Флотация

Файл:DAF Unit.png

Установка для флотации растворённым воздухом (DAF), используемая для очистки промышленных сточных вод

Ошибка создания миниатюры:

Камера для пенной флотации

Флота́ция (фр. flotter — плавать) — гидромеханический процесс разделения мелких частиц, основанный на различном смачивании их жидкостью и избирательном прилипании к поверхности раздела фаз (как правило, «жидкость – газ») за счёт сил поверхностного натяжения. При флотации пузырьки газа или капли прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. В зависимости от способа образования поверхности раздела фаз различают следующие виды флотации: пенная, вакуумная, флотогравитация, ионная, электрофлотация, масляная и другие.

Для интенсификации флотации за счёт создания условий селективного (избирательного) разделения в жидкость добавляют флотореагенты (чаще всего поверхностно-активные вещества), изменяющие поверхностное натяжение вблизи поверхности раздела фаз. Флотация применяется в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности, для обогащения полезных ископаемых, очистки сточных вод (от твёрдых частиц и капель органических примесей), для выделения и разделения бактерий и прочее.

История

Ошибка создания миниатюры:

Электрокоагуляция — флотация сточных вод

23 августа 1860 года англичанин Вильям Хайнс разработал метод, который был назван методом концентрации металлов из руд и пород, позднее получивший название масляной флотации. Используя данный метод, стало возможно отделять сульфидные минералы от пустой породы. В качестве реагента использовались масла и нерастворимые в воде битуминозные вещества. Реагенты смешивались в определённой пропорции с мелкоизмельчённой рудой в специальном смесительном аппарате, после чего вся смесь промывалась водой. Выделенные из руды «омасленные» ценные минералы отделялись от масла, промывались в щелочном растворе. Но способ Вильяма Хайнса не стал востребованным в промышленности, так как предполагал большой расход масел.

В 1877 году братья Бессель (Адольф и Август) разработали метод с признаками современной пенной флотации, предназначенный для извлечения графита из руд с его содержанием. Метод братьев Бессель заключался в следующем: руду измельчали, смешивали с маслами, углеводородами или жирами, взбалтывали с водой, нагревали до кипения, пузырьки водяного пара, выделяющиеся при кипении, поднимали на поверхность пульпы «омасленные» частицы графита, которые образовывали минерализованную пену. Для увеличения пены добавляли сивушные масла как пенообразователи. Флотируемые частицы графита всплывали на поверхность пульпы. Расход масла при таком подходе составлял от 1 % до 10 % к весу руды.

В 1885 году американка Карри Эверсон (урождённая Ребекка Кэрри Джейн Биллингс) предложила применять серную кислоту для сокращения расхода масла. В 1892 году А. Нибелиус, А. Мак-Куистен в 1904 году и Роберт Уильямс Вуд в 1914 году предложили метод пенной флотации, основанный на гидрофобности частиц сульфидов, входящих в состав минералов и удерживаемых силами поверхностного натяжения на поверхности воды, образуя хрупкую плёнку. При этом частицы пустой породы (гидрофильные) смачивались водой и осаждались.

Пенный флотатор

В 1901—1902 годах американец Чарльз Винсент Поттер, затем итальянец А. Фромент предложили способ обогащения, в основу которого было положено использование минеральной кислоты и небольших количеств масла, которые загружали в пульпу. При взаимодействии кислоты с карбонатными минералами руды выделялись и прилипали к частицам «омасленных» сульфидов пузырьки углекислого газа. Это способствовало их всплыванию. В случае отсутствия в руде карбонатов, их добавляли. Использование пузырьков совместно с маслами позволяло значительно сократить их расход при флотации. Способ получил широкое применение при получении цинкового концентрата, содержащего 42 % цинка. Извлечение компонентов из руды осуществлялось с помощью масла под пониженным давлением над слоем жидкости. В 1904 году Фрэнком Эльмором вместе со своим братом Стэнли был предложен метод так называемой вакуум-флотации. Сущность способа Эльмора заключалась в следующем: процесс осуществлялся с помощью масла, но газовые пузырьки получались путём выделения воздуха из водного раствора благодаря пониженному давлению над слоем жидкости.

В России в 1904 году в Мариуполе на действующей графитовой обогатительной фабрике для извлечения графита из графитсодержащей пульпы использовали керосин как флотореагент. В дальнейшем развитие флотационных технологий было связано с усовершенствованием флотационной аппаратуры и с разработкой синтетических, водорастворимых флотационных реагентов:

• 1909 год — использование пенообразователей (сосновое масло), применяемых и в настоящее время, предложено Н. Гринуэем (США);
• 1912 год — начало развития селективной флотации;
• 1913 год — использование медного купороса (сульфата меди) на флотацию цинковой обманки, предложенное Лесли Брэдфордом (Австралия);
• 1921—1922 гг. — флотация цинковой обманки и пирита с помощью депрессирующего действия цианистых солей (Г. Шеридан и Г. Гризволд, США);
• 1921 год (К. Перкинс, США) и 1925 год (С. М. Келлер, США) — применение растворимых органических соединения, содержащих трёхвалентный азот и двухвалентную серу (нафтиламины, диаминобензол, толуидины, тиокарбанилид и другие органические комплексообразующие агенты) для флотации сульфидных минералов;
• использование вместо нерастворимых в воде масел неопределённого и нестабильного состава синтетических, химически индивидуализированных водорастворимых и весьма избирательных ксантогенатов, в качестве реагентов-собирателей (гидрофобизаторов), которые применяются как реагенты в сульфидной флотации;
• 1926 год — Джозеф Витворт (США) предложил в качестве реагентов-собирателей для сульфидов дитиофосфаты;
• 1935 год — применение катионных реагентов-собирателей.

Большой вклад в развитие современной теории флотации внесли российские учёные физикохимики: Пётр Александрович Ребиндер, Борис Владимирович Дерягин и Александр Наумович Фрумкин, Игорь Николаевич Плаксин, исследовавший закономерности взаимодействия реагентов и газов с минералами при флотации. Наиболее важные в истории флотации открытия и изобретения с 1901 по 1935 год приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Наиболее важные в истории флотации открытия и изобретения с 1901 по 1935 год

Время, автор и место открытия (изобретения)	Краткая характеристика открытий и изобретений
1901 год, В. Поттер и Г.П. Дельпрат, Австралия	Начало промышленного применения процесса химической пенной флотации, процесс удержался до 1917 года, всего получено около 6 млн. т цинкового концентрата
1902 год, Ф. Эльмор, Англия, Г.П. Дельпрат (ноябрь 1902 год), Австралия	Начало применения масляной флотации. Производительность установки 50 т/сутки; достигалось извлечение меди до 80 %
1902 год, А. Каттермоль, Англия	Предложен грануляционный процесс масляной флотации, получивший промышленное применение, главным образом при обогащении коксующихся углей
1903 год, Англия	Организовалась компания «Minerals Separation», скупавшая в монопольное владение основные патенты в области флотации
1904 год, А. Нибелиус, США, Невада, А. Мак-Куистен (Великобритания)	Промышленное применение плёночной флотации. Производительность фабрики 120 т/сутки. Из обесшламленной руды извлекалось до 90 %меди в концентрат, содержащий свыше 20 % меди
1904 год, Ф. Эльмор, Англия	Предложен процесс и аппараты для вакуумной флотации, получившие сравнительно широкое применение
1905 год, Германия	Открыто сульфидизирующее действие сульфида натрия Na2S на окисленные минералы цветных металлов
1909 год, Н. Гринуэй и др., США	Открыто пенообразующее действие соснового и некоторых других масел
1910 год, Т. Гувер, США	Сконструированы и построены флотационные механические машины типа «Minerals Separation», применявшиеся до 1930 года
1910 год, Л. Брэдфорд, Австралия	Первые попытки применения селективной флотации
1911 год, Л. Брэдфорд, Австралия	Открыто активирующее действие сернокислой меди CuSO4 на сфалерит
1912 год, А. Лоури и Н. Гринуэй, Австралия	Открыто депрессирующее действие двухромовокислых солей щелочных металлов на свинцовый блеск
1914 год, Д. Каллоу, США	Предложен первый пневматический флотационный аппарат, в котором аэрация пульпы достигалась вдуванием сжатого воздуха через пористую ткань
1914 год, Фрайбергская горная академия, Германия (Саксония)	Дано теоретическое объяснение закрепления частицы на поверхности воды при плёночной флотации
1921 год, К. Перкинс, Сэйер, США	Предложены синтетические коллекторы, содержащие азот и двухвалентную серу
1921 год, Фабрика «Гумбольдт», США, Аризона	Открыто депрессирующее действие щелочей на пирит
1922 год, Г. Шеридан и Г. Гризволд, США	Открыто депрессирующее действие смеси цианидов щелочных металлов и сернокислого цинка ZnSO4 на сфалерит
1924 год, Н. Л. Салмен и Э. Эдсер, Англия	Предложено применение высокомолекулярных карбоновых кислот и их мыл для флотации несульфидных минералов
1925 год, С. М. Келлер и Гилберт Ньютон Льюис, США	Предложены в качестве коллекторов ксантогенаты щелочных металлов, получившие повсеместное применение при флотации сульфидов
1929 год, А. М. Годен, США	Введение контроля щелочности среды. Флотация сильнорастворимых солей.
1934 год, Д. А. Чапмэн (СССР) и Литлфорд	Флотогравитация. Применение щелочных сульфидов в качестве собирателей
1935 год, Д. А. Чапмэн (СССР) и Литлфорд	Применение катионных собирателей

Флотационный ксантогенат

Основными направлениями в области развития и внедрения флотационного обогащения являются:

• изыскание эффективного реагента-собирателя для флотации серных руд;
• исследование флотируемости золошлаковой смеси теплоэлектростанций;
• обогащение золошлаковых смесей и обезвоживание полученных продуктов;
• разработка технологического режима и апробация в промышленных условиях пенной сепарации газовых углей;
• разработка и внедрение реагентного режима пенной сепарации крупнозернистого антрацитового шлама;
• внедрение процесса пенной сепарации крупнозернистого шлама;
• разработка технологии обработки крупнозернистой пульпы и проектирование установки для кондиционирования.

Особенности процесса

Флотация — основной метод обогащения полезных ископаемых, применяемый для очистки сточных и природных вод. Процесс флотации — технологический процесс выделения веществ из жидкой дисперсионной среды или разделения мелких твёрдых частиц (преимущественно минералов). Сущность процесса заключается в избирательном закреплении частиц на поверхности раздела фаз, преимущественно газ — жидкость. Переносимые пузырьками газа частицы концентрируются на поверхности жидкости, образуя слой пены, что позволяет отделить их от пульпы или сточной воды. При флотации разделение минералов происходит вследствие их избирательного закрепления на поверхности раздела двух фаз.

Сущность флотации заключается:

• в создании условий для селективного (избирательного) прилипания плохо смачиваемых водой (гидрофобных) частиц к пузырькам газа, которые диспергированы в водной среде.
• образовавшиеся при этом агрегаты «частица—пузырёк» всплывают на поверхность, формируют пенный слой, который затем удаляют.
• хорошо смачиваемые (гидрофильные) частицы остаются в объёме жидкости.

Для интенсификации процесса флотации с целью изменения смачиваемости поверхности используют различные флотационные реагенты. Процесс флотации также описывают с помощью многостадийных моделей, учитывающих кинетику не только образования агрегатов «пузырёк—частица», но и их кинетику разрушения.

Факторы, влияющие на флотационный процесс

Различные типы собирателей или поверхностно-активных веществ, используемых при пенной флотации.

На эффективность флотации влияют её продолжительность и схема, по которой протекает процесс, а также оказывают влияние следующие факторы:

• Крупность измельчения руды перед флотацией — для увеличения эффективности процесса обогащения крупновкрапленных руд зёрна флотируемого минерала измельчают до достаточно мелких размеров с целью их надёжного закрепления на пузырьках воздуха; для обогащения тонковкрапленных основную массу полезных минералов освобождают из срост­ков с пустой породой перед селективной флотацией из срост­ков друг с другом. Минералы, имеющие высокую естественную гидрофобность и малую плотность, можно извлекать при большей крупности зёрен. Зёрна, имеющие округлую форму, например, рассыпное самородное золото, флотируются хуже, чем зёрна с плоскими гранями. Зёрна изометрической формы флотируются хуже, чем чешуйчатой формы. Кроме того, крупные зёрна извлекаются медленно. Скорость флотации возрастает до определённого предела с уменьшением размера зёрен, после чего начинает снижаться. Зёрна размером менее 5—10 мкм очень медленно флотируются. Оптимальная крупность флотируемых зёрен будет зависеть от условий флотации и свойств флотируемого минерала. Шлам пустой породы способен налипать на крупные частицы извлекаемого минерала, тем самым понижая его флотируемость.

• Плотность пульпы — характеризуется либо содержанием твёрдого компонента, либо разбавлением. Разбавлением (R) называют отношение веса воды (Ж) к весу твёрдого компонента (Т) в пульпе: R = Ж/Т) и выражают в долях единиц или в процентах. Плотность пульпы оказывает влияние на извлечение и содержание флотируемого материала в концентрате: флотация невозможна, если содержание в пульпе флотируемых компонентов близко к 100 %. При малых значениях плотностей извлечение флотируемого минерала несколько снижается за счёт уменьшения прочности пены. Расход реагентов, производительность флотомашин, удельный расход энергии и воды также зависят от плотности пульпы. Расход реагентов снижается при высоких плотностях пульпы, но производительность флотомашин первоначально возрастает, а по мере извлечения компонентов снижается.

• Реагентный режим и порядок их загрузки — режим, при котором основными параметрами которого являются: номенклатура реагентов, их дозировка, точки подачи и распределение по отдельным точкам каждого реагента, продолжительность контакта их с пульпой. Реагентный режим определяется экспериментальным путём для каждой конкретной технологии и зависит от качества используемой воды. Существует определённый порядок подачи реагентов: первыми вводят регуляторы среды, которые чаще всего подают при измельчении руды; депрессоры загружаются вместе с регуляторами или несколько позже; добавляют коллектор и пенообразователи, если необходимо, то возможна подача активаторов для более полного извлечения трудно флотируемых примесей.

• 

  Простая схема флотации для обогащения полезных ископаемых
  Интенсивность аэрации и перемешивания пульпы — необходимы для интенсификации процесса образования воздушных пузырьков. При аэрации часть воздуха в зо­нах с повышенным давлением (в соответствии с законом Генри) растворяется в воде пульпы. В зонах с пониженным давлением растворённый воздух выделяется в виде мельчайших зародышевых пузырьков на поверхности флотируемых зёрен. Мелкие пузырьки способствуют закреплению частиц на более крупных «транспортирующих» пузырь­ках. Аэрация зависит от плотности пульпы. В более плот­ных пульпах аэрация снижается. Кислород, содержащийся в растворённом воздухе, действует как окислитель на процесс взаимодействия минералов с реагентами, а, следовательно, и на результаты флотации.

• Кинетика флотации — процесс флотации подчиняется закону действующих масс, согласно которому, если условия флотации и свойства флотируемого минерала постоянны, то скорость флотации прямо пропорциональна массе флотируемого минерала. Оптимальное время флотации определяется технико-экономическими пока­зателями и находится в пределах от 5-10 до 40 мин. В зависимости от требуемого времени флотации различают: легкофлотируемые руды со временем флотации от 5 до 15 минут, среднефлотируемые руды — от 15 до 25 минут, труднофлотируемые руды — более 25 минут.

• Интенсивность съёма пены — влияет на время флотации: продолжительность флотации уменьшается при интенсивном съёме пены.

• Температура пульпы — оказывает влияние на скорость процесса, например, при использовании жирных кислот в качестве коллекторов при низких температурах происходит потеря их активности вследствие их перехода в твёрдое агрегатное состояние. С увеличением температуры пульпы (при её нагревании) улучшается процесс диспергирования труднорастворимых коллекторов, что приводит к увеличению скорости флотации. При флотации легкорастворимыми ксантогенатами влияние температуры сказывается в меньшей степени. Подогрев пульпы — дорогостоящий процесс и его применяют в том случае, если можно использовать в качестве теплоносителей тепловые отходы производства. Подогрев пульпы можно использовать для повышения селективности флотации.

• Объём пульпы — оказывает влияние на скорость флотации. При увеличении объёма пульпы, подаваемого во флотационную машину в единицу времени, скорость флотации возрастает, а время флотации уменьшается.

Классификация флотационных процессов

Классификация флотационных процессов и технологий приведена в таблице 2:

Таблица 2 - Классификация флотационных процессов

Тип фаз, образующих поверхность раздела	Фазы, образующие поверхность раздела	Процессы флотации и примыкающие к ним технологии
Жидкость — газ (Ж—Г)	Вода — воздух	Пенная флотация (обычная, вакуум-процесс, ионная флотация, пенное фракционирование) Плёночная флотация () Эмульсионная флотация (вторая фаза процесса) Флотогравитация Гидрообеспыливание
	Вода — углекислый газ	Химическая или газовая флотация
	Вода — водяной пар	Флотация кипячением
Жидкость — жидкость (Ж—Ж)	Вода — масло	Масляная флотация Эмульсионная флотация (первая фаза процесса) Грануляционный процесс
	Вода — расплав серы	Грануляционный процесс в расплаве серы
	Вода — жир	Обогащение алмазов на жировых поверхностях
	Вода — ртуть	Первая фаза амальгамационного процесса
Жидкость — Твёрдое (Ж—Тв)	Вода — минерал	Флотация с носителем (первая фаза процесса), сгущение с носителем, селективная фильтрация, селективная флокуляция, процессы коагуляции
Газ — Твёрдое (Г—Тв)	Воздух — минеральная пыль, дымовой газ — пыль	Процессы слипания твёрдых частиц в аэрозолях и дымах (находятся в стадии исследования)

Пенная флотация

Медно-сульфидная пена в камере Джеймсона

При пенной флотации продувают газ или воздух через пульпу, которая содержит флотационные реагенты. Гидрофобные частицы (не смачивающиеся или плохо смачивающиеся водой) флотирующего минерала, прилипают к поверхности воздушных пузырьков. Воздушные пузырьки, с закрепившимися на них частицами образуют на поверхности пульпы слой минерализованной пены и всплывают вверх в камере флотационной машины. Гидрофильные частицы (хорошо смачиваемые водой) других минералов не прилипают к пузырькам воздуха и остаются во взвешенном состоянии в объеме пульпы. Пенная флотация — процесс, характеризующийся высокой производительностью, является наиболее распространенным в промышленности. Пенную флотацию делят в зависимости от способа насыщения пульпы пузырьками газа:

• на обычную пенную флотацию;
• вакуум-флотацию;
• химическую флотацию;
• флотацию кипячением (в этом процессе пузырьки пара образуются в пульпе, при этом происходит выделение растворённого в воде воздуха. В начале ХХ века такой процесс использовался для извлечения графитовых руд.

Плёночная флотация

Для плёночной флотации характерным является разделение минералов на плоской поверхности раздела фаз вода—воздух. Предварительно измельченная руда ссыпается на поверхность воды с небольшой высоты. Гидрофобные (несмачиваемые) частицы остаются на поверхности воды и переносятся потоком во флотационный продукт, гидрофильные (смачиваемые водой) частицы переходят в водную фазу и выделяются в виде другого продукта.

Разделение происходит из-за различий в способности частиц закрепляться на границе раздела фаз. Эти различия обусловлены разными значениями удельной поверхностной энергии частиц разных минералов, мерой которой является смачиваемость поверхности. Плёночная флотация — процесс обогащения с низкой производительностью. Применение его ограничено использованием при флотогравитационном способе доводки концентратов редких металлов.

Промышленная пенная флотация сульфидных медных руд

Эмульсионная флотация

В этом процессе нерастворимый в воде жидкий углеводород эмульгируется в пульпе. На поверхности раздела «вода—масло», на капельках эмульсии, закрепляются частицы флотирующего минерала. При этом образовавшиеся капельки эмульсии флотируются вместе с прилипшими к ним частицами пузырьками воздуха.

Таким образом, на первом этапе масляной флотации происходит закрепление частиц минерала на поверхности раздела фаз «вода-масло» («жидкость—жидкость»). Вторым этапом является обычная пенная флотация — капли эмульсии закрепляются на поверхности раздела фаз «масло-воздух» («жидкость-газ»).

Химическая (газовая) флотация

При химической флотации пузырьки воздуха или газа образуются вследствие протекания химической реакции. Например, в руду, содержащую кальцит (СаСО₃), добавляют серную кислоту (Н₂SО₄) или любую кислую соль. При протекании химической реакции выделяется углекислота Н₂СО₃, быстро распадающаяся на пузырьки углекислого газа СО₂ и воду Н₂О. На образовавшихся пузырьках углекислого газа и происходит флотация сульфидов.

Процесс химической флотации, используемый для очистки воды от загрязняющих веществ, может состоять из несколько этапов:

• Подготовка стоков — перед флотацией их подвергают коагуляции и флокуляции для объединения мелких частиц в более крупные.
• Подача газа— газ (чаще воздух) вводится в воду, образуя пузырьки, размер которых может быть от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, что обеспечивает необходимое взаимодействие с загрязняющими веществами.
• Адсорбция частиц — укрупнённые загрязняющие воду вещества адсорбируются на поверхности пузырьков газа за счёт гидрофобных взаимодействий, а также благодаря введению поверхностно-активных веществ для улучшения слипания примесей.
• Подъём частиц на поверхность — адсорбированные частицы поднимаются на поверхность, образуя пену.
• Удаление пены — образовавшаяся на поверхности пена удаляется с помощью механических скребков или специальных гидравлических систем.

Камеры пенной флотации на заводе по переработке медно-никелевой руды

Масляная флотация

Процесс масляной флотации — процесс селективного закрепления частиц минералов на поверхности диспергированных мелких капель жидкого углеводорода в пульпе. В качестве углеводородов пр масляной флотации используют чаще всего керосин, дизельное топливо. Если удельный вес углеводорода меньше единицы — капли всплывают на поверхность.

Флотирующие частицы тонкоизмельченной руды, сталкиваясь с каплями, закрепляются на поверхности раздела «масло—вода» и выносятся ими на поверхность пульпы. При этом образуется слой минерализованного масла. Нефлотирующие частицы остаются в объёме пульпы. Капельки масла обладают незначительной подъёмной силой и не несут большой минеральной нагрузки. Масляная флотация характеризуется как процесс с низкой производительностью и селективностью разделения фаз и с высоким расход масла.

Для реализации масляной флотации в пульпу добавляют масло плотностью меньше плотности воды. При перемешивании пульпы образуется эмульсия из капель масла в воде. К особенностям масляной флотации относится:

• если плотность масла меньше единицы, то его капельки вместе с закрепившимися частицами всплывают на поверхность пульпы;

• если используется небольшое количество масла с высокой плотностью, то образующиеся минерализованные гранулы опускаются на дно, а нефлотирующиеся зёрна поднимаются наверх с восходящим потоком воды, такой процесс будет называться грануляционным.

Масляная флотация применяется для получения коллективных концентратов и для селективных схем выделения кондиционных концентратов с выводом отдельных минералов. На неё оказывает влияние: температура; ионный состав жидкой фазы пульпы; растворённые в ней газы (особенно кислород); плотность пульпы. Поэтому для выбора схемы масляной флотации, реагентного режима и степени измельчения, проводится анализ обогащаемого полезного ископаемого на минералого-петрографический состав. Всё это позволяет обеспечить достаточно полное разделение минералов.

Флотация с носителем

Процесс применяется с целью увеличения эффективности флотации тонких шламов. Для предотвращения уноса в сторону тонких частицам при встрече с воздушным пузырьком и для увеличения вероятности встречи и закрепления тонких частиц в пульпу добавляют частицы минерала-носителя, поверхность которого обрабатывают реагентами. При этом на поверхность минерал-носителя налипают тонкие шламы и вместе с ним флотируются обычной пенной флотацией. Но не всегда в нём происходит всплывание частиц.

Основой такого разделения является селективное закрепление частиц на поверхности раздела фаз. Этот метод ещё называют методом сепарации. Сепарацию применяют: при обогащении алмазов на жировых поверхностях; во флотогравитации для закрепления частиц породы на капельках воды, находящихся в расплаве серы; при амальгамировании для закрепления частичек золота на поверхности ртути; при гидрообеспыливании для закрепления частичек пыли на капельках воды; при сгущении с носителем для закрепления тонких частиц на поверхности твёрдой фазы; при избирательной фильтрации и избирательной флокуляции.

Флотогравитация

Процесс применяется при доводке черновых касситеритовых (оловянных) и вольфрамитовых (вольфрамовых) концентратов, которые могут содержать оловянные и вольфрамовые руды, а также сульфиды цветных металлов и железа. Гравитационный метод — метод обогащения руд, при котором в концентрат извлекаются металлы, имеющие большой удельный вес.

Такие гравитационные концентраты имеют низкое давление. Для обеспечения флотируемости сульфидов черновые концентраты обрабатывают реагентами и направляют на концентрационные столы. Флотирующиеся сульфиды всплывают на поверхность воды концентрационного стола в следствие плёночной флотации. Нефлотируемые минералы разделяются гравитационным способом на столе в соответствии с их удельными весами. При таком способе обогащения сочетаются два физических процесса: гравитационный и флотация.

Грануляционный процесс

Простая схема флотации для обогащения полезных ископаемых

Процесс, применяемый для очистки серных концентратов от пустой породы, заключается в добавлении растворимой соли хлорида кальция СаСl₂ в предварительно обезвоженный флотационный концентрат. При этом температура кипения раствора хлорида кальция быть выше температуры плавления серы, то есть больше 112^°С, что определяет количество соли. При нагревании происходит процесс плавления серы, а раствор хлорида кальция при перемешивании образует капли в объёме расплава серы. Частицы породы, оставшиеся в серном концентрате, сталкиваются с каплями раствора соли, переходят внутрь капель и образуют породные гранулы, которые затем отделяются от расплава серы.

В грануляционном процессе очистки серных концентратов могут применяться флотационные реагенты для модификации поверхностных свойств минералов и создания условий селективного (избирательного) разделения. Например, для подавления флотации кальцита, кварца, битумов и диспергирования шламов, активирующих пустую породу, используют соду, жидкое стекло, полифосфаты.

Области применения

Главной областью применения флотации является обогащение полезных ископаемых. Метод позволяет эффективно перерабатывать бедные и сложные по составу руды цветных, чёрных и редких металлов, апатитовые, фосфоритовые, баритовые руды, а также угли. Флотация используется для разделения сульфидов, оксидов, силикатов и других классов минералов.

Второй важнейшей сферой является очистка сточных вод и водоподготовка. Напорная и импеллерная флотация применяется для удаления нефтепродуктов, жиров, волокон, взвешенных веществ и активного ила в системах промышленной и коммунальной очистки.

Также метод используется в пищевой, химической и других отраслях промышленности для выделения ценных компонентов из жидких сред, в металлургии для разделения медно-никелевого файнштейна, при очистке сахара и виноградного сока от твёрдых примесей, при выделении бактерий из жидкой фазы, для разделения семян.

Флотореагенты

 → Флотореагенты

Эффективность флотации определяется применением реагентов, которые делятся на несколько основных классов:

1. Собиратели (коллекторы) — гидрофобизующие органические вещества, адсорбирующиеся на поверхности извлекаемого минерала и делающие её несмачиваемой (например, ксантогенаты для сульфидных минералов, жирные кислоты для несульфидных руд).
2. Пенообразователи — поверхностно-активные вещества, способствующие диспергированию воздуха в пульпе и стабилизации минерализованной пены (сосновое масло, спирты).
3. Модификаторы (регуляторы) — неорганические и органические соединения, изменяющие действие собирателей, которые способны усиливать (активаторы) или подавлять (депрессоры) флотацию тех или иных минералов, а также регулировать pH среды (например, известь, карбонат натрия, цианиды).

На активность флотореагентов влияют: агрегатное состояние при подаче реагента (парообразное состоянии или в виде аэрозоля); тепловая обработка и химические процессы (электрохимическое окисление, бактериальная обработка, смешивание разных реагентов). Соблюдение определённых условий способствует повышению технико-экономических показателей процесса флотации в целом.

Машины для флотации

 → Машины для флотации

Флотационные машины — устройства для флотации, предназначенные для разделения тонкоизмельчённых частиц руды на основе различия в их физико-химических свойствах, главным образом, в смачиваемости водой. С помощью флотомашин возможно выделять ценные компоненты — медь, цинк, свинец, золото и другие из пустой породы. Так как процесс аэрации является основной особенностью и назначением флотационных машин, то из существующего ряда классификаций флотационных машин наиболее существенной и простой является классификация, в основе которой положен способ аэрации пульпы. Классификация флотационных машин по способу аэрации пульпы приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Классификация флотационных машин по способу аэрации пульпы

Тип	Способ аэрации пульпы	Конструктивные особенности	Машины
Механический­	Перемешиванием пульпы­ с воздухом мешалками­ стями (импеллерами) разных конструкций­	Стержневой импеллер. Импеллеры с лопастями	«Механобр» «Фагергрен»
Пневматический	Вдуванием в пульпу воздуха	Патрубочные (аэролифты)	Мелкая патрубочная; глубокая патрубочная
		С высокой камерой в виде трубы	Колонная
		С подачей питания на пенный слой	Пенной сепарации
Пневмомеханический (комбинированный)	Совместное применение механического и пневматического способов		Пневмомеханическая, с «кипящим слоем»
С понижением давления	С выделением газа из раствора		Вакуумная, компрессионная

Флотационные машины по принципу продольного перемещения в них пульпы делят: на машины корытного (ящичного) типа, «общего уровня» и камерные. Камерный тип флотомашин обычно используют для механического и пневмомеханического разделения. Флотомашины корытного типа (прямоточные) используют для флотации, при которой минералы разделяются благодаря различию в смачиваемости их поверхности водой. Также к флотомашинам этого типа относят машины механического и пневмомеханического действия.

Литература

• Абрамов А. А. Флотационные методы обогащения. — М.: Горная книга, 2008. — Т. 4. — С. 658—692. — 707 с. — ISBN 978-5-7418-0507-7.
• Аксенов В. И., Аникин Ю. В., Галкин Ю. А., Ничкова И. И., Ушакова Л. И., Царев Н. С. [Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. 92 с. Применение флокулянтов в системах водного хозяйства]. — Екатеринбург: УГТУ— УПИ, 2008. — 92 с.
• Барский Л. А. Так ископаемые становятся полезными. — М.: Недра, 1988. — 152 с. — ISBN 5-247-00326-8.
• Глембоцкий В. А., Классен В. И. Флотация. — М.: Недра, 1973. — 384 с.
• Майер, Эрвин В., Шранц Губерт Флотация / под ред. Г. О. Ерчиковского, пер. с нем.. — Москва :: Цветметиздат, 1933. — 463 с.
• Мещеряков Н. Ф. Флотационные машины. — М.: Недра, 1972. — 248 с.
• Богданов О. С. Справочник по обогащению руд в 3-х томах. — М.: Недра, 1972—1974.

Примечания

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Флотация», расположенная по следующим адресам: — «https://baza.znanierussia.ru/mediawiki/index.php/Флотация» — «https://znanierussia.ru/articles/Флотация» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».