Для чего используется флотация? Ключевые области применения, руководство по процессам и оборудованию

Флотация — это метод разделения, в котором пузырьки воздуха используются для сбора ценных минеральных частиц из пульпы на водной основе. Если вы спросите, для чего используется флотация, прямой ответ будет таков: флотация используется для отделения ценных минералов от пустой породы, для обогащения руд перед плавкой и выщелачиванием, а также для извлечения мелких частиц, с которыми не могут справиться гравитационные процессы. Помимо добычи полезных ископаемых, тот же принцип используется при переработке бумаги, отделении пластика, восстановлении почвы и очистке нефтесодержащих сточных вод.

Процесс построен на химии поверхности. Реагенты делают целевой минерал гидрофобным, к этим частицам прикрепляются пузырьки воздуха, и устойчивая пена выносит их на поверхность, откуда они удаляются в виде концентрата. В следующих разделах объясняются основные способы применения флотации, этапы внутри обогатительной фабрики, используемое оборудование и химикаты, а также переменные, которые определяют извлечение и сортность.

Что такое флотация и как она работает?

Флотация, иногда называемая пенной флотацией, представляет собой физико-химический метод разделения. Он преобразует различия в смачиваемости поверхности в разную скорость прикрепления пузырьков. Во флотационной камере пульпа аэрируется так, что целевая минеральная поверхность, гидрофобизированная реагентами, связывается с пузырьками воздуха. Агрегат пузырьков-частиц поднимается на поверхность; слой пены соскребают, сгущают и фильтруют с получением конечного концентрата.

Должны быть соблюдены три основных условия:

• Ценный минерал необходимо освободить от пустой породы, образующейся в результате правильного измельчения.
• Поверхность мишени должна быть избирательно гидрофобной, что зависит от химического состава коллектора.
• Ячейка должна производить маленькие и устойчивые пузырьки, которые выходят из крыльчатки и пенообразователя.

Эти условия также объясняют, почему флотацию применяют к такому большому количеству материалов: всякий раз, когда можно создать селективную разницу в гидрофобности, процесс флотации можно спроектировать с учетом этого. Более подробно работу схемы см. основной принцип работы флотационного оборудования при обогащении .

Основные области применения флотации в промышленности

Наиболее заметное применение флотации приходится на добычу металлов, но эта технология также используется в химической обработке, переработке и очистке окружающей среды. В таблице ниже приведены типичные каналы и цели.

Обогащение металлических руд

Наибольшая доля флотационных мощностей установлена на обогатительных фабриках цветных металлов. Сульфидные руды хорошо реагируют на ксантогенатные коллекторы, поэтому на медных, цинковых, свинцовых и никелевых заводах после измельчения практически всегда применяется схема флотации. Флотацией также извлекаются молибден и серебро, когда они встречаются с сульфидами меди, и ее используют для извлечения золота из колчеданных руд перед цианидным выщелачиванием.

Гидрометаллургия и переработка соленых озер

На гидрометаллургических заводах флотацию применяют для извлечения металлов из шлаков, штейнов и остатков. Например, шлак медеплавильного производства измельчается и флотируется для возврата остаточной меди в плавильный завод. В химии соленых озер флотация является стандартным этапом производства поташа, помогая удалить галит и глину из хлорида калия.

Переработка, восстановление и очистка воды

Тот же принцип химии поверхности решает и экологические проблемы. Флотация удаляет чернила из переработанной бумаги, отделяет пластмассы с разной смачиваемостью и удаляет частицы, содержащие тяжелые металлы, из загрязненной почвы и вынутых грунтов. При очистке сточных вод флотация растворенным воздухом удаляет масло, жир и легкие взвешенные твердые частицы из промышленных сточных вод. Эти области применения растут по мере того, как возрастает потребность в извлечении материалов из вторичных ресурсов.

Как устроен флотационный контур

Флотационный контур — это последовательность машин и технологических операций, а не отдельный резервуар. Схема зависит от типа руды и конечной спецификации продукта, но всегда присутствует несколько этапов.

В типичной медной обогатительной фабрике руда измельчается до размера, при котором 70–80 процентов проходят через 74 микрона, прежде чем она попадает в более грубый слой. На золотосодержащем пиритовом заводе та же схема может использоваться для производства объемного сульфидного концентрата, который затем повторно измельчается, чтобы подвергнуть золото цианидному выщелачиванию. Этапы процесса выглядят одинаково, но схема реагентов и время пребывания совершенно разные.

Флотационное оборудование и типы машин

Флотационное оборудование варьируется от небольших лабораторных камер до промышленных резервуаров объемом более 300 кубических метров. Основная классификация по способу подачи воздуха: механические самоаэрационные машины и машины для надувания воздуха.

Самоаэрирующиеся машины

Такие машины, как флотационная машина типа BF, классифицируются как самоаэрирующиеся, поскольку крыльчатка втягивает воздух в пульпу при вращении. Эти ячейки часто встречаются на средних и малых предприятиях, особенно там, где отдельная система сжатого воздуха недоступна.

Флотационная машина BF с самоаэрацией для малых и средних предприятий Механическая перемешивающая ячейка, которая естественным образом всасывает воздух с закрытым двухконусным рабочим колесом, идеально подходит для объектов без сжатого воздуха. Он сочетает в себе всасывание и флотацию, что упрощает настройку контура. Посмотреть продукт →

Машины для надувания воздуха

В камерах накачивания воздухом, таких как типы XCF и KYF, используется внешняя подача воздуха, что обеспечивает независимый контроль аэрации и перемешивания. Типы XCF и KYF часто объединяются в одном банке: одна ячейка XCF в головной части банка действует как всасывающий резервуар, а остальные являются ячейками для накачивания воздухом. Это устраняет необходимость в шламовом насосе между этапами флотации.

Комбинация флотационных машин с воздушной накачкой XCF/KYF Использует внешний источник воздуха для независимого управления аэрацией и объединяет всасывающую камеру XCF с прямоточными ячейками KYF для устранения необходимости использования шламовых насосов между ступенями. Подходит для средних и больших цепей. Посмотреть продукт →

Большие флотационные машины

Большие флотационные камеры изменили экономику переработки низкосортной руды. Одна большая ячейка может заменить несколько меньших, сокращая потребление энергии, занимаемую площадь и объем работ по техническому обслуживанию. Основное требование — стабильная система воздухораспределения и конструкция пеноотвода, работающая на глубине.

Рабочее колесо, глубина резервуара, конструкция пенного конуса и воздушный клапан должны соответствовать плотности пульпы и гранулометрическому составу сырья.

Флотационные реагенты, используемые в коммерческих схемах

Химия реагентов изменяет поверхность минерала, так что процесс флотации может различать частицы, которые выглядят аналогично гравитационному разделению. В таблице ниже перечислены три основных типа реагентов.

Практическая схема реагентов для медно-цинковой руды начинается с извести для подавления пирита, затем с медного коллектора для флотации халькопирита, при этом цинк удерживается. После удаления меди добавляют медный купорос для активации сфалерита и снова дозируют коллектор для флотации цинка. Тот же цикл повторяется на более чистых стадиях при меньшей плотности пульпы и с более мягким пенообразователем.

Факторы, влияющие на восстановление флотации

Многие переменные определяют, достигнет ли флотационная установка целевого показателя извлечения. Операторы обычно следят за этими шестью.

• Размер частиц: крупные частицы тяжелые и отрываются от пузырьков; очень мелкие частицы не попадают на поверхность пузырька. Средний диапазон размеров обеспечивает наилучшее восстановление.
• Плотность мякоти: слишком толстая мякоть снижает качество пены; слишком тонкая мякоть повышает потребление воды и энергии.
• Дозировка реагента: недостаточная дозировка приводит к снижению ценности хвостов; передозировка снижает качество концентрата.
• Скорость аэрации: регулирует площадь поверхности пузырьков; слишком высокая скорость подачи воздуха может привести к разрушению пены.
• pH и потенциал пульпы: стандартная сульфидная флотация проводится в щелочной пульпе для защиты пленок коллектора и снижения содержания минералов железа.
• Время проживания: если мякоть слишком быстро покидает клетки, теряются медленно плавающие минералы; если он остается слишком долго, пустая порода попадает в концентрат.

На приведенной ниже диаграмме показана типичная зависимость между размером частиц и флотационным извлечением сульфидной руды.

Точные значения различаются для разных руд, но форма кривой одинакова для заводов цветных металлов. Если падение нефтеотдачи слишком велико, установка обычно увеличивает дозировку коллектора или глубину пены. Если капля мелкая, заводу может потребоваться флокулянт, более сильный коллектор или другая конструкция ячейки.

Выбор флотационного оборудования для реальных проектов

Выбор подходящей флотационной машины для нового завода или модернизации – это поэтапный процесс. Планируемый тоннаж корма определяет общий объем ячейки. Минералогия руды определяет реагентную схему и количество стадий очистки. Размер частиц сырья и требуемая марка концентрата определяют тип и глубину ячеек.

Одним из соответствующих примеров является проект технической реформы флотации на заводе по производству цинка мощностью 3000 т/сутки компании Yunnan Jinding Zinc Industry. На этом заводе существующие камеры не могли извлечь достаточно мелкого сфалерита, и решением было изменить конфигурацию машины, а не перестраивать секцию измельчения. Схема этого проекта объясняет, как новая схема флотации повысила извлечение при сохранении содержания концентрата в пределах требований металлургического завода. На крупнотоннажных медеплавильных заводах такой же анализ обычно приводит к использованию больших флотационных машин, которые уменьшают количество ячеек и потребление энергии.

Крупнотоннажные флотационные машины для крупнотоннажных предприятий Разработан для обработки объемных рудных материалов и повышения нефтеотдачи при одновременном сокращении энергопотребления и площади. Эти камеры объемом до 200 м³ подходят для операций по добыче меди, фосфатов и упорных руд. Посмотреть продукт →

Для заводов, перерабатывающих фосфоритную, калийную или упорную руду, применяется та же логика выбора, но более важными становятся пенная нагрузка и стабильность реагента. Машина должна удерживать пену достаточно долго, чтобы этапы очистки выполняли свою работу, а форма ячеек должна выдерживать более высокую вязкость некоторых минеральных масс.

Часто задаваемые вопросы о флотации

Для чего применяется пенная флотация в горнодобывающей промышленности?

Пенная флотация применяется для отделения ценных полезных ископаемых от пустой породы после измельчения. Его применяют в основном для сульфидных руд меди, цинка, свинца и никеля, а также для золота, молибдена, фосфатов, флюорита и поташа.

Можно ли использовать флотацию для неминеральных материалов?

Да. Тот же принцип используется для удаления чернил из переработанной бумаги, для разделения смешанного пластика и для удаления частиц, содержащих тяжелые металлы, из загрязненной почвы. При очистке воды флотация растворенным воздухом используется для удаления масла, жира и взвешенных веществ.

В чем разница между флотацией и седиментацией?

Седиментация разделяет частицы по плотности и позволяет материалу оседать под действием силы тяжести. Флотация отделяет за счет гидрофобности поверхности и переносит частицы вверх вместе с пузырьками воздуха. Таким образом, флотация позволяет отделять частицы, имеющие почти одинаковую плотность, но разный химический состав поверхности.

Что на самом деле делает флотационная машина?

Флотационная машина перемешивает пульпу, рассеивает воздух на мелкие пузырьки и сохраняет слой пены достаточно стабильным для сбора. Механизм крыльчатки и геометрия резервуара определяют диапазон размеров частиц, с которыми машина может эффективно справиться.

Почему размер частиц так важен при флотации?

Крупные частицы слишком тяжелы для пузырьков, а мелкие сталкиваются с пузырьками недостаточно часто. Каждая руда имеет оптимальный диапазон размеров, при котором извлечение является самым высоким; выход за пределы этого диапазона снижает извлечение, даже если рецепт реагента правильный.