Что такое флотация способ обогащения руды
Флотация как способ обогащения
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:
Где применяется флотация
Благодаря универсальности и эффективности метода технология флотации используется при добыче таких полезных ископаемых6
Способы использования флотационных устройств
Рассматриваемая обогатительная технология в зависимости от типа используемого устройства позволяет решить несколько различны задач:
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:
При покупке оборудования необходимо обращать внимание на объем камеры, пропускную способность установки, мощность привода импеллера, удельный расход воздуха и другие характеристики.
Что такое флотация способ обогащения руды
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:
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:
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:
Процессы флотации имеют очень важную роль в обогащении руд различных элементов. Наибольшей эффективностью обладает пенная флотация, вследствие чего она получила наибольшее распространение.
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.
ФЛОТАЦИЯ КАК СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Дисциплина: Технологический процесс обогащения
Тема: ФЛОТАЦИЯ КАК СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ
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:
Где применяется флотация
Благодаря универсальности и эффективности метода технология флотации используется при добыче таких полезных ископаемых6
Способы использования флотационных устройств
Рассматриваемая обогатительная технология в зависимости от типа используемого устройства позволяет решить несколько различны задач:
1. 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.
2. 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:
При покупке оборудования необходимо обращать внимание на объем камеры, пропускную способность установки, мощность привода импеллера, удельный расход воздуха и другие характеристики.
«Теоретические основы процесса флотации»
Гидрофобные частицы, прилипшие к пузырькам, выносятся на поверхность суспензии, где образуют слой пены, которая снимается в виде пенного продукта или концентрата.
Рис.1. Схема минерализации воздушного пузырька
На рис.1. схематически показана минерализация пузырьков воздуха и образование минерализованной пены в аппарате при флотации.
Рис.2.Схема действия молекулярных сил
Всякая поверхность раздела двух фаз резко отличается по физико-химическим свойствам от объема граничных фаз. Это различие заключается в том, что на поверхности раздела фаз имеется избыток свободной энергии. На рис.2. схематически показаны силы, действующие на молекулы А и Б, расположенные внутри жидкой фазы и на границе жидкой и газообразной фаз.
На молекулу А, находящуюся внутри жидкости, действуют силы взаимного притяжения со стороны всех окружающих соседних молекул. В результате этого силы притяжения молекул взаимно уравновешены, сами молекулы находятся в равновесии и для их перемещения внутри жидкости не нужно затрачивать работу. Силы молекулярного сцепления действуют лишь на близких расстояниях, поэтому молекулы испытывают притяжение со стороны ближних молекул. Для молекулы А, расположенной на поверхности жидкости, не все силы молекулярного сцепления уравновешены. Это объясняется тем, что молекулы воздуха в газообразной фазе удалены на значительные расстояния друг от друга и силы их взаимного притяжения ничтожны. Поэтому молекулы, находящиеся на поверхности, испытывают притяжение только со стороны молекул жидкости. Эти силы не уравновешены и направлены внутрь жидкой фазы, т.е. они стремятся втянуть молекулы внутрь жидкости.
В зависимости от химической активности и строения различают полярные, аполярные и гетерополярные вещества. Полярными веществами называют химические соединения, хорошо растворимые в воде и обладающие значительной поверхностной энергией. Молекулы полярных веществ диссоциируют на ионы. К ним относятся органические кислоты и соли, некоторые минералы др.
Аполярные вещества, наоборот, химически мало активны, плохо растворяются в воде и не смачиваются ею, обладают незначительной поверхностной энергией и не распадаются в воде на ионы. К ним относятся минеральные масла, жиры и другие органические соединения.
Вещества, в состав молекул которых одновременно входят полярная группа и аполярная углеводородная цепь, называются гетерополярными (рис.3.).
Рис. 3.Строение гетерополярной молекулы
Адсорбцию Г (моль/см 2 ) на поверхности раздела фаз можно вычислить, измерив поверхностное натяжение раствора концентрацией С (моль/л). Уравнение, связывающее адсорбцию с изменением поверхностного натяжения, было предложено Гиббсом:
, (9.1)
Изменение поверхностного натяжения характеризуется производной dσ/dс в зависимости от концентрации вещества.
Как видно из уравнения Гиббса, адсорбция положительна, когда производная dσ/dс отрицательна. В этом случае растворимое вещество будет понижать поверхностное натяжение и концентрация его в поверхностном слое будет больше, чем в объеме раствора. При отрицательной адсорбции, когда производная dσ/dс положительна, концентрация растворенного вещества в поверхностном слое меньше, чем в объеме раствора, и поверхностное натяжение повышается.
Рис.4.Зависимость поверхностного натяжения σ от концентрации С поверхностно-активного вещества
Зависимость между поверхностным натяжением и концентрацией раствора ПАВ выражается графиком (рис.9.4.), который можно построить по экспериментальным данным. Используя такой график и уравнение Гиббса, можно путем расчета определить адсорбцию для ряда концентраций.
Зависимость адсорбции от концентрации выражается также уравнением Лангмюра:
, (9.2)
Рис. 5.Зависимость величины адсорбции Г от концентрации С
Очень удобно для математического описания адсорбции использовать уравнение Фрейдлиха в логарифмической форме:
, (9.3)
Как видно из рисунка, зависимость адсорбции от концентрации имеет линейный характер, что позволяет графически определять значение постоянных k и п. Однако, уравнение Гиббса не применяется при высоких равновесных концентрациях. В этом случае применяют уравнение Лангмюра.
Рассмотрим явление смачивания поверхности твердого тела водой. Вода является одной из взаимодействующих фаз и средой, в которой происходит разделение материалов при пенной флотации. Поэтому взаимодействие материалов с водой можно рассматривать как смачивание поверхности материалов, что в свою очередь связано с явлением гидратации.
Наличие дипольного момента у молекулы равнозначно наличию электрического поля, поэтому, если в непосредственной близости от полярной молекулы находится другая молекула, то она испытывает действие электрического поля. Так как вода обладает высоким дипольным моментом, то многие вещества под действием диполей воды диссоциируют на ионы, растворяются и гидратируются. Вокруг ионов в воде мгновенно образуется уплотненный слой диполей воды, т.е. ион гидратируется.
Явление гидратации, таким образом, тесно связано с явлением смачивания.
Явление смачивания твердых минеральных поверхностей является одним из основных физико-химических явлений, определяющих поведение минералов при флотации.
Рис.9.6.Схема действия поверхностных сил при смачивании твердой поверхности водой
. (9.4)
Работа адгезии связана с изменением поверхностного натяжения на границе раздела фаз:
. (9.5)
В этом уравнении экспериментально можно определить лишь σГЖ. Поэтому Wадг определяют косвенным путем.
Составим уравнение равновесия поверхностных сил на границе раздела трех фаз:
, (9.6)
где 
— краевой угол смачивания. Из этого уравнения определяем:
. (9.7)
Тогда равновесное значение краевого угла смачивания можно определить из уравнения:
. (9.8)
Подставляя это равенство в уравнение работы адгезии, получим
. (9.9)
Таким образом, с гидрофобной поверхности воздух легко вытесняет воду и прилипает к этой поверхности. Абсолютно гидрофобных тел в природе нет. Даже на парафине краевой угол равен 104 ÷ 107°. Примером гидрофильного материала может служить кварц.
При прилипании частицы материала к пузырьку воздуха обязательно образуется краевой угол, и чем он будет больше, тем прочнее прилипание. Величину краевого угла, а тем самым косинус его можно изменять, обрабатывая поверхность материала флотационными реагентами, и по его величине судить о способности материалов смачиваться водой, т.е. о флотируемости. Краевой угол, таким образом, является мерой смачиваемости поверхности.
Практика флотации показывает, что частицы материала могут флотироваться не только тогда, когда краевой угол больше 90°, но и тогда, когда значение его меньше 90°. Многие материалы флотируются при q = 10 ÷ 15°. Замеряя величину краевого угла, можно качественно определять флотируемость минералов.
Флотационную активность материалов методом измерения краевых углов определяют на минеральных шлифах. Практически во флотационной суспензии краевой угол замерить невозможно.
Следует отметить, что рассмотренные зависимости будут справедливы лишь для статических условий, в то время как процесс прилипания частиц к пузырькам воздуха происходит в суспензии при непрерывном и интенсивном перемешивании. Поэтому необходимо процесс прилипания оценивать и кинетически. Прилипание, а следовательно, и флотируемость материалов зависит от большого количества факторов, к которым можно отнести физико-химические свойства поверхности флотируемых материалов, их крупность, характер и концентрацию флотационных реагентов, степень перемешивания суспензии, количество и крупность пузырьков воздуха в суспензии, вероятность столкновения частиц с пузырьками.
Рис. 7.Явление гистерезиса
Гистерезис объясняется неровностями (шероховатостью) твердой поверхности, силами трения, образованием на поверхности материалов адсорбционного слоя ориентированных молекул, аполярные концы которых могут препятствовать растеканию воды на твердой поверхности. На шероховатой, неровной поверхности минерала гистерезис смачивания всегда выше, поэтому прилипание пузырьков воздуха к такой поверхности и флотируемость частиц улучшаются.
В процессе флотации пузырек воздуха минерализуется благодаря прилипанию к нему большого количества частиц. Прилипание и флотация частиц происходят после столкновения их с пузырьком воздуха и разрыва водной прослойки между ними.
Столкновение пузырьков с частицами чаще всего происходит при движении пузырьков снизу вверх, когда частица под действием силы тяжести падает, или при движении частицы вверх, когда поднимающийся пузырек движется с большой скоростью и сталкивается с ней.
После столкновения частица огибает пузырек, толщина водной прослойки между ними постепенно уменьшается. Если поверхность материала плохо смачивается, то прослойка воды неустойчива и, достигнув малой величины (толщины в несколько молекул), разрывается самостоятельно, но не до конца. Оставшаяся тонкая устойчивая пленка не препятствует прилипанию твердой частицы к пузырьку.
Работами Б.В. Дерягина и А.Н. Фрумкина показано, что, если поверхность частицы достаточно гидрофобна, то водная прослойка, достигшая минимальной толщины, при которой она становится термодинамически неустойчивой, разрывается мгновенно, скачкообразно. Этот момент и соответствует акту прилипания частиц к пузырьку, т.е. образованию краевого угла смачивания (образованию трехфазного периметра смачивания). Причем на участке прилипания частицы к пузырьку в пределах площади прилипания остается тонкая пленка воды, являющаяся новой двухмерной фазой, принципиально отличной по своим свойствам от объемной жидкости. Толщина водной прослойки в этом случае равна 400 Å.
Для осуществления флотации частиц, прилипших к пузырьку, последний должен поднять их на поверхность пульпы.
Пузырек при всплывании испытывает воздействие различных механических сил (столкновение с другими частицами, пузырьками, струями суспензии, а также с движущимися частями машин и др. механизмов), которые могут оторвать частицы от пузырька.
Чтобы частица не оторвалась, должны быть силы, способные удержать частицу на поверхности пузырька. Прочность прилипания частицы к пузырьку зависит от площади прилипания, радиуса пузырька и величины краевого угла смачивания, а также от массы частицы в воде. Чем больше масса частицы в воде, тем меньше должна быть смачиваемость материала, а следовательно, тем больше должен быть краевой угол смачивания, необходимый для прилипания частицы к пузырьку.
Учитывая динамические силы, действующие на частицы при их движении в суспензии, и центробежные силы инерции, развиваемые в момент огибания частицей пузырька, можно рассчитать, что сила отрыва частицы увеличивается в среднем в 4 ÷ 5 раз по сравнению с силой тяжести частицы, а краевой угол возрастает при этом в 1,2 ÷ 3 раза.
Работами В.И. Классена установлено, что образование начальной площади прилипания на поверхности частиц материала облегчается, когда мельчайшие пузырьки воздуха (микропузырьки) образуются непосредственно на поверхности материала. Затем крупный пузырек сливается (коалесцирует) с этими мелкими пузырьками и использует имеющуюся под ним площадь прилипания.
Предполагается, что образование на поверхности гидрофобных частиц микропузырьков воздуха способствует удалению гидратной пленки с поверхности материалов.
Прилипание частиц к пузырьку должно рассматриваться не в равновесных, а в кинетических условиях, и с этой точки зрения важна не только прочность, но и скорость прилипания. Исследованиями М.А. Эйгелеса показано, что при минерализации пузырька продолжительность прилипания частиц к пузырьку находится в пределах 0,0001 ÷ 0,015 с.
Процесс флотации в целом оценивают скоростью флотации. Эта величина измеряется в минутах и характеризуется продолжительностью процесса для достижения определенного извлечения флотируемого материала при заданном качестве смеси.
Для определения скорости флотации в настоящее время предложено большое количество формул. Наиболее простой из них является определение средней скорости флотации u ср по уравнению
, (9.10)
Однако по этому уравнению нельзя определить скорость флотации в определенный промежуток времени. Скорость флотации в данный момент времени равна производной d e /dt и определяется константой скорости, численно равной тангенсу угла наклона кривой зависимости извлечения от времени.
Для определения скорости флотации К.Ф. Белоглазовым предложено уравнение
, (9.11)
Это уравнение справедливо при флотации узких классов крупности материала из суспензии при постоянной концентрации флотируемого реагента.
В более общем виде это уравнение имеет вид
, (9.12)
Рис. 8.Кривые скорости флотации
сли на основании результатов флотационных опытов построить кривую изменения скорости флотации в координатах 
, то по форме кривой можно характеризовать скорость флотации. Постоянная скорость флотации имеет прямолинейную зависимость (рис.9.8, кривая1). При снижении скорости флотации к концу процесса кривая принимает выпуклую форму (рис.9.8, кривая 2), а при повышении скорости к концу процесса кривая имеет вогнутую форму (рис.9.8, кривая 3). Практически необходимое время флотации определяется требованиями к качеству получаемых продуктов флотации и извлечению флотируемых материалов, а также флотируемостью извлекаемых материалов. В основных операциях флотации время обычно составляет от 5 до 40 мин.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Флотация — один из самых эффективных способов обогащения руд
Флотация — метод обогащения руд, основанный на свойстве 
мелких частиц разных веществ по-разному смачиваться. Частицы породы, легко смачивающиеся жидкостью (гидрофильные), отделяются от несмачиваемых, гидрофобных частиц.
Флотация проводится в специальных машинах и установках с помощью флотирующих реактивов. В их списке такие известные вещества, как медный купорос, хлорное железо, уротропин, сода.
Разделение происходит на границе сред, как правило, газа и жидкости. Газовые пузырьки или капельки масла прилипают к гидрофобным частицам и поднимают их на поверхность, а гидрофильные частицы опускаются на дно.
Серьезные теоретические исследования смачиваемости веществ начали вести в конце XIX века; они были глубоко развиты в XX веке, в том числе российскими и советскими учеными.
Самая первая — масляная флотация. Ее применяли для обработки сульфидных пород. Исходный материал мелко измельчали и смешивали со смесью воды и масел. Масло прилипало к частицам с полезными минералами и выталкивало их на поверхность, а ненужная порода собиралась на дне. Таким способом у нас в стране в начале 20-го века получали концентраты из графитовых и марганцевых руд.
Пленочная флотация — более позднее изобретение, основанное на свойстве несмачиваемых частиц плавать на поверхности жидкости и не тонуть. Для разделения веществ с разными свойствами породу мелко измельчали и подавали в поток жидкости. Часть частиц быстро смачивалась и опускалась на дно. Остальная порода удалялась.
 |  |  |
| Железо хлорное 6-вод. «ч» | Уротропин (гексаметилентетрамин) | Сода кальцинированная техническая |
Эти два флотационных процесса сейчас почти не применяются, уступив место различным модификациям пенной флотации. О ней мы подробно расскажем в следующей статье.
Для чего используется флотация
Методами флотации удается извлечь, например: 