи.

Остаточною метою удосконалення флотаційних процесів є розробка безвідходної технології, яка забезпечує повне і комплексне ви-користання мінеральної сировини в умовах повного водообігу.

Крім того, в останній час особлива увага надається екологічній чистоті процесу флотації, яка обумовлюється факторами застосовува-них реагентів і їх ГДК та наявністю і кількістю залишкових масел у відходах флотації, їх розподілом у рідкій і твердій фазі відходів. Кількість і асортимент сировини, що піддається флотаційному розділенню на окремі складові його компоненти, будуть збільшува-тись і поширюватись. Флотація знайде більш широке застосування для розділення промпродуктів металургійного і хімічного виробницт-ва, вилучення цінних компонентів з розведених розчинів, очищення стічних вод, вилучення органічних речовин з рослин і паливних слан-ців, очищення і сортування насіння, очищення розчинів цукру, виноградних вин, текстильних волокон і вирішення інших виробничих за-вдань.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]