3.2.4. Флотационное обогащение
Флотация - широко распространенный метод обогащения полезных ископаемых и твердых отходов. Она основана на различиях в смачиваемости тех или иных минералов.
Процесс флотации протекает по следующей схеме. Тонкоизмельченные твердые отходы в виде пульпы с небольшим количеством специальных реагентов насыщают воздухом. При этом поверхность смачиваемых частиц покрывается водой, а на поверхности несмачиваемых частиц закрепляется пузырек воздуха, вытесняющий с нее воду. Прилипшие к пузырькам воздуха частицы поднимаются (флотируются) на поверхность и образуют пенный продукт, а смачиваемые частицы остаются в пульпе и поступают на дальнейшую переработку или в отвал (хвосты).
Флотация материала пузырьками воздуха называется пенной флотацией. Однако флотацию можно осуществлять не только пузырьками воздуха, но и капельками масла (масляная флотация) и пленками несмачивающих жидкостей (пленочная флотация). Наиболее распространена пенная флотация, рассматриваемая далее.
Разделение минералов флотацией не зависит от их плотности. Так, медный минерал халькопирит плотностью 4,2 г/см3 флотирует, а кварц плотностью 2,6 г/см3 не флотирует и переходит в хвосты.
Процесс флотации можно регулировать, воздействуя на поверхность частиц различными веществами, делающими ее более гидрофильной или гидрофобной, усиливающими устойчивость пены, меняющими другие свойства системы. В зависимости от выполняемых функций эти вещества (флотационные реагенты) делят на собиратели, пенообразователи, депрессоры, активаторы и регуляторы.
Собиратели действуют на границе раздела минеральная частица - вода, повышая гидрофобность твердой поверхности. Они делятся на анионные (ксантогенаты), катионные (высшие алифатические амины) и аполярные (масляные). Аполярные собиратели в настоящее время имеют ограниченное применение, но используются в качестве пенообразователей.
Пенообразователи действуют на границе раздела жидкость-воздух и относятся к поверхностно-активным веществам (ПАВ), уменьшающим поверхностное натяжение, что облегчает образование более мелких воздушных пузырьков в пульпе, замедляет их слияние в более крупные, т.е. способствует образованию прочной и устойчивой пены. Наиболее распространены масляные пенообразователи (сосновое и пихтовое масло) и высшие алифатические спирты.
Собиратели и пенообразователи редко позволяют выделить какой-либо один минерал и обычно способствуют коллективной флотации группы минералов. Чтобы получить ценный минерал в виде отдельного продукта, дополнительно применяют другие реагенты в рамках селективной флотации.
Депрессоры (подавители) избирательно увеличивают смачиваемость поверхности определенного минерала и препятствуют воздействию собирателей на поверхность. В качестве подавителей более распространены цианиды, известь.
Активаторы, например медный купорос и серная кислота, восстанавливают флотируемость депрессированных материалов.
Регуляторы применяют для создания среды с определенными физическими и химическими свойствами, прежде всего оптимального рН, при котором возможно наилучшее действие флотационных реагентов. Обычно для регулирования щелочности или кислотности пульпы применяют известь, соду и серную кислоту.
Один и тот же реагент может принадлежать нескольким из указанных групп, выполняя, например, одновременно роль собирателей и пенообразователей (многие масла и органические растворимые соединения). Известь может быть и подавителем, в частности для пирита, и регулятором.
Флотацию осуществляют в аппаратах, называемых флотационными машинами. В зависимости от способа образования пузырьков и перемешивания пульпы флотационные машины можно разделить на механические (наиболее распространенные), пневматические и комбинированные (пневмомеханические).
В механических флотационных машинах воздух засасывается импеллером через полую трубу, разбивается на мелкие пузырьки и равномерно распределяется по всему объему пульпы машины.
В пневматических флотомашинах воздух подается в пульпу под давлением через пористое днище ванны машины или через ряд узких трубок, опущенных в пульпу открытыми концами.
В пневмомеханических флотомашинах воздух подводят снизу под импеллер, который разбивает его на мелкие пузырьки и равномерно распределяет по ванне.
Наиболее распространенные в России механические машины «Механобр» (рис. 3.10) имеют объем камеры до 6,3 м3, производительность по потоку до 12 м3/мин. Длина машины, состоящей из ряда камер, достигает 30…40 м.
Из практики- флотации известно, что оптимальная плотность пульпы составляет 25…35% твердого, крупность измельченного материала 0,3…0,5 мм, расход реагентов собирателей и пенообразователей 10…200 г/т полезного ископаемого, активаторов 50…1000 г/т, депрессоров и регуляторов 10…10000 г/т.
Рис. 3.10. Двухкамерная прямоточная флотационная установка:
а — поперечный разрез; б — продольный разрез; 1 — отбойники; 2 — флотационная камера; 3 — вал импеллера; 4 — воздушная трубка; 5 — электродвигатель; 6 — пеносниматель; 7 — отверстия в статоре для внутренней циркуляции воды; 8 — статор; 9 — импеллер; 10, 11 — соответственно приемный и выпускной карман
В результате флотации получают концентраты, содержащие несколько извлекаемых минералов (коллективный концентрат) или по преимуществу только один (селективный концентрат). Соответствующие схемы флотации получили название коллективной и селективной схем.