Процесс флотации при обогащение полезных ископаемых

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

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

ФЛОТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ

ЛЕКЦИЯ № 10

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

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

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

Различная способность удерживаться на межфазовой поверхности определяется смачиваемостью частиц.

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

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

Поэтому, в другой формулировке:

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

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

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

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

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

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

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

Наиболее распространена пенная флотация.

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

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

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

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

Таким образом, в процессе пенной флотации участвуют три фазы:

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

– жидкая – вода,

– газообразная – пузырьки воздуха.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

Флотацию применяют для обогащения большинства руд цветных металлов, апатитовых, фосфоритовых, графитовых, флюоритовых и других руд, широко используют в сочетании с другими методами при обогащении руд черных металлов, угля. Широкая распространенность флотации объясняется универсальностью процесса, связанной с возможностью разделения практически любых минералов, обогащения бедных руд с весьма тонкой вкрапленностью полезных минералов.

Флотация основана на различном закреплении частиц разделяемых минералов на межфазной границе, что определяется различием в поверхностных свойствах минералов. При пенной флотации, наиболее применяемой в промышленности, пульпу насыщают газом и частицы некоторых минералов прилипают к пузырькам газа и всплывают на поверхность, образуя минерализованную пену, которая легко удаляется механическим путем. Другие минералы не прилипают и остаются в объеме пульпы.

По способу насыщения пульпы газом различают несколько видов пенной флотации, однако наибольшее распространение получило насыщение пульпы воздухом.

Способность частицы минерала прикрепляться к пузырьку воздуха хорошо объясняется с позиции смачивания. Минералы, поверхность которых легко смачивается водой, называются гидрофильными (кальцит, кварц), а минералы, плохо смачиваемые водой, – гидрофобными (сера, графит, тальк, молибденит). Гидрофобность поверхности минералов оценивается различными методами. Наиболее распространенным методом оценки является определение краевого угла смачивания (q), измеряемого от 0 до 180°. Краевым углом смачивания называется угол между касательной к поверхности воздушного пузырька (или к поверхности капли воды в любой точке трехфазного периметра смачивания) и поверхностью минерала. Его принято отсчитывать в сторону жидкой фазы. Капля жидкости, нанесенная на поверхность твердого (минерала), будет растекаться до тех пор, пока не наступит равновесие между силами поверхностного натяжения на границе твердое – газ sт-г, жидкость – газ sж-г и твердое – жидкость sт-ж. Исходя из этого равенства, легко найти косинус краевого угла смачивания:

При полной гидрофильности, когда капля полностью растекается по поверхности твердого, краевой угол стремится к нулю, а косинус – к единице. При полной гидрофобности краевой угол стремится к 180°, а косинус к – единице.

Чем хуже смачивается минерал, тем лучше он прикрепляется к пузырьку воздуха, легче флотируется. Почти все природные минералы хорошо смачиваются водой (краевой угол смачивания у них меньше 50°). Исключением являются некоторые естественно-гидрофобные минералы (сера, графит, уголь, тальк и молибденит), у которых краевой угол составляет около 90°.

Для регулирования смачиваемости разделяемых минералов (соответственно результатов флотации) применяют различные флотореагенты. Их подразделяют на собиратели, вспениватели, депрессоры, активаторы и регуляторы среды.

Задача собирателей – повысить гидрофобность извлекаемого минерала. Собиратели – это органические вещества, содержащие в своей молекуле углеводородную цепочку. В зависимости от строения молекулы собиратели бывают аполярными и гетерополярными.

Молекулы аполярных собирателей (керосин, смазочные масла) содержат только углеводородную цепочку. Их широко применяют при флотации естественно-гидрофобных минералов (уголь, сера и др.)

Молекулы гетерополярных собирателей имеют сложную асимметричную структуру, состоящую из двух частей, отличных по своим физико-химическим свойствам: углеводородной цепочки и активной группы (-COOH, -SH и др.). Такие молекулы в воде диссоциируют, и в зависимости от того, в каком ионе оказывается цепочка, гетерополярные собиратели бывают анионо- или катионоактивными. Наиболее распространенным анионоактивным собирателем являются ксантогенаты – жирные соли дитиоугольной кислоты. Ксантогенаты являются основным собирателем при флотации сульфидных руд цветных металлов.

Из катионоактивных собирателей наибольшее практическое значение получили первичные алифатические амины RNH2 и четвертичные аммониевые основания, например лауриламин солянокислый (C12H25NH3Cl), который широко применяют при флотации солей и полевого шпата.

Назначение вспенивателей – способствовать созданию устойчивой минерализованной пены. В качестве вспенивателей используют органические соединения, в основном, из класса спиртов. Одним из распространенных вспенивателей является сосновое масло, которое применяют на многих обогатительных фабриках.

Назначение депрессоров – повысить гидрофильность неизвлекаемого минерала. В качестве депрессоров применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, цианистые соли (NaCN) используют для подавления флотации медных минералов.

Задача активаторов – усилить действие собирателя на извлекаемый минерал. В качестве активаторов применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, сульфид натрия (Na2S) широко используется для улучшения флотации окисленных минералов.

Назначение регуляторов среды – поддерживать рН пульпы в требуемых пределах. Если необходимо сдвигать рН в кислую область (< 7), то чаще используют серную кислоту; если в щелочную (> 7), то щелочи (CaO, Na2CO3, NaOH).

Подбирая соответствующие реагенты, их комбинацию и количества, добиваются оптимальных показателей флотационного обогащения.

Флотационными машинами называют аппараты, в которых осуществляют флотацию. Широкое применение флотации для обогащения самых разнообразных полезных ископаемых привело к созданию большого числа типов и конструкций флотационных машин.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации и перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяют на механические, пневматические и пневмомеханические.

Механическая флотационная машина (рис.I.16, а) состоит из последовательного ряда камер 1. В центральной части каждой камеры внутри трубы 4 размещен вращающийся вал 2 с импеллером 3. При вращении импеллера проходящая через него пульпа эжектирует (засасывает) атмосферный воздух и выбрасывает его в камеру, заполненную пульпой. Образование воздушных пузырьков и аэрация пульпы происходят в результате турбулизации пульповоздушной смеси, поступающей из импеллера в камеру. Пенный продукт (обычно концентрат) с помощью гребкового устройства 5 направляется на обезвоживание (или перечистку). Камерный продукт самотеком поступает в следующую камеру или выдается в качестве хвостов (из последней камеры машины). Пневмомеханическая флотационная машина (рис.I.16, б) отличается от механической тем, что в ней на валу 1 установлена мешалка (аэратор) 2, назначение которой – перемешивать пульпу и подаваемый от воздуходувки под давлением воздух.

Рис.I.16. Схемы механической (а) и пневмомеханической (б)

флотационных машин

Пневматическая (аэрлифтная) флотомашина конструктивно является наиболее простой. Она представляет собой емкость, вытянутую вверх, прямоугольного или круглого сечения, с коническим днищем, внутри которой расположена аэрлифтная труба. В трубу под давлением подается сжатый воздух, который интенсивно перемешивает пульпу и насыщает ее пузырьками. Образующаяся на поверхности пена самотеком разгружается в желоба.

Схема флотации – определенная последовательность операций флотации в сочетании с операциями измельчения и классификации. При выборе схемы флотации учитывают характер и размер вкрапленности полезных минералов, их содержание в руде и флотируемость, требования к качеству концентратов и ряд технико-экономических факторов. Начальная операция флотационного процесса в схеме при извлечении одного или нескольких металлов называется основной флотацией, флотация концентрата основной флотации – перечистной флотацией, а флотация хвостов основной флотации – контрольной флотацией.

Совокупность основной, контрольной и перечистных операций, при которых выделяется один или несколько готовых (не подвергаемых дальнейшей флотации) продуктов, образует цикл флотации.

Флотация бывает прямой и обратной. Если полезный минерал переходит в пенный продукт, то флотация называется прямой; если он остается в камерном продукте, то обратной. В практике обогащения применяют, в основном, прямую флотацию.

Флотация является основным процессом обогащения сульфидных руд всех цветных металлов.

Источник