Процесс флотации в обогащении руд. Флотация экономика


4Курс_Флотация

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО КУРСУ

«ФЛОТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ»

(для студентов специальности 7.090302

“Обогащение полезных ископаемых”,

направление подготовки 6.0903 - “Гірництво”)

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры

“Обогащение полезных ископаемых”

Протокол № 1 от 5.09.08 г.

УТВЕРЖДЕНО

Учебно-издательским советом ДонНТУ

Протокол № 5 от 25.09.2008 г.

ДОНЕЦК

ДОННТУ-2008

УДК 622.765 Корнспект лекций по курсу "Флоационные процессы обогащения" (для студентов специальности 7.090302. Направление подготовки «Гірництво») / Сост. проф. Назимко Е.И. Донецк: ДонНТУ, 2008. – 82с.

Приведена основная информация по темам курса "Флотационные процессы обогащения» Рассмотрены теоретические основы процесса флотации с позиций термодинамики и свойства взаимодействующих фаз, основные реагенты, их назначение и механизмы действия; практика флотации и схемы флотации различного минерального сырья, типы, конструкции и принцип действия основного и вспомогательного оборудования. Конспект лекций содержит иллюстрационный материал и список рекомендованной литературы.

Составитель проф. Е.И. Назимко

Рецензент доц. В.Н. Самылин

Лекция №1. Тема 1. Виды флотации, исторические сведения

  1. Сущность и область применения процесса флотации.

  2. Виды флотации

  3. Исторические сведения

Термин флотация (Float – всплывать) используется для обозначения процесса сепарации, основанного на различии в физико-химических свойствах поверхности разделяемых минералов. В процессе участвуют три фазы: твердая - измельченное полезное ископаемое, жидкая - пульпа и газообразная – пузырьки воздуха. Разделение происходит вследствие различий в способности твердых частиц закрепляться и удерживаться на границе раздела фаз. Эти различия обусловлены разными значениями удельной поверхностной энергии частиц разных минералов, мерой которых является смачиваемость поверхности. Отделяемые частицы всплывают вместе с фазой, к которой они прилипли. Различают пенную, пленочную и масляную флотацию.

При пенной флотации через пульпу, содержащую флотационные реагенты, продувают воздух. Частицы, не смачивающиеся водой, прилипают к поверхности воздушных пузырьков. Пузырьки с закрепившимися на них частицами всплывают в камере флотационной машины вверх и формируют на поверхности пульпы пенный слой. Частицы других минералов, хорошо смачиваемые водой, не прилипают к пузырькам воздуха и остаются в объеме пульпы во взвешенном состоянии.

При пленочной флотации измельченная руда, подлежащая разделению, насыпается с небольшой высоты на поверхность воды. Несмачиваемые частицы остаются на поверхности воды и выделяются во флотационный продукт, смачиваемые водой — переходят в водную фазу и выделяются в другой продукт.

Масляная флотация состоит в избирательном смачивании частиц минералов диспергированным в воде жидким маслом (керосином и др.) в виде мелких капель. При этом образуются агрегаты частиц, заключенные в масляные оболочки, которые всплывают на поверхность пульпы.

Пленочная и масляная флотации имеют низкую производительность. Наиболее распространена пенная флотация.

Несмачиваемые или плохо смачиваемые водой минералы называют гидрофобными (с древнегреческого «гидро» – вода, «фобос» - страх), т.е. боящимися воды. Смачиваемые минералы называют гидрофильными («филеус» – любовь), т.е. любящими воду.

При флотации одна часть извлекаемых минералов (чаще — ценный компонент) переходит в пенный продукт, другая — остается в пульпе и образует камерный продукт. При извлечении в пенный продукт ценных минералов флотацию называют прямой; при извлечении в пенный продукт пустой породы — обратной.

Для флотации необходимо вводить в пульпу флотационные реагенты. Собиратели или коллекторы адсорбируются на поверхности твердой фазы, формируют или усиливают природную гидрофобность поверхности и способствуют прилипанию частиц к пузырькам.

Вспениватели адсорбируются на поверхности раздела жидкость – газ и способствуют образованию пены. Для регулирования флотации применяются реагенты-регуляторы, которые регулируют водородный показатель среды рН. Кроме того, есть реагенты-активаторы, активирующие прилипание минералов к пузырькам воздуха. Активаторы образуют на поверхности минералов химические соединения и тем активируют флотацию частиц. Реагенты-подавители или депрессоры подавляют прилипание.

В начале развития флотационного процесса применялось лишь отделение пустой породы и ценных компонентов, которые извлекались в один общий — коллективный концентрат. Такая флотация называется коллективной. Позже были разработаны методы разделения руды на несколько продуктов с выделением ряда ценных компонентов в разные концентраты. Получила развитие селективная флотация, основанная на различном действии реагентов на разделяемые минералы.

Для всплывания крупных частиц подъемной силы пузырька может быть недостаточно. Тогда слипание частицы с пузырьком используют для избирательного отделения минералов, например сульфидов, которые образуют комплекс частицы — пузырек, т. е. флотогранулы, имеющий меньший удельный вес. При этом путем гравитационного обогащения отделяют частицы, образовавшие с пузырьками воздуха флотогранулы. Комбинированный флотационно-гравитационный процесс, называемый флотогравитацией, применяется при обогащении крупнозернистого материала.

Крупность частиц, способных обогащаться флотацией, находится в пределах от 10-4 до 4.5 мм. При пенной флотации руда измельчается до размера менее 0,2 мм. Потери в отходах (хвостах) возрастают в случае флотации самых тонких классов, близких по размеру к коллоидным, разделение которых затруднено. Пределы крупности флотируемых частиц зависят от их формы, удельного веса и от поверхностных свойств. Чешуйчатые минералы и даже листообразное золото с большим удельным весом относительно легко переходят в пенный продукт. Крупные частицы угля (1,5—2 мм) могут также перейти в пенный продукт благодаря малому удельному весу и природной гидрофобности.

Возникновение и развитие флотации, как процесса физико-химического обогащения, относится к XIX в., особенно ко второй его половине, когда были достигнуты большие успехи в изыскании новых реагентов, в первую очередь поверхностно-активных веществ. В начале 20-го века все больше возникала необходимость флотации руд, для которых гравитационные методы обогащения не давали удовлетворительных результатов. Особенно это требовалось для тех свинцово-цинковых и других сульфидных руд, минералы которых находятся в тонком прорастании. В Мариуполе в 1904 г. была пущена фабрика для масляной флотации графитовых руд Старо-Крымского месторождения.

Отечественные ученые первыми обратили внимание на определяющее значение для флотации состояния тонких гидратных слоев на поверхности минералов и начали их изучать. В 60-е годы 20 века кафедра ОПИ ДПИ внесла большой вклад в развитие флотации углей. Проводились исследования по флотируемости углей различных марок. В то время флотация применялась только для руд. Уголь считался дешевым сырьем, а флотация – дорогой процесс из-за высокого расхода электроэнергии и использования дорогих реагентов. Кафедра способствовала широкому внедрению флотации для обогащения угольных шламов.

Лекция № 2 Тема 2. Основы теории минерализации пузырьков при флотации

  1. Основные понятия термодинамики

  2. Физическая и химическая адсорбция

  3. Свойства твердой фазы

  4. Свойства воды

  5. Свойства воздуха

Многие процессы описываются наиболее общими законами. Одними из них являются два принципа термодинамики. Первое начало (принцип) термодинамики - это закон сохранения энергии. В природе постоянно происходит превращение одного вида энергии в другой в строго эквивалентных отношениях. При этом энергия не создается и не теряется. Все виды энергии переходят друг в друга. Иначе можно сказать, что в изолированной системе сумма всех видов энергии постоянна.

Первый принцип термодинамики не позволяет установить произойдет ли превращение одного вида энергии в другой (или обмен энергией между телами) и в каком направлении. Все реальные процессы являются неравновесными (неустановившимися) и стремятся привести систему к равновесному состоянию. Неравновесные процессы протекают в направлении достижения равновесия самопроизвольно. Необходимым условием для их протекания является наличие энергетического потенциала или интенсивности (напряженности) энергии. Второй принцип термодинамики гласит: самопроизвольный переход энергии возможен только от системы с более высоким энергетическим потенциалом к системе с более низким потенциалом и продолжается до тех пор, пока не наступит термодинамическое равновесие. Направление энергетических переходов определяется «качеством» энергии — ее потенциалом. Например, тепловая энергия самопроизвольно переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой. Здесь потенциалом является температура. При этом не имеет значения общий запас энергии в одном или другом теле.

Согласно второму принципу термодинамики внутреннюю энергию системы нельзя полностью превратить в работу. Внутреннюю энергию системы рассматривают как сумму двух слагаемых.

Е = П + Т .

Здесь П - часть внутренней энергии, которую можно превратить в работу (свободная энергия П). Свободная энергия находится в системе в форме потенциальной энергии, и ее количество уменьшается по мере того, как система совершает работу. Т — часть энергии, которую нельзя превратить в работу (связанная энергия Т). Связанная энергия может переходить лишь в тепловую энергию, рассеивающуюся в пространстве (диссипация энергии).

Всякая изолированная система при самопроизвольном процессе стремится снизить уровень свободной энергии до минимума и перейти в состояние устойчивого термодинамического равновесия. Следовательно, в изолированной системе могут протекать только такие самопроизвольные процессы, в результате которых свободная энергия системы снижается. Это принцип минимума свободной энергии. Он позволяет определять направление процессов, заранее выяснять условия термодинамического равновесия и устанавливать наиболее вероятное состояние системы.

Основной формой взаимодействия фаз при флотации являются адсорбционные процессы и гетерогенные химические реакции. Закрепление реагентов на поверхности фаз, взаимодействующих при флотации, происходит путем адсорбции. Адсорбция – это процесс концентрирования вещества (адсорбат, адсорбтив) из объема фаз на поверхности раздела. Происходит самопроизвольно под действием поверхностных сил адсорбента и сопровождается понижением свободной поверхностной энергии системы и выделением определенного количества тепла – теплоты адсорбции. Адсорбционные процессы всегда протекают на поверхности раздела фаз.

Молекулы адсорбата притягиваются не только к адсорбенту, но и друг к другу. По мере заполнения поверхности это притяжение увеличивается из-за уменьшения среднего расстояния между молекулами. При очень плотном заполнении притяжение переходит в отталкивание.

Притяжение молекул двух разных фаз, которое проявляется на поверхности их раздела, называется адгезией(прилипание). В основе адгезии лежат силы молекулярного притяжения, как и при физической адсорбции. При разделении этих фаз необходимо затратить энергию, характеризуемую работой адгезии (эрг/см2). Работа адгезии равна сумме поверхностных энергий этих фаз минус межфазная поверхностная энергия на поверхности их раздела:

А = U1+ U2– Us ,

где U1, U2– поверхностная энергия фаз 1 и 2, Us – межфазная энергия на поверхности раздела фаз, равная (рис. 2.1):

Us = S σ .

Здесь σ – удельная поверхностная энергия поверхности раздела фаз, часто именуемая поверхностным натяжением, эрг/см2, дин/см (н/м).

σ = Us / S.

Рисунок. 2.1.

Основными видами адсорбции являются физическая и химическая. При физической адсорбции молекулы адсорбата сохраняют свою индивидуальность, а при химической (хемосорбция) — образуют с адсорбентом химические соединения. Различия между двумя видами адсорбции представлены в таблице. Кроме адсорбции следует различать еще абсорбцию, когда в результате контакта двух несмешивающихся фаз масса одной из них проникает в глубь другой.

Физическая адсорбция

Химическая адсорбция

Адсорбированное вещество и кристаллическая решетка адсорбента являются независимыми системами

Адсорбированное вещество и кристаллическая решетка адсорбента являются энергетически единым целым

Связь с решеткой осуществляется за счет сил Ван-дер-Ваальса межмолекулярного притяжения, что не сопровождается процессами на электронном уровне.

Присоединение атома к кристаллической решетке обусловлено переходом электронов от атома к решетке (или наоборот) или обобществлением электронов ими же

Тепловой эффект и прочность связи молекул или ионов невелики

Тепловой эффект и прочность связи молекул или ионов значительны

Теплота адсорбции мало зависит от природы адсорбента. Незначительная избирательность действия реагента на минерал.

Теплота адсорбции зависит от природы адсорбента. Высокая избирательность действия реагентов на минерал.

Высокая скорость процесса

Скорость изменяется в широких пределах

Равномерное распределение реагента по поверхности адсорбента (минерала)

Реагент закрепляется прежде всего на наиболее активных участках поверхности. По мере их заполнения адсорбционный слой может образоваться и на других частях поверхности

Многие минералы представляют собой кристаллы, которые имеют неоднородные свойства поверхности. Это связано с происхождением и структурой руд. Атомы кристаллической решетки на разных гранях кристалла, имеют разные уровни свободной поверхностной энергии. Поэтому способность адсорбировать из раствора разные соединения различна.

Атом или ион 1, расположенный внутри кристалла (рис. 2.2), затрачивает все свои связи на взаимодействие с соседними атомами. Атом 2 на поверхности грани имеет одну ненасыщенную связь,атом 3 – на ребре грани – 2, а атом 4 – на вершине кристалла – 3 ненасыщенные связи. Поэтому эти атомы обладают разной способностью к взаимодействию с водой и реагентами.

Рисунок 2.2.

Минеральная поверхность энергетически неравноценна и имеет адсорбционную неоднородность. В первую очередь взаимодействие с водой и реагентами начинается на самых активных участках, где больше ненасыщенных связей. Отклонения в строении реальных кристаллов от идеализированных называются дефектами кристаллической решетки.

Основные типы точечных дефектов решетки (рис. 2.3): 1 – пустой узел - выпадение атома или иона; 2 – собственный атом, расположенный между узлами; 3 – чужеродный атом между узлами; 4 – чужеродный атом, замещающий собственный атом решетки; 5 – ион в узле решетки, несущий аномальный заряд.

Рисунок 2.3.

Лекция №3 (Свойства воды + Свойства воздуха – продолжение темы)

На отдельных участках поверхности кристалла могут быть стехиометрические избытки (не совпадающие с формулой минерала) металла или металлоида.

Междуузловые ионы металла Ме и пустые металлоидные узлы М являются дефектами со знаком плюс (рис. 3.1). Это места наиболее благоприятные для закрепления анионов реагента. Междуузловые ионы металлоида М и пустые металлические узлы Ме – это дефекты со знаком минус. Здесь закрепление реагента маловероятно.

Рисунок 3.1.

Кроме того, разные участки поверхности минерала имеют разный микрорельеф – выступы, впадины, микротрещины, вкрапления других минералов и изоморфные замещения атомов решетки. (Изоморфными называются такие вещества, атомы или ионы которых могут взаимно замещаться в кристаллических решетках, образуя твердые растворы. Обязательным условием является близость размеров ионов, атомов или групп ионов и равенство зарядов.)

Существует еще один вид объемной и поверхностной неоднородности, вызываемой мозаично-блочной структурой кристалла. Кристалл состоит из совокупности многочисленных и дезориентированных относительно друг друга блоков. Блоки являются мелкими образованиями (мкм), каждое из которых может быть совершенным кристаллом. Мозаичная структура влияет на активность участков поверхности минерала при его взаимодействии с реагентами. Особое место в вопросе неоднородности минералов занимают дислокации – крупные искажения структуры кристалла.

Ранее считалось, что жидкости по свойствам и движению молекул сходны с газами. Современная теория жидкого состояния сближает его с твердым (кристаллическим) состоянием в области температур, близких к точке кристаллизации. Для твердых тел характерен дальний порядок в расположении молекул, т.е. наличие дискретных (прерывных) расстояний между частицами вещества. Признаком дальнего порядка является симметрия в размещении частиц и возможность использования пространственной решетки для описания симметрии. Рентгенографические исследования показали, что расположение молекул и их ассоциатов в жидкостях имеет ближний порядок. Т.е. на малых расстояниях в жидкостях встречается порядок того же типа, как и в кристаллических телах. У воды этот ближний порядок выражен сильнее, чем у других жидкостей. В области высоких температур вода имеет свойства, приближающиеся к свойствам газов; в области низких и при малых удельных объемах – к свойствам твердых тел. В этом случае строение воды называют квазикристаллическим.

Вода принадлежит к числу высокоассоциированных жидкостей, здесь важную роль играют водородные связи. Будучи типичной жидкостью, вода обладает многими аномальными особенностями. Например, плавление льда сопровождается его сжатием, а не расширением (как это имеет место для подавляющего большинства веществ). При повышении температуры от 0° до 4°С плотность воды увеличивается, и лишь при нагревании выше этой температуры начинает снижаться.

Молекула воды имеет значительный дипольный момент (1,87дебая), который возникает из-за резкой асимметрии в расположении положительных и отрицательных зарядов (рис. 3.2). Два атома водорода находятся в молекуле воды под углом 104,50 по отношению к атому кислорода. Между атомами Н и О существует ковалентная связь. Она образуется парой электронов от атомов кислорода О и водорода Н, т.е. эти электроны переходят в совместное владение обоими атомами.

Рис. 3.2.

Во льду каждая молекула окружена четырьмя молекулами, и в жидкой воде наблюдается аналогичное расположение молекул в виде тетраэдров. Такая структура называется ажурной. Вода состоит из двух типов молекул. Молекулы первого типа соединены водородными связями со своими соседями, образуют устойчивый тетраэдрический каркас и не вращаются.Пустоты в тетраэдрах-ассоциатах заполняются вторым типом молекул, которые свободно вращаются.

Рисунок 3.3.

Эти молекулы лишены водородных связей. Особенностью водородной связи является то, что в молекуле воды атом водорода может притягиваться к соседней молекуле. Из-за отсутствия водородных связей молекулы второго типаэнергетически неравноценны с молекулами первого типа и слабо взаимодействуют с ними.Движение молекул воды происходит в основном по пустотам в каркасе.

В большинстве случаев вода действует на твердую фазу как растворитель, переводя в объем некоторые количества минерала. Поэтому при флотации минералы реагируют не с чистой водой, а с раствором, насыщенным минеральным веществом и газами. Иногда состав такого раствора довольно сложен. Растворяющее действие воды связано с гидратацией ионов твердой фазы и с отрывом их от кристаллической решетки, что обусловлено значительным дипольным моментом молекул воды. Поэтому между молекулами воды и растворяемого вещества возникают большие силы электростатического взаимодействия.

Газовая фаза во флотационном процессе чаще представлена воздухом. Состав воздуха по объему: азот 78.1%, кислород 20.9%, аргон 1%. Кроме того, присутствует углекислый газ, гелий, неон, криптон. Может быть сернистый газ, аммиак и др. промышленные газы. В объеме воздушных пузырьков кроме воздуха находятся еще и пары воды. В результате взаимодействия с водой состав воздуха изменяется. Например, растворенный воздух содержит азота 65%, кислорода 35%.

Пузырьки воздуха играют положительную роль, являясь носителями частиц флотируемого минерала. Адсорбция газов из атмосферы на поверхности минеральных частиц образует газовые пленки, гидрофобизирующие минерал. Адсорбция газов может изменять поверхностные свойства минералов, например окисление сульфидов кислородом ухудшает флотируемость.

Большое значение для флотации имеет растворимость воздуха в воде и ее изменение в зависимости от температуры и давления. При атмосферном давлении и температуре 20°С в 1 л воды растворяется: азота 0,016 л; кислорода 0,031; углекислого газа 0,88; сероводорода 2,58; аммиака 702 л. Растворимость газов, не вступающих в химическое взаимодействие с водой, весьма невелика. Газы, активно взаимодействующие с водой (углекислый и сернистый газы, сероводород, аммиак и др.), растворяются в значительных количествах. Растворимость газов уменьшается с повышением температуры и увеличивается с повышением давления. При растворении смеси газов (например, воздуха) растворимость каждого из составляющих зависит от его парциального давления в смеси (закон Генри).

В местах перепада давлений во флотационных машинах активно выделяются воздушные пузырьки из раствора. На использовании таких пузырьков основано применение ряда типов флотационных машин. Первоначально закрепившиеся на поверхности минеральных частиц микропузырьки, выделившиеся из раствора, активируют прилипание к этим частицам крупных пузырьков и в итоге интенсифицируют процесс флотации в целом.

Лекция №4

  1. Поверхности раздела фаз и их гидратация. Взаимодействие минералов с водой.

  2. Краевой угол смачивания

  3. Свойства гидратных слоев

  4. Двойной электрический слой

  5. Гистерезис смачивания

  6. Вероятность флотации

  7. Элементарный акт флотации

Главной причиной различия флотационного поведения минералов является различная гидратированность поверхности, которая обусловлена энергией взаимодействия диполей воды с ионами решетки и определяется степенью нескомпенсированности зарядов на поверхности частиц.

У поверхности частиц действует силовое поле, образованное кристаллической решеткой минерала.

Молекулы воды интенсивно взаимодействуют с этим полем и образуют вокруг частиц устойчивые гидратные оболочки или слои (рис. 4.1). Толщина этой оболочки и ее структура зависят от физико-химических свойств поверхности, определяющих смачиваемость или несмачиваемость этой поверхности.

Рисунок 4.1.

Чем больше гидратирована поверхность минерала, т.е. чем более он гидрофилен, тем меньше вероятность прилипания его частиц к пузырькам воздуха и флотационное обогащение.

Активность поверхности минералов по отношению к воде и флотационным реагентам определяется ее энергетическим состоянием. На поверхности имеются атомы с некомпенсированными зарядами и часть их энергии остается свободной. Это удельная свободная поверхностная энергия – избыток энергии, приходящейся на единицу поверхности раздела фаз. Возникает из-за нескомпенсированности сил в межфазном поверхностном слое, обозначается σж-г, σт-г, σж-т . Для жидкостей употребляют термин «поверхностное натяжение», который является условным и представляет собой математическое понятие, эквивалентное поверхностной энергии.

Результаты взаимодействия минерала с водой зависят не только от его свободной поверхностной энергии, но и от энергии взаимодействия молекул воды между собой, т.е. от явлений адгезии и когезии. Взаимное притяжение молекул одного и того же вещества называется когезией. Характеризуется работой когезии (эрг/см2), которую необходимо произвести для разрыва, например, столба жидкости сечением 1 см2на два столба того же сечения.

Первой стадией взаимодействия воды с поверхностью минерала является смачивание ее водой. Для растекания воды (смачивания) по поверхности частицы необходимо, чтобы работа адгезии между водой и минералом была больше работы когезии для воды Wа > Wк.

Для воды, частицы и воздушного пузырька, работа адгезии равна:

Wа = σ ж-г+ σт-г– σж-т .

Степень смачивания твердой поверхности водой количественно выражается величиной краевого угла смачивания Θ, который принято отсчитывать в сторону жидкой фазы (рис. 4.2).

Рисунок 4.2.

Равновесное значение краевого угла определяется из условия равновесия сил поверхностного натяжения на трехфазном периметре контакта (уравнение Давидова-Неймана, рис. 4.3).

studfiles.net

Промышленные флотаторы для очистки сточных вод: типы, устройство, принцип работы

Сегодня вопросы окружающей среды стоят во главе стола практически на каждом заседании Мировых Правительств. Ни для кого не секрет, что экология стала новой религией 21 века. 2017 год объявлен годом защиты окружающей среды в России, а потому экологическое просвещение – одна из задач на этот год.

Зачем нужно очищать воду?

Из всего запаса Мирового Океана только 3% - это пресная вода, из них 68% - это ледники (не пригодные для питья), 30% - подземные источники (часто загрязненные от почв) и только 2% - это наземные источники водоснабжения. Из глобальной картины мира ясно, что наличие чистой пресной воды - это не просто необходимость, но иногда роскошь.

Сточные воды, образующиеся во время хозяйственной деятельности предприятий, содержат большое количество загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих допустимые и нормативные. Как правило, речь идет о тяжелых металлах (железо, никель, медь, свинец, ртуть, кадмий и др.), нефтепродуктах, взвешенных веществах, алюминии, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества, для обывателя это всё то, что пенится). Данные вещества, попадая в водоемы, нарушают нормальное функционирование водных биогеоценозов, отравляют почву, провоцируют рост сине-зеленых водорослей, токсичны для животных. Данные загрязняющие вещества также токсичны для человека.

От хозяйственной деятельности человека в жилых многоквартирных и частных домах также образуется большое количество загрязняющих веществ. В основном, это СПАВ и органические отходы, но в канализацию попадают и соли металлов.

Что такое флотатор для очистки сточных вод?

Флотатор – это устройство, предназначенное для удаления мелкодисперсных примесей из воды физико-химическим методом. Условно говоря, это механизм одного из главных обрабатывающих модулей в технике и технологии очистки сточных вод. Именно на флотаторе происходит основное выделение растворенных веществ и очистка воды до нормативных показателей.

Промышленные флотаторы могут быть предназначены как для больших заводов, так и для автомоек, отличаясь габаритами и материалом.

Основной задачей флотатора является выделить и высадить из воды растворенные в ней загрязняющие вещества, переведя их в нерастворимую форму. При этом в прибор подается воздух для повышения эффекта очистки.

Принцип работы флотатора для очистки сточных вод

Принцип работы флотатора основан на пропускании через очищаемую среду пузырьков воздуха с целью образования пены. Данная пена называется флотошлам, который снимается и отводится на специальные устройства по обезвоживанию. Для того чтобы пузырьки захватывали и уносили с собой загрязнения, необходимо предварительное добавление специальных веществ – коагулянтов и флокулянтов. Данные вещества обладают высокой адгезивностью, то есть они помогают загрязняющим веществам слипаться друг с другом и с пузырьками воздуха, образовывая так называемые флоккулы.

Пузырек, проходя из сопла или форсунки распределяющего устройства наверх, захватывает с собой липкие загрязняющие вещества. Такой процесс проводится до тех пор, пока вода не достигнет нужного эффекта очистки.

Сложность процесса заключается в том, чтобы точно подобрать дозу коагулянта и флокулянта так, чтобы сила адгезии была достаточно высока, для слипания с пузырьком, но при этом образовавшиеся хлопья были не слишком большого веса, чтоб не повредить пузырек воздуха.

Схема, включающая флотатор для очистки сточных вод

Технология, предполагающая флотатор в качестве главного обрабатывающего модуля, всегда включает реагентное хозяйство и устройство для создания пузырьков воздуха. Реагентное хозяйство представляет собой емкость с реагентами (коагулянты, флокулянты, щелочь для корректировки pH) и реактор для смешения реагента с водой.

В качестве устройства для создания пузырьков воздуха, как правило, используется сатуратор, представляющий собой камеру смешения воздуха с водой с целью создания водовоздушной смеси. Далее эта смесь направляюется во флотатор. Устройство сатурации оснащено мощным насосом для нагнетания воздуха.

Флотатор никогда не используется отдельно, он всегда включен в общую схему очистки воды. Полная схема, как правило, состоит из этапов предварительного отстаивания, физико-химической обработки (флотатор или коагулятор) и последующей механической очистки на фильтрах.

Иными словами, флотатор не может обеспечить всю очистку, это только отдельный узел, требующий предварительной обработки и последующей. Попадание во флотатор песка или других грубодисперсных примесей приведут к поломке прибора. Также данный прибор не может обеспечить обеззараживание и полную очистку от нефтепродуктов. Поэтому, после него необходима ультрафиолетовая установка и сорбционные (или механические) фильтры.

Принципиальная схема основана на процессе флотации. Флотация – это обработка сточных вод пузырьками воздуха с целью извлечения растворимых и эмульгированных веществ. Вода поступает на главный обрабатывающий модуль. Туда же в напорном (или безнапорном) режиме подается заранее приготовленный реагент в реакторе. Также во флотатор подаются пузырьки воздуха с помощью устройства сатурации. Во флотаторе для очистки воды происходит обработка сточных вод реагентами и пузырьками воздуха, происходит всплытие большей части флокул в виде флотошлама. Всплывший флотошлам убирается с поверхности воды скребковым транспортёром в шламосборник.

Данный шлам очень неустойчив к механическим колеваниям, поэтому с поверхности воды он собирается аккуратно с целью не разбить пену.

Устройство флотатора

Флотатор – это открытая емкость из стали или пластика, оснащенная скребковым механизмом для сбора флотошлама и имеющая коническую форму снизу. Флотатор подразумевает наличие в нем патрубков для подачи водовоздушной смеси из сатуратора, для сброса флотошлама и аварийного опорожнения, для подачи сточных вод и отвода очищенной воды. Установка флотатора, как правило, располагается на площадке обслуживания для удобства.

Типы флотаторов

Флотаторы для очистки сточных вод отличают по тому, как происходит насыщение воды пузырьками и по характеру пузырьков. Самыми распространенными способами являются механическая, напорная и электрофлотация. Напорная флотация подразумевает наличие камеры сатурации и насосной группы. К тому же, в данном методе часто используются реагенты. Электрофлотация не нуждается в реагентном хозяйстве и сатураторе, так как основана на растворении электродов в воде.

Механическая флотация

Механическая (или импеллерная) предполагает наличие мешалки, которая при высокой скорости вращения разбивает в воде пузырьки воздуха. Такой вид водоочистки подходит для воды, склонной к пенообразованию и насыщенной газами. При механическом способе нельзя использовать реагенты, так как турбулентные потоки, создаваемые мешалкой, попросту разбивают хлопья загрязнений. На данный момент механическая флотация не распространена, так как редко обеспечивает достаточный эффект очистки.

Как правило, к данному сегменту очистки относятся флотаторы для очистки сточных вод от нефтепродуктов.

Напорная флотация

В данном случае флотаторы для очистки сточных вод оснащаются устройство сатурации и реагентным хозяйством. Сатуратор представляет собой камеру, в которой происходит нагнетание воздуха под давлением выше атмосферного. Среду, приготовленную в сатураторе, называют водовоздушной смесью. Это наиболее распространённый вид флотации и чаще всего используемый. Процесс очистки происходит за счет предварительной обработки воды реагентом (коагулянтом или флокулянтом) и последующей обработки напором водовоздушной смеси. Каждый пузырек газа прикрепляет к себе загрязнения, так как обладает большой силой притяжения за счет границы раздела фаз (вода-воздух). Предварительная подготовка воды реагентом улучшает очистку, так как создает флоккулы (мицеллы), которые также обладают определенной силой притяжения. Основная часть воды отводится через патрубок очищенной воды на дальнейшую очистку или на сброс. Сверху специальное скребковое устройство снимает флотошлам – загрязнения, унесенные с пузырьками воздуха наверх в концентрированном виде.

Основным достоинством напорной флотации является широкий диапазон применения. К недостаткам можно отнести наличие дополнительных устройств (реагентное хозяйство, сатуратор, насосы), которые занимают много места, и их необходимо автоматизировать (например, подбор дозы реагентов). Определение количества реагента играет большую роль, так как малая доза приведет к недостаточной очистке (не все мелкие растворенные частицы укрупнятся), а большая доза может привести к тому, что пузырьки будут не выдерживать веса хлопьев и разрушаться, что также приведет к снижению эффекта очистки.

Электрофлотатор

Данный вид флотаторов для очистки сточных вод отличается лаконичностью и удобством эксплуатации. Сущность метода заключается в электролизе очищаемой жидкости и выделении газов из электродов. Во флотаторе происходит процесс электролиза: на катоде выделается водород, на аноде – кислород. При использовании растворимых электродов (например, алюминиевых или железных) вода дополнительно насыщается ионами металлов с высокой степенью окисления, что играет роль реагентов для создания хлопьев загрязнений. Данный процесс помогает выделить и высадить еще большее количество загрязняющих веществ из воды. Так как пространство флотатора не большое, то в таких условиях происходит хорошее слипание хлопьев и позырьков воздуха, что обеспечивает наиболее высокий эффект очистки.

Основным преимуществом такого прибора является отсутствие реагентного хозяйства и других громоздких приспособлений, при высокой степени очистки воды. К недостаткам можно отнести высокое энергопотребление и необходимость оборудования для отвода водорода.

Сопловая флотация

В данном случае используются специальные сопла, чтобы ввести воздух в перерабатываемую воду, которая подается во флотатор, там разбивается на двухфазную смесь. Преимуществом такого способа будет меньшая изнашиваемость деталей установки, а потому более долгий срок эксплуатации.

Реагентное хозяйство

В некоторых методах флотации для улучшения эффекта очистки используются следующие реагенты:

  • реагенты для корректировки pH - это кислоты и щелочи, которые добавляются в воду для обеспечения нормальных условий работы коагулянта и флокулянта;
  • коагулянты – реагенты, которые способствуют хлопьеобразования и представляют собой соли железа и алюминия;
  • флокулянты – реагенты, которые создают более крупные и устойчивые хлопья (флокулы) и представляют собой полиакриламидные соединения.

Основными минусами наличия реагентного метода обработки воды являются необходимость присутствия персонала, а также площади, которые надо выделять под емкости и реакторы. Также очень важно правильно подобрать дозу реагентов, что возможно только эмпирическим путем.

fb.ru

4Курс_Флотация

Физико-химические средства – добавление различных реагентов (кислоты и др.).

Лекция №20 ТЕМА 4 ТЕХНОЛОГИЯ ФЛОТАЦИИ

  1. Влияние крупности частиц на флотацию.

  2. Особенности флотации крупных частиц. Уравнение Матвеенко

  3. Влияние шламов на флотацию

Показатели флотации в рудной практике оценивают по извлечению ценного компонента в концентрат:

εк= βкγк/ γпитα .

Здесь εк– извлечение в концентрат, βк– содержание полезного компонента в концентрате, γк– выход концентрата, γпит– выход исходной руды, α – содержание полезного компонента в руде. Все параметры выражают в % или долях единицы.

Извлечение полезного компонента в отходы вычисляют по аналогичной формуле и называют потерями в хвостах.

Конечные показатели флотационного разделения зависят от ряда факторов. К основным относятся: крупность измельчения руды перед флотацией, содержание твердого в пульпе при флотации, реагентный режим и порядок подачи реагентов, интенсивность аэрации и перемешивания пульпы, скорость съема пены, продолжительность флотации, температура пульпы, схема флотации, расход пульпы, поступающей на флотацию.

Измельчение руды должно обеспечивать: 1) достаточное количество мелких зерен, которые могут надежно закрепиться на пузырьках; 2) достаточное раскрытие полезных минералов т.е. освобождение их от сростков с пустой породой и друг с другом (в случае флотации полиметаллических руд).

Максимальная крупность флотируемых частиц зависит от гидрофобности минерала, его плотности и формы частиц. Зерна с округлой формой флотируются хуже, чем зерна с плоскими гранями или зерна чешуйчатой формы. Минералы, обладающие высокой естественной гидрофобностью и малой плотностью могут флотироваться при большей крупности зерен, например уголь.

При флотации тонковкрапленных руд конечная крупность измельчения определяется размером вкраплений ценных минералов. Например, тонковкрапленные руды приходится измельчать до содержания класса –0.074 мм в питании флотации 85-95%.

Зерна разной крупности флотируют с разной скоростью. С уменьшением крупности скорость флотации увеличивается до определенного предела, а затем снижается (рис. 20.1). Оптимальная крупность зависит от свойств минерала и условий флотации.

Рисунок 20.1.

Для крупных зерен, имеющих большой вес, значительны и силы, отрывающие частицу от пузырька. Отрыв частиц происходит под действием сил инерции. Пузырек с частицами двигается в камере машины по неправильным траекториям, сталкиваясь с деталями машины и другими пузырьками. При этом скорость и направление движения резко изменяются, увеличиваются силы отрыва. Для флотации крупных частиц необходимо: 1. повышать гидрофобность поверхности, увеличивая расход собирателя или применяя более сильные реагенты или их смеси, аполярные реагенты; 2. применять пептизаторы; 3. наличие прочного пенного слоя и осторожного его удаления из камеры; 4. увеличивать аэрацию пульпы при ее осторожном перемешивании – создавать условия для аэрофлокулярной флотации (рис. 20.2).

При этом на крупную частицу налипают мелкие пузырьки воздуха, а к ним через тонкие флотирующие частицы прикрепляются другие пузырьки. Кроме того крупные частицы могут всплывать в пену с помощью нескольких пузырьков.

Рисунок 20.2.

В соответствии с уравнением Фрумкина-Кабанова в расчетах принимается, что на частицу действует отрывающая сила, пропорциональная весу частицы в статических условиях:

π a σж-г Sin Θ =ρgV + ((2σж-г / R) – ρgh) ( πa2 /4 ).

Применительно к реальным условиям флотации Н.В. Матвеенко уравнение Фрумкина-Кабанова преобразовано с учетом возникновения сил инерции. Кроме того, в уравнении Матвеенко суммарная сила отрыва отнесена к единице длины трехфазного периметра смачивания πa и получено:

σж-г Sin Θ = С К (Δ – ρ) d2кр /π χ + 0.25 dкр χ((2σж-г/R) – ρgh ) .

Здесь С – ускорение отрыва частицы от пузырька; К – коэффициент пропорциональности между кубом диаметра частицы и ее объемом; Δ – плотность частицы; ρ – плотность жидкости; dкр – диаметр частицы критической для флотации крупности; χ = а/d – отношение диаметров площади контакта и частицы;R, h – радиус и высота воздушного пузырька.

Из уравнения следует, что максимальное ускорение движения частиц в камере машины снижает верхний предел крупности флотируемых зерен на порядок сильнее, чем действие силы тяжести. Определяющим является не столько гидрофобность частиц, сколько их масса и интенсивность перемешивания. Для флотации крупных частиц применяют пенную сепарацию или флотацию в машинах с кипящим слоем.

Самые тонкие зерна 5-10 мкм флотируют очень медленно, что объясняется следующими причинами. 1. Для тонких зерен мала вероятность их встречи с пузырьком. При обтекании пузырька потоками пульпы очень мелкие частицы сносятся потоком и не могут встретиться с пузырьком. 2. Кинетическая энергия тонких частиц недостаточна для преодоления энергетического барьера. 3. Тонкие частицы обладают большой удельной поверхностью. Поэтому для их извлечения требуется большая поверхность раздела жидкость-газ. 4. Тонкие частицы имеют склонность к неселективному агрегированию, что равносильно образованию сростков. 5. Тонкие частицы обычно сильнее окислены, что ухудшает их флотируемость.

Наличие большого количества тонких частиц (3-10 мкм) в пульпе затрудняет флотацию более крупных зерен. Шламы пустой породы могут налипать на поверхность флотируемого минерала, снижая его гидрофобность (рис. 20.3). Тонкие частицы самого минерала, находящиеся на поверхности крупных зерен, препятствуют их прилипанию к пузырькам, а также и снижают свободную поверхность пузырька.

Рисунок 20.3.

Кроме того, тонкие шламы обладают большой поверхностью и забирают на себя значительную часть реагента-собирателя. Поэтому питание флотации должно иметь равномерный состав по крупности. Крупные зерна удаляются в операциях поверочной классификации, а для уменьшения ошламования применяют стадиальные схемы обогащения - операции флотации чередуются с операциями измельчения.

Для снижения вредного влияния шламов применяют: 1. стадиальные схемы флотации; 2. реагенты-пептизаторы или флокулянты; 3. ведут флотацию в разбавленных пульпах, где агрегирование шламистых частиц меньше; 4. раздельную обработку песковой и шламистой частей твердой фазы пульпы. 5. обесшламливание пульпы перед флотацией.

В случае раздельного обогащения песковой и шламистой части пульпы улучшаются условия флотации частиц соответствующей крупности, но усложняется схема. Поэтому применяют раздельное контактирование крупных и тонких частиц с реагентами с последующей их совместной флотацией.

Плотность пульпы сильно влияет на показатели обогащения. Плотность пульпы характеризуют разбавлением (разжиженностью) или содержанием твердого. Разжиженность R= Ж : Т - это отношение веса воды к весу твердого в пульпе. Содержание твердого С определяется как отношение веса твердого к весу пульпы, выраженное в % или долях единицы. Эти параметры выражают как объемные или весовые, в последнем случае расчеты проще.

Вплотных пульпах флотация идет плохо, в сильно разбавленных – уменьшается извлечение полезного компонента в основном из-за снижения прочности пены (рис. 20.4).

Рисунок 20.4.

Плотность пульпы влияет и на технико-экономические показатели работы флотационного отделения: расход реагентов, производительность флотомашин, удельный расход электроэнергии, воды и пр. При плотных пульпах расход реагентов ниже, выше производительность машин по твердому, но хуже показатели обогащения. Поэтому подбирают оптимальное разбавление пульпы, которое зависит от свойств руды (крупность и плотность минерала), назначения операции флотации, качества концентрата. Разжиженность колеблется от 1.8 до 6, а содержание твердого – от 14 до 35%. Для угля принимают Т:Ж = 0.1.

Лекция № 21 Продолжение

  1. Влияние других факторов на флотацию

1.1 Реагентный режим

1.2. Аэрация пульпы

1.3. Интенсивность съема пены и др.

2. Вторичное обогащение концентратов в пене

3. Кинетика и скорость флотации. Коэффициент селективности.

Реагентный режим предполагает номенклатуру реагентов, их расход, точки подачи и распределение каждого реагента по этим точкам, продолжительность контакта с пульпой. Реагентный режим определяется экспериментально при исследовании руды на обогатимость. Обычно реагенты подаются в следующем порядке: 1) регуляторы среды – чаще в операцию измельчения; 2) депрессоры – загружаются вместе с регуляторами или чуть позже; 3) собиратели; 4) вспениватели. Подача собирателя может быть единовременной или дробной. При дробной подаче процесс флотации несколько затягивается, но качество концентрата выше.

Для образования воздушных пузырьков необходима аэрация пульпы. Аэрация определяется как количество воздуха, проходящего в единицу времени через единицу площади горизонтального сечения камеры или через единицу объема пульпы. При аэрации часть воздуха растворяется в воде, а затем выделяется в виде очень мелких зародышей пузырьков, которые появляются на поверхности зерен флотируемого минерала. Мелкие пузырьки облегчают закрепление частиц на более крупных транспортирующих пузырьках. Кроме того, кислород воздуха окисляет поверхность частиц и влияет на взаимодействие с реагентами и результаты флотации.

Аэрация прямо пропорционально зависит от интенсивности перемешивания пульпы в машине. Интенсивность перемешивания должна быть достаточной для обеспечения хорошей аэрации и равномерного распределения частиц и пузырьков по всему объему нижней зоны камеры. Сильное перемешивание увеличивает силы отрыва частиц от пузырьков и расход электроэнергии. При прочих равных условиях аэрация зависит от плотности пульпы - в более плотных пульпах аэрация снижается.

Показатели флотации зависят от интенсивности съема пены. При интенсивном съеме снижается время флотации, но уменьшается содержание ценного минерала в пенном продукте β.Параметрβ в пульпе и пенном слое изменяется по высоте – происходит вторичная концентрация (рис. 21.1). В пульпе β по высоте изменяется мало (аb). При переходе в пенный слой β увеличивается скачком (bс) и далее в слое пены растет постепенно (сd).

Рисунок 21.1.

Если снимать в концентрат только верхний слой пены, то качество его будет высокое, но извлечение снизится. При снятии пены по всей высоте качество концентрата понизится, но извлечение будет выше.

Для улучшения вторичной концентрации можно: 1) поддерживать оптимальную толщину пенного слоя, согласованную со скоростью удаления пены, 2) снимать только верхние слои пены, 3) увеличивать скорость движения частиц породы вниз, осторожно орошая поверхность пены водой – применяется редко.

Повышение температуры пульпы в основном положительно влияет на результаты флотации, но применяется мало из-за дороговизны.

Скорость флотации зависит от скорости подачи пульпы в камеру машины, которая определяется как количество пульпы, подаваемое в машину в единицу времени. При увеличении потока пульпы скорость флотации увеличивается, время флотации снижается. Для разных конструкций машин существует оптимальный поток пульпы. Например, для механических машин оптимальный расход пульпы находится в пределах 1-2-х объемов камеры.

Определение скорости и селективности флотации важно для оценки технологической эффективности процесса.

Скорость флотации характеризуется временем, необходимым для достижения определенного извлечения ценного минерала в пенный продукт. В лабораторных условиях скорость флотации определяют по результатам дробной флотации. В расчетах пользуются методом К.Ф. Белоглазова.

Введем обозначения: n - общее число частиц, подлежащих флотации; х – число частиц, перешедших в пенный продукт к моменту времени t; N - число пузырьков, прошедших сквозь пульпу в единицу времени; W – вероятность устойчивого закрепления частиц на пузырьках.

К моменту времени t число частиц, оставшихся в пульпе, будет равно (n – x). За время dt через пульпу пройдет N dt воздушных пузырьков и сфлотируется dх частиц. Число столкновений частиц с пузырьками за время dt будет пропорционально величине N (n – x) dt. Число частиц, сфлотированных за время dt, будет равно:

dx = k N (n – x) W dt .

Здесь k – коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние различных факторов на флотацию, константа скорости флотации.

Разделим переменные и найдем интеграл:

∫ dx / (n – x) = ln x / ( n – x) ;

ln n / ( n – x) = k ∫ N W dt ;

Разделим на n :

ln 1 / (1 – x / n ) = k ∫ N W dt .

Величина x / n является извлечением ценного минерала в концентрат. Тогда

ln 1 / (1 – ε ) = k ∫ N W dt .

Величина ln 1/(1–ε) называется коэффициентом удельной скорости флотации.

В упрощенном виде скорость флотации может быть определена как (уравнение Белоглазова):

ln 1 / (1 – ε ) = k t.

Это выражение справедливо для флотации узких классов крупности мономинеральной пульпы. В более общем виде это уравнение будет:

dε / dt = k (1 - ε ) р .

Здесь р и k – параметры, зависящие от свойств флотируемого минерала и условий флотации; dε / dt – скорость флотации в данный момент времени, которая определяется тангенсом угла наклона кривой ε = f (t), показанной на рис. 21.2.

Зависимость ε = f (t) характеризует кинетику флотации.

Извлечение 100% никогда не достигается. В начале процесса извлечение растет почти пропорционально времени, а затем прирост извлечения замедляется и оно приближается к некоторому предельному значению. Качество концентрата с увеличением времени флотации непрерывно снижается.

Рисунок 21.2.

Величина (1-ε) пропорциональна массе ценного минерала в пульпе в данный момент времени. При постоянных свойствах минерала и условиях флотации скорость флотации пропорциональна массе минерала и его флотационным свойствам.

Кривые изменения скорости флотации в зависимости от времени могут иметь следующий вид (рис. 21.3).

Прямолинейная зависимость 1 – скорость флотации постоянна. Выпуклая кривая 2 – снижение скорости флотации к концу процесса за счет удаления из пульпы легкофлотируемых зерен в начале и снижения концентрации реагентов. Вогнутая кривая 3 – повышение скорости флотации к концу процесса за счет удаления тонких шламов, более длительного контакта с реагентами.

Рисунок 21.3.

Для оценки селективности флотации чаще используют индекс селективности η, который вычисляется как отношение удельных скоростей флотации разных компонентов:

η = ( ln 1 / (1 – ε1)) / ( ln 1 / (1 – ε2)) ,

где ε1и ε2 - извлечения в пенный продукт компонента 1 и компонента 2.

Лекция №22 ТЕМА 5. СХЕМЫ И ПРАКТИКА ФЛОТАЦИИ

  1. Классификация операций флотации

  2. Особенности флотации минералов различных групп

В практике флотации руд обычно в одной операции флотации не удается получить два кондиционных по качеству продукта – концентрат и хвосты. Причины этого: близость флотационных свойств разделяемых минералов не обеспечивает высокую селективность флотации, необходимость получения нескольких продуктов обогащения, необходимость доизмельчения продуктов для более полного раскрытия сростков. Схемы флотации зависят от качества сырья и требований к конечным продуктам.

Приняты следующие названия для отдельных операций флотации (рис. 22.1).

Основная флотация - начальная операция для разделения определенных групп минералов.

Перечистная флотация - операция, в которой выполняется переобогащение (повторная флотация) пенного продукта, полученного в другой или предыдущей операции флотации, с целью повышения его качества.

Рисунок 22.1.

Контрольной флотацией называется операция переобогащения камерного продукта (хвостов) другой или предыдущей операции флотации для снижения потерь ценного минерала с отходами.

Схема может иметь несколько основных операций, особенно при обогащении полиметаллических руд. В операциях основной и контрольной флотации необходимо обеспечение высокого извлечения ценного минерала в пенный продукт. Поэтому пена должна быть устойчивой и вязкой. В операции перечистной флотации для повышения качества концентрата нужна более хрупкая пена.

К особенностям схем флотации относятся число стадий обогащения, число циклов обогащения и их назначение. Стадией называется часть схемы, включающая одну операцию измельчения руды и последующую группу операций флотации. Различают одно-, двух- и трехстадиальные схемы флотации.

Циклом схемы флотации называется группа операций флотации, в которой выделяется один или несколько кондиционных по качеству продуктов. В каждой стадии схемы может быть несколько циклов.

При флотации руд с выделением нескольких концентратов в зависимости от последовательности выделения различают коллективную флотацию, последовательно-селективную и коллективно-селективную.

Операция флотации, в которой в пенный продукт стремятся максимально извлечь все ценные минералы, содержащиеся в руде, называется коллективной. В ней получают коллективный концентрат, содержащий несколько ценных минералов.

Операция флотации, в которой разделяются ценные минералы, извлеченные в пенный продукт при коллективной флотации, называется селективной.

При последовательно-селективной флотации из руды последовательно выделяют отдельные компоненты. В первую очередь выделяют легко флотирующиеся минералы, а затем – трудно флотирующиеся. Такие схемы применяют наиболее часто.

При коллективно-селективной схеме вначале в общий пенный продукт выделяют несколько полезных компонентов, которые затем отделяют друг от друга. Обычно разделению коллективных концентратов предшествует их доизмельчение.

При коллективной флотации пены должны быть более вязкими, при селективной - более хрупкими.

По флотационным свойствам принято условное деление минералов на следующие группы.

  1. Минералы с высокой естественной гидрофобностью – сера, графит, уголь, тальк, молибденит. Минералы этой группы плохо смачиваются водой. В качестве собирателя используются аполярные углеводороды в количестве 0.5-1.5 кг/т руды. При столкновении капель углеводородной жидкости с частицами капли растекаются по поверхности частиц и увеличивают их гидрофобность. Минералы этой группы, кроме молибденита, совместно в рудах не встречаются, задача обогащения - отделение их от пустой породы. Молибденит отделяют от сульфидов. Сера, графит, уголь и тальк имеют невысокую плотность, поэтому максимальная крупность флотирующихся зерен для них около 0.5 мм. Молибденит имеет повышенную плотность, но чешуйчатая форма зерен и высокая гидрофобность обеспечивают возможность его флотации тоже при крупности около 0.5 мм.

  2. Самородные металлы и сульфидные руды – золото, медь, сульфиды меди (халькопирит, борнит, ковеллин, халькозин), полиметаллические руды, медно-никелевые руды, ртутные и сурьмяные руды. Самородное мелкое золото легко флотирует ксантогенатами при рН= 7-9. Золотые руды, содержащие сульфидные или окисленные минералы меди, обогащаются флотацией с получением коллективного медно-золотого концентрата, направляемого в плавку. Золото при плавке полностью извлекается в черновую медь, а при ее электролизе выпадает в шлам.

Показатели флотации меди зависят от распределения ее по отдельным минералам. Извлечение мели в концентрат определяется соотношением между количеством меди в сульфидных и окисленных минералах, т.к. сульфиды извлекаются на 98, карбонаты – на 60%, а силикаты не извлекаются. Все сульфиды меди легко флотируются ксантогенатами при рН от 6 до 14.

Для полиметаллических руд характерна агрегатная вкрапленность: сульфиды тесно срастаются между собой, образуя агрегаты, вкрапленные в породу. Для освобождения агрегатов от сростков с породой необходимо измельчение до 40-45% класса –74 мкм, а для разделения сульфидов необходимо тонкое измельчение: 90-99% класса –74мкм. Задача обогащения таких руд состоит в получении кондиционных медного, свинцового, цинкового и пиритного концентратов. В качестве собирателя применяют гетерополярные реагенты с сульфгидрильной группой. Схема может быть селективной, коллективно-селективной или коллективной.

  1. Окисленные руды цветных металлов – свинцовые руды (англезит, церуссит), медные (малахит, азурит), цинковые (смитсонит), полиметаллические руды. Флотацию ведут сульфгидрильным собирателем с предварительной сульфидизацией сернистым натрием.

  2. Карбонаты черных металлов и соли щелочно-земельных металлов, не содержищие кремнекислоту – апатит, флюорит, шеелит, барит, сидерит, доломит, кальцит. Минералы этой группы флотируют жирными карбоновыми кислотами, их мылами, алкилсульфатами, олеиновой кислотой. Расход от 0.15-0.3 кг/т. Для депрессии пустой породы применяют жидкое стекло, соду, кремнефтористый натрий. При селективной флотации реагентный режим сложен из-за близких флотационных свойств минералов.

  3. Окислы металлов – бурые железняки, марганцевые руды, оловянные руды (касситерит). Все окислы железа могут флотироваться оксигидрильными собирателями. Применяют прямую анионную флотацию (окислы железа флотируют жирнокислотным собирателем), обратную катионную флотацию (кварц флотируют аминами или их солями, а железный концентрат получается в виде камерного продукта) и обратную анионную флотацию (кварц флотируют оксигидрильными собирателями).

  4. Силикаты – полевой шпат, нефелин, берилливые руды. Флотируют анионными и катионными собирателями.

  5. Растворимые соли. Флотацию применяют для разделения сильвина КС1 и галита NaCl. Флотируют из насыщенных растворов анионными или катионными собирателями. Имеются две закономерности: 1. если каждая из солей флотируется в собственном растворе, то при флотации смеси одна соль депрессирует вторую (правило Кузина). 2. в растворах двух солей падает флотируемость той соли, растворимость которой понижается (правило Стремовского).

Лекция №23 ТЕМА 6 ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ

  1. Классификация флотационных машин

  2. Механические машины

  3. Пневмомеханические машины

  4. Машина для пенной сепарации

  5. Машина для колонной флотации

  6. Вспомогательное оборудование

Для ведения флотационного процесса флотационная машина должна обеспечивать: 1. перемешивание пульпы для поддержания частиц во взвешенном состоянии; 2. аэрацию пульпы; 3. спокойную зону пенообразования на поверхности машины; 4. непрерывную раздельную разгрузку пенного и камерного продуктов.

Различия в конструкциях флотомашин определяются в основном способом перемешивания и аэрации пульпы. По этому признаку машины делятся на: 1) механические – перемешивание пульпы и засасывание воздуха осуществляется импеллером; 2) пневмомеханические – перемешивание пульпы осуществляется импеллером, а воздух подается принудительно; 3) пневматические – перемешивание и аэрация пульпы осуществляется подачей сжатого воздуха.

Среди механических машин наибольшее распространение получили машины, разработанные институтом «Механобр», позднее усовершенствованные и имеющие маркировку ФМР – флотационная машина рудная. Машина ФМР компонуется из секций по 2 камеры, имеющих прямоугольное сечение в плане.

Первая камера – всасывающая, вторая – прямоточная (рис. 23.1): 1 – всасывающая камера; 2 – прямоточная камера; 3 – окно для перетока пульпы, 4 – карман для приема пульпы, 5 – труба для подачи пульпы на импеллер; 6 – карман для выпуска отходов; 7 – шибер; 8 – штурвал.

Рисунок 23.1.

Устройство камеры (рис. 23.2): 1 - камера машины; 2 – аэратор; 3 – лопатки импеллера, 4 – надыимпеллерный диск; 5 – труба для засасывания воздуха; 6 – патрубок для подачи пульпы на импеллер; 7 – успокоительная решетка; 8 – приемник пенного продукта, 9 – цепной пеногон, 10 – гребок пеногона, 11 – шкив клиноременной передачи; 12 – электропривод.

Рисунок 23.2.

Вал импеллера помещен в центральную трубу, в которой имеется трубка для подсоса воздуха из атмосферы. Нижняя часть центральной трубы переходит в надымпеллерный стакан, соединенный со статором. В стакане имеются боковые отверстия. Во всасывающих камерах через одно из них пульпа подается в зону импеллера. В прямоточныхз камерах это отверстие закрывают пробкой. Остальные отверстия служат для рециркуляции пульпы, их размер регулируется шибером со штоком. Всасывающая и прямоточная камеры разделены перегородкой с большим прямоугольным отверстием, величина которого регулируется заслонкой. Также она служит для регулирования уровня пульпы в камере. Пена удаляется пеносъемником в желоб для пенного продукта. Отходы разгружаются через порог в боковом кармане последней камеры.

В рудной практике флотационные машины компонуются из 14 камер, не более, исходя из удобства обслуживания.

Основной рабочей деталью машины является импеллер – диск с радиально расположенными вертикальными лопатками (рис. 23.3, слева – фронтальный разрез блока импеллер-статор, справа – вид сверху).

Рисунок 23.3.

Устройство блока импеллер-статор: 1 - центральная труба для подсоса воздуха; 2 – лопатки импеллера; 3 – лопатки статора; 4 – надымпеллерный диск; 5 – отверстия для внутрикамерной циркуляции пульпы; 6 – регулируемые окна для подачи пульпы на импеллер; 7 – вал импеллера; 8 – надымпеллерный стакан.

При вращении импеллера за его лопатками образуется разрежение и в поток пульпы засасывается воздух, поступающий по центральной трубе. Ударами лопаток импеллера воздух и пульпа перемешиваются и в виде вихревых потоков пульповоздушной смеси выбрасываются между лопатками статора в камеру машины. Окружная скорость и диаметр импеллера определяют количество засасываемого воздуха. Чем они выше, тем больше количество воздуха, но сильнее силы отрыва частиц от пузырьков. Поэтому на практике работают на скорости импеллера до 10 м/с.

Количество пульпы, поступающей на импеллер должно быть оптимальным. Его увеличение приводит к заполнению пульпой центральной части импеллера и засасывание воздуха прекращается. Поэтому пульпу подают не только к центру импеллера, но и на периферию его лопаток.

Статор – диск с отверстиями и лопатками, расположенными под углом к радиусу диска статора. Статор увеличивает количество засасываемого воздуха и улучшает его диспергацию. Статор отводит от импеллера пульпу в объем камеры, гасит завихрения и увеличивает расход воздуха в машине в 2-2.5 раза. При остановке импеллера статор предохраняет его от заиливания. Статор и особенно импеллер сильно изнашиваются, поэтому их футеруют резиной. Благодаря статору в верхней части камеры, где происходит минерализация пузырьков, образуется относительно спокойная зона разделения минералов.

studfiles.net

Процесс флотации в обогащении ру

 

 

Флотация в настоящее время является важнейшим методом обогащения полезных ископаемых. Свыше 90% цветных металлов обогащают флотацией. Она применяется также при обогащении руд редких и благородных металлов, железных и марганцевых руд и многих других полезных ископаемых.

Флотация основана на различном смачивании минеральных частиц водой. При флотации через пульпу, содержащую минеральное частицы, пропускают пузырьки воздуха. Вследствие плохой смачиваемости водой частицы одних минералов прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются вместе с ними на поверхность пульпы, образуя на ней слой минерализованной пены. Частицы других минералов, хорошо смачиваемые водой, не прилипают к пузырькам и остаются в пульпе. Пену, содержащую определенные минеральные частицы, удаляют, и таким образом достигается отделение одних минералов от других. К пульпе добавляют специальные вещества - флотационные реагенты, которые ухудшают или улучшают смачиваемость минералов водой и тем самым регулируют процесс флотации.

В противоположность гравитационному обогащению удельный вес минералов при флотации играет гораздо меньшую роль. К. пузырькам воздуха могут прикрепляться и всплывать вместе с ними на поверхность пульпы зерна минералов большего удельного веса, чем удельный вес зерен, которые остаются в пульпе. Всплывание происходит потому, что удельный вес пузырька воздуха вместе с прикрепившимися к нему минеральными частицами меньше удельного веса пульпы.

Процесс флотации складывается из ряда явлений, протекающих в такой последовательности:  1) с помощью флотационных реагентов создаются условия для прилипания частиц одних минералов к пузырькам воздуха и, наоборот, предотвращается прилипание к ним других минеральных частиц;  2) в результате механического дробления воздуха, поступающего в пульпу, в ней образуется большое количество мелких пузырьков;  3) подготовленные соответствующим образом минеральные частицы прикрепляются к пузырькам воздуха, образуя при этом минерализованные пузырьки;  4) минерализованные пузырьки всплывают на поверхность пульпы, образуя слой пены;  5) минерализованная пена удаляется с поверхности пульпы.

Обычно в пену переходят полезные минералы, минералы пустой породы остаются в пульпе.

Флотацию проводят во флотационных машинах. Основными элементами всех флотационных машин являются:

1) Камера с приемным и выпускным отверстиями  для пульпы и регулятором уровня пены;

2) Импеллер - устройство для перемешивания пульпы в камере, необходимое для того, чтобы минеральные частицы не осаждались на дно камеры. Это же устройство служит для образования и распределения пузырьков воздуха в пульпе;

3) Пеногон - устройство для удаления пены.

Применяемые на фабриках схемы флотации отличаются большим многообразием. Выбор схемы зависит от состава обогащаемой руды, установленных кондиций на концентраты и экономических факторов.

Флотацией, как и другими способами обогащения, редко удается за одну операцию получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты с минимальным содержанием полезного минерала. Чтобы повысить содержание полезного минерала и уменьшить количество посторонних примесей, концентрат основной флотации подвергают одной или нескольким перечисткам. Снижение содержания полезного минерала в хвостах основной флотации достигается при помощи контрольных флотаций. При этом образуются промежуточные продукты, подвергающиеся дальнейшей переработке.

Число контрольных и перечистных операций зависит от содержания полезных минералов в руде и их флотационных свойств, а также от кондиций, предъявляемых к концентратам. Чем выше содержание полезного минерала в руде, тем меньше может быть число перечистных операций, необходимых для получения кондиционных концентратов. Чем выше кондиции на концентрат и ниже содержание полезного минерала в руде, тем большему числу перечистных операций необходимо подвергнуть первичный (черновой) концентрат.

Для богатых руд требуется обычно большее число контрольных операций, чем для бедных.

При флотации многокомпонентных руд перечистные флотации применяются не только для повышения содержания основного металла за счет удаления пустой породы, но и в целях удаления полезных минералов, извлекаемых в другие концентраты. Если присутствие других полезных минералов является вредным и содержание их в данном концентрате ограничивается кондициями, то удаление таких минералов необходимо даже в тех случаях, если они не извлекаются в отдельный концентрат.

Рис. 1 - Простая схема флотации и распределение камер флотационной машины по операциям

На рис.1, а показана простая схема флотации, включающая основную, перечистную и контрольную операции. На рис. 1, б показан пример рационального распределения операций в машине механического типа при флотации руды по простой схеме



biofile.ru

Флотация. Метод флотации. Процесс флотации

Флотация

Флотация – это процесс молекулярного “прилипания” частиц к поверхности раздела фаз, чаще всего газа и воды, обусловленной избытком свободной поверхностной энергии поверхностных пограничных слоев, а также явлениями смачивания. Применяется флотация для очистки воды от взвешенных твердых частиц, нефтепродуктов, масел, жиров, поверхностно-активных веществ.

Процесс флотации

Метод флотации (очистки) заключается в насыщении воды пузырьками газа (воздуха) и образовании комплексов частица – пузырек газа, всплывание этих комплексов на поверхность обрабатываемой воды и удалении возникающего пенного слоя с этой поверхности. Образование комплекса частица-пузырек, являющегося основой флотационного процесса, обусловлено явлениями смачивания.

Если капля воды, нанесенная на поверхность, растекается по этой поверхности, то говорят, что поверхность смачивается. Если эта капля не растекается, а сохраняет приблизительно шарообразную форму, то поверхность считается несмачиваемой. Примером смачиваемой поверхности является поверхность чистого стекла, несмачиваемой – поверхность воска или парафина. Степень смачиваемости поверхности может быть оценена краевым углом смачивания ? (рис.1.)

 

Рис. 1. Краевой угол смачивания

Если краевой угол смачивания равен нулю, то поверхность считается абсолютно смачиваемой, если 180°С, то абсолютно несмачиваемой. Абсолютно смачиваемых и абсолютно несмачиваемых поверхностей в природе не существует. Поэтому условно принимают, что при ? <90°C, поверхность смачиваема; при ?>90°C – несмачиваема.

Причины смачиваемости и несмачиваемости поверхности кроются в полярном строении молекул. Известно, что молекулы воды имеют полярное строение, т.е. обладают определенным дипольным моментом. Кроме того, полярными являются молекулы многих веществ: кислот, оснований, солей и т.д.

Если частицу вещества, молекулы которого имеют полярное строение, поместить в воду, то в виду взаимодействия полярных молекул, эта частица будет окружена так называемым гидратным слоем, состоящим из строгосориентированных в пространстве молекул воды (рис.2.). Такая частица называется гидрофильной.

Рис.2. Строение гидратного слоя

Более строгая ориентация молекул воды наблюдается у поверхности раздела фаз. С расстоянием в связи с тепловым движением молекул эта ориентация постоянно нарушается. Подвижность молекул воды в гидратном слое сильно ограничена, поэтому она обладает рядом свойств, отличных от свойств воды, находящейся в объеме. К ним можно отнести повышенную прочность, более низкую температуру замерзания, такая вода плохо растворяет газы и другие вещества. Эти свойства проявляются тем больше, чем больше полярность молекул частицы.

Если частица состоит из молекул с неполярным строением, то гидратные слои не образуются, частица называется гидрофобной.

Наиболее важным свойством гидратных слоев для флотация является их прочность. Наряду с полярностью молекул на прочность гидратных слоев оказывает влияние наличие на поверхности частиц неровностей (выступов, впадин), а также адсорбция некоторых веществ (ПАВ), слабо взаимодействующих с молекулами воды. Из-за того, что неровности являются значительным препятствием для взаимодействия молекул воды в поверхностном слое, на частицах веществ даже с высокой полярностью молекул, но имеющих развитую поверхность, могут образовываться достаточно слабые гидратные слои.

Флотация, метод флотации, процесс флотации – статья на сайте “студент-строитель.ру”

Friend me:

student-stroitel.ru

Флотация - это... Что такое Флотация?

Флота́ция (фр.  flottation, от flotter — плавать) — один из методов обогащения полезных ископаемых. Процесс основан на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.

История вопроса

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы рус. физикохимиков — И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), советских учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина, профессора В. Р. Кривошеина и других.

Методы флотации

В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества) различают несколько видов флотации.

  • Масляная флотация была предложена первой, на которую В. Хайнсу (Великобритания) в 1860 году был выдан патент. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается. В России масляная флотация графита была осуществлена в 1904 году в Мариуполе.
  • Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.
  • Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).

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, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных 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) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, 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 мкм 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 СССР были 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.

Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.

  • Электрофлотация — перспективный метод для применения в химической промышленности, заключается во всплытии на поверхности жидкости дисперсных загрязнений за счет выделения электролитических газов и флотационного эффекта.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10-30 м³), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.

Области применения

В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.

Флотореагенты

Существует несколько типов флотореагентов, отличающихся принципом действия:

  • Собиратели — реагенты, избирательно сорбирующиеся на поверхности минерала, который необходимо перевести в пену, и придающие частицам гидрофобные свойства. В качестве собирателей используют вещества, молекулы которых имеют дифильное строение: гидрофильная полярная группа, которая закрепляется на поверхности частиц, и гидрофобный углеводородный радикал. Чаще всего собиратели являются ионными соединениями; в зависимости от того, какой ион является активным различают собиратели анионного и катионного типов. Реже применяются собиратели, являющиеся неполярными соединениями, не способными к диссоциации. Типичными собирателями являются: ксантогенаты и дитиофосфаты — для сульфидных минералов, натриевые мыла́ и амины — для несульфидных минералов, керосин — для обогащения угля.Расход собирателей составляет сотни граммов на тонну руды;
  • Регуляторы — реагенты, в результате избирательной сорбции которых на поверхности минерала, последний становится гидрофильным и не способным к флотации. В качестве регуляторов применяют соли неорганических кислот и некоторые полимеры;
  • Пенообразователи — предназначены для улучшения диспергирования воздуха и придания устойчивости минерализованным пенам. Пенообразователями служат слабые поверхностно-активные вещества.Расход пенообразователей составляет десятки граммов на тонну руды.

Литература

  • Мещеряков Н. Ф., Флотационные машины, М., 1972
  • Глембоцкий В. А., Классен В. И., Флотация, М., 1973
  • Справочник по обогащению руд, М., 1974.
  • Классен В. И., Барский В. И. Лекции проф. Кривошеина В. Р.

Ссылки

dal.academic.ru

Флотация - Википедия

Промышленная пенная флотация медных сульфидных руд

Флота́ция (фр.  flottation, от flotter — плавать) — один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различии способностей минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.

История вопроса[ | ]

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы рус. физикохимиков — И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), советских учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина, и других.

Методы флотации[ | ]

В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества) различают несколько видов флотации.

  • Масляная флотация была предложена первой, на которую В. Хайнсу (Великобритания) в 1860 году был выдан патент № 488[1]. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается. В Российской империи масляная флотация графита была осуществлена в 1904 году в Мариуполе.
  • Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.
  • Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).

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, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных 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) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, 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 мкм 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 СССР были 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.

Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.

  • Электрофлотация — перспективный метод для применения в химической промышленности, заключается во всплытии на поверхности жидкости дисперсных загрязнений за счет выделения электролитических газов и флотационного эффекта.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10-30 м³), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.

Области применения[ | ]

В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.

Флотореагенты[ | ]

Существует несколько типов флотореагентов, отличающихся принципом действия:

  • Собиратели — реагенты, избирательно сорбирующиеся на поверхности минерала, который необходимо перевести в пену, и придающие частицам гидрофобные свойства. В качестве собирателей используют вещества, молекулы которых имеют дифильное строение: гидрофильная полярная группа, которая закрепляется на поверхности частиц, и гидрофобный углеводородный радикал. Чаще всего собиратели являются ионными соединениями; в зависимости от того, какой ион является активным различают собиратели анионного и катионного типов. Реже применяются собиратели, являющиеся неполярными соединениями, не способными к диссоциации. Типичными собирателями являются: ксантогенаты и  — для сульфидных минералов, натриевые мыла́ и амины — для несульфидных минералов, керосин — для обогащения угля.Расход собирателей составляет сотни граммов на тонну руды;
  • Регуляторы — реагенты, в результате избирательной сорбции которых на поверхности минерала, последний становится гидрофильным и не способным к флотации. В качестве регуляторов применяют соли неорганических кислот и некоторые полимеры;
  • Пенообразователи — предназначены для улучшения диспергирования воздуха и придания устойчивости минерализованным пенам. Пенообразователями служат слабые поверхностно-активные вещества.Расход пенообразователей составляет десятки граммов на тонну руды.
  • Реагенты-активаторы — это реагенты, создающие условия, благоприятствующие закреплению собирателей на поверхности минералов.
  • Реагенты-депрессоры — это реагенты, применяемые для предотвращения гидрофобизации минералов собирателями. Они предназначены для повышения избирательности (селективности) флотации при разделении минералов, обладающих близкими флотационными свойствами.

Примечания[ | ]

Литература[ | ]

  • Мещеряков Н. Ф. Флотационные машины — М., 1972
  • Глембоцкий В. А. Классен В. И. Флотация — М., 1973
  • Справочник по обогащению руд — М., 1974.
  • Классен В. И. Барский В. И. Лекции проф. Кривошеина В. Р.

Ссылки[ | ]

encyclopaedia.bid


Смотрите также