1. Vaahdon käsite
Vaahdotus, joka tunnetaan myös nimellä vaahdotusrikastus, on mineraalien käsittelytekniikka, jossa hyödylliset mineraalit erotetaan sivukivestä kaasu-neste-kiinteä faasi -rajapinnassa hyödyntämällä malmien eri mineraalien pintaominaisuuksien eroja. Tätä kutsutaan myös "rajapintaerotukseksi". Kaikkia teknologisia prosesseja, joissa käytetään suoraan tai epäsuorasti faasirajapintoja hiukkasten erotteluun eri mineraalihiukkasten rajapintaominaisuuksien erojen perusteella, kutsutaan vaahdotukseksi.
Mineraalien pintaominaisuudet viittaavat mineraalihiukkasten pinnan fysikaalisiin, kemiallisiin ja muihin ominaisuuksiin, kuten pinnan kostutukseen, pinnan sähköisiin ominaisuuksiin, pinta-atomien kemiallisten sidosten tyyppeihin, kyllästymiseen ja aktiivisuuteen jne. Eri mineraalihiukkasilla on tiettyjä eroja pinta-ominaisuuksissa. Hyödyntämällä näitä hiukkasten pinta-ominaisuuksien eroja voidaan saavuttaa mineraalien erotus ja rikastus faasirajapintojen avulla. Siksi vaahdotusprosessissa käytetään kaasu-neste-kiinteä kolmifaasirajapintoja.
Mineraalien pintaominaisuuksia voidaan muuttaa keinotekoisesti tavoitteena lisätä hyödyllisten mineraalien ja sivumineraalihiukkasten välisiä pintaeroja niiden erottelun helpottamiseksi. Vaahdotusreagensseja käytetään yleensä mineraalien pintaominaisuuksien keinotekoiseen muuttamiseen, mineraalien pintaominaisuuksien erojen laajentamiseen, mineraalipintojen hydrofobisuuden lisäämiseen tai vähentämiseen, jotta mineraalien vaahdotuskäyttäytymistä voidaan säätää ja hallita ja saada parempia erotustuloksia. Siksi vaahdotusteknologian soveltaminen ja kehittäminen liittyvät läheisesti vaahdotusreagensseihin.
Koska mineraalihiukkasten pintaominaisuudet eroavat mineraalien fysikaalisista parametreista, kuten tiheydestä ja magneettisesta susceptibiliteetista, joita on vaikea muuttaa, mineraalihiukkasten pintaominaisuuksiin voidaan periaatteessa puuttua keinotekoisesti, jotta saavutetaan tarvittavat erot mineraalien pintaominaisuuksissa erottelua varten. Siksi vaahdotusta käytetään laajalti mineraalien erottelussa, ja se tunnetaan yleismaailmallisena mineraalien käsittelymenetelmänä. Se on erityisen käytetty ja tehokkain mineraalien käsittelymenetelmä hienojen ja erittäin hienojen materiaalien erottelussa.
2. Vaahdotusmenetelmän sovellukset
Mineraalien rikastus on tuotantotoiminto, jossa valmistetaan raaka-aineita metallien sulatukseen ja kemianteollisuuteen, ja vaahdotus on tullut yhdeksi tärkeimmistä mineraalien rikastusmenetelmistä. Lähes kaikki mineraalivarat voidaan erottaa vaahdotuksella.
Tällä hetkellä vaahdotusta käytetään laajalti rautametallimalmien, pääasiassa raudan ja mangaanin, kuten hematiitin, smithsoniitin, ilmeniitin ja muiden mineraalien, rikastamiseen; jalometallimalmien, pääasiassa kullan ja hopean rikastamiseen; ei-rautametallimalmien, kuten kuparin, lyijyn, sinkin, koboltin, nikkelin, molybdeenin, antimonin, mukaan lukien sulfidimineraalit, kuten galena, sfaleriitti, kalkopyriitti, kalkosiitti, molybdeniitti, pentlandiitti, ja oksidimineraalit, kuten malakiitti, serussiitti, hemimorfiitti, kassiteriitti, volframiitti, erottamiseen; ei-metallisten suolamineraalien, kuten fluoriitin, apatiitin, bariitin, ja liukoisten suolamineraalien, kuten kaliumsuolan ja vuorisuolan, erottamiseen; sekä ei-metallisten mineraalien ja silikaattimineraalien, kuten kivihiilen, grafiitin, rikin, timantin, kvartsin, kiilteen, maasälvän, berylin ja spodumeenin, erottamiseen.
Vaahdotustekniikalla on kertynyt runsaasti kokemusta mineraalien käsittelystä jatkuvan teknologisen kehityksen myötä. Aiemmin teollisesti hyödyntämättöminä pidetyt heikkolaatuiset ja rakenteellisesti monimutkaiset mineraalit kierrätetään nyt (toissijaiset resurssit) vaahdottamalla.
Mineraalivarojen niukentuessa hyödylliset mineraalit jakautuvat malmeihin hienojakoisemmin ja sekoittuvat niihin, mikä vaikeuttaa erottelua. Tuotantokustannusten alentamiseksi esimerkiksi metallurgisten materiaalien ja kemikaalien teollisuudella on korkeammat vaatimukset käsiteltyjen raaka-aineiden eli eroteltujen tuotteiden laatustandardeille ja tarkkuudelle.
Toisaalta on välttämätöntä parantaa laatua, mutta toisaalta, mineraalien vaikean erottamisen ongelman osalta hienon hiukkaskoon vuoksi, vaahdotus on osoittanut yhä enemmän etuja muihin menetelmiin verrattuna, ja siitä on tullut tällä hetkellä laajimmin käytetty ja lupaavin mineraalien käsittelymenetelmä. Vaahdotusmenetelmät ovat vähitellen kehittyneet alun perin sulfidimineraaleille käytetyistä menetelmistä oksidimineraaleihin ja ei-metallisiin mineraaleihin. Nykyään vaahdottamalla käsiteltyjen mineraalien kokonaismäärä maailmanlaajuisesti saavuttaa miljardeja tonneja vuosittain.
Viime vuosikymmeninä vaahdotustekniikan soveltaminen ei ole enää rajoittunut mineraalien käsittelytekniikkaan, vaan se on laajentunut ympäristönsuojeluun, metallurgiaan, paperinvalmistukseen, maatalouteen, kemianteollisuuteen, elintarvikkeisiin, materiaaleihin, lääketieteeseen, biologiaan ja muille aloille.
Esimerkiksi pyrometallurgian välituotteiden, haihtuvien aineiden ja kuonien flotaatiotalteenotto; hydrometallurgisten liuotusjäännösten ja syrjäytettyjen saostustuotteiden flotaatiotalteenotto; flotaatio kemianteollisuudessa kierrätyspaperin siistaukseen ja kuidun talteenottoon sellujätenesteestä; raskaan raakaöljyn uuttaminen joenpohjan malmihiekasta, pienten kiinteiden epäpuhtauksien, kolloidien ja bakteerien erottaminen sekä hivenmetalliepäpuhtauksien poistaminen jätevedestä ovat tyypillisiä ympäristötekniikan sovelluksia.
Vaahdotusprosessien ja -menetelmien parantuessa sekä uusien ja tehokkaiden vaahdotusreagenssien ja -laitteiden ilmestyessä vaahdotusta käytetään laajemmin useammilla teollisuudenaloilla ja aloilla. On huomattava, että vaahdotusprosesseja käytettäessä reagenssit nostavat käsittelykustannuksia (verrattuna magneettiseen erotukseen ja painovoimaerotukseen); rikastukseen vaadittu hiukkaskoko on suhteellisen tiukka; vaahdotusprosessiin vaikuttaa monia tekijöitä, joilla on korkeat teknologiset vaatimukset; ja jäännösreagensseja sisältävä jätevesi on haitallista ympäristölle.
3. Vaahdotustutkimuksen sisältö
Vaahdotusprosessissa käytetään kiinteitä mineraaleja ja erotusaineita (vesi, kaasu). Tutkimuksen pääsisältöön kuuluvat vaahdotuksen perusperiaatteet, vaahdotusreagenssit, vaahdotuslaitteet, vaahdotusprosessit jne.
Vaahdotusprosessin perusteoriaan kuuluvat mineraalien kelluvuus, erotuspintojen ominaisuudet jne., tutkien faasirajapintojen ominaisuuksia, faasien välistä vuorovaikutusta, kuplien mineralisaatiomekanismia jne. Vaahdotusreagenssien tutkimus sisältää reagenssien tyypit, rakenteet, ominaisuudet, vaikutusmekanismit, valmistus- ja käyttötavat. Vaahdotuskoneiden tutkimus sisältää vaahdotuskoneiden rakenteen, toimintaperiaatteen ja käyttötarkoitukset. Vaahdotusprosessien tutkimus viittaa prosessirakenteeseen, prosessitekijöiden vaikutukseen ja hallintaan sekä reagenssijärjestelmään. Lisäksi tutkitaan erilaisten malmien käytännön sovelluksia.
Vaahdotustutkimuksen teoreettinen järjestelmä kattaa tieteenaloja, kuten prosessimineralogian, orgaanisen kemian, epäorgaanisen kemian, fysikaalisen kemian (rajapintakemia, kolloidikemia), virtausmekaniikan, konetekniikan, automaattisen havaitsemisen sekä teknisen ja taloudellisen analyysin.
Julkaisun aika: 09.02.2026