Флотація
Флота́ція — спосіб розділення сумішей твердих дрібних частинок, що належать різним речовинам, а також виділення крапель дисперсної фази з емульсій, заснований на різній змочуваності та здатності накопичуватися на поверхні розділу фаз.
Зміст
Історична довідка
Процес флотації був відомий ще за часів античності (описи використання знайдені в літературі Давньої Греції та Давньої Персії).
Перші промислові технічні рішення з флотації відносять до 19 ст. Це процес винахідника В.Хайнса (Велика Британія) від 1860 — відділення сульфідних мінералів з використанням масла (масляна флотація); процес пінної флотації винахідників братів Адольфа і Августа Бесселів (Німеччина) для вилучення графіту (1877); процес плівкової флотації (1886) винахідника Є. Бредфорда (США); процес винахідниці К. Еверсон (США, 1886) із застосуванням реагентів — нафти, а також кислоти або солі, що було значним кроком в еволюції історії процесу. Процес К. Еверсон було впроваджено 1889 в штатi Орегон для переробки золотовмiсних руд. Першим успішним комерційним процесом флотації вважають процес Ельмора. Це масляна флотація руд, розроблена 1989—1901 у Великій Британії. У 1902 для збагачення сфалериту, мiдного та сiрчаного колчеданiв запропоновано процес масляної флотації Каттермоля (Велика Британiя). Технологія пройшла промислове випробовування на спеціально спроєктованій і побудованій збагачувальній фабриці компанії Minerals Separation Ltd, Лондон. Для збагачення вугілля вперше метод масляної флотації «Трент-процес» було розроблено i апробовано в 1920-х у США. Процес було застосовано в промислових умовах на низці вуглезбагачувальних фабрик США. 1912 у штаті Монтана встановлено першу велику флотаційну фабрику в Америці.
Стрімкий розвиток флотація отримала на початку 20 ст. і ввійшла до основних процесів перероблення мінеральної сировини. Ранній період (до кінця 1910-х) називають механічним. Розвиток флотації на основі вдосконалення реагентного режиму — так званий хімічний період, який продовжується дотепер.
Характеристика
Флотаційний процес заснований на відмінностях у змочуваності мінералів, які розділяються. Якщо природні розходження у змочуваності мінералів недостатні для флотаційного розділення, їх підсилюють флотаційними реагентами, що селективно впливають на мінерали. Основна і визначальна стадія процесу — акт флотації, який полягає в закріпленні одиничного зерна на поверхні розділу фаз.
Зміну змочуваності мінералів під час флотації здійснюють введенням у пульпу флотаційних реагентів, які впливають на гідратні шари і змінюють їхню товщину та стійкість. Підготовка мінеральної поверхні до флотації зводиться до подачі визначених реагентів, що різко збільшують гідрофобність флотованих частинок і гідрофільність нефлотованих.
Основні способи флотації: пінна, плівкова, вакуумна, компресійна, йонна, хімічна, соляна, масляна, електрофлотація, флотація з носієм, пінна та адгезійна сепарація.
Найпоширенішою є пінна флотація, при якій через суміш частинок із водою пропускають дрібні бульбашки повітря. Частинки твердої речовини збираються на поверхні розділу фаз «повітря — рідина», прилипають до бульбашок повітря і виносяться з ними на поверхню у складі трифазної піни, яку згущують і фільтрують. Як рідину найчастіше використовують воду, рідше — насичені розчини солей (розділення солей, що входять до складу калійних руд) або розплави (збагачення сірки).
Елементарні фізичні та хімічні процеси, які мають місце під час технологічного процесу пінної флотації: кондиціонування гідросуміші мінеральної сировини, аерація пульпи, елементарний акт флотації, спливання флотоагрегатів та формування пінного шару, вивантаження продуктів флотації. Існує декілька тисяч флотореагентів, які відрізняються за принципом дії.
Збирачі — реагенти, що вибірково сорбуються на поверхні твердої речовини, яку необхідно перевести в пінний продукт, і додають частинкам гідрофобні властивості. Молекули таких реагентів мають дифільну будову: гідрофільна полярна група, яка закріплюється на поверхні частинок, і гідрофобний вуглеводневий ланцюг. Найчастіше збирачі — йонні сполуки аніонного та катіонного типів. Типові збирачі: ксантогенати і дитіофосфати — для сульфідних мінералів, натрієві мила й аміни — для несульфідних мінералів, гас — для збагачення вугілля. Витрата збирачів становить сотні грамів на тонну руди.
Піноутворювачі призначені для поліпшення диспергування повітря та додання стійкості мінералізованим пінам. Піноутворювачами служать слабкі поверхнево-активні речовини. Витрата піноутворювачів становить десятки грамів на тонну руди.
Регулятори — реагенти, які в результаті вибіркової сорбції надають гідрофільності флотованій речовині, тому вона стає не здатною до флотації. Їх застосовують як додаток до збирачів і піноутворювачів для підвищення селективності флотації або вилучення мінералів. Для флотації мінеральної сировини запропоновано близько 400 регуляторів. Залежно від цільового призначення у процесі флотації в кожному конкретному випадку розрізняють регулятори-активатори, депресанти (пригнічувачі) та регулятори середовища. Витрати реагентів-регуляторів мають індивідуальний характер, загальна тенденція — мінімізація витрат для уникнення погіршення результатів флотації та збільшення витрат флотореагентів інших класів.
Особливе місце у флотаційному процесі займає газоподібна фаза (гази, що входять до складу повітря; рідше — гази, які спеціально вводять у процес як реагенти — кисень, сірчистий газ, сірководень). Найважливіша роль газоподібної фази полягає у транспортуванні мінеральних частинок повітряними бульбашками. Газоподібна фаза може бути використана і як реагент. Дія газів активізується у присутності води. У низці випадків хімічна дія газів виявляється в формі їхніх сполук із водою.
Результати флотації залежать від чинників, основними з яких є: речовинний склад корисної копалини, крупність подрібнення руди перед флотацією, густина пульпи, реагентний режим і порядок введення реагентів, інтенсивність аерації та перемішування пульпи, інтенсивність знімання піни, тривалість флотації, температура пульпи, схема флотації, дебіт пульпи, що надходить у флотаційну машину.
Схема флотації може містити декілька послідовних операцій: основну, перечисну, контрольну.
Схема флотації будь-якого компонента: основна флотація, одна або декілька перечисних і одна або декілька контрольних флотацій. Число перечисних і контрольних флотацій залежить від якості руди і вимог до концентратів (наприклад, для молібденових руд число перечищень концентрату досягає 6–8). У схемах оброблення корисних копалин із високим умістом корисного компонента (наприклад, вугілля) перечисних операцій можуть не застосовувати. Для звичайних умов флотації кількість перечищень коливається від 2 до 4. Кількість контрольних операцій не перевищує 2–3, але найчастіше схеми містять одну контрольну флотацію.
Класифікація мінералів за флотованістю
Залежно від складу і фізико-хімічних властивостей поверхні основні мінерали корисних копалин поділяють на 6 груп.
- Аполярні мінерали неметалічних корисних копалин характеризуються високою природною гідрофобністю. До них належать вугілля кам’яне, графіт, алмаз, сірка самородна, тальк. Для флотації мінералів цієї групи використовують нафтові масла, іноді тільки спінювачі.
- Сульфіди важких металів та самородні метали характеризуються природною гідрофобністю і вибірковою здатністю адсорбувати на своїй поверхні сульфгідрильні збирачі (ксантогенати). До цієї групи належать сульфіди заліза, свинцю, міді, цинку, стибію, молібдену, кобальту та інших, а також золото, срібло, платина.
- Окиснені мінерали важких металів представлені карбонатами, сульфатами, гідратами та силікатами міді, свинцю, цинку і змішаних руд. Ці мінерали не мають природної гідрофобності, тому їхня флотація можлива жирними кислотами та їхніми милами або ксантогенатами після попередньої сульфідизації поверхні сульфідом натрію.
- Полярні несульфідні мінерали лужноземельних мінералів мають у складі кристалічних ґраток катіони кальцію, барію, магнію, стронцію. Мінерали цієї групи дуже чутливі до йонного складу пульпи, добре флотують під час використання як збирачів жирних кислот і їхніх мил.
- Оксиди, силікати та алюмосилікати представлені великою групою мінералів (кварц, андалузит, діаспор, берил, гематит, каолініт, каситерит, корунд, піролюзит, шпати польові, слюди). Більшість цих мінералів добре флотується з використанням оксигідрильних збирачів, жирних кислот і збирачів катіонного типу.
Близькість флотаційних властивостей різних за складом мінералів визначає складність флотаційних схем і технології флотаційного збагачення корисних копалин.
Сфери застосування
Флотацію використовують для
- збагачення корисних копалин (руд кольорових металів, рідкісних і розсіяних елементів, вугілля, самородної сірки);
- розділення мінералів комплексних руд;
- розділення солей;
- очищення стічних вод, зокрема для виділення нафтопродуктів.
Додатково
Мета основної флотації — максимально можливе вилучення корисного компонента. У результаті здійснення операції основної флотації не завжди вдається отримати кондиційний концентрат і відвальні хвости внаслідок близькості флотаційних властивостей розділюваних мінералів, недостатнього розкриття зростків, недосконалості флотаційних апаратів. Тому отримані бідні концентрати і багаті хвости направляють на повторну (перечисну) флотацію. Для остаточного вилучення корисного компонента й отримання бідних відвальних хвостів проводять контрольну флотацію.
Література
- Froth Flotation: A Century of Innovation / Ed by M. Fuerstenau, G. Jameson, R.-H. Yoon. Littleton : SME, 2007. 904 p.
- Kawatra S. K. Flotation Fundamentals // Mining Engineering Handbook. Houghton : Michigan Technological University, 2009. P. 30.
- Смирнов В. О., Білецький В. С. Флотаційні методи збагачення корисних копалин. Донецьк : Східний видавничий дім, 2010. 496 с.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2013. Т. 3. 644 с.
- Флотація // Словник-довідник з екології / Уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. С. 183.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Флотація // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Флотація (дата звернення: 29.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 25.06.2021
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
