Флотация 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:

1. Гидрофобные – это частицы, которые плохо смачиваются водой, то есть стремятся избежать контакта с ней. Пример проявления свойств гидрофобности является то, как ведет себя вода, собравшаяся на листьях деревьев или траве (Рис. 1.). Вода при этом принимает округлую форму и остается неподвижной, то есть не растекается, как это происходит обычно. Аналогично происходит и с частицами полезных ископаемых и руд, прошедших процессы дробления и измельчения. Эти частицы, зачастую находящиеся в жидких растворах, проявляют свои гидрофобные свойства стремясь соединиться с молекулами воздуха или других газов, для того чтобы всплыть на поверхность и уменьшить свою энергию.
2. Гидрофильные – частицы, которые хорошо смачиваются водой, находясь в растворах и суспензиях.

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:

1. Масляная флотация. Смешивание измельченной руды с маслом и водой, впоследствии чего сульфидные минералы, которые плохо смачиваются водой, всплывают на поверхность.
2. Пенная флотация. Флотация, при которой через смесь частиц с водой пропускают пузырьки воздуха, в последствии чего, на поверхности образуется пена, насыщенная флотируемыми компонентами. Эту пену затем отделяют от жидкости после чего подвергают сушке.

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:

1. Собиратели – это вещества, которые сорбируются на поверхности металла, который необходимо извлечь из раствора (перевести в пену).
2. Регуляторы - имеют противоположное действие и наоборот увеличивают гидрофильные свойства отдельных частиц, в результате чего, последние становятся не способными к флотации.
3. Пенообразователи придают устойчивость минерализированным пенам.
4. Реагенты-активаторы  — это реагенты, создающие условия, благоприятствующие закреплению собирателей на поверхности минералов.
5. Реагенты-депрессоры  — это реагенты, применяемые для предотвращения гидрофобизации минералов собирателями. Они предназначены для повышения избирательности (селективности) флотации при разделении минералов, обладающих близкими флотационными свойствами.

Флотационные реагенты являются дорогостоящим сырьем. Для автоматического управления реагентного режима процесса флотации требуется в режиме реального времени определять количественное содержание различных элементов в пульпе. Для этих задач используется поточный рентгенофлуоресцентный анализатор АРП-1Ц, способный определять в пульпопроводе концентрацию элементов от Ca до U. 

Процессы флотации имеют очень важную роль в обогащении руд различных элементов. Наибольшей эффективностью обладает пенная флотация, вследствие чего она получила наибольшее распространение. 

Перед флотационным обогащением - руду измельчают в специальных мельницах, превращая руду в шихту, которая состоит из частиц ценной руды и пустой породы. Для качественного проведения процесса флотации необходимо выбрать степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мк ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1-3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются.

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.

+

Далее пульпа поступает во флотационную машину, в которой, при помощи насоса, подается воздух.

+

Всплывая, воздушные пузырьки встречаются с крупинками ценной руды и крупинками ценной породы. Когда частичка ценной руды, покрытая слоем флотационного реагента, встречается с пузырьком воздуха, вода, не смачивая реагент, как бы скатывается с поверхности частички и частичка сближается с пузырьком (прикрепляется).

+

Крупинки пустой породы смачиваются водой и не прикрепляются к ним. Воздушные пузырьки вместе ценной рудой всплывают, образуя пену с ценной рудой. Агрегат, состоящий из твёрдых частиц и пузырьков воздуха (или какого-либо газа) носит название аэрофлокула.

Далее пульпа поступает в отстойник, в которой частички пустой руды оседают, а пена с ценной рудой сдвигается в приемных бункер. В нем воздушные пузырьки лопаются и ценная руда оседает на дно.

+

Флотация  применяется также для очистки воды от органических веществ (нефти, масел), бактерий, тонкодисперсных осадков солей и др. Данный вид обогащения применяется также и в пищевой, химической и других отраслях для очистки промышленных стоков, ускорения отстаивания, выделения твёрдых взвесей и эмульгирования веществ и т.п. 

Метод флотации постоянно подвергается совершенствованию следующими способами:

• синтез новых видов флотационных реагентов;
• конструирование флотационных машин;
• замены воздуха другими газами (кислород, азот);
• внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы.

Благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых.