Флотация

В большинстве  случаев флотореагенты обладают комплексным действием (к-рое зависит от прир. состава пов-сти минералов, рН среды, т-ры пульпы и т.д.) и приведенная их классификация весьма условна.

Избирательность флотации регулируют наряду с иными  факторами подбором реагентов, ассортимент к-рых достигает неск. сотен, и их расходом. При увеличении пов-сти флотируемых минералов расход собирателей и активаторов возрастает. Расход пенообразователей немного увеличивается при повышенном содержании обрабатываемого минерала и грубом помоле руды. Расход депрессоров возрастает при повышенной флотируемости подавляемых минералов, высоких концентрациях собирателей в пульпе (напр., при разделении коллективных концентратов), а также при использовании малоизбирательных коллекторов, содержащих в молекулах длинноцепочечные углеводородные радикалы (напр., высшие жирные к-ты и мыла).

Флотируемые компоненты руды извлекаются не полностью при недостатке вспенивателей, а при их избытке ухудшается селективность флотации. Средние расходы флотореагентов невелики и обычно составляют от неск. г до неск. кг на 1 т руды.

Флотационные  процессы и оборудование. Обогащение руд методом флотации производят на флотационных фабриках, осн. оборудование к-рых включает флотац. машины, контактные чаны и реагентные питатели.

Флотационные  машины предназначены  для проведения собственно флотации. В них  осуществляют перемешивание твердых частиц (суспендирование пульпы) и поддержание их во взвешенном состоянии; аэрацию пульпы и диспергирование в ней воздуха; селективную минерализацию пузырьков путем контакта с обработанными флотореагентами частицами; создание зоны пенного слоя; разделение пульпы и минерализов. пены; удаление и транспортировку продуктов обогащения. Впервые патент на флотац. машину выдан в 1860; первые пром. образцы машин разработаны в 1910-14 (T. Гувер и Д. Кэллоу, США).

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию разных конструкций машин. Каждая машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приемными и разгрузочными устройствами для пульпы; каждая камера снабжена аэрирующим и пено-съемным устройствами. Различают одно- и многокамерные флотац. машины. К однокамерным относятся флотационные колонны, в к-рых высота камер превышает их ширину более чем в 3 раза; эти аппараты применяют при флотац. обогащении мономинеральных руд и флотац. отделении шламов.

Многокамерные машины позволяют  реализовать сложные  схемы обогащения полиминеральных  руд с получением неск. концентратов. По способам аэрации пульпы выделяют мех., пневмомех., пневмогидравлич. и пневматич. машины. В механических машинах взвешивание частиц руды (перемешивание пульпы), засасывание и диспергирование воздуха осуществляется аэратором, или импеллером. В отличие от этих устройств в пневмомеханическиемашины (схему камеры см. на рис.) воздух подается в зону импеллера принудительно с помощью воздуходувки. В пневмогидравлических машинах воздух диспергируется в аэраторах спец. конструкций (напр., в эжекторах) при взаимод. струй жидкости и воздуха. В пневматических машинах воздух диспергируется при продавливании через пористые перегородки.

Работа  мех. и пневмомех. машин в значит. степени определяется конструкцией импеллера, вариантом подвода к нему воздуха, особенностями перекачивания импеллером пульпы и ее циркуляции в камере. От способа перекачивания пульпы импеллером зависят особенности аэрации пульпы и гидроди-намич. режим в камере. Последний определяется также размерами зоны интенсивной циркуляции пульпы. По этому признаку различают машины с придонной циркуляцией и циркуляцией во всем объеме камеры.

Характер  движения потоков  пульповоздушной смеси в камере зависит от конструкций статора машины (имеет вид цилиндров или пластин), устройства для удаления минерализов. пены с пов-сти пульпы (обычно применяют лопастной пеносъемник), успокоителей (предотвращают разрушение пенного слоя), межкамерных перегородок, наличия отбойников и формы камеры (имеет, как правило, скошенные снизу боковые стенки, благодаря чему исключается накапливание в углах твердых частиц и облегчается их перемещение у дна от стенок к импеллеру).

Оптим. степень разделения минералов при изменении характеристики сырья достигается путем изменения кол-ва подаваемого в камеру воздуха, толщины пенного слоя и уровня пульпы, а также производительности импеллера. Средние показатели совр. мех. и пневмомех. машин: производительность по потоку пульпы 0,2-130 м3/мин; объем камер от 12-40 м3 (в России) до 30-100 м3 (за рубежом). Применение большеобъемных камер позволяет на 20-30% сократить капитальные затраты, металлоемкость машин, а также их энергоемкость (достигает 1,5-3,0 кВт/м3).

По сравнению  с мех. и пневмомех. машинами пневмогидравлич. флотац. машины отличаются большей скоростью, небольшими капитальными затратами, высокой производительностью, низкими металло- и энергоемкостью и т. д. Однако из-за отсутствия надежного в работе и долговечного аэрирующего устройства эти флотац. машины еще недостаточно широко применяют в практике обогащения полезных ископаемых.

Известны  также мало распространенные пока машины: вакуумные  и             компрессионные (аэрация достигается выделением из пульпы растворенных газов); центробежные и со струйным аэрированием; электрофлотационные (аэрация пульпы пузырьками, выделяющимися при электролизе).

Другая  аппаратура. Для обработки  пульпы флотореагентами предназначены контактные чаны (кондиционеры), в к-рые сначала подаются, как правило, модификаторы, затем собиратели и далее пенообразователи. Время контактирования пульпы с реагентами составляет от неск. секунд до десятков мин. Реагентный режим флотации определяется ассортиментом флотореагентов и порядком их ввода во флотац. процесс. Подача ингредиентов в систему в заданных кол-вах обеспечивается реагентными питателями, или дозаторами реагентов.

Основные  процессы и вспомогательные  операции

Работа  предприятий. Флотац. процессы подразделяют на прямые и обратные. При прямой флотации в пенный продукт, наз. концентратом, извлекают полезный минерал, в камерный продукт, наз. отходами или хвостам и,- частицы пустой породы. Последние извлекают в пенный продукт при обратной флотации.

Различают также основную, перечистную и контрольную флотац. операции. Основная флотация дает т. наз. черновой концентрат, из к-рого в результате перечистной флотации получают готовый концентрат. Камерный продукт основной флотации (несфлотированные частицы) подвергают одной или неск. операциям контрольной флотации с получением отвального продукта (отходов).

Камеры  флотац. машин соединяют в такой последовательности, к-рая позволяет осуществлять упомянутые операции, циркуляцию промежуточных продуктов и получать концентраты требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Показатели флотации особенно для сульфидных руд цветных металлов достигают высокого уровня. Так, из медной руды, содержащей 1,5-1,7% Cu, получают медный концентрат (35% Cu) с извлечением 93% Cu. Из медно-молибденовой руды, содержащей ок. 0,7% Cu и 0,05-0,06 Mo, производят медный концентрат (25% Cu) с извлечением 80% Cu и молибденовый концентрат (св. 50% Mo) с извлечением св. 70% Mo. Из свинцово-цинковой руды, содержащей ок. 1% Pb и 3% Zn, получают свинцовый концентрат с содержанием св. 70% Pb (извлечение св. 90%) и цинковый концентрат с содержанием 59% Zn (извлечение св. 90%) и т. д.

Важное  значение для достаточного полного разделения минералов наряду с ионным составом жидкой фазы пульпы, составом растворенных в ней газов (особенно сильно влияние кислорода воздуха), ее т-рой и плотностью, схемой и реагент-ным режимом флотации имеет степень измельчения сырья. Лучше всего обогащаются частицы крупностью 0,15-0,04 мм. Для разделения частиц мельче 40 мкм наиб. пригодны фло-тац. колонны, в к-рых исходная пульпа после смешения с флотореагентами поступает в среднюю или верх. часть (ниже уровня пенного слоя), где встречается с восходящим потоком пузырьков воздуха, вводимого в ниж. часть.

Благодаря противотоку пульпы и воздуха, а также большей, чем в других флотац. машинах, вторичной минерализации пенного слоя достигается высокая селективность процесса. Для флотации частиц крупнее 0,15 мм в России разработаны машины пенной сепарации, в к-рых пульпу подают на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы, а также машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.

Во флотац. машинах весьма часто наблюдается побочный процесс, заключающийся в осаждении на стенках камеры гидрофобных частиц. На этом процессе, наз. флотацией твердой стенкой, основано разделение тонких шламов (10 мкм и менее) с применением носителя - гидрофобных частиц флотац. крупности, избирательно взаимодействующих с извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергают обычной пенной флотации.

В технологии флотации большое  внимание уделяется  качеству воды, к-рое характеризуется пределами содержания взвешенных частиц, катионов и анионов, рН, жесткостью и т. д. Для достижения требуемого качества воду подвергают спец. подготовке, включающей удаление с помощью коагулянтов и флокулянтов взвешенных частиц, электрохим. обработку, корректировку ионного состава воды подачей извести, к-т, щелочей и др. (см. также Водоподготовка).

Совершенство  флотации, кроме качества получаемых концентратов, уровня извлечения полезных компонентов, расходов флотореагентов и т. п., определяется также степенью использования оборотной воды. Напр., на флотац. фабриках США, обогащающих фосфатные руды, при расходе воды 11,2-84,2 м3 на 1 т руды доля водооборота составляет 66-95%; на фосфатных фабриках бывшего СССР расходуется 13,8-35,7 м3 воды на 1 т руды при водообороте 80-100%.

Целевые продукты флотации направляют для обезвоживания  в непрерывно действующие  отстойники-сгустители, гидросепараторы  и гидроциклоны (40-60% влаги в сгущенном  продукте), фильтры (10-15%) и сушилки (1-3% влаги). Для ускорения сгущения и отстаивания пульпы обрабатывают реагента-ми-флокулянтами (полиакриламид, полисахариды и др.) и магн. методами.

Флотация  на обогат. фабриках осуществляется как механизир., автоматизир. непрерывный процесс - от поступления руды до выпуска концентратов и хвостов. Регулирование крупности частиц при измельчении, подачи флотореагентов по их остаточной концентрации в пульпе, непрерывный анализ ее плотности, т-ры и рН лежат в основе автоматизир. управления работой флотац. фабрик. Важное место на них занимают внутр. транспорт сырья и готовой продукции, водо- и энергоснабжение, охрана труда и окружающей среды и др. Мощность наиб. крупных совр. фабрик по горной массе достигает 50-55 тыс. т в сут. Одна из первых в мире флотац. фабрик была пущена в России (1904).

Осн. направления совершенствования процесса

1. Разработка  бессточных систем, основанных на  использовании селективных  флотореагентов, обеспечивающих разделение минералов в воде с повышенной жесткостью.

2. Более  широкое применение  методов электрохим. активации флотации путем направленного изменения флотац. св-в минералов, регулирования окислит.-восстановит. потенциала и ионного состава жидкой фазы пульпы.

3. Использование  флотац.-хим. технологий переработки бедных и труднообогатимых руд с целью комплексного применения сырья и охраны окружающей среды.

4. Дальнейшее  совершенствование  конструкций флотац. машин с камерами большой емкости, обеспечивающих снижение капитальных и энергетич. затрат, путем улучшения аэрац. характеристик машин, использования износостойких материалов, автоматизир. основных узлов.

Кроме того, совершенствование  флотации идет по пути синтеза новых  флотореагентов, замены воздуха др. газами (азот, кислород), а также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотац. пульпы.

Литература.: Краткая химическая энциклопедия, т. 5, M., 1967, с. 455-59; Теория и технология флотации руд, M., 1980; Рубинштейн Ю.Б., Филиппов Ю.А., Кинетика флотации, M., 1980; Глембоцкий В.А., Клас-сен В.И., Флотационные методы обогащения, 2 изд., M., 1981; Справочник по обогащению руд. Основные процессы, 2 изд., M., 1983; Абрамов А. А., Флотационные методы обогащения, M., 1984; Дерягин Б.В., Духин С. С., Pyлев H. H., Микрофлотация, M., 1986; Методы исследования флотационного процесса, M., 1990; Мещеряков H. Ф., Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины, M., 1990; Горная энциклопедия, т. 4, M., 1989, с. 576-77, т. 5, M., 1991, с. 319-23. Ю. В. Рябов.