Флотація

Флота́ція — спосіб розділення сумішей твердих дрібних частинок, що належать різним речовинам, а також виділення крапель дисперсної фази з емульсій, заснований на різній змочуваності та здатності накопичуватися на поверхні розділу фаз.

Історична довідка

Процес флотації був відомий ще за часів античності (описи використання знайдені в літературі Стародавньої Греції та Давньої Персії).

Стрімкий розвиток флотація отримала на початку 20 ст. і ввійшла до основних процесів перероблення мінеральної сировини. Ранній період (до кінця 1910-х) називають механічним. Розвиток флотації на основі вдосконалення реагентного режиму — так званий хімічний період, який продовжується дотепер.

Характеристика

Флотаційний процес заснований на відмінностях у змочуваності мінералів, які розділяються. Якщо природні розходження у змочуваності мінералів недостатні для флотаційного розділення, їх підсилюють флотаційними реагентами, що селективно впливають на мінерали. Основна і визначальна стадія процесу — акт флотації, який полягає в закріпленні одиничного зерна на поверхні розділу фаз.

Зміну змочуваності мінералів під час флотації здійснюють введенням у пульпу флотаційних реагентів, які впливають на гідратні шари і змінюють їхню товщину та стійкість. Підготовка мінеральної поверхні до флотації зводиться до подачі визначених реагентів, що різко збільшують гідрофобність флотованих частинок і гідрофільність нефлотованих.

Основні способи флотації: пінна, плівкова, вакуумна, компресійна, йонна, хімічна, соляна, масляна, електрофлотація, флотація з носієм, пінна та адгезійна сепарація.

Найпоширенішою є пінна флотація, при якій через суміш частинок із водою пропускають дрібні бульбашки повітря. Частинки твердої речовини збираються на поверхні розділу фаз «повітря — рідина», прилипають до бульбашок повітря і виносяться з ними на поверхню у складі трифазної піни, яку згущують і фільтрують. Як рідину найчастіше використовують воду, рідше — насичені розчини солей (розділення солей, що входять до складу калійних руд) або розплави (збагачення сірки).

Елементарні фізичні та хімічні процеси, які мають місце під час технологічного процесу пінної флотації: кондиціонування гідросуміші мінеральної сировини, аерація пульпи, елементарний акт флотації, спливання флотоагрегатів та формування пінного шару, вивантаження продуктів флотації. Існує декілька тисяч флотореагентів, які відрізняються за принципом дії.

Збирачі — реагенти, що вибірково сорбуються на поверхні твердої речовини, яку необхідно перевести в пінний продукт, і додають частинкам гідрофобні властивості. Молекули таких реагентів мають дифільну будову: гідрофільна полярна група, яка закріплюється на поверхні частинок, і гідрофобний вуглеводневий ланцюг. Найчастіше збирачі — йонні сполуки аніонного та катіонного типів. Типові збирачі: ксантогенати і дитіофосфати — для сульфідних мінералів, натрієві мила й аміни — для несульфідних мінералів, гас — для збагачення вугілля. Витрата збирачів становить сотні грамів на тонну руди.

Піноутворювачі призначені для поліпшення диспергування повітря та додання стійкості мінералізованим пінам. Піноутворювачами служать слабкі поверхнево-активні речовини. Витрата піноутворювачів становить десятки грамів на тонну руди.

Регулятори — реагенти, які в результаті вибіркової сорбції надають гідрофільності флотованій речовині, тому вона стає не здатною до флотації. Їх застосовують як додаток до збирачів і піноутворювачів для підвищення селективності флотації або вилучення мінералів. Для флотації мінеральної сировини запропоновано близько 400 регуляторів. Залежно від цільового призначення у процесі флотації в кожному конкретному випадку розрізняють регулятори-активатори, депресанти (пригнічувачі) та регулятори середовища. Витрати реагентів-регуляторів мають індивідуальний характер, загальна тенденція — мінімізація витрат для уникнення погіршення результатів флотації та збільшення витрат флотореагентів інших класів.


Особливе місце у флотаційному процесі займає газоподібна фаза (гази, що входять до складу повітря; рідше — гази, які спеціально вводять у процес як реагенти — кисень, сірчистий газ, сірководень). Найважливіша роль газоподібної фази полягає у транспортуванні мінеральних частинок повітряними бульбашками. Газоподібна фаза може бути використана і як реагент. Дія газів активізується у присутності води. У низці випадків хімічна дія газів виявляється в формі їхніх сполук із водою.

Результати флотації залежать від чинників, основними з яких є: речовинний склад корисної копалини, крупність подрібнення руди перед флотацією, густина пульпи, реагентний режим і порядок введення реагентів, інтенсивність аерації та перемішування пульпи, інтенсивність знімання піни, тривалість флотації, температура пульпи, схема флотації, дебіт пульпи, що надходить у флотаційну машину.

Схема флотації може містити декілька послідовних операцій: основну, перечисну, контрольну.

Схема флотації будь-якого компонента: основна флотація, одна або декілька перечисних і одна або декілька контрольних флотацій. Число перечисних і контрольних флотацій залежить від якості руди і вимог до концентратів (наприклад, для молібденових руд число перечищень концентрату досягає 6–8). У схемах оброблення корисних копалин із високим умістом корисного компонента (наприклад, вугілля) перечисних операцій можуть не застосовувати. Для звичайних умов флотації кількість перечищень коливається від 2 до 4. Кількість контрольних операцій не перевищує 2–3, але найчастіше схеми містять одну контрольну флотацію.

Класифікація мінералів за флотованістю

Залежно від складу і фізико-хімічних властивостей поверхні основні мінерали корисних копалин поділяють на 6 груп.

  1. Аполярні мінерали неметалічних корисних копалин характеризуються високою природною гідрофобністю. До них належать вугілля кам’яне, графіт, алмаз, сірка самородна, тальк. Для флотації мінералів цієї групи використовують нафтові масла, іноді тільки спінювачі.
  2. Сульфіди важких металів та самородні метали характеризуються природною гідрофобністю і вибірковою здатністю адсорбувати на своїй поверхні сульфгідрильні збирачі (ксантогенати). До цієї групи належать сульфіди заліза, свинцю, міді, цинку, стибію, молібдену, кобальту та інших, а також золото, срібло, платина.
  3. Окиснені мінерали важких металів представлені карбонатами, сульфатами, гідратами та силікатами міді, свинцю, цинку і змішаних руд. Ці мінерали не мають природної гідрофобності, тому їхня флотація можлива жирними кислотами та їхніми милами або ксантогенатами після попередньої сульфідизації поверхні сульфідом натрію.
  4. Полярні несульфідні мінерали лужноземельних мінералів мають у складі кристалічних ґраток катіони кальцію, барію, магнію, стронцію. Мінерали цієї групи дуже чутливі до йонного складу пульпи, добре флотують під час використання як збирачів жирних кислот і їхніх мил.
  5. Оксиди, силікати та алюмосилікати представлені великою групою мінералів (кварц, андалузит, діаспор, берил, гематит, каолініт, каситерит, корунд, піролюзит, шпати польові, слюди). Більшість цих мінералів добре флотується з використанням оксигідрильних збирачів, жирних кислот і збирачів катіонного типу.

Близькість флотаційних властивостей різних за складом мінералів визначає складність флотаційних схем і технології флотаційного збагачення корисних копалин.

Сфери застосування

Флотацію використовують для

Додатково

Мета основної флотації — максимально можливе вилучення корисного компонента. У результаті здійснення операції основної флотації не завжди вдається отримати кондиційний концентрат і відвальні хвости внаслідок близькості флотаційних властивостей розділюваних мінералів, недостатнього розкриття зростків, недосконалості флотаційних апаратів. Тому отримані бідні концентрати і багаті хвости направляють на повторну (перечисну) флотацію. Для остаточного вилучення корисного компонента й отримання бідних відвальних хвостів проводять контрольну флотацію.

Література

  1. Шубов Л. Я., Иванков С. И., Щеглова Н. К. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья : в 2 кн. Москва : Недра, 1990. Кн. 1. С. 5–26.
  2. Froth Flotation: A Century of Innovation / Ed by M. Fuerstenau, G. Jameson, R.-H. Yoon. Littleton : SME, 2007. 904 p.
  3. Kawatra S. K. Flotation Fundamentals // Mining Engineering Handbook. Houghton : Michigan Technological University, 2009. P. 30.
  4. Смирнов В. О., Білецький В. С. Флотаційні методи збагачення корисних копалин. Донецьк : Східний видавничий дім, 2010. 496 с.
  5. Флотація // Словник-довідник з екології / Уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. С. 183.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Флотація // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Флотація (дата звернення: 27.09.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
25.06.2021


Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ