Флотація

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

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. В якості збирачів 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.

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

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.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]