EN
Flotacja to technika separacji wykorzystująca pęcherzyki powietrza do zbierania cennych cząstek mineralnych z masy celulozowej na bazie wody. Jeśli zapytasz, do czego służy flotacja, bezpośrednią odpowiedzią jest to, że flotacja służy do oddzielania cennych minerałów od skał płonnych, uszlachetniania rud przed wytapianiem i ługowaniem oraz do odzyskiwania drobnych cząstek, z którymi nie radzą sobie procesy grawitacyjne. Poza górnictwem tę samą zasadę stosuje się w recyklingu papieru, separacji tworzyw sztucznych, rekultywacji gleby i oczyszczaniu ścieków zaolejonych.
Proces opiera się na chemii powierzchni. Odczynniki powodują, że docelowy minerał staje się hydrofobowy, do tych cząstek przyczepiają się pęcherzyki powietrza, a stabilna piana przenosi je na powierzchnię, gdzie są usuwane w postaci koncentratu. W poniższych sekcjach wyjaśniono główne zastosowania flotacji, etapy wewnątrz koncentratora, używany sprzęt i chemikalia oraz zmienne decydujące o odzysku i jakości.
Co to jest flotacja i jak działa?
Flotacja, czasami nazywana flotacją pianową, jest metodą separacji fizykochemicznej. Przekształca różnice w zwilżalności powierzchni na różne szybkości przylegania pęcherzyków. W komorze flotacyjnej masa celulozowa jest napowietrzana, dzięki czemu docelowa powierzchnia mineralna, której nadano hydrofobowość za pomocą odczynników, związała się z pęcherzykami powietrza. Agregat cząstek pęcherzykowych unosi się na powierzchnię; warstwę piany zdrapuje się, zagęszcza i filtruje w celu uzyskania końcowego koncentratu.
Muszą zostać spełnione trzy podstawowe warunki:
- Cenny minerał musi zostać uwolniony z skały płonnej, która powstaje w wyniku prawidłowego zmielenia.
- Powierzchnia docelowa musi być selektywnie hydrofobowa, co wynika z chemii kolektora.
- Komórka musi wytwarzać małe i stabilne pęcherzyki, które pochodzą z wirnika i spieniacza.
Warunki te wyjaśniają również, dlaczego flotację stosuje się do tak wielu materiałów: ilekroć można wytworzyć selektywną różnicę w hydrofobowości, można wokół niej zaprojektować proces flotacji. Aby zapoznać się bliżej z działaniem obwodu, zobacz główna zasada działania sprzętu flotacyjnego podczas wzbogacania .
Główne zastosowania flotacji w przemyśle
Najbardziej widoczne zastosowanie flotacji znajduje się w górnictwie metali, ale technologia ta jest również osadzona w przetwarzaniu chemicznym, recyklingu i oczyszczaniu środowiska. Poniższa tabela podsumowuje typowe pliki danych i cele.
| Pole aplikacji | Typowy surowiec lub materiał | Główny cel |
|---|---|---|
| Flotacja rud siarczkowych | Rudy miedzi, ołowiu, cynku, niklu, molibdenu | Wyprodukuj koncentrat siarczku do wytapiania |
| Flotacja metali szlachetnych | Ruda złota, ruda zawierająca srebro | Odzyskaj drobne wolne złoto i siarczki zawierające złoto |
| Odwrotna flotacja rudy żelaza | Hematyt, ruda magnetytu | Obniż zawartość krzemionki i podnieś zawartość żelaza |
| Przemysłowa flotacja minerałów | Fosforyt, fluoryt, grafit | Ulepsz minerały do użytku nawozowego i chemicznego |
| Flotacja potasowa | Sylwinit, solanka ze słonego jeziora | Oddzielić chlorek potasu od chlorku sodu |
| Recykling i remediacja | Makulatura, mieszane tworzywa sztuczne, zanieczyszczona gleba | Usuń atrament, sortuj tworzywa sztuczne, odzyskuj metale ciężkie |
| Uzdatnianie wody | Ścieki przemysłowe, ścieki zaolejone | Usunąć zawieszone ciała stałe, olej i smar |
Wzbogacanie rud metali
Największą część mocy flotacyjnej zainstalowano w koncentratorach metali nieszlachetnych. Rudy siarczkowe dobrze reagują na kolektory ksantogenianowe, dlatego też zakłady produkujące miedź, cynk, ołów i nikiel prawie zawsze korzystają z obiegu flotacyjnego po mieleniu. Flotacja umożliwia również odzysk molibdenu i srebra, gdy występują one z siarczkami miedzi, oraz służy do odzyskiwania złota z rud pirytowych przed ługowaniem cyjankiem.
Hydrometalurgia i przetwórstwo słonych jezior
W zakładach hydrometalurgicznych flotację wykorzystuje się do odzyskiwania metali z żużli, kamieni i pozostałości. Na przykład żużel do wytapiania miedzi jest mielony i flotowany w celu zawrócenia pozostałości miedzi do pieca do wytapiania. W chemii słonych jezior flotacja jest standardowym etapem produkcji potażu, pomagającym usunąć halit i glinę z chlorku potasu.
Recykling, rekultywacja i uzdatnianie wody
Ta sama zasada chemii powierzchni rozwiązuje również problemy środowiskowe. Flotacja odbarwia papier makulaturowy, oddziela tworzywa sztuczne o różnych właściwościach zwilżających i usuwa cząstki zawierające metale ciężkie z zanieczyszczonej gleby i wydobytego osadu. W oczyszczaniu ścieków flotacja rozpuszczonego powietrza podnosi olej, tłuszcz i lekkie zawieszone ciała stałe ze ścieków przemysłowych. Zastosowania te rosną wraz ze wzrostem presji odzyskiwania materiałów z zasobów wtórnych.
Jak zorganizowany jest obwód flotacyjny
Obieg flotacyjny to sekwencja maszyn i etapów procesu, a nie pojedynczy zbiornik. Układ zależy od rodzaju rudy i specyfikacji produktu końcowego, ale zawsze występuje kilka etapów.
- Kruszenie i mielenie uwalnia cenny minerał z skały płonnej.
- Kondycjonowanie powoduje wymieszanie pulpy z kolektorami, spieniaczami i modyfikatorami pH.
- Większa flotacja powoduje zebranie pierwszego koncentratu z pulpy zasilającej.
- Flotacja oczyszczająca przetwarza bardziej szorstkie odpady poflotacyjne w celu odzyskania pozostałych wartości.
- Czystsza flotacja polega na ponownym upłynnieniu bardziej szorstkiego koncentratu w celu podwyższenia jego jakości.
- Ponowne mielenie otwiera zablokowane cząstki i zawraca je do obiegu.
- Odwadnianie usuwa wodę z koncentratu do transportu lub dalszego przetwarzania.
W typowym koncentratorze miedzi ruda jest mielona do rozmiaru, przy którym 70 do 80 procent przechodzi przez 74 mikrony, zanim trafi na bardziej szorstki brzeg. W instalacji pirytu zawierającego złoto ten sam obwód można zastosować do produkcji koncentratu siarczku w masie, który następnie jest ponownie mielony w celu odsłonięcia złota do ługowania cyjankiem. Etapy procesu wyglądają podobnie, ale schemat odczynników i czasy przebywania są zupełnie inne.
Sprzęt flotacyjny i typy maszyn
Oferta sprzętu flotacyjnego obejmuje zarówno małe komory laboratoryjne, jak i zbiorniki przemysłowe o pojemności powyżej 300 metrów sześciennych. Podstawowa klasyfikacja opiera się na sposobie dostarczania powietrza: mechaniczne maszyny samonapowietrzające i maszyny nadmuchujące.
Maszyny samonapowietrzające
Maszyny takie jak maszyna flotacyjna typu BF są klasyfikowane jako samonapowietrzające, ponieważ wirnik wciąga powietrze do pulpy podczas jej obrotu. Ogniwa te są powszechne w średnich i małych zakładach, szczególnie tam, gdzie nie jest dostępny oddzielny system sprężonego powietrza.
Samonapowietrzająca maszyna flotacyjna BF dla małych i średnich zakładów Mechaniczna komora mieszająca, która w naturalny sposób zasysa powietrze, z zamkniętym wirnikiem dwustożkowym, idealna do miejsc bez sprężonego powietrza. Łączy w sobie ssanie i flotację, aby uprościć konfigurację obwodu. Zobacz produkt → Maszyny do pompowania powietrza
Komórki nadmuchujące powietrze, takie jak typy XCF i KYF, wykorzystują zewnętrzne źródło powietrza, zapewniając niezależną kontrolę napowietrzania i mieszania. Typy XCF i KYF są często łączone w jednym zestawie: jedna komora XCF na czele banku pełni funkcję zbiornika ssącego, a pozostałe to komory nadmuchujące powietrze. Eliminuje to potrzebę stosowania pompy szlamowej pomiędzy etapami flotacji.
Kombinacja maszyny flotacyjnej XCF/KYF Wykorzystuje zewnętrzne zasilanie powietrzem do niezależnej kontroli napowietrzania i łączy komorę ssącą XCF z komorami bezpośredniego przepływu KYF, aby wyeliminować pompy szlamowe pomiędzy etapami. Nadaje się do średnich i dużych obwodów. Zobacz produkt → Duże maszyny flotacyjne
Duże komory flotacyjne zmieniły ekonomikę przetwarzania rud niskiej jakości. Pojedyncze duże ogniwo może zastąpić kilka mniejszych, zmniejszając zużycie energii, powierzchnię użytkową i prace konserwacyjne. Głównym wymaganiem jest stabilny system dyspersji powietrza i konstrukcja odprowadzająca pianę, która działa na głębokości.
Wirnik, głębokość zbiornika, konstrukcja stożka piany i zawór sterujący powietrzem muszą odpowiadać gęstości pulpy i rozkładowi wielkości cząstek w nadawie.
Odczynniki flotacyjne stosowane w obwodach komercyjnych
Chemia odczynników zmienia powierzchnię minerału, dzięki czemu w procesie flotacji można rozróżnić cząstki, które wyglądają podobnie do separacji grawitacyjnej. W poniższej tabeli wymieniono trzy główne typy odczynników.
| Klasa odczynnika | Główna funkcja | Przykłady przemysłowe |
|---|---|---|
| Kolekcjonerzy | Adsorbuj na docelowym minerale i nadaj mu hydrofobowość | Ksantany, ditiofosforany, kwasy tłuszczowe |
| Spieniacze | Ustabilizuj pęcherzyki i uformuj warstwę piany na powierzchni miazgi | MIBC, olejek sosnowy, etery poliglikolowe |
| regulatory | Obniż poziom skały płonnej, aktywuj minerały lub kontroluj pH miazgi | Wapno, soda kalcynowana, krzemian sodu, siarczan miedzi |
Praktyczny schemat odczynników dla rudy miedzi i cynku zaczyna się od wapna w celu obniżenia pirytu, a następnie kolektora miedzi w celu upłynnienia chalkopirytu podczas zatrzymywania cynku. Po usunięciu miedzi dodaje się siarczan miedzi w celu aktywacji sfalerytu i ponownie dozuje się kolektor w celu flotacji cynku. Ten sam cykl powtarza się w czystszych etapach, przy niższej gęstości miazgi i przy łagodniejszym spieniaczu.
Czynniki wpływające na odzysk flotacji
Wiele zmiennych określa, czy instalacja flotacyjna osiągnie swój cel odzysku. Operatorzy zwykle monitorują te sześć.
- Rozmiar cząstek: grube cząstki są ciężkie i odrywają się od pęcherzyków; bardzo drobne cząsteczki nie trafiają na powierzchnię bąbelków. Najlepszy odzysk zapewnia średni zakres wielkości.
- Gęstość miazgi: zbyt gęsty miąższ pogarsza jakość piany; zbyt cienka miąższ zwiększa zużycie wody i energii.
- Dozowanie odczynnika: niedostateczne dawkowanie pozostawia wartość w odpadach poflotacyjnych; nadmierne dozowanie obniża jakość koncentratu.
- Szybkość napowietrzania: reguluje powierzchnię bąbelków; zbyt duża ilość powietrza może spowodować zapadnięcie się piany.
- pH i potencjał miąższu: standardowa flotacja siarczkowa odbywa się w pulpach alkalicznych w celu ochrony warstw kolektora i obniżenia minerałów żelaza.
- Czas pobytu: jeśli miazga zbyt szybko opuści komórki, następuje utrata wolno pływających minerałów; jeśli utrzymuje się zbyt długo, skała płonna przedostaje się do koncentratu.
Poniższy wykres pokazuje typową zależność między wielkością cząstek a odzyskiem z flotacji dla rudy siarczkowej.
Typowy odzysk flotacyjny w zależności od wielkości cząstek
Dokładne wartości różnią się w zależności od rudy, ale kształt krzywej jest spójny w zakładach produkujących metale nieszlachetne. Jeśli spadek odzysku jest po stronie grubej, instalacja zwykle zwiększa dawkę kolektora lub głębokość piany. Jeśli kropla jest mała, roślina może potrzebować flokulanta, silniejszego kolektora lub innej konstrukcji ogniw.
Wybór sprzętu flotacyjnego do prawdziwych projektów
Wybór odpowiedniej maszyny flotacyjnej dla nowego zakładu lub modernizacji jest procesem etapowym. Planowany tonaż paszy określa całkowitą objętość ogniw. Mineralogia rudy określa schemat odczynników i liczbę etapów oczyszczania. Rozmiar cząstek surowca i wymagany stopień koncentratu definiują typ i głębokość komory.
Jednym z istotnych przykładów jest projekt reformy technicznej flotacji w zakładzie Yunnan Jinding Zinc Industry o wydajności 3000 ton cynku dziennie. W tym zakładzie istniejące ogniwa nie były w stanie odzyskać wystarczającej ilości drobnego sfalerytu i rozwiązaniem była zmiana konfiguracji maszyny, a nie przebudowa sekcji mielenia. Zarys tego projektu wyjaśnia, w jaki sposób nowy układ flotacji zwiększył uzysk, utrzymując jednocześnie jakość koncentratu w zakresie wymagań huty. W wysokotonażowych zakładach miedziowych i hutach ten sam rodzaj analizy zwykle prowadzi do budowy dużych maszyn flotacyjnych, które zmniejszają liczbę ogniw i zużycie energii.
Maszyny flotacyjne o dużej wydajności dla zakładów o dużym tonażu Zaprojektowane do obsługi wielkogabarytowych wsadów rudy i zwiększenia odzysku przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i powierzchni. Oferowane w rozmiarach do 200 m3, ogniwa te nadają się do operacji związanych z miedzią, fosforanami i rudami ogniotrwałymi. Zobacz produkt → W przypadku zakładów przetwarzających fosforyty, potas lub rudy ogniotrwałe obowiązuje ta sama logika selekcji, ale ważniejsze stają się obciążenie pianą i stabilność odczynnika. Maszyna musi utrzymywać pianę wystarczająco długo, aby etapy czyszczenia wykonały swoją pracę, a kształt komórek musi wytrzymać wyższą lepkość niektórych mas mineralnych.
Często zadawane pytania dotyczące flotacji
Do czego w górnictwie wykorzystuje się flotację piany?
Flotacja piany służy do oddzielenia cennych minerałów od skały płonnej po zmieleniu. Stosowany jest głównie do rud siarczkowych miedzi, cynku, ołowiu i niklu, ale także do złota, molibdenu, fosforanów, fluorytu i potażu.
Czy flotację można stosować w przypadku materiałów niemineralnych?
Tak. Tę samą zasadę stosuje się do odbarwiania papieru makulaturowego, oddzielania mieszanych tworzyw sztucznych i usuwania cząstek zawierających metale ciężkie z zanieczyszczonej gleby. W uzdatnianiu wody flotacja rozpuszczonym powietrzem służy do usuwania oleju, smaru i zawieszonych ciał stałych.
Jaka jest różnica między flotacją a sedymentacją?
Sedymentacja oddziela cząstki według gęstości i umożliwia osadzanie się materiału pod wpływem grawitacji. Flotacja oddziela na skutek hydrofobowości powierzchni i przenosi cząstki w górę wraz z pęcherzykami powietrza. Flotacja może zatem oddzielić cząstki o prawie tej samej gęstości, ale różnym składzie chemicznym powierzchni.
Do czego właściwie służy maszyna flotacyjna?
Maszyna flotacyjna miesza miąższ, rozprasza powietrze w małe pęcherzyki i utrzymuje warstwę piany wystarczająco stabilną, aby można ją było zebrać. Mechanizm wirnika i geometria zbiornika definiują zakres wielkości cząstek, z którymi maszyna może efektywnie sobie poradzić.
Dlaczego wielkość cząstek jest tak ważna podczas flotacji?
Grube cząstki są zbyt ciężkie dla pęcherzyków, a drobne cząstki nie zderzają się z pęcherzykami wystarczająco często. Każda ruda ma optymalny zakres wielkości, w którym uzysk jest najwyższy; wyjście poza ten zakres obniża odzysk, nawet jeśli receptura odczynnika jest prawidłowa.
