Главная » Детская

Метод флотации применяют при заборе материала. Флотация сточных вод

Использование: обогащение полезных ископаемых, флотация руд. Сущность изобретения: в колонной флотационной машине с вертикально расположенной зоной минерализации исходную пульпу подают в зону минерализации нисходящим потоком. Одновременно подают в нее аэрирующий воздух. Разделяют пенный и камерный продукты. Подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 - 0,5 м/с. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 - 0,5. 2 ил.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых способом флотации в колонных флотационных машинах и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья, а также при очистке сточных вод. Известен способ флотации, осуществляемый в колоннах пневматических флотационных машин с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую подают исходную пульпу восходящим потоком с одновременной подачей в этот поток аэрирующего воздуха. При этом расход исходной пульпы поддерживают на такой величине, чтобы ее приведенная скорость в зоне минерализации не превышала скорости всплытия пузырьков аэрирующего воздуха. Такое соотношение скоростей указанных технологических сред приводит к образованию в зоне минерализации восходящего прямоточного пульповоздушного потока, в котором скорость всплытия пузырьков возрастает из-за наложения скорости восходящего потока пульпы. Процесс разделения пенного и камерного продуктов идет в условиях прямотока пульповоздушной смеси, в которой скорость движения восходящего потока пузырьков воздуха выше скорости движения восходящего потока твердых частиц (авт. св. СССР N 1351684, кл. B 03 D 1/24, опубл. БИ N 42, 1985). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Из-за повышенной скорости всплытия пузырьков снижается время их пребывания в зоне минерализации (оно составляет примерно 4 8 с для промышленных машин, работающих на основе известного способа), поэтому происходит недогруз пузырьков, то есть снижается степень их минерализации, приводящая к снижению удельной производительности способа. 2. Повышенная скорость всплытия пузырьков требует повышенного удельного расхода аэрирующего воздуха для поддержания необходимого газосодержания, что требует повышения энергозатрат на аэрацию. 3. Из-за повышения скорости всплытия пузырьков и высокого удельного расхода аэрирующего воздуха усиливаются крупномасштабные вихревые движения флотационной системы и возникает значительное продольное перемешивание, приводящее к увеличению неравномерности пульповоздушного потока. Указанные факторы препятствуют повышению удельной производительности способа. 4. Сниженная вероятность прикрепления твердых частиц к пузырькам воздуха из-за их высокой относительной скорости также приводит к снижению удельной производительности способа. Широко известен способ флотации, осуществляемый в колонных пневматических флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую непрерывно нисходящим потоком подают исходную пульпу с одновременной встречной подачей аэрирующего воздуха восходящим потоком и ведут процесс разделения пенного и камерного продуктов в условиях противотока пульпы и газовой фазы. Для поддержания оптимального газосодержания пульпы, которое в известном способе составляет менее 0,3 подачу исходной пульпы осуществляют с расходом, обеспечивающим приведенную скорость нисходящего потока пульпы (по отношению к сечению зоны минерализации) в пределах 0,01 0,03 м/с, то есть меньшую, чем скорость всплытия пузырьков. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом задают в пределах 1,0 2,5. При указанных соотношениях расходов пульпы и воздуха относительная скорость встречного движения частиц и пузырьков воздуха в противотоке составляет примерно 0,12 м/с (Рубинштейн Ю.Б. Противоточные пневматические флотационные машины. М. Цветметинформация, 1979, с. 19, 21-25). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха по отношению к расходу исходного питания приводит к образованию крупномасштабных вихревых движений флотационной системы и, как следствие, к значительному продольному перемешиванию, что ухудшает условия флотации, то есть приводит в свою очередь к снижению вероятности сохранения флотокомплексов. Коэффициент же продольного перемешивания зависит от интенсивности вихревых движений, которая возрастает с увеличением расхода воздуха и поэтому не позволяет достичь максимального (0,3) газосодержания флотационной системы и, следовательно, ограничивает удельную производительность известного способа. 2. В восходящем потоке пузырьков аэрирующего воздуха при его отмеченном значительном удельном расходе активизируется процесс коалесценции слияния и укрупнения пузырьков, что приводит к сокращению их суммарной поверхности контакта и к неравномерности их распределения по сечению зоны минерализации и, как следствие, к снижению удельной производительности способа. 3. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха повышает энергоемкость известного способа. 4. Сравнительно высокая относительная скорость противонаправленного движения частиц и пузырьков воздуха снижает вероятность прикрепления частиц к пузырьку, то есть условия флотации ухудшаются и удельная производительность снижается. 5. Малое время пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации, составляющее 4 8 с, также ограничивает удельную производительность известного способа. Цель изобретения повышение удельной производительность и снижение энергозатрат на аэрацию. Сущность изобретения заключается в том, что в способе флотации, осуществляемом в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающем в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, согласно изобретению подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Техническим результатом предполагаемого изобретения является увеличение времени пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации по сравнению с известным способом почти на порядок. В зависимости от заданного соотношения расходов пульпы и аэрирующего воздуха время пребывания пузырьков воздуха в пульпе согласно способу составляет 20 60 с, что обеспечивает значительное повышение его удельной производительности за счет полной загрузки пузырьков. На фиг. 1 схематически показана часть зоны минерализации, заключенной в колонне, и часть горизонтального участка зоны разделения; на фиг. 2 график зависимости извлечения и удельной производительности q от приведенной скорости пульпы U ж.пр. при удельном расходе аэрирующего воздуха, составляющем 0,05, 0,1, 0,3, 0,5, 0,6, 0,7. Согласно предложенному способу флотации в вертикально расположенную зону минерализации, ограниченную вертикальными стенками 1 колонны, непрерывно подают исходную пульпу нисходящим потоком. При этом расход исходной пульпы задают таким, чтобы в зоне минерализации обеспечивалась приведенная скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с. Аэрирующий воздух подают одновременно в верхнюю часть зоны минерализации в виде воздушных пузырьков 2 необходимого диаметра. Удельный расход аэрирующего воздуха поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Указанный диапазон изменения удельного расхода воздуха обеспечивает в нисходящем потоке пульпы оптимальную величину среднего газосодержания порядка 0,2 0,3. Так как приведенная скорость нисходящего потока пульпы в указанных пределах превышает скорость всплытия ненагруженных пузырьков 2, составляющую примерно 0,1 0,23 м/с, то пузырьки 2, увлекаемые нисходящим потоком пульпы, перемещаются ею из верхней части зоны минерализации в ее нижнюю часть. При этом время пребывания пузырьков 2 в зоне минерализации составляет 20-60 с, а время пребывания минеральных частиц 3 пульпы составляет меньшую величину, так как они имеют несколько большую скорость опускания чем пузырьки 2. Таким образом в зоне минерализации образуется нисходящий пульповоздушный поток, в котором составляющие его компоненты жидкость, минеральные частицы 3 пульпы и воздушные пузырьки 2 движутся в одном направлении вниз, то есть процесс флотации происходит в режиме движения пульпы, максимально приближенному к режиму "идеального вытеснения". Известно, что оптимальные условия слипания пузырьков воздуха и минеральных частиц наступают через 5-15 с после образования пузырьков, поэтому в течение времени пребывания в зоне минерализации, составляющем 20 60 с, пузырьки 2 получают полную минеральную нагрузку. При этом те воздушные пузырьки, которые быстрее получили полную минеральную нагрузку, быстрее и транспортируются вниз к зоне 4 разделения. Пузырьки 2, имеющие меньшую минеральную нагрузку, опускаются медленнее, то есть их время пребывания в зоне минерализации увеличивается, что позволяет этим пузырькам 2 также получить полную нагрузку. В нижней части зоны минерализации создают условия для разделения пенного и камерного продуктов известным путем, например путем изменения направления движения нисходящего потока флотационной системы на горизонтальное. Флотокомплексы в виде пенного продукта всплывают на горизонтальном участке зоны 4 разделения и скапливаются на ее верхнем уровне, откуда пенный продукт под действием гидростатического столба пульпы быстро разгружается для дальнейшего передела. Несфлотировавшийся материал (камерный продукт) также активно выгружается вместе с отработанной жидкостью. Из графика, построенного на основе экспериментальных данных (фиг. 2), следует, что уменьшать приведенную скорость пульпы до величины, меньшей чем 0,2 м/с, нецелесообразно, так как при этом значительно уменьшается удельная производительность способа из-за резкого увеличения газосодержания выше нормативного, то есть выше 0,3. При увеличении приведенной скорости более 0,5 м/с происходит падение извлечения вследствие сокращения времени пребывания пульпы в зоне минерализации. Снижение удельного расхода аэрирующего воздуха ниже 0,1 приводит к снижению извлечения на всем диапазоне изменения приведенной скорости пульпы, а повышение удельного расхода воздуха выше предельного по способу, то есть выше 0,5, не позволяет вести процесс флотации на оптимальных расходах исходной пульпы, так как при этом резко снижается извлечение. Таким образом, предложенный способ позволяет значительно увеличить удельную производительность за счет увеличения почти на порядок времени пребывания воздушных пузырьков 2 в зоне минерализации при поддержании повышенных расходов исходной пульпы и малых расходах аэрирующего воздуха, снижающих энергозатраты.

Формула изобретения

Способ флотации, осуществляемый в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающий в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, отличающийся тем, что подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5.

Похожие патенты:

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке как сульфидных полиметаллических золотосодержащих руд, так и при доизвлечении золота, серебра и цветных металлов из складируемых отходов горно-обогатительных полиметаллических комбинатов

Изобретение относится к процессам извлечения мелкодисперсных частиц металлов из производственных растворов, в частности, может быть использовано для извлечения коллоидного золота и других металлов, гидрозоли которых имеют отрицательный заряд

Флотацию применяют для обогащения большинства руд цветных металлов, апатитовых, фосфоритовых, графитовых, флюоритовых и других руд, широко используют в сочетании с другими методами при обогащении руд черных металлов, угля. Широкая распространенность флотации объясняется универсальностью процесса, связанной с возможностью разделения практически любых минералов, обогащения бедных руд с весьма тонкой вкрапленностью полезных минералов. Основные недостатки флотационного метода в экологической вредности процесса и относительно высокой его стоимости.

Флотация основана на различном закреплении частиц разделяемых минералов на межфазной границе, что определяется различием в смачивемости. При пенной флотации, наиболее применяемой в промышленности, пульпу насыщают газом, и частицы некоторых (несмачивемых) минералов прилипают к пузырькам газа и всплывают на поверхность, образуя минерализованную пену, которая легко удаляется механическим путем. Другие минералы (смачиваемые) не прилипают и остаются в объеме пульпы.

По способу насыщения пульпы газом различают несколько видов пенной флотации, однако наибольшее распространение получило насыщение пульпы воздухом.

Способность частицы минерала прикрепляться к пузырьку воздуха хорошо объясняется с позиции смачивания. Минералы, поверхность которых легко смачивается водой, называются гидрофильными (кальцит, кварц), а минералы, плохо смачиваемые водой,  гидрофобными (сера, графит, тальк, молибденит). Гидрофобность поверхности минералов оценивается различными методами. Наиболее распространенным методом оценки является определение краевого угла смачивания (), измеряемого от 0 до 180. Краевым углом смачивания называется угол между касательной к поверхности воздушного пузырька (или к поверхности капли воды в любой точке трехфазного периметра смачивания) и поверхностью минерала (рис. 2.11). Его принято отсчитывать в сторону жидкой фазы. Капля жидкости, нанесенная на поверхность твердого (минерала), будет растекаться до тех пор, пока не наступит равновесие между силами поверхностного натяжения, действующих по периметру смачивания, на границе твердое  газ  т-г, жидкость  газ  ж-г и твердое  жидкость  т-ж:

 т-г = т-ж + ж-г cos

Исходя из этого равенства, легко найти косинус краевого угла смачивания:

При полной гидрофильности, когда капля полностью растекается по поверхности твердого, краевой угол стремится к нулю, а косинус  к единице. При полной гидрофобности краевой угол стремится к 180, а косинус к – минус единице.

Чем хуже смачивается минерал, тем лучше он прикрепляется к пузырьку воздуха, легче флотируется. Почти все природные минералы хорошо смачиваются водой (краевой угол смачивания у них меньше 50). Исключением являются некоторые естественно-гидрофобные минералы (сера, графит, уголь, тальк и молибденит), у которых краевой угол составляет около 90.

Для регулирования смачиваемости разделяемых минералов (соответственно результатов флотации) применяют различные флотореагенты. Их подразделяют на собиратели, вспениватели, депрессоры, активаторы и регуляторы среды.

Задача собирателей  повысить гидрофобность извлекаемого минерала. Собиратели  это органические вещества, содержащие в своей молекуле углеводородную цепочку. В зависимости от строения молекулы собиратели бывают аполярными и гетерополярными.

Молекулы аполярных собирателей (керосин, смазочные масла) содержат только углеводородную цепочку. Их широко применяют при флотации естественно-гидрофобных минералов (уголь, сера и др.)

Молекулы гетерополярных собирателей имеют сложную асимметричную структуру, состоящую из двух частей, отличных по своим физико-химическим свойствам: углеводородной цепочки и активной группы (COOH, SH и др.). Такие молекулы в воде диссоциируют, и если углеводородная цепочка остается в анионе, то реагент называется анионоактивным, а если в катионе – катионоактивными. Если анионоактивные собиратели имеют в составе активной групе серу, то они называются сульфгидрильными, а если кислород – оксигидрильными. Наиболее распространенным анионоактивным собирателем являются ксантогенаты (жирные соли дитиоугольной кислоты) и жирные кислоты (например, олеиновая) или их соли (например, олеат натрия). Ксантогенаты являются основным собирателем при флотации сульфидных руд цветных металлов, а жирнокислотные при флотации кальцийсодержащих минералов.

Из катионоактивных собирателей наибольшее практическое значение получили первичные алифатические амины RNH 2 и четвертичные аммониевые основания, например лауриламин солянокислый (C 12 H 25 NH 3 Cl), который широко применяют при флотации солей и полевого шпата.

Назначение вспенивателей  способствовать созданию устойчивой минерализованной пены. В качестве вспенивателей используют органические соединения, в основном, из класса спиртов. Одним из распространенных вспенивателей является сосновое масло, которое применяют на многих обогатительных фабриках.

Назначение депрессоров  повысить гидрофильность неизвлекаемого минерала. В качестве депрессоров применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, цианистые соли (NaCN) используют для подавления флотации медных минералов.

Задача активаторов  усилить действие собирателя на извлекаемый минерал. В качестве активаторов применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, сульфид натрия (Na 2 S) широко используется для улучшения флотации окисленных минералов.

Назначение регуляторов среды  поддерживать рН пульпы в требуемых пределах. Если необходимо сдвигать рН в кислую область ( 7), то чаще используют серную кислоту; если в щелочную ( 7), то щелочи (CaO, Na 2 CO 3 , NaOH).

Подбирая соответствующие реагенты, их комбинацию и количества, добиваются оптимальных показателей флотационного обогащения.

Флотационными машинами называют аппараты, в которых осуществляют флотацию. Широкое применение флотации для обогащения самых разнообразных полезных ископаемых привело к созданию большого числа типов и конструкций флотационных машин.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации и перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяют на механические, пневматические и пневмомеханические.

Механическая флотационная машина (рис. 2.13, а ) состоит из последовательного ряда камер 1. В центральной части каждой камеры внутри трубы 4 размещен вращающийся вал 2 с импеллером 3. При вращении импеллера проходящая через него пульпа эжектирует (засасывает) атмосферный воздух и выбрасывает его в камеру, заполненную пульпой. Образование воздушных пузырьков и аэрация пульпы происходят в результате турбулизации пульповоздушной смеси, поступающей из импеллера в камеру.

Пенный продукт (обычно концентрат) с помощью гребкового устройства 5 направляется на обезвоживание (или перечистку). Камерный продукт самотеком поступает в следующую камеру или выдается в качестве хвостов (из последней камеры машины).

В пневмомеханической флотационной машине (рис. 2.13, б ) перемешивание осуществляется установленной на валу 1 мешалкой 2, аэрация осуществляется путем подачи сжатого воздуха от воздуходувки. Воздух обычно подается через полый вал мешалки.

Флотационные машина обычно состоят из нескольких камер кубической формы. Пульпа последовательно перетекает из камеры в камеру и из нее удаляется пенный продукт. Камерный продукт разгружается через специальной отверстие в последней камере машины. В последнее время все чаще применяют большеобъемные (до 200 м 3) флотационные машины с цилиндрическими камерами. Такие машины состоят не более чем из трех камер. Применение большеобъемных машин позволяет снизить затраты на флотацию.

Пневматическая (аэролифтная) флотомашина конструктивно является наиболее простой (рис. 2.14). Она представляет собой емкость, вытянутую вверх, прямоугольного или круглого сечения, с коническим днищем, внутри которой расположена аэролифтная труба. В трубу под давлением подается сжатый воздух, который интенсивно перемешивает пульпу и насыщает ее пузырьками. Образующаяся на поверхности пена самотеком разгружается в желоба.

Особым видом пневматической машины является колонная флотационная машина . Эти машины предназначены для обогащения руд методом пенной флотации и рекомендуется для применения преимущественно в операциях перечистки черновых концентратов флотации. Колонная машина представляет собой камеру прямоугольного или круглого сечения (рис. 2.15). В верхней части камеры устанавливается брызгало, в нижней - шланговый затвор для полного выпуска материала из камеры. Кроме того в нижней части колонны помещен аэратор, в который подается сжатый воздух. Колонны выпускаются высотой до 15 метров и диаметром до 1,5 м. По сравнению с импеллерными флотомашинами применение колонных обеспечивает повышение содержания полезного компонента в концентрате на 1-2%, прирост извлечения на 0,5-2,5%, сокращение расходов на ремонт, электроэнергию на 40% и производственной площади - на 60%.

Обычные флотационные машины не могут обогащать крупные частицы (верхний предел крупности ограничен: для руд – 0,15 мм, для углей 0,5 – 1 мм), т.к. пузырьки воздуха просто не могут поднять крупные частицы на поверхность. Поэтому иногда используют машины пенной сепарации. В них пульпа поступает не внутрь машины, а подается сверху, через специальный питатель на слой пены (рис. 2.16) . Гидрофобные частицы задерживаются в этом слое (из-за контакта с пузырьками воздуха), а гидрофильные проходят сквозь слой пены и опускаются на дно (т.к. к пузырькам не прилипают). В таких машинах верхний предел крупности обогащаемого материала может быть поднят до 1 – 2 мм.

Для обработки пульпы реагентами применяются специальные аппараты – контактные чаны, которые представляют собой емкости круглого или прямоугольного сечения с механическим или воздушным перемешиванием. Реагентные питатели это специальные приборы, предназначенные для подачи реагента в требуемую точку схемы обогащения в строго определенном количестве. Исполнительный механизм таких приборов может быть механического, пневматического или электромагнитного принципа.

Схема флотации – определенная последовательность операций флотации возможно в сочетании с операциями измельчения и классификации. При выборе схемы флотации учитывают характер и размер вкрапленности полезных минералов, их содержание в руде и флотируемость, требования к качеству концентратов и ряд технико-экономических факторов. Начальная операция флотационного процесса в схеме при извлечении одного или нескольких металлов называется основной флотацией. В результате проведение основной флотации, как правило, не удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты из-за близости флотационных свойств разделяемых минералов, недостаточного их раскрытия и т. д. Получаемые после основной флотации некондиционные (грубые) концентраты и «богатые» хвосты подвергают, иногда после их доизмельчения, повторной флотации. Флотация концентрата основной флотации называется перечистной флотацией, а флотация хвостов основной флотации  контрольной флотацией.

Число перечистных и контрольных флотации зависит от содержания флотируемых минеральных компонентов и требований, предъявляемых к концентрату и хвостам. Совокупность основной, контрольной и перечистных операций, при которых выделяется один или несколько готовых (не подвергаемых дальнейшей флотации) продуктов, образует цикл флотации.

Флотация бывает прямой и обратной. Если полезный минерал переходит в пенный продукт, то флотация называется прямой; если он остается в камерном продукте, то обратной. В практике обогащения применяют, в основном, прямую флотацию.

Флотация является основным процессом обогащения сульфидных руд всех цветных металлов.

При флотации руд цветных и редких металлов применяются разнообразные технологические схемы, выбор которых зависит прежде всего от характеристики обогащаемой руды. Очень редко в практике флотации удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты за одну операцию. Это достигается лишь при оптимальном сочетании нескольких операций, которые по своему назначению подразделяются на основную, контрольную и перечистные операции.

Основная флотация - первая в технологической схеме операция флотации, в результате которой получается черновой концентрат и хвосты. В одной технологической схеме флотации может быть несколько операций основной флотации, например, при обогащении полиметаллических руд, основная коллективная флотация, основная медная флотация, основная цинковая флотация и т.д.

Контрольная флотация – операция перефлотации хвостов основной флотации с целью доизвлечения полезных минералов из них.

Перечистная флотация – операция повторной флотации черновых концентратов или концентратов, получаемых в контрольной флотации для повышения качества их.

В технологических схемах флотации может быть несколько контрольных операций, проводимых с целью получения отвальных хвостов и высокого извлечения ценных минералов, и несколько перечистных операций для получения готовых концентратов.

Схемы флотации различаются между собой числом стадий обогащения, числом циклов обогащения и назначением отдельных стадий и циклов, которые и опредедяют принципиальную схему флотации. По числу стадий схемы флотации подразделяются на одно-, двух- и многостадиальные. В свою очередь стадия флотации может включать несколько циклов, в каждом из которых выделяется один или несколько продуктов обогащения.

Монометаллические руды , из которых выделяется лишь одлин полезный минерал, могут обогащаться по одно- и многостадиальным схемам. Причем количество стадий флотации зависит от крупности вкрапленности полезного материала, а также способности его и минералов вмещающих пород к ошламованию.

При крупной вкрапленности полезного минерала, который при измельчении не склонен к ошламованию, можно выделить кондиционный концентрат и отвальный хвосты по простой одностадиальной схеме (рис.171),

Рис.171. Одностадиальная схема флотации

что в практике флотации встречается крайне редко,т.к. для этого необходимо, чтобы в руде содержание ценного минерала было высоким и он бы обладал хорошими флотационными свойствами, а требования к его извлечению были бы невысокими.

Наличие шламующихся полезных минералов, например, галенита, имеющих неравномерную вкрапленность, требует применение двухстадиальных схем флотации (рис.172),

Рис. 172. Схемы двухстадиальной флотации

в которой после грубого измельчения выделяется концентрат в первой стадии. Хвосты первой стадии доизмельчаются и направляются на вторую стадию флотации, где также выделяется концентрат. Это предохраняет основную массу минерала от ошламования.

Встречаются руды с очень сложной и неравномерной вкрапленностью, когда полезные минералы находятся в тонких сростках с другими минералами, которые также имеют различную крупность. Обогащение таких руд проводят по сложным трехстадиальным схемам с доизмельчением хвостов первой и второй стадии флотации

Если полезный минерал находится в виде тонких сростков с другими минералами и образует с ними агрегаты, то из такой руды после грубого измельчения выделяется основная масса отвальных хвостов и бедный концентрат, который после доизмельчения идет на перечистную операцию (рис. 173). При этом хвосты перечистной операции (промпродукт) содержат значительные количества полезного минерала и направляются в основную операцию без доизмельчения.

При неравномерной вкрапленности полезных минералов сравнительно грубое измельчение позволяет в основной флотации сразу выделить крупные минералы в концентрат. Богатые хвосты направляются на контрольную флотацию, где выделяется промпродукт, который после доизмельчения направляется в основную флотацию или в самостоятельный цикл флотации промпродукта.

При флотации полиметаллических руд в зависимости от последовательности выделения полезных минералов в самостоятельные концентраты различают коллективную, селективную и коллективно-селективную схемы флотации.

Если в процессе флотации извлекаются все минералы, обладающие одинаковой флотируемостью, то такая флотация называется коллективной .. При селективной флотации полезные минералы извлекаются последовательно, причем каждый последующий концентрат извлекается из хвостов предыдущей флотации (рис.174 а)

Рис. 174. Схема селективной (а) и коллективно-селективной (б) флотации

Поколлективно – селективной схеме все полезные минералы после грубого измельчения сначала флотируются в коллективный концентрат с удалением в хвосты основной массы минералов вмещающих пород. Полезные минералы в коллективном концентрате обычно находятся в сростках между собой, поэтому после доизмельчения концентрата из него последовательно извлекаются ценные минералы в самостоятельные концентраты (рис.174 б).

Коллективно-селективная схема флотации имеет ряд преимуществ перед схемой селективной флотации. Обычно по этой схеме исходная руда подвергается грубому измельчению до крупности 45…55% класса минус 0,075 мм. Более тонко измельчается лишь коллективный концентрат, выход которого может составить от 5 до 10% от исходной руды. По схеме селективной флотации для разделения тонковкрапленных минералов тонкому измельчению (до 70…90% класса минус 0,074 мм) подвергается вся масса исходной руды, что значительно увеличивает затраты на измельчение. С применением коллективно-селективной флотации уменьшаются расходы на измельчение, расходы на реагенты, уменьшается количество флотационных машин, затраты на флотацию. Однако по этой схеме возникают определенные трудности при разделении коллективного концентрата, например, введение операции десорбции собирателя, что значительно усложняет технологическую схему, реагентный режим.

При флотации очень редко удается за одну операцию получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты. Поэтому схемы усложняются введением контрольных операций хвостов и перечистных операций концентратов. При этом образуются промежуточные продукты, которые не являются конечными и подвергаются дополнительной обработке для извлечения из них полезных минералов.

Промежуточные продукты при флотации это концентраты контрольных и хвосты перечистных операций. Они могут обрабатываться по различным схемам. Наиболее распространенной схемой является возарат продуктов в предыдущую операцию. Например, концентрат контрольной флотации и хвосты первой перечистной возвращаются в основную флотацию, а а хаосты второй перечистной в голову первой перечистой. Часто промпродукты перед возвращением их в основной рудный поток подвергаются доизмельчению, что позволяет доизмельчать сростки минералов и обновлять поверхность минеральных зерен.

Иногда промпродукты по наличию сростков и труднофлотируемых разновидностей минералов, содержанию полезных минералов отличаются от исходной пульпы, поэтому возвращение их в рудный поток может нарушить флотационный процесс. Такие промпродукты обрабатываются в отдельном цикле с доизмельчением и выделением отвальных хвостов. Получаемые концентраты в этом цикле направляются в основной рудный цикл, обычно в перечистную флотацию.

Большое значение в технологии флотационного обогащения имеет не только тип применяемых флотационных машин, но и их распределение по операциям флотации.

Всасывающие блоки механических флотационных машин могут осуществлять всасывание пульпы на расстоянии 4…6 флотационных камер, поэтому компоновка механических машин осуществляется при установке небольшого количества насосов, а в случае простой технологической схемы (рис. 175).

Рис. 175. Схема распределения потоков в механической флотационной машине

Однако ни всегда удается рационально разместить операции флотации по машинам. Схемы значительно усложняются применением операций доизмельчения пропродуктов и концентратов, введением перечистных операций концентратов контрольных флотаций, операций перемешивания пульпы с реагентами, подогрева пульпы и т.п. Поэтому для перекачки продуктов и подачи их в операции флотации устанавливаются песковые насосы и большое количество трубопроводов.

Камеры пневмомеханических флотомашин не могут работать как всасывающие, поэтому подача пульпы в операции флотации осуществляется при помощи насосов. Основной поток рудной пульпы направляется обычно самотеком при организации каскадного расположения камер. На рис.176 показано флотационное отделение с установкой большеобъемных флотационных пневмомеханических машин чанового типа.

Рис.176. Флотационное оборудование обогатительной фабрики, оборудованное чановыми флотационными машинами большого объема

Забота об окружающей среде выходит сегодня на мировой уровень. Особенно это касается очистки сточных вод, которые впоследствии сбрасываются в пруды и грунт. Чтобы обеспечить высокое качество очистки стоков и полностью нейтрализовать негативное воздействие патогенных микроорганизмов на окружающую среду, используют множество методов в зависимости от типа загрязнения вод. К наиболее эффективному относится флотационный метод или просто флотация стоков в электрофлотаторе.

Этот метод является дополнительным после механической очистки сточных вод, поскольку не все примеси имеют достаточный вес, чтобы поддаваться силе гравитации. В результате после механической обработки стоков и их отстаивания в серой воде остаются частички мусора, масса которых в разы легче молекул жидкости. Именно с целью удаления таких примесей и используется флотация как метод доочистки стоков.

О том, что же такое флотация и каковы бывают её виды, разбираемся в нашем материале.

Флотация - это своеобразный способ очистки загрязненной воды, переводимый с английского как «плавание». То есть удаление примесей мусора из жидкой среды происходит за счет их всплытия на поверхность в результате добавления в стоки специального диспергированного воздуха. Под его воздействием все молекулы и частички мусора либо смачиваются водой (что является гидрофилией), либо не подвержены смачиванию (гидрофорбия).

Принцип действия и схема метода флотации сточных вод выглядит таким образом:

  • В специальной машине (электрофлотаторе) сточные воды проходят через рабочую камеру;
  • В этот момент стоки в зависимости от типа загрязнения обогащаются диспергированным воздухом;
  • Происходит контакт загрязняющих частиц с пузырьками кислорода;
  • В результате контакта происходит реакция в виде образования пенного слоя на поверхности воды. Именно эти плавающие частицы примесей и называются флотом. То есть плавающим мусором.
  • Пенный слой по мере образования удаляется с поверхности очищаемой среды специальными грабельными установками.

Важно: метод флотации используется в основном для очистки сточных вод с примесями растворимых жиров, продуктов нефтепроизводства, ПАВ, любых волокнистых примесей и пр.

Эффективность метода флотации: важные параметры

При проведении очистки серых вод с применением реагентов (флотация) может иметь различную эффективность. И зависит она от таких параметров:

  • Чем более примеси мусора в воде склонны к гидрофорбности, тем выше будет эффективность флотационного способа очистки воды. Но, к сожалению, не все примеси имеют повышенную или хотя бы оптимальную склонность к смачиванию. Чтобы изменить это свойство в воду в электрофлотаторе добавляют специальные реагенты, которые меняют уровень гидрофорбности мусора в большую сторону. Реагенты носят название флотирующие.
  • Все пузырьки воздуха должны иметь повышенную устойчивость к разрушению, чего также добиваются путем добавления в воду реагентов.
  • Размер пузырьков воздуха также имеет значение для эффективности флотационного способа очистки сточных вод. Так, слишком крупные пузырьки быстро всплывают на поверхность воды, не осуществив контакт с примесями мусора. А мелкие пузырьки, наоборот, просто лопаются. Пузырь кислорода должен иметь достаточный размер, чтобы успеть вступить в контакт с мусором и поднять его на поверхность сточной воды.
  • Общее количество пузырей воздуха и равномерность их распределения в стоках также имеют значение при очистке жидкости данным методом.

Плюсы и минусы использования флотации

Метод флотации как способ очистки сточной воды имеет как свои преимущества, так и недостатки. К первым относятся:

  • Низкая стоимость самого метода обработки жидкости с целью её очистки;
  • Высокая эффективность процесса в случае отделения от воды определенных примесей;
  • Высокая скорость очистки сточных вод в результате применения одного из способов флотации;
  • Возможность очистки воды даже от молекул нефтепродуктов.

К минусам метода флотации можно отнести:

  • Избирательное действие воздуха на частицы мусора ввиду их низкой гидрофорбности;
  • Необходимость дополнительного применения реагентов для повышения уровня гидрофорбности частиц мусора в сточных водах;
  • Необходимость точной настройки электрофлотатора с целью получения пузырьков воздуха определенного диаметра.

Виды и способы флотации

Очистка стоков методом флотации может производиться различными способами. То есть, именно образование пузырьков воздуха происходит с использованием различных методов. Рассмотрим все возможные.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора

Причем здесь воздух можно выделять как напорным методом, так и вакуумным. В первом случае в воду под высоким давлением запускают воздух, в результате чего на всех слоях воды образуются нужные пузырьки. В случае с вакуумной флотацией сточная вода проходит через аэрационную камеру, где усиленно насыщаются воздухом. После этого стоки поступают в дезаэратор, где из воды удаляется лишний воздух (не растворившийся). Затем серая жидкость переливаются именно во флотационную камеру, где давление падает до критической точки, от чего и происходит образование пузырьков воздуха.

Важно: такие способы отлично справляются с очисткой воды от мелкофракционных и мелкодисперсных примесей.

Механический способ насыщения воды воздухом

Этот метод обогащения стоков воздухом заключается в трех основных способах:

  • Перемешиванием сточных вод в специальной центрифуге при помощи турбины . В этом случае установка носит название импеллер и позволяет добиться образования пузырей небольшого диаметра. В основном импеллер используется для очистки воды от продуктов нефтепроизводства или от жиров. Импеллер хорош тем, что позволяет варьировать величину воздушных пузырей в результате схемы проведения флотации. То есть, чем выше скорость вращения турбины, тем мельче будут пузырьки в воде.
  • Перемешивание воды при помощи специального рабочего колеса с лопастями . Такой метод является безнапорным и хорош для удаления из воды крупнодисперсных и волокнистых примесей, таких как волосы, нити, шерсть и пр. Пузыри при безнапорном способе флотации получаются достаточно крупными.
  • Обогащение стоков воздухом с использованием специальных труб , которые располагаются на дне приёмного резервуара для грязной воды. Этот способ носит название пневматический. Используется в том случае, если есть необходимость очистки стоков, которые являются агрессивными для обработки их в импеллере или безнапорном колесе.

Важно: при любом из способов схема заключается в проведении воды через стадию завихрения, в результате чего и образуются нужные воздушные пузыри.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Этот способ заключается в проведении потока воздуха сквозь специальные пористые структуры. В качестве примера можно привести специальные тонкие пластины с тонкими щелями по всему периметру. Причем чем тоньше будет щель в пластине, тем мельче будут воздушные пузыри.

Электролиз

Этот способ образования пузырьков воздуха считается одним из наиболее эффективных. Схема действия метода заключается в помещении в воду специальных электродов, по которым в стоки проводят ток. В месте расположения электродов (в месте их контакта с водой) происходит формирование нужных пузырьков.

Важно: сейчас распространено использование специальных алюминиевых или железных электродов. Они, помимо функции проведения тока в воду являются еще и коагулянтами, что позволяет формировать в воде хлопья из взвешенных частиц мусора. В результате очистка становится более эффективной.

Реагенты во флотации

Для повышения качество очистки грязной жидкости методом флотации используют специальные реагенты. Они призваны увеличивать уровень гидрофорбности частиц примесей в воде. Различают два вида реагентов для проведения флотации:

  • Реагенты для усиления гидрофорбности примесей. Их еще называют собирателями. Таковыми являются различные нефтепродукты, соли аммония, масла или меркаптан.
  • Вещества для стабилизации пены на поверхности воды, то есть пенообразователи. Такие реагенты предупреждают преждевременное разрушение пузырьков воздуха. Чаще всего для пенообразования используют крезол, сосновое масло, фенолы и пр.

Важно: для флотационного способа очистки стоков электрофлотаторы монтируют исключительно после отстойников и камер фильтрации, поскольку флотация не является самостоятельным методом обработки грязной воды, а лишь являет собой дополнительный способ нейтрализации грязной жидкости.

– это процесс молекулярного “прилипания” частиц к поверхности раздела фаз, чаще всего газа и воды, обусловленной избытком свободной поверхностной энергии поверхностных пограничных слоев, а также явлениями смачивания. Применяется флотация для очистки воды от взвешенных твердых частиц, нефтепродуктов, масел, жиров, поверхностно-активных веществ.

Процесс флотации

Метод флотации (очистки) заключается в насыщении воды пузырьками газа (воздуха) и образовании комплексов частица – пузырек газа, всплывание этих комплексов на поверхность обрабатываемой воды и удалении возникающего пенного слоя с этой поверхности. Образование комплекса частица-пузырек, являющегося основой флотационного процесса, обусловлено явлениями смачивания.

Если капля воды, нанесенная на поверхность, растекается по этой поверхности, то говорят, что поверхность смачивается. Если эта капля не растекается, а сохраняет приблизительно шарообразную форму, то поверхность считается несмачиваемой. Примером смачиваемой поверхности является поверхность чистого стекла, несмачиваемой – поверхность воска или парафина. Степень смачиваемости поверхности может быть оценена краевым углом смачивания? (рис.1.)

Рис. 1. Краевой угол смачивания

Если краевой угол смачивания равен нулю, то поверхность считается абсолютно смачиваемой, если 180°С, то абсолютно несмачиваемой. Абсолютно смачиваемых и абсолютно несмачиваемых поверхностей в природе не существует. Поэтому условно принимают, что при? <90°C, поверхность смачиваема; при?>90°C – несмачиваема.

Причины смачиваемости и несмачиваемости поверхности кроются в полярном строении молекул. Известно, что молекулы воды имеют полярное строение, т.е. обладают определенным дипольным моментом. Кроме того, полярными являются молекулы многих веществ: кислот, оснований, солей и т.д.

Если частицу вещества, молекулы которого имеют полярное строение, поместить в воду, то в виду взаимодействия полярных молекул, эта частица будет окружена так называемым гидратным слоем, состоящим из строгосориентированных в пространстве молекул воды (рис.2.). Такая частица называется гидрофильной.

Рис.2. Строение гидратного слоя

Более строгая ориентация молекул воды наблюдается у поверхности раздела фаз. С расстоянием в связи с тепловым движением молекул эта ориентация постоянно нарушается. Подвижность молекул воды в гидратном слое сильно ограничена, поэтому она обладает рядом свойств, отличных от свойств воды, находящейся в объеме. К ним можно отнести повышенную прочность, более низкую температуру замерзания, такая вода плохо растворяет газы и другие вещества. Эти свойства проявляются тем больше, чем больше полярность молекул частицы.

Если частица состоит из молекул с неполярным строением, то гидратные слои не образуются, частица называется гидрофобной.

Наиболее важным свойством гидратных слоев для флотация является их прочность. Наряду с полярностью молекул на прочность гидратных слоев оказывает влияние наличие на поверхности частиц неровностей (выступов, впадин), а также адсорбция некоторых веществ (ПАВ), слабо взаимодействующих с молекулами воды. Из-за того, что неровности являются значительным препятствием для взаимодействия молекул воды в поверхностном слое, на частицах веществ даже с высокой полярностью молекул, но имеющих развитую поверхность, могут образовываться достаточно слабые гидратные слои.

Флотация, метод флотации, процесс флотации – статья на сайте “студент-строитель.ру”