Флотационный метод. Флотация - это что такое? Подробное описание процесса, преимуществ и недостатков. Метод пенного фракционирования

При флотации руд цветных и редких металлов применяются разнообразные технологические схемы, выбор которых зависит прежде всего от характеристики обогащаемой руды. Очень редко в практике флотации удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты за одну операцию. Это достигается лишь при оптимальном сочетании нескольких операций, которые по своему назначению подразделяются на основную, контрольную и перечистные операции.

Основная флотация - первая в технологической схеме операция флотации, в результате которой получается черновой концентрат и хвосты. В одной технологической схеме флотации может быть несколько операций основной флотации, например, при обогащении полиметаллических руд, основная коллективная флотация, основная медная флотация, основная цинковая флотация и т.д.

Контрольная флотация – операция перефлотации хвостов основной флотации с целью доизвлечения полезных минералов из них.

Перечистная флотация – операция повторной флотации черновых концентратов или концентратов, получаемых в контрольной флотации для повышения качества их.

В технологических схемах флотации может быть несколько контрольных операций, проводимых с целью получения отвальных хвостов и высокого извлечения ценных минералов, и несколько перечистных операций для получения готовых концентратов.

Схемы флотации различаются между собой числом стадий обогащения, числом циклов обогащения и назначением отдельных стадий и циклов, которые и опредедяют принципиальную схему флотации. По числу стадий схемы флотации подразделяются на одно-, двух- и многостадиальные. В свою очередь стадия флотации может включать несколько циклов, в каждом из которых выделяется один или несколько продуктов обогащения.

Монометаллические руды , из которых выделяется лишь одлин полезный минерал, могут обогащаться по одно- и многостадиальным схемам. Причем количество стадий флотации зависит от крупности вкрапленности полезного материала, а также способности его и минералов вмещающих пород к ошламованию.

При крупной вкрапленности полезного минерала, который при измельчении не склонен к ошламованию, можно выделить кондиционный концентрат и отвальный хвосты по простой одностадиальной схеме (рис.171),

Рис.171. Одностадиальная схема флотации

что в практике флотации встречается крайне редко,т.к. для этого необходимо, чтобы в руде содержание ценного минерала было высоким и он бы обладал хорошими флотационными свойствами, а требования к его извлечению были бы невысокими.

Наличие шламующихся полезных минералов, например, галенита, имеющих неравномерную вкрапленность, требует применение двухстадиальных схем флотации (рис.172),

Рис. 172. Схемы двухстадиальной флотации

в которой после грубого измельчения выделяется концентрат в первой стадии. Хвосты первой стадии доизмельчаются и направляются на вторую стадию флотации, где также выделяется концентрат. Это предохраняет основную массу минерала от ошламования.

Встречаются руды с очень сложной и неравномерной вкрапленностью, когда полезные минералы находятся в тонких сростках с другими минералами, которые также имеют различную крупность. Обогащение таких руд проводят по сложным трехстадиальным схемам с доизмельчением хвостов первой и второй стадии флотации

Если полезный минерал находится в виде тонких сростков с другими минералами и образует с ними агрегаты, то из такой руды после грубого измельчения выделяется основная масса отвальных хвостов и бедный концентрат, который после доизмельчения идет на перечистную операцию (рис. 173). При этом хвосты перечистной операции (промпродукт) содержат значительные количества полезного минерала и направляются в основную операцию без доизмельчения.

При неравномерной вкрапленности полезных минералов сравнительно грубое измельчение позволяет в основной флотации сразу выделить крупные минералы в концентрат. Богатые хвосты направляются на контрольную флотацию, где выделяется промпродукт, который после доизмельчения направляется в основную флотацию или в самостоятельный цикл флотации промпродукта.

При флотации полиметаллических руд в зависимости от последовательности выделения полезных минералов в самостоятельные концентраты различают коллективную, селективную и коллективно-селективную схемы флотации.

Если в процессе флотации извлекаются все минералы, обладающие одинаковой флотируемостью, то такая флотация называется коллективной .. При селективной флотации полезные минералы извлекаются последовательно, причем каждый последующий концентрат извлекается из хвостов предыдущей флотации (рис.174 а)

Рис. 174. Схема селективной (а) и коллективно-селективной (б) флотации

Поколлективно – селективной схеме все полезные минералы после грубого измельчения сначала флотируются в коллективный концентрат с удалением в хвосты основной массы минералов вмещающих пород. Полезные минералы в коллективном концентрате обычно находятся в сростках между собой, поэтому после доизмельчения концентрата из него последовательно извлекаются ценные минералы в самостоятельные концентраты (рис.174 б).

Коллективно-селективная схема флотации имеет ряд преимуществ перед схемой селективной флотации. Обычно по этой схеме исходная руда подвергается грубому измельчению до крупности 45…55% класса минус 0,075 мм. Более тонко измельчается лишь коллективный концентрат, выход которого может составить от 5 до 10% от исходной руды. По схеме селективной флотации для разделения тонковкрапленных минералов тонкому измельчению (до 70…90% класса минус 0,074 мм) подвергается вся масса исходной руды, что значительно увеличивает затраты на измельчение. С применением коллективно-селективной флотации уменьшаются расходы на измельчение, расходы на реагенты, уменьшается количество флотационных машин, затраты на флотацию. Однако по этой схеме возникают определенные трудности при разделении коллективного концентрата, например, введение операции десорбции собирателя, что значительно усложняет технологическую схему, реагентный режим.

При флотации очень редко удается за одну операцию получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты. Поэтому схемы усложняются введением контрольных операций хвостов и перечистных операций концентратов. При этом образуются промежуточные продукты, которые не являются конечными и подвергаются дополнительной обработке для извлечения из них полезных минералов.

Промежуточные продукты при флотации это концентраты контрольных и хвосты перечистных операций. Они могут обрабатываться по различным схемам. Наиболее распространенной схемой является возарат продуктов в предыдущую операцию. Например, концентрат контрольной флотации и хвосты первой перечистной возвращаются в основную флотацию, а а хаосты второй перечистной в голову первой перечистой. Часто промпродукты перед возвращением их в основной рудный поток подвергаются доизмельчению, что позволяет доизмельчать сростки минералов и обновлять поверхность минеральных зерен.

Иногда промпродукты по наличию сростков и труднофлотируемых разновидностей минералов, содержанию полезных минералов отличаются от исходной пульпы, поэтому возвращение их в рудный поток может нарушить флотационный процесс. Такие промпродукты обрабатываются в отдельном цикле с доизмельчением и выделением отвальных хвостов. Получаемые концентраты в этом цикле направляются в основной рудный цикл, обычно в перечистную флотацию.

Большое значение в технологии флотационного обогащения имеет не только тип применяемых флотационных машин, но и их распределение по операциям флотации.

Всасывающие блоки механических флотационных машин могут осуществлять всасывание пульпы на расстоянии 4…6 флотационных камер, поэтому компоновка механических машин осуществляется при установке небольшого количества насосов, а в случае простой технологической схемы (рис. 175).

Рис. 175. Схема распределения потоков в механической флотационной машине

Однако ни всегда удается рационально разместить операции флотации по машинам. Схемы значительно усложняются применением операций доизмельчения пропродуктов и концентратов, введением перечистных операций концентратов контрольных флотаций, операций перемешивания пульпы с реагентами, подогрева пульпы и т.п. Поэтому для перекачки продуктов и подачи их в операции флотации устанавливаются песковые насосы и большое количество трубопроводов.

Камеры пневмомеханических флотомашин не могут работать как всасывающие, поэтому подача пульпы в операции флотации осуществляется при помощи насосов. Основной поток рудной пульпы направляется обычно самотеком при организации каскадного расположения камер. На рис.176 показано флотационное отделение с установкой большеобъемных флотационных пневмомеханических машин чанового типа.

Рис.176. Флотационное оборудование обогатительной фабрики, оборудованное чановыми флотационными машинами большого объема

. (для производства цемента), магнезит, песок (для производства стекла), плавиковый и и т. д.

Посредством флотации можно разделять также водорастворимые соли, взвешенные в их насыщенных растворах [например, отделять сильвин (KCl) от галита (NaCl)]. Благодаря флотации в промышленное производство вовлекаются местрождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Флотацию применяют также для очистки от органических веществ (нефти, масел и др.), тонкодисперсных осадков солей и шламов, для выделения и разделения бактерий и т. д.

Помимо горноперерабатывающих отраслей промышленности флотацию используют в химической, пищевой и других отраслях для ускорения отстаивания, выделения твердых взвесей и эмульгирования органических веществ; для разделения синтетических органических и выделения из пульп ионитов, нагруженных различными адсорбатами; при переработке бумажных отходов для отделения чистых целлюлозных волокон от испачканных; для очистки от примесей; для извлечения из воды, охлаждающей коксовый газ; очистки промышленных стоков и др.

Разновидности процесса Широкое применение флотации привело к появлению большого числа разновидностей процесса.

Вакуумная флотация. По этому способу, предложенному Ф. Элмором (Великобритания, 1906), жидкость, содержащая твердые частицы, насыщается газом, который при понижении выделяется из нее в виде мелких пузырьков на поверхности гидрофобных частиц.

Флотогравитация - комбинированный процесс обогащения полезных ископаемых, совмещающий флотацию и разделение мелких твердых частиц под действием силы тяжести или в поле центробежных сил. Процесс проводят в специальных аппаратах (концентрационные столы, винтовые сепараторы, ленточные шлюзы, концентраторы, осадочные машины). В них благодаря обработке пульпы флотореагентами и введению в нее пузырьков образуются так называемые аэрофлокулы определенных минералов, имеющие меньшую плотность, чем частицы, не взаимодействующие с воздушными пузырьками. Создаваемое при этом различие в плотности способствует более эффективному разделению частиц минералов, в том числе меньшей крупности, чем при обычном гравитационном обогащении. В промышленности флотогравитацию используют для выделения сульфидных из вольфрамовых и оловянных концентратов, а также для отделения циркона от пирохлора, шеелита от касситерита и др.

Ионная разработана в 50-х гг. 20 в. (ф. Себба, ЮАР) для очистки воды, а также извлечения полезных компонентов из разбавленных растворов. Отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотореагентами-собирателями, обычно катионного типа, и извлекаются пузырьками газа в либо пленку на поверхности раствора. Способ перспективен для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод и морской воды.

Электрофлотация. Для ее проведения используют поверхность пузырьков водорода и кислорода, выделяющихся при электролитическом разложении воды.

Предложен также способ флотации, согласно которому в пульпу вводят пузырьки CO 2 , образующегося в результате химической реакции.

Другие способы флотации. Среди всех способов первой была предложена (1860) масляная флотация (В. Хайнс, Великобритания). Для ее осуществления измельченную руду перемешивают с минеральным маслом и водой; при этом сульфидные минералы селективно смачиваются маслом, всплывают вместе с ним и удаляются с поверхности воды, а пустые породы (кварц, полевой шпат и др.) осаждаются. В России масляная флотация была применена для обогащения (Мариуполь, 1904). В дальнейшем этот способ усовершенствовали: масло диспергировали до эмульсионного состояния, что позволило извлекать тонкие шламы, например марганцевых руд.

Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные частицы в ней тонут, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и А. Мак-Куистеном (Великобритания, 1904) для разработки пленочной флотации. В этом процессе из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

В настоящее время масляная, пленочная и некоторые другие способы флотации практически не применяются.

Флотационные реагенты

Флотореагенты - химические вещества (чаще всего применяют ПАВ), которые добавляют при флотации в пульпу для создания условий селективного (избирательного) разделения минералов. Флотореагенты позволяют регулировать взаимодействия минеральных частиц и газовых пузырьков, химических реакции и физико-химических процессов в жидкой фазе, на границах раздела фаз и в пенном слое путем гидрофобизации поверхности одних и поверхности других твердых частиц. По назначению различают три группы флотореагентов: собиратели, пенообразователи и модификаторы. По химическому составу флотореагенты бывают органическими (преимущественно собиратели и пенообразователи) и неорганическими (в основном модификаторы); те и другие могут быть неионогенными, мало или практически нерастворимыми в воде, и ионогенными, хорошо растворимыми в ней веществами.

Собиратели (коллекторы). Роль этих реагентов заключается в селективной гидрофобизации (понижении смачиваемости) поверхности некоторых минеральных частиц и возникновении тем самым условий для прилипания к ним газовых пузырьков. Гидрофобизация достигается вытеснением гидратной пленки с поверхности частиц. Закрепление на ней может быть обусловлено ван-дер-ваальсовыми силами (физическая адсорбция) либо образованием химической связи (хемосорбция). По структурным признакам собиратели подразделяют на анионные, катионные, амфотерные и неионогенные. Молекулы анионных и катионных реагентов содержат неполярные (углеводородные) и полярные (амино-, карбокси- или др.) группы. Последние обращены к минералу, сорбируются на поверхности частиц и гидрофобизируют ее, а неполярные группы обращены в воду, отталкивают ее и предотвращают гидратацию поверхности частиц.

К анионным собирателям относятся соединения, которые содержат сульфгидрильную (меркапто-) или гидроксильную группы, а также их производные - так называемые сульфгидрильные и оксгидрильные реагенты. Сульфгидрильные реагенты предназначены для флотации сульфидных руд Cu, Pb, Zn, Ag, Au, Co, Ni, Fe и включают ксантогенаты (изопропил-, пентил- и этилпроизводные), дитиофосфаты (дикрезил- и диэтилпроиз-водные), меркаптаны и их производные (диалкилтионокарбаматы). Оксгидрильные реагенты применяют для флотации карбонатов, оксидов, сульфатов, фосфатов, фторидов и некоторых других минералов; к этим реагентам относятся алифатические (карбоновые) кислоты, моноалкилсульфаты, сульфосукцинаты, алкан- и алкиларилсульфонаты, алкилгидроксамовые и алкил-арилфосфоновые кислоты и их соли, алкилариловые эфиры фосфорных кислот и их соли, сульфированные алкилмоноглице-риды.

Катионные собиратели, среди которых наиболее распространены алифатические первичные амины, а также вторичные амины (в керосине), четвертичных аммониевых оснований и аминоэфиры с короткой разветвленной цепью, используют для флотации калийных солей (главным образом KCl при отделении его от NaCl), кварца, силикатов, сульфидов и т. д.

Амфотерные собиратели имеют в своем составе амино- и карбоксильную группы, благодаря чему сохраняют активность как в кислой, так и в щелочной средах. Данные коллекторы особенно эффективны для флотации класса оксидов в воде повышенной жесткости.

Неионогенные собиратели представлены неполярными соединениями - углеводородными жидкостями преимущественно нефтяного происхождения (газойли, дизельные масла, керосин и т. д.), а также жирами и др. В виде водных они служат для флотации алмазов, калийных солей, молибденита, самородной серы, талька, углей, фосфатов и др. с неполярной поверхностью. Совместное применение полярных коллекторов с неполярными, а также диспергирование, например с помощью ультразвука, последних (что усиливает адгезионное закрепление их на поверхности за счет физической адсорбции) существенно улучшает флотацию крупных частиц; при этом наряду с адгезией флотация сопровождается также и химическими реакциями.

Пенообразователи (вспениватели), адсорбируясь на поверхности раздела - жидкость, понижают поверхностное натяжение, способствуют образованию устойчивой гидратной оболочки пузырьков воздуха, уменьшают их крупность и препятствуют коалесценции, умеренно стабилизируют минерализованную пену. В качестве вспенивателей используют одноатомные алифатические спирты (например, метилизобутилкарбинол), гомологи фенола (крезолы и ксиленолы), технические продукты (пихтовое и сосновое масла), содержащие терпеновые спирты, монометиловые и монобутиловые эфиры полипропилен-гликолей, полиалкоксиалканы (например,1,1,1,3-тетраэтоксибутан) и др. Пенообразующими свойствами обладают некоторые собиратели (амины, карбоновые кислоты).

Модификаторы (регуляторы) позволяют сделать возможной, усилить, ослабить или исключить адсорбцию собирателей на минералах. Благодаря регуляторам уменьшается расход собирателей, достигаются разделение с близкой плотностью, обогащение руд сложного состава с получением нескольких концентратов. Модификаторы, улучшающие закрепление собирателей на поверхности определенных и ускоряющие флотацию, назsdf.n активаторами; регуляторы, затрудняющие закрепление коллекторов,- подавителями, или депрессорами.

Для класса оксидов потенциалопределяющими являются H + и ОН - ; их концентрации изменяются путем подачи кислот, щелочей и соды. Для сульфидов потенциалопределяющими служат катионы металлов и анионы HS - и S 2- . Поэтому распространенным активатором при флотации сульфидов сульфгидрильными собирателями является, например, Na 2 S. Жидкое стекло применяют как депрессор флотациясиликатных материалов; известь и цианиды подавляют флотацию пирита, сульфидов Cu и Zn и т. д. Для снижения отрицательного воздействия на флотации частиц микронных размеров (тонких шламов) используют разобщающие их реагенты-пептизаторы (диспергаторы); к ним относятся неорганические (например, жидкое стекло) и органические (декстрин, карбоксиметилцеллюлоза, крахмал, лигносульфонаты и др.) соединения. Кроме упомянутых имеются также регуляторы рН среды.

В большинстве случаев флотореагенты обладают комплексным действием (которое зависит от природного состава поверхности минералов, рН среды, температуры пульпы и т.д.) и приведенная их классификация весьма условна.

Избирательность флотации регулируют наряду с иными факторами подбором реагентов, ассортимент которых достигает нескольких сотен, и их расходом. При увеличении поверхности флотируемых расход собирателей и активаторов возрастает. Расход пенообразователей немного увеличивается при повышенном содержании обрабатываемого минерала и грубом помоле руды. Расход депрессоров возрастает при повышенной флотируемости подавляемых минералов, высоких концентрациях собирателей в пульпе (например,при разделении коллективных концентратов), а также при использовании малоизбирательных коллекторов, содержащих в молекулах длинноцепочечные углеводородные радикалы (например, высшие жирные кислоты и мыла).

Флотируемые компоненты извлекаются не полностью при недостатке вспенивателей, а при их избытке ухудшается селективность флотации. Средние расходы флотореагентов невелики и обычно составляют от нескольких г до нескольких кг на 1 т руды.

Флотационные процессы и оборудование Обогащение руд методом флотации производят на флотационных фабриках, основное оборудование которых включает флотационные машины, контактные чаны и реагентные питатели.

Флотационные машины предназначены для проведения собственно флотации. В них осуществляют перемешивание твердых частиц (суспендирование пульпы) и поддержание их во взвешенном состоянии; аэрацию пульпы и диспергирование в ней воздуха; селективную минерализацию пузырьков путем контакта с обработанными флотореагентами частицами; создание зоны пенного слоя; разделение пульпы и минерализов. пены; удаление и транспортировку продуктов обогащения. Впервые патент на флотационную машину выдан в 1860; первые промышленные образцы машин разработаны в 1910-14 (T. Гувер и Д. Кэллоу, США).

Широкое использование флотации для привело к созданию разных конструкций машин. Каждая машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приемными и разгрузочными устройствами для пульпы; каждая камера снабжена аэрирующим и пено-съемным устройствами. Различают одно- и многокамерные флотационные машины. К однокамерным относятся флотационные колонны, в которых высота камер превышает их ширину более чем в 3 раза; эти аппараты применяют при флотационном обогащении мономинеральных руд и флотационном отделении шламов.

Многокамерные машины позволяют реализовать сложные схемы обогащения полиминеральных руд с получением нескольких концентратов.

По способам аэрации пульпы выделяют механические, пневмомеханические, пневмогидравлические и пневматические машины. В механических машинах взвешивание частиц (перемешивание пульпы), засасывание и диспергирование осуществляется аэратором, или импеллером. В отличие от этих устройств в пневмомеханические машины (схему камеры см. на рис.) воздух подается в зону импеллера принудительно с помощью воздуходувки. В пневмогидравлических машинах воздух диспергируется в аэраторах спец. конструкций (например, в эжекторах) при взаимодействии струй жидкости и воздуха. В пневматических машинах воздух диспергируется при продавливании через пористые перегородки.

Работа механических и пневмомеханических машин в значительной степени определяется конструкцией импеллера, вариантом подвода к нему воздуха, особенностями перекачивания импеллером пульпы и ее циркуляции в камере. От способа перекачивания пульпы импеллером зависят особенности аэрации пульпы и гидродинамический режим в камере. Последний определяется также размерами зоны интенсивной циркуляции пульпы. По этому признаку различают машины с придонной циркуляцией и циркуляцией во всем объеме камеры.

Характер движения потоков пульповоздушной смеси в камере зависит от конструкций статора машины (имеет вид цилиндров или пластин), устройства для удаления минерализованной пены с поверхности пульпы (обычно применяют лопастной пеносъемник), успокоителей (предотвращают разрушение пенного слоя), межкамерных перегородок, наличия отбойников и формы камеры (имеет, как правило, скошенные снизу боковые стенки, благодаря чему исключается накапливание в углах твердых частиц и облегчается их перемещение у дна от стенок к импеллеру).

Оптимальная степень разделения при изменении характеристики сырья достигается путем изменения количества подаваемого в камеру воздуха, толщины пенного слоя и уровня пульпы, а также производительности импеллера. Средние показатели современных механических и пневмомеханических машин: производительность по потоку пульпы 0,2-130 м 3 /мин; объем камер от 12-40 м 3 (в России) до 30-100 м 3 (за рубежом). Применение большеобъемных камер позволяет на 20-30% сократить капитальные затраты, металлоемкость машин, а также их энергоемкость (достигает 1,5-3,0 кВт/м 3).

По сравнению с механическими и пневмомеханическими машинами пневмогидравлические флотационные машины отличаются большей скоростью, небольшими капитальными затратами, высокой производительностью, низкими металло- и энергоемкостью и т. д. Однако из-за отсутствия надежного в работе и долговечного аэрирующего устройства эти флотационные машины еще недостаточно широко применяют в практике обогащения полезных ископаемых.

Известны также мало распространенные пока машины: вакуумные и компрессионные (аэрация достигается выделением из пульпы растворенных газов); центробежные и со струйным аэрированием; электрофлотационные (аэрация пульпы пузырьками, выделяющимися при электролизе).

Другая аппаратура. Для обработки пульпы флотореагентами предназначены контактные чаны (кондиционеры), в которые сначала подаются, как правило, модификаторы, затем собиратели и далее пенообразователи. Время контактирования пульпы с реагентами составляет от нескольких секунд до десятков мин. Реагентный режим флотации определяется ассортиментом флотореагентов и порядком их ввода во флотац. процесс. Подача ингредиентов в систему в заданных количествах обеспечивается реагентными питателями, или дозаторами реагентов.

Основные процессы и вспомогательные операции

Работа предприятий. Флотационные процессы подразделяют на прямые и обратные. При прямой флотации в пенный продукт, называемый концентратом, извлекают полезный минерал, в камерный продукт, называемый отходами или хвостам и, - частицы пустой породы. Последние извлекают в пенный продукт при обратной флотации

Различают также основную, перечистную и контрольную флотационные операции. Основная флотация дает так называемый черновой концентрат, из которого в результате перечистной флотации получают готовый концентрат. Камерный продукт основной флотации (несфлотированные частицы) подвергают одной или нескольким операциям контрольной флотации с получением отвального продукта (отходов).

Камеры флотационных машин соединяют в такой последовательности, которая позволяет осуществлять упомянутые операции, циркуляцию промежуточных продуктов и получать концентраты требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Показатели флотации особенно для сульфидных руд цветных металлов достигают высокого уровня. Так, из медной руды, содержащей 1,5-1,7% Cu, получают медный концентрат (35% Cu) с извлечением 93% Cu. Из медно-молибденовой руды, содержащей около 0,7% Cu и 0,05-0,06 Mo, производят медный концентрат (25% Cu) с извлечением 80% Cu и молибденовый концентрат (свыше 50% Mo) с извлечением свыше 70% Mo. Из свинцово-цинковой руды, содержащей около 1% Pb и 3% Zn, получают свинцовый концентрат с содержанием свыше 70% Pb (извлечение свыше 90%) и цинковый концентрат с содержанием 59% Zn (извлечение свыше 90%) и т. д.

Важное значение для достаточного полного разделения наряду с ионным составом жидкой фазы пульпы, составом растворенных в ней газов (особенно сильно влияние воздуха), ее температурой и плотностью, схемой и реагентным режимом флотации имеет степень измельчения сырья. Лучше всего обогащаются частицы крупностью 0,15-0,04 мм. Для разделения частиц мельче 40 мкм наиболее пригодны флотационные колонны, в которых исходная пульпа после смешения с флотореагентами поступает в среднюю или верхнюю часть (ниже уровня пенного слоя), где встречается с восходящим потоком пузырьков воздуха, вводимого в нижнюю часть.

Благодаря противотоку пульпы и воздуха, а также большей, чем в других флотационных машинах, вторичной минерализации пенного слоя достигается высокая селективность процесса. Для флотации частиц крупнее 0,15 мм в России разработаны машины пенной сепарации, в которых пульпу подают на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы, а также машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.

Во флотационных машинах весьма часто наблюдается побочный процесс, заключающийся в осаждении на стенках камеры гидрофобных частиц. На этом процессе, названном флотация твердой стенкой, основано разделение тонких шламов (10 мкм и менее) с применением носителя - гидрофобных частиц флотационные крупности, избирательно взаимодействующих с извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергают обычной пенной флотации

В технологии флотации большое внимание уделяется качеству воды, которое характеризуется пределами содержания взвешенных частиц, катионов и анионов, рН, жесткостью и т. д. Для достижения требуемого качества воду подвергают спец. подготовке, включающей удаление с помощью коагулянтов и флокулянтов взвешенных частиц, электрохим. обработку, корректировку ионного состава подачей извести, кислот, щелочей и др. (см. также Водоподготовка).

Совершенство флотации, кроме качества получаемых концентратов, уровня извлечения полезных компонентов, расходов флотореагентов и т. п., определяется также степенью использования оборотной воды. Например, на флотационных фабриках США, обогащающих фосфатные руды, при расходе 11,2-84,2 м 3 на 1 т доля водооборота составляет 66-95%; на фосфатных фабриках бывшего СССР расходуется 13,8-35,7 м 3 на 1 т при водообороте 80-100%.

Целевые продукты флотации направляют для обезвоживания в непрерывно действующие отстойники-сгустители, гидросепараторы и гидроциклоны (40-60% влаги в сгущенном продукте), фильтры (10-15%) и сушилки (1-3% влаги). Для ускорения сгущения и пульпы обрабатывают реагентами-флокулянтами (полиакриламид, полисахариды и др.) и магн. методами.

Флотация на обогатительных фабриках осуществляется как механизированный, автоматизированный непрерывный процесс - от поступления до выпуска концентратов и хвостов. Регулирование крупности частиц при измельчении, подачи флотореагентов по их остаточной концентрации в пульпе, непрерывный анализ ее плотности, температуры и рН лежат в основе автоматизированного управления работой флотационных фабрик. Важное место на них занимают внутренний транспорт сырья и готовой продукции, водо- и энергоснабжение, охрана труда и окружающей среды и др. Мощность наиболее крупных современных фабрик по горной массе достигает 50-55 тыс. т в сутки Одна из первых в мире флотационных фабрик была пущена в России (1904).

Основные направления совершенствования процесса

1. Разработка бессточных систем, основанных на использовании селективных флотореагентов, обеспечивающих разделение в воде с повышенной жесткостью.

2. Более широкое применение методов электрохимической активации флотации путем направленного изменения флотационных свойств минералов, регулирования окислительно-восстановительного потенциала и ионного состава жидкой фазы пульпы.

3. Использование флотационно-химических технологий переработки бедных и труднообогатимых руд с целью комплексного применения сырья и охраны окружающей среды.

4. Дальнейшее совершенствование конструкций флотационных машин с камерами большой емкости, обеспечивающих снижение капитальных и энергетических затрат, путем улучшения аэрационных характеристик машин, использования износостойких материалов, автоматизирование основных узлов.

Кроме того, совершенствование флотации идет по пути синтеза новых флотореагентов, замены дрeгими газами (азот, кислород), а также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы.

Использование: обогащение полезных ископаемых, флотация руд. Сущность изобретения: в колонной флотационной машине с вертикально расположенной зоной минерализации исходную пульпу подают в зону минерализации нисходящим потоком. Одновременно подают в нее аэрирующий воздух. Разделяют пенный и камерный продукты. Подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 - 0,5 м/с. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 - 0,5. 2 ил.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых способом флотации в колонных флотационных машинах и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья, а также при очистке сточных вод. Известен способ флотации, осуществляемый в колоннах пневматических флотационных машин с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую подают исходную пульпу восходящим потоком с одновременной подачей в этот поток аэрирующего воздуха. При этом расход исходной пульпы поддерживают на такой величине, чтобы ее приведенная скорость в зоне минерализации не превышала скорости всплытия пузырьков аэрирующего воздуха. Такое соотношение скоростей указанных технологических сред приводит к образованию в зоне минерализации восходящего прямоточного пульповоздушного потока, в котором скорость всплытия пузырьков возрастает из-за наложения скорости восходящего потока пульпы. Процесс разделения пенного и камерного продуктов идет в условиях прямотока пульповоздушной смеси, в которой скорость движения восходящего потока пузырьков воздуха выше скорости движения восходящего потока твердых частиц (авт. св. СССР N 1351684, кл. B 03 D 1/24, опубл. БИ N 42, 1985). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Из-за повышенной скорости всплытия пузырьков снижается время их пребывания в зоне минерализации (оно составляет примерно 4 8 с для промышленных машин, работающих на основе известного способа), поэтому происходит недогруз пузырьков, то есть снижается степень их минерализации, приводящая к снижению удельной производительности способа. 2. Повышенная скорость всплытия пузырьков требует повышенного удельного расхода аэрирующего воздуха для поддержания необходимого газосодержания, что требует повышения энергозатрат на аэрацию. 3. Из-за повышения скорости всплытия пузырьков и высокого удельного расхода аэрирующего воздуха усиливаются крупномасштабные вихревые движения флотационной системы и возникает значительное продольное перемешивание, приводящее к увеличению неравномерности пульповоздушного потока. Указанные факторы препятствуют повышению удельной производительности способа. 4. Сниженная вероятность прикрепления твердых частиц к пузырькам воздуха из-за их высокой относительной скорости также приводит к снижению удельной производительности способа. Широко известен способ флотации, осуществляемый в колонных пневматических флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую непрерывно нисходящим потоком подают исходную пульпу с одновременной встречной подачей аэрирующего воздуха восходящим потоком и ведут процесс разделения пенного и камерного продуктов в условиях противотока пульпы и газовой фазы. Для поддержания оптимального газосодержания пульпы, которое в известном способе составляет менее 0,3 подачу исходной пульпы осуществляют с расходом, обеспечивающим приведенную скорость нисходящего потока пульпы (по отношению к сечению зоны минерализации) в пределах 0,01 0,03 м/с, то есть меньшую, чем скорость всплытия пузырьков. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом задают в пределах 1,0 2,5. При указанных соотношениях расходов пульпы и воздуха относительная скорость встречного движения частиц и пузырьков воздуха в противотоке составляет примерно 0,12 м/с (Рубинштейн Ю.Б. Противоточные пневматические флотационные машины. М. Цветметинформация, 1979, с. 19, 21-25). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха по отношению к расходу исходного питания приводит к образованию крупномасштабных вихревых движений флотационной системы и, как следствие, к значительному продольному перемешиванию, что ухудшает условия флотации, то есть приводит в свою очередь к снижению вероятности сохранения флотокомплексов. Коэффициент же продольного перемешивания зависит от интенсивности вихревых движений, которая возрастает с увеличением расхода воздуха и поэтому не позволяет достичь максимального (0,3) газосодержания флотационной системы и, следовательно, ограничивает удельную производительность известного способа. 2. В восходящем потоке пузырьков аэрирующего воздуха при его отмеченном значительном удельном расходе активизируется процесс коалесценции слияния и укрупнения пузырьков, что приводит к сокращению их суммарной поверхности контакта и к неравномерности их распределения по сечению зоны минерализации и, как следствие, к снижению удельной производительности способа. 3. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха повышает энергоемкость известного способа. 4. Сравнительно высокая относительная скорость противонаправленного движения частиц и пузырьков воздуха снижает вероятность прикрепления частиц к пузырьку, то есть условия флотации ухудшаются и удельная производительность снижается. 5. Малое время пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации, составляющее 4 8 с, также ограничивает удельную производительность известного способа. Цель изобретения повышение удельной производительность и снижение энергозатрат на аэрацию. Сущность изобретения заключается в том, что в способе флотации, осуществляемом в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающем в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, согласно изобретению подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Техническим результатом предполагаемого изобретения является увеличение времени пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации по сравнению с известным способом почти на порядок. В зависимости от заданного соотношения расходов пульпы и аэрирующего воздуха время пребывания пузырьков воздуха в пульпе согласно способу составляет 20 60 с, что обеспечивает значительное повышение его удельной производительности за счет полной загрузки пузырьков. На фиг. 1 схематически показана часть зоны минерализации, заключенной в колонне, и часть горизонтального участка зоны разделения; на фиг. 2 график зависимости извлечения и удельной производительности q от приведенной скорости пульпы U ж.пр. при удельном расходе аэрирующего воздуха, составляющем 0,05, 0,1, 0,3, 0,5, 0,6, 0,7. Согласно предложенному способу флотации в вертикально расположенную зону минерализации, ограниченную вертикальными стенками 1 колонны, непрерывно подают исходную пульпу нисходящим потоком. При этом расход исходной пульпы задают таким, чтобы в зоне минерализации обеспечивалась приведенная скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с. Аэрирующий воздух подают одновременно в верхнюю часть зоны минерализации в виде воздушных пузырьков 2 необходимого диаметра. Удельный расход аэрирующего воздуха поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Указанный диапазон изменения удельного расхода воздуха обеспечивает в нисходящем потоке пульпы оптимальную величину среднего газосодержания порядка 0,2 0,3. Так как приведенная скорость нисходящего потока пульпы в указанных пределах превышает скорость всплытия ненагруженных пузырьков 2, составляющую примерно 0,1 0,23 м/с, то пузырьки 2, увлекаемые нисходящим потоком пульпы, перемещаются ею из верхней части зоны минерализации в ее нижнюю часть. При этом время пребывания пузырьков 2 в зоне минерализации составляет 20-60 с, а время пребывания минеральных частиц 3 пульпы составляет меньшую величину, так как они имеют несколько большую скорость опускания чем пузырьки 2. Таким образом в зоне минерализации образуется нисходящий пульповоздушный поток, в котором составляющие его компоненты жидкость, минеральные частицы 3 пульпы и воздушные пузырьки 2 движутся в одном направлении вниз, то есть процесс флотации происходит в режиме движения пульпы, максимально приближенному к режиму "идеального вытеснения". Известно, что оптимальные условия слипания пузырьков воздуха и минеральных частиц наступают через 5-15 с после образования пузырьков, поэтому в течение времени пребывания в зоне минерализации, составляющем 20 60 с, пузырьки 2 получают полную минеральную нагрузку. При этом те воздушные пузырьки, которые быстрее получили полную минеральную нагрузку, быстрее и транспортируются вниз к зоне 4 разделения. Пузырьки 2, имеющие меньшую минеральную нагрузку, опускаются медленнее, то есть их время пребывания в зоне минерализации увеличивается, что позволяет этим пузырькам 2 также получить полную нагрузку. В нижней части зоны минерализации создают условия для разделения пенного и камерного продуктов известным путем, например путем изменения направления движения нисходящего потока флотационной системы на горизонтальное. Флотокомплексы в виде пенного продукта всплывают на горизонтальном участке зоны 4 разделения и скапливаются на ее верхнем уровне, откуда пенный продукт под действием гидростатического столба пульпы быстро разгружается для дальнейшего передела. Несфлотировавшийся материал (камерный продукт) также активно выгружается вместе с отработанной жидкостью. Из графика, построенного на основе экспериментальных данных (фиг. 2), следует, что уменьшать приведенную скорость пульпы до величины, меньшей чем 0,2 м/с, нецелесообразно, так как при этом значительно уменьшается удельная производительность способа из-за резкого увеличения газосодержания выше нормативного, то есть выше 0,3. При увеличении приведенной скорости более 0,5 м/с происходит падение извлечения вследствие сокращения времени пребывания пульпы в зоне минерализации. Снижение удельного расхода аэрирующего воздуха ниже 0,1 приводит к снижению извлечения на всем диапазоне изменения приведенной скорости пульпы, а повышение удельного расхода воздуха выше предельного по способу, то есть выше 0,5, не позволяет вести процесс флотации на оптимальных расходах исходной пульпы, так как при этом резко снижается извлечение. Таким образом, предложенный способ позволяет значительно увеличить удельную производительность за счет увеличения почти на порядок времени пребывания воздушных пузырьков 2 в зоне минерализации при поддержании повышенных расходов исходной пульпы и малых расходах аэрирующего воздуха, снижающих энергозатраты.

Формула изобретения

Способ флотации, осуществляемый в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающий в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, отличающийся тем, что подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5.

Похожие патенты:

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке как сульфидных полиметаллических золотосодержащих руд, так и при доизвлечении золота, серебра и цветных металлов из складируемых отходов горно-обогатительных полиметаллических комбинатов

Изобретение относится к процессам извлечения мелкодисперсных частиц металлов из производственных растворов, в частности, может быть использовано для извлечения коллоидного золота и других металлов, гидрозоли которых имеют отрицательный заряд

Раствор Шеатера готовится нагреванием 500 мл воды и 750 г свекольного сахара. Таким образом, получают насыщенный раствор сахара. Приготовленный таким образом раствор можно хранить в холодильнике длительное время. Нужное количество разбавляют водой, хорошо перемешивают и одновременно используют ареометр для достижения необходимой удельной плотности, то есть 1,15 г/см 3 . К приготовленному подобным образом раствору добавляют 0,7 мл фенола на 100 мл раствора для предотвращения роста плесени. Раствор переливают в бутылку и хранят при комнатной температуре или в холодильнике.

Ещё один часто используемый флотационный раствор – раствор Бреза , удельная плотность которого 1,25 – 1,30 г/см 3 . Его использование может способствовать деформации тонких оболочек, особенно у простейших. Поэтому приготовленные образцы исследуют, как можно, быстрее, потому что со временем деформация оболочек увеличивается и делает невозможной правильную постановку диагноза.

Для приготовления раствора Бреза готовят насыщенный раствор сульфата магния, который получают растворением 1 кг MgSO 4 в 1 литре горячей воды и небольшой избыток оставляют выкристаллизовываться на ночь. Насыщенный раствор тиосульфата натрия (Na 2 S 2 O 3) получают при разведении 2 кг соли в 1 литре горячей воды. Для приготовления собственно флотационного раствора смешивают 3 части насыщенного раствора сульфата магния с тремя частями раствора тиосульфата натрия и 1 частью воды. Можно также использовать другой метод: в 1 литре воды растворяют 725 г MgSO 4 , а в 1 литре воды – 1425 г Na 2 S 2 O 3 . Растворы нагревают до кипения и оставляют охладиться. На следующий день растворы фильтруют. После смешивания растворов в соотношении 1:1 разбавляют водой для получения необходимой удельной плотности 1,25 – 1,30 г/см 3 .

Для исследования кала флотационным методом отбирают образец размером с грецкий орех, заливают водой в ступке и растирают до кашицеобразной консистенции. Процеживают через марлю в химический стакан, стараясь максимально отфильтровать примеси. Наливают в центрифужные пробирки, и центрифугируют 2 – 3 минуты при 1500 – 2000 об/мин. Потом сливают надосадочную жидкость и к осадку добавляют выбранный флотационный раствор. Содержимое пробирки тщательно перемешивают и встряхивают. Центрифугируют ещё раз 2 – 3 минуты при 1500 – 2000 об/мин. Пробирку ставят в штатив на 10 – 15 минут, после чего поверхностный слой аккуратно переносят петлёй на предметное стекло и микроскопируют. При исследовании образец не должен засыхать.

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

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Флотация" в других словарях:

флотация - и, ж. flottation f., англ. floatation букв. всплывание. Способ обогащения полезных ископаемых, основанный на всплывании измельченных частей полезного ископаемого на поверхность жидкости, находящейся в обогатительном устройстве. БАС 1. Флотация… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

- (франц. flottation, англ. flotation, букв. плаванье на поверхности воды * a. flotation; н. Flotation, Flotatieren, Schaumschwimnaufereitung; ф. flottation; и. flotacion) процесс разделения мелких твёрдых частиц (гл. обр. минералов) в… … Геологическая энциклопедия

Флотация - Процесс обогащения полезных ископаемых, основанный на разности поверхностных свойств и избирательном контакте частиц минералов к поверхности раздела фаз: жидкость газ, жидкость жидкость и др. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

- (франц. flottation от flotter плавать на поверхности воды), процесс разделения мелких твердых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Для обогащения полезных ископаемых широко применяется пенная… … Большой Энциклопедический словарь

Извлечение из воды различных веществ с помошью мелких пузырьков воздуха, увлекающих эти вещества на поверхность воды, которые остаются там в виде пены. Применяется в очистке сточных вод. Экологический словарь, 2001 Флотация извлечение из воды… … Экологический словарь

Способ обогащения, при котором измельченная горная порода обрабатывается специальными растворами. При этом частицы одних минералов смачиваются и тонут, а других не смачиваются и уносятся пеной, что позволяет избавиться от пустой породы. См. также … Финансовый словарь

Разделение, флотирование Словарь русских синонимов. флотация сущ., кол во синонимов: 2 разделение (99) … Словарь синонимов

флотация - Способ отделения одних минералов от других в жидкой среде, основанный на способности одних минералов прилипать к воздушным пузырькам и переходить вместе с ними в пенный слой, а других оставаться во взвешенном состоянии [Терминологический словарь… … Справочник технического переводчика

- (французское flottation, от flotter плавать на поверхности воды), процесс разделения мелких твердых частиц (главным образом минералов), основанный на различии в их смачиваемости водой. Применяется для обогащения полезных ископаемых … Современная энциклопедия

Главная » Интересное » Флотационный метод. Флотация - это что такое? Подробное описание процесса, преимуществ и недостатков. Метод пенного фракционирования