Koliko znate o flotaciji?

01 KonceptFlotacija

Flotacija, poznata i kao flotacijska obrada minerala, je tehnologija odvajanja minerala koja odvaja vrijedne minerale od jalovinskih minerala na granicama gas-tečnost-čvrsta materija iskorištavanjem razlika u površinskim svojstvima različitih minerala sadržanih u rudama, a naziva se i "međufazno odvajanje". Svi tehnološki procesi koji odvajaju mineralne čestice direktno ili indirektno oslanjajući se na fazne granice na osnovu različitih međufaznih svojstava različitih mineralnih čestica spadaju pod definiciju flotacije.

Površinska svojstva minerala odnose se na fizičke, hemijske i druge karakteristike na površini mineralnih čestica, kao što su kvašenje površine, električna svojstva površine, kao i vrsta, zasićenost i aktivnost hemijskih veza površinskih atoma. Postoje razlike u površinskim svojstvima različitih mineralnih čestica. Takve razlike u svojstvima omogućavaju odvajanje i obogaćivanje minerala uz pomoć faznih granica, zbog čega proces flotacije uključuje trofazne granice gasa, tečnosti i čvrste materije.

Umjetna modifikacija može promijeniti svojstva površine minerala kako bi se proširila razlika u svojstvima površine između vrijednih mineralnih čestica i čestica jalovine radi lakšeg odvajanja. U operacijama flotacije,flotacijski reagensise često koriste za vještačko modificiranje karakteristika površine minerala, proširenje razlika u svojstvima između različitih minerala, povećanje ili smanjenje hidrofobnosti površine minerala, regulaciju i kontrolu performansi flotacije minerala i, u konačnici, postizanje superiornih rezultata odvajanja. Shodno tome, primjena i napredak tehnologije flotacije usko su povezani s reagensima za flotaciju.

Za razliku od fizičkih parametara minerala kao što su gustoća i magnetska susceptibilnost, koje je teško podesiti, gotovo sva površinska svojstva mineralnih čestica mogu se vještački modificirati kako bi se stvorile ciljane razlike u površinskim svojstvima između minerala za potrebe separacije. Iz tog razloga, flotacija ima široku primjenu u obogaćivanju minerala i naziva se univerzalnom metodom prerade minerala; ističe se kao najčešće korištena i najefikasnija tehnika separacije, posebno za fine i ultrafine granularne materijale.

02 Primjena flotacije

Prerada minerala je proizvodna operacija za pripremu sirovina za topljenje metala i hemijsku industriju, a flotacija pjene razvila se u jednu od najvažnijih tehnika prerade minerala. Praktično sve vrste mineralnih resursa mogu se odvojiti flotacijom.

Trenutno se flotacija široko primjenjuje za obogaćivanje ruda željeznih metala u kojima dominiraju željezo i mangan, poput hematita, siderita i ilmenita; ruda plemenitih metala koje uglavnom sadrže zlato i srebro; ruda obojenih metala, uključujući bakar, olovo, cink, kobalt, nikl, molibden i antimon, obuhvatajući sulfidne minerale poput galenita, sfalerita, halkopirita, halkocita i molibdenita, pentlandita, kao i oksidne minerale poput malahita, cerusita, hemimorfita, kasiterita i volframita. Također se primjenjuje u odvajanju nemetalnih minerala soli, uključujući fluorit, apatit i barit, rastvorljivih minerala soli poput silvita i kamene soli, uz nemetalne i silikatne minerale poput uglja, grafita, sumpora, dijamanta, kvarca, tinjca, feldspata i berila, spodumena.

Razvojem flotacije stečeno je obilje praktičnog iskustva, a srodne tehnologije neprestano napreduju u industriji prerade minerala. Niskokvalitetni i strukturno složeni minerali koji su se nekada smatrali komercijalno bezvrijednim sada se mogu dobiti i ponovo upotrijebiti kao sekundarni resursi putem flotacije.

Kako mineralni resursi postepeno postaju siromašniji, vrijedni minerali se distribuiraju u finijim i složenijim oblicima unutar ruda, što dovodi do sve većih poteškoća u odvajanju. U međuvremenu, kako bi smanjile troškove proizvodnje, industrije, uključujući metalurške materijale i hemijsko inženjerstvo, nameću sve strože zahtjeve u pogledu kvaliteta i preciznosti odvojenih mineralnih koncentrata koji se koriste kao sirovine za preradu.

Suočena s dvostrukim zahtjevima poboljšanja kvalitete koncentrata i rješavanja poteškoća u odvajanju minerala fine veličine, flotacija se ističe značajnim prednostima u odnosu na alternativne tehnologije odvajanja i postala je najšire primjenjivana i najperspektivnija dostupna metoda prerade minerala. U početku primijenjena samo za odvajanje sulfidnih minerala, flotacija se progresivno proširila na oksidne minerale i nemetalne minerale, pri čemu se danas svake godine flotacijom prerađuju milijarde tona minerala širom svijeta.

U posljednjim decenijama, tehnologija flotacije je probila granice inženjerstva prerade minerala i pronašla sve veću primjenu u sektorima zaštite okoliša, metalurgije, proizvodnje papira, poljoprivrede, hemijskog inženjerstva, proizvodnje hrane, nauke o materijalima, farmaceutske industrije i biotehnologije.

Tipične industrijske primjene uključuju izdvajanje vrijednih sastojaka iz međuproizvoda, isparljivih supstanci i troske u pirometalurgiji putem flotacije; ekstrakciju korisnih komponenti iz ostataka ispiranja i cementacijskih taloga hidrometalurgije; uklanjanje tinte s otpadnog papira i izdvajanje vlakana iz otpadne tekućine od prerade pulpe u hemijskoj industriji; kao i prakse inženjerstva zaštite okoliša kao što je ekstrakcija teške sirove nafte iz pijeska riječnog korita, uklanjanje finih čvrstih zagađivača, koloida, bakterija i tragova metalnih nečistoća iz otpadnih voda.

Kontinuiranim unapređenjem procesa flotacije i pojavom inovativnih visokoefikasnih reagensa i opreme za flotaciju, flotacija će dobiti širu primjenu u više industrijskih sektora. Ipak, postoje nedostaci implementacije flotacije: u poređenju sa magnetnom separacijom i gravitacionom separacijom, flotacija troši više hemijskih reagensa i donosi veće troškove proizvodnje; nameće stroga ograničenja na veličinu čestica ulazne sirovine; brojne varijable utiču na performanse flotacije i podižu standarde kontrole procesa; otpadne vode koje nose ostatke reagensa za flotaciju također predstavljaju opasnost za okolinu.

03 Sadržaj istraživanja flotacije

Proces flotacije uključuje interakcije između čvrstih mineralnih čestica i separacijskih medija (vode i plina). Osnovne istraživačke teme obuhvataju fundamentalne principe flotacije, flotacijske reagense, flotacijske mašine i procese flotacije.

Fundamentalne teorije flotacije fokusiraju se na flotabilnost minerala i karakteristike međupovršina tokom separacije, uključujući istraživanje svojstava međupovršina, interakcija među fazama i mehanizma mineralizacije mjehurića zraka. Istraživanje reagensa za flotaciju fokusira se na klasifikaciju reagensa, molekularnu strukturu, fizičko-hemijska svojstva, funkcionalne mehanizme, tehnike pripreme i protokole primjene na terenu. Studije o mašinama za flotaciju uključuju konfiguraciju opreme, principe rada i primjenjive scenarije. Istraživanje procesa flotacije obuhvata raspored procesnog kruga, utjecaj i regulaciju tehnoloških parametara, kao i režime dodavanja reagensa, dopunjeno praktičnim istraživanjem primjene za različite vrste rude.

Teorijski okvir istraživanja flotacije obuhvata više disciplina kao što su procesna mineralogija, organska hemija, neorganska hemija, fizička hemija (međufazna hemija i koloidna hemija), mehanika fluida, mašinstvo, tehnologija automatske detekcije i tehno-ekonomska analiza.