Флотация как метод обогащения полезных и

ФЛОТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ

ЛЕКЦИЯ № 10

Флотационные методы обогащения— это процессы разделения полезных ископаемых, основанные на различии физико-химических свойств поверхности разделяемых минералов.

Эти свойства проявляются в различной способности минералов закрепляться на границе раздела фаз.

Фазой называется часть разнородной системы, которая отделена от других частей видимой границей раздела и обладает одинаковыми химическими и термодинамическими свойствами.

Различная способность удерживаться на межфазовой поверхности определяется смачиваемостью частиц.

Известны вещества, хорошо смачиваемые водой. Они называются гидрофильными, что в переводе с греческого означает «любящие воду». Например, на стекле капля воды хорошо растекается по его поверхности.

И есть такие вещества, которые не смачиваются или плохо смачиваются водой, т.е. «бояться воды». Они называются гидрофобными. Например, самыми гидрофобными веществами являются парафин и тефлон, капля воды на них не растекается, а сохраняет округлую форму.

Поэтому, в другой формулировке:

Флотация – это метод обогащения полезных ископаемых в водной среде, который основан на различии в смачиваемости водой частиц разделяемых компонентов.

Среди гидрофобных веществ много и таких, которые хорошо смачиваются маслом, т.е. олеофильных.

У Геродота есть описание метода вылавливания золотых частиц гусиными перьями, смоченными жиром.

Этот процесс находит применение и в настоящее время, правда, не для извлечения золота, а выделения тонких частиц алмазов (олеофильных частиц).

Если через поверхность, обработанную жиром, пропустить пульпу с алмазоносным песком, то кристаллики алмазов, избирательно смачиваясь жировой поверхностью, прилипают к ней. Для того чтобы прилипание было более надежным, поверхность алмазов предварительно покрывают жировой пленкой. Это осуществляется просто – перемешивают немного жира с пульпой, содержащей измельченную руду. Жир (масло) избирательно прилипает только к олеофильным частицам алмаза, остальными минералы уносятся водой.

Второй этап развития метода – масляная флотация. Как и обогащение на липких поверхностях, метод основан на явлении смачивания, но с существенной особенностью – с избирательным всплыванием несмачиваемых средой минералов. Процесс прост – перемешивание измельченной руды, воды и масла в емкости. Частицы масла смачивают олеофильные частицы, собираются в крупные капли и всплывают на поверхность воды (не забываем, что масло легче воды). Верхний слой пульпы снимается, образуя концентрат. Частицы пустой породы (гидрофильные), не смоченные маслом, остаются в воде (отходы).

Масляная флотация имеет низкую производительность и большой расход масла, поэтому широкого применения не получила. Она может применяться при доводке концентратов редких металлов.

Наиболее распространена пенная флотация.

В принципе безразлично, в какой среде разделять минералы по смачиваемости, лишь бы они смачивались по-разному. Развитие техники обогащения привело к самому простому варианту, при котором смачиваемость водой частиц противопоставляется их взаимодействию с воздушным пузырьком, всплывающим в пульпе. Это и есть суть пенной флотации.

Образно говоря, если гидрофобные вещества «бояться» воды, то они «любят» воздух.

Другими словами, воздух способен вытеснить с гидрофобной поверхности водную пленку и, следовательно, закрепиться на ней.

Таким образом, если в пульпу, содержащую гидрофильные и гидрофобные частицы, добавить пузырьки воздуха, то получим картину, изображенную на рис. 10.1 (флотация – от англ. flotation – всплывание, удерживание на поверхности воды).

Таким образом, в процессе пенной флотации участвуют три фазы:

— твердая — полезное ископаемое (крупностью до 0,5 мм),

— жидкая – вода,

— газообразная – пузырьки воздуха.

Пульпа насыщается пузырьками воздуха, т.е. осуществляется аэрация пульпы. Воздух может засасываться из атмосферы и диспергироваться в пульпе специальными механическими аэраторами или в пульпу вдувается сжатый воздух.

Гидрофобные частицы закрепляются на пузырьках воздуха и выносятся ими на поверхность пульпы, образуя слой минерализованной пены — пенный продукт, как правило, это концентрат. Гидрофильные частицы остаются в пульпе и образуют камерные продукт – отходы (их часто называют «хвостами»).

У пенной флотации, есть существенный недостаток – это невозможность выделения в концентрат частиц крупнее 0,5 мм. Это связано с действующими на комплексы пузырек-частица гравитационными и гидродинамическими силами.

Для выделения более крупных частицы – от 0.5 до 3 мм разработана разновидность пенной флотации – пенная сепарация.

Принцип метода заключается в том, что в отличие от обычной флотации свежая пульпа подается не в подпенную зону, а непосредственно на толстый слой устойчивой пены, предварительно полученный, например, подачей воздуха через пористое дно аппарата.

Гидрофобные частицы задерживаются пеной и выгружаются с ней через порог пенного сепаратора. Так как поднимать из глубины машины частицы нет необходимости, повышается крупность извлекаемых гидрофобных частиц. Гидрофильные частицы, проходя через слой пены, осаждаются в нижнюю часть машины.

В настоящее время флотация – один из основных методов обогащения полезных ископаемых.

Они широко применяется для обогащения большинства руд цветных и редких металлов, апатитовых, фосфоритовых, баритовых, графитовых и других руд, полевошпатового сырья и угольных шламов.

Процесс также применяется для очистки воды от органических веществ (нефти, масел); бактерий; тонкодисперсных осадков солей и др.

Помимо горноперерабатывающих отраслей флотация используется в пищевой, химической и других отраслях для очистки промышленных стоков, ускорения отстаивания, выделения твердых взвесей и эмульгированных веществ и.т.п. Широкое применение флотации привело к появлению большого количества модификаций процесса по различным признакам.

• 01.11.2017

  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.

  Немного истории

  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.

  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

  • Получение концентратов из пород с малым содержанием полезных компонентов. Например, методами флотации обрабатывают медные, золотые, титановые, железные руды; апатиты, графиты, песок для стекольной индустрии, известняк для изготовления цемента и многие другие породы.
  • Из пород с содержанием нескольких полезных компонентов на одном обогатительном комбинате извлекаются концентраты сразу нескольких минералов или металлов.
  • Для выделения солей из перенасыщенного раствора, например, отдельно галита и сильвина из их смешанного раствора.
  • Для удаления из воды солей, шламов, примесей различного происхождения, в том числе нефтяных пленок.
  • Для разделения бактерий на предприятиях по производству дрожжей.
  • В химпроме, пищепроме и в некоторых других сферах — для сокращения сроков получения эмульсий, отстаивания мелкодисперсионных взвесей.
  • Для разделения и выделения ионитов.
  • На предприятиях переработки и производства бумаги — для разделения чистых и грязных волокон целлюлозы.
  • Для очистки природного каучука от загрязнений.
  • Для удаления загрязнений из промышленных и бытовых сточных вод.

  Это интересно

  Методами флотации удается извлечь, например:

  • 93% меди из породы, содержащей не более 1,7% меди (получаемый концентрат — 35% меди);
  • из медно-молибденовой руды с содержанием 0,7% меди и 0,06% молибдена извлекают 80% меди и 70% молибдена (концентраты 25% и 50%);
  • из свинцово-цинковой руды с 1% свинца и 3% цинка извлекают 70% свинца и 59% цинка (концентраты — 90% свинца и 90% цинка).

Флотация один из основных и старейших методов для извлечения золота, известный еще с 30-х годов прошлого века. Флотация, в буквальном значении «плаванье на поверхности воды» — технологический процесс разделения мелких твёрдых частиц в водной среде.

Основа процесса флотации — способность твердых частиц к избирательной концентрации (адсорбции) на границах раздела фаз. Плохо смачиваемые водой (гидрофобные) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз и отделяются от хорошо смачиваемых водой (гидрофильных) частиц.

Флотация применяется в качестве одного из методов обогащения полезных ископаемых, а так же для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения процессов проходящих в отстойниках в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Флотация один из основных и старейших методов извлечения золота. Он известен еще с 30-х годов XX, когда флотация как метод извлечения свободного золота из песков был предложен в научных работах известных исследователей. Но для того времени процесс флотации был слишком дорогим и в процессах переработки бедных песков россыпных месторождений золота не получил широкого промышленного применения.

С развитием технологий флотационный процесс обогащения золота стал существенно дешевле с одновременным повышением его эффективности. Благодаря появлению тонкого грохочения и обесшламливания были усовершенствованы способы подготовки исходного материала к флотации, появились новые современные флотационные машины и новые более эффективные реагенты.

Влияние на процессы флотации.

Но и сейчас с процессами флотации не все так гладко. Так наличие в россыпях значительного содержания илов оказывает негативное влияние на результаты флотации. Илы оставаясь в состоянии суспензии покрывают частицы золота, тем самым затрудняя их контакт с воздушными пузырьками.

Илы совместно с окислами железа и марганца так же приводят к повышению расход реагентов и снижению количества извлекаемого золота. Для борьбы с негативным влиянием первичных илов в среду флотации приходится добавлять специальные дополнительные вещества- диспергаторы.

В качестве диспергаторов может выступать сода и жидкое стекло. Но по поводу эффективности их воздействия на процессы извлечения золота при флотации нет однозначного мнения.

Так же ухудшает результаты флотации россыпного золота присутствие таких веществ как известь, сернистый натрий и цианистая соль.

Значительное влияние на эффективность процессов флотации оказывает крупность частиц золота, а так же их форма. Эти факторы определяют поведение частиц золота при флотации. Практикой установлено, что частицы золота имеющее крупность более 0,15 мм флотируется плохо. Для увеличения эффективности флотации требуется применения дополнительных мер и средств.

Для извлечения флотацией крупных частиц золота, имеющих пластинчатую форму, пульпа должна иметь большую плотность и наличие обильной и устойчивой пены. Поэтому предпочтение должно отдаваться использованию пневматических флотационных машин вместо механических. Пневматические флотационные машины способны создавать более благоприятные условия для сравнительно спокойного подъема и удаления из камеры пузырьков воздуха с закрепленными на них частицами золота.

Дополнительные процессы при флотации золота.

Тем не менее, даже при создании самых благоприятных условий в пульпе золото флотируется не полностью. В хвостах флотации остаются золотосодержащие частицы значительной массы, имеющие, как правило малоразвитую поверхность, монолитные по структуре и округлые по форме.

Для поиска методов повышения эффективности флотации при доводке концентратов, содержащих мелкое россыпное золото, проводились испытания по схеме, включающей гравитационное обогащение на концентрационных столах с последующей флотацией хвостов.

Режим обычной флотации в щелочной среде оказался недостаточно эффективным для крупных частиц золота. В то же время флотация хвостов после гравитационного обогащения этих же песков, содержащих золото крупностью до 0,15 мм, была весьма эффективной и извлечение золота было практически полным.

Флотирование золота из песков прибрежно-морских россыпей Дальнего Востока, отличающихся наличием чрезвычайно тонких, истертых пластинок золота, так же имеет свои особенности. Непосредственная флотация песков крупностью 0,1-0,15 мм так же оказалась неэффективной.

Для улучшения извлечения золота необходимо введение в процесс флотации дополнительного носителя. В качестве такового может использоваться пирит крупностью 0,05 мм в количестве 2-4% по массе. А дальнейшая стабилизация пены достигается введением реагентов.

В последнее время все большее распространение получает новый способ флотации золота – пенная сепарация. Применение флотационных машин пенной сепарации позволяет расширить пределы крупности извлекаемого золота, при условии небольшого содержания в пульпе илов.

Учитывая отмеченные особенности флотации свободного золота, для повышения эффективности его извлечения из песков целесообразно применение обработки двумя последовательными стадиями. Первая стадия — грубое гравитационное обогащение тонкозернистого материала при одновременном удалении илов и последующее флотационное обогащение бедного концентрата на машине пенной сепарации – во время второй стадии.

При этом флотация применяется не для первичного обогащения неподготовленных исходных песков, а для доводки грубых зернистых концентратов с тонким золотом. Пенная сепарация еще не до конца изученная тема и представляет собой обширное поле для специальных исследовании с целью повышения эффективности извлечения мелкого и тонкого россыпного золота.

Заключение.

Для извлечения мелкого и тонкого золота дополнительно применяется способ селективного фильтрования пульпы. Он может осуществляться с использованием гидрофобной и ворсистой ткани.

Аппарат для селективного фильтрования представляет собой корпус, заполненный деревянными решетками, оклеенными гидрофобной ворсистой тканью. В корпусе так же имеется загрузочное и разгрузочное устройство.

Пульпа подается в аппарат снизу. Частицы пульпы, проходя через фильтр, ударяются о гидрофобную пористую поверхность ткани. Во время этого процесса частицы золота, обладающие большей гидрофобностью, глубоко проникают в ворс ткани и имеют большую вероятность задержки на фильтре.

После накопления на фильтре золотосодержащего осадка подачу пульпы прекращают и подают воду для удаления золотого осадка. В некоторых случаях в качестве фильтрующей среды применяется древесная стружка. Тогда стружку с накопленными на ее поверхности частицами золота просто сжигают, извлекая затем золото из золы.