Обогащение полезных ископаемых флотационные методы обогащения

Флотация представляет собой метод обогащения полезных ископаемых на промышленных предприятиях. Этот способ основан на способности одних частиц – гидрофильных – легко смачиваться жидкостью и отделяться от других частиц – гидрофобных. Процесс происходит в жидкой среде, которая аэрируется воздухом или в которую вводятся капельки масла.

Разделение руды на элементы происходит на границе двух разных средств. Во флотационной установке гидрофобные частички прилипают к пузырькам газа или масла и поднимаются на поверхность, в то время как гидрофильные элементы оседают на дне емкости. Этот процесс имеет высокую эффективность и экономичность.

Полная автоматизация позволяет уменьшить себестоимость технологических операций на обогатительной фабрике и в гидрометаллургии.

Более подробно о том, что это такое – флотация, а также в каких сферах она используется, читайте далее.

Методы флотации

В зависимости от того, каким образом создается межфазная граница между средами, используются четыре разных способа флотации:

Масляная. Используется для добычи сульфидных минералов, которые смачиваются в руде маслом и всплывают на поверхность воды, в то время как порода оседает вниз.
Пленочная. Принцип работы этого оборудования основан на способности мелких гидрофобных частиц удерживаться на поверхности воды.
Пенная. В установках через смесь руды в воде пропускаются маленькие пузырьки воздуха, которые всплывают на поверхность и собираются с нее. Помимо воды, в качестве флотационной жидкости могут использоваться другие вещества.
Электрофлотация. Всплытие на поверхность жидкости частиц осуществляется за счет выделения электролитических газов в жидкости.

Где применяется флотация

Благодаря универсальности и эффективности метода технология флотации используется при добыче таких полезных ископаемых6

Серы;
Золота (обработка золотосодержащих руд);
Угля (обогащение угольных шламов);
Железных руд;
Меди (обогащение медной руды).

Способы использования флотационных устройств

Рассматриваемая обогатительная технология в зависимости от типа используемого устройства позволяет решить несколько различны задач:

Получение концентрата полезного ископаемого из руды, в которой содержится минимальное количество металла. Таким образом производится добыча меди, золота, титана, графита, песка для производства стекла и известняка для изготовления цемента.
Разделение пульпы на несколько компонентов, которые затем используются для производства. Таким образом сортируют руду и выделяют из нее несколько разных видов полезных ископаемых.

Помимо перечисленных задач, флотационные устройства могут применяться для выделения солей из перенасыщенного раствора, для очистки каучука естественного происхождения от посторонних примесей, а также очистки бытовых и промышленных канализационных стоков.

Разновидности оборудования

Для обогащения руд методом флотации используются такие типы и виды оборудования:

Механические установки – перемешивание пульпы, а также диспергирование воздуха производится с помощью импеллера. Он создает водяной вихрь, который распределяет засасываемый воздух на пузырьки.
Пневматическое оборудование – насыщение воды воздухом производится с помощью аэраторов. Для разделения на пузырьки воздушный поток пропускается сквозь поры.
Комбинированное – В этом случае воздух распределяется на пузырьки с помощью сит, а перемешивание обрабатываемого материала и распределение пузырьков по емкости осуществляется с помощью импеллера.

При покупке оборудования необходимо обращать внимание на объем камеры, пропускную способность установки, мощность привода импеллера, удельный расход воздуха и другие характеристики.

Источник

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 августа 2019; проверки требуют 5 правок.

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[править | править код]

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы русских физикохимиков — И. С. Громеки, 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, В. Р. Кривошеина и других.

Методы флотации[править | править код]

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 неё 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[источник не указан 694 дня].

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[править | править код]

Обогащение полезных ископаемых (руд цветных металлов, редких и рассеянных элементов, угля, самородной серы);
Разделение минералов комплексных руд;
Разделение солей;
Очистка сточных вод, в частности для выделения капель масел и нефтепродуктов.
Дрожжевое производство (способ концентрирования)

В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонко вкраплённых 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[править | править код]

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.
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.

См. также[править | править код]

Флотационная машина

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

Мещеряков Н. Ф. Флотационные машины. — М.: Недра, 1972. — 248 с.
Глембоцкий В. А., Классен В. И. Флотация. — М.: Недра, 1973. — 384 с. — 7300 экз.
Справочник по обогащению руд. В 3-х томах / О. С. Богданов (гл. ред.) и др. — М.: Недра, 1972—1974.
Барский Л. А. Так ископаемые становятся полезными. — М.: Недра, 1988. — 152 с. — 19 000 экз. — ISBN 5-247-00326-8.

Ссылки[править | править код]

[www.mining-enc.ru/f/flotaciya/ Флотация] на сайте «Горной энциклопедии»
Сульфидная флотация в добыче золота
на сайте ХиМиК.ру (недоступная ссылка) (рус.)

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист.

Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым).

Список проблемных ссылок

www.mining-enc.ru/f/flotaciya/
www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4789.html%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F

Источник

Добываемые руды цветных металлов, как правило, бедные и большую их часть составляет пустая порода. Одним из основных способов обогащения руды является флотация. Метод основанный в различии в смачиваемости частиц.

Флотацией называют один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различной способности элементов удерживаться на межфазовой поверхности (поверхности раздела двух сред), обусловленной различием в удельных поверхностных энергиях. В силу таких различительных свойств, частицы элементов полезных ископаемых подразделяют на два вида:

Гидрофобные – это частицы, которые плохо смачиваются водой, то есть стремятся избежать контакта с ней. Пример проявления свойств гидрофобности является то, как ведет себя вода, собравшаяся на листьях деревьев или траве (Рис. 1.). Вода при этом принимает округлую форму и остается неподвижной, то есть не растекается, как это происходит обычно. Аналогично происходит и с частицами полезных ископаемых и руд, прошедших процессы дробления и измельчения. Эти частицы, зачастую находящиеся в жидких растворах, проявляют свои гидрофобные свойства стремясь соединиться с молекулами воздуха или других газов, для того чтобы всплыть на поверхность и уменьшить свою энергию.
Гидрофильные – частицы, которые хорошо смачиваются водой, находясь в растворах и суспензиях.

Таких образом, гидрофобные частицы стремятся соединиться с молекулами воздуха, а точнее, с пузырьками воздуха, для того чтобы всплыть на поверхность – это свойство и используется в разделении компонентов полезных ископаемых. Однако, в качестве процесса, посредством которого гидрофобные частицы могут избавиться от излишней энергии, может быть не только прилипание к пузырькам воздуха. Аналогичными свойствами обладают и различные масла. Масло, налитое в стакан с водой всплывет на поверхность, потому что, масло также является гидрофобным соединением.

Обогащение руды флотацией

Методы флотации различают по тому, какая граница раздела создана для разделения компонентов руды. Различают:

Масляная флотация. Смешивание измельченной руды с маслом и водой, впоследствии чего сульфидные минералы, которые плохо смачиваются водой, всплывают на поверхность.
Пенная флотация. Флотация, при которой через смесь частиц с водой пропускают пузырьки воздуха, в последствии чего, на поверхности образуется пена, насыщенная флотируемыми компонентами. Эту пену затем отделяют от жидкости после чего подвергают сушке.

Для проведения пенной флотации руда должны быть измельчена до 0.1-0.2 мм.

Однако, не все ценные компоненты руды имеют достаточную гидрофобность для извлечения. И наоборот, элементы пустой породы могут обладать более выраженной гидрофобностью в отличии от ценных компонентов руды. Для этого существуют специальные химические соединения, называемые реагентами. Реагенты – это вещества, повышающие либо понижающие гидрофобные/гидрофильные свойства частиц. В зависимости от свойств реагенты подразделяются на следующие категории:

Собиратели – это вещества, которые сорбируются на поверхности металла, который необходимо извлечь из раствора (перевести в пену).
Регуляторы – имеют противоположное действие и наоборот увеличивают гидрофильные свойства отдельных частиц, в результате чего, последние становятся не способными к флотации.
Пенообразователи придают устойчивость минерализированным пенам.
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.

Флотационные реагенты являются дорогостоящим сырьем. Для автоматического управления реагентного режима процесса флотации требуется в режиме реального времени определять количественное содержание различных элементов в пульпе. Для этих задач используется поточный рентгенофлуоресцентный анализатор АРП-1Ц, способный определять в пульпопроводе концентрацию элементов от Ca до U.

Процессы флотации имеют очень важную роль в обогащении руд различных элементов. Наибольшей эффективностью обладает пенная флотация, вследствие чего она получила наибольшее распространение.

Перед флотационным обогащением – руду измельчают в специальных мельницах, превращая руду в шихту, которая состоит из частиц ценной руды и пустой породы. Для качественного проведения процесса флотации необходимо выбрать степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мк ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1-3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются.

На первом этапе флотации в смесительной камере измельченная руда смешивается с водой, образуя пульпу (смесь частичек руды и пустой породы в воде). Одновременно в камеру добавляется флотационный реагент, который смачивает только частички ценной руды, но не пустой породы.

Далее пульпа поступает во флотационную машину, в которой, при помощи насоса, подается воздух.

Всплывая, воздушные пузырьки встречаются с крупинками ценной руды и крупинками ценной породы. Когда частичка ценной руды, покрытая слоем флотационного реагента, встречается с пузырьком воздуха, вода, не смачивая реагент, как бы скатывается с поверхности частички и частичка сближается с пузырьком (прикрепляется).

Крупинки пустой породы смачиваются водой и не прикрепляются к ним. Воздушные пузырьки вместе ценной рудой всплывают, образуя пену с ценной рудой. Агрегат, состоящий из твёрдых частиц и пузырьков воздуха (или какого-либо газа) носит название аэрофлокула.

Далее пульпа поступает в отстойник, в которой частички пустой руды оседают, а пена с ценной рудой сдвигается в приемных бункер. В нем воздушные пузырьки лопаются и ценная руда оседает на дно.

Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ (нефти, масел), бактерий, тонкодисперсных осадков солей и др. Данный вид обогащения применяется также и в пищевой, химической и других отраслях для очистки промышленных стоков, ускорения отстаивания, выделения твёрдых взвесей и эмульгирования веществ и т.п.

Метод флотации постоянно подвергается совершенствованию следующими способами:

синтез новых видов флотационных реагентов;
конструирование флотационных машин;
замены воздуха другими газами (кислород, азот);
внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы.

Благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых.

О нас

ООО “Техноаналитприбор” – научно-производственная компания, специализирующаяся на внедрении и сопровождении оборудования для определения элементного состава руды на потоке для горнообогатительных предприятий.

Источник