Quanto ne sai sulla flottazione?

1. Il concetto di flottazione

La flottazione, nota anche come arricchimento per flottazione, è una tecnologia di lavorazione dei minerali che separa i minerali utili dai minerali di ganga all'interfaccia di fase gas-liquido-solido sfruttando le differenze nelle proprietà superficiali dei diversi minerali nei minerali, ed è anche chiamata "separazione di interfaccia". Tutti i processi tecnologici che utilizzano direttamente o indirettamente le interfacce di fase per ottenere la separazione delle particelle in base alle differenze nelle proprietà di interfaccia delle diverse particelle minerali sono definiti flottazione.

Le proprietà superficiali dei minerali si riferiscono alle proprietà fisiche, chimiche e di altro tipo della superficie delle particelle minerali, come la bagnabilità superficiale, le proprietà elettriche superficiali, i tipi, la saturazione e l'attività dei legami chimici degli atomi superficiali, ecc. Le diverse particelle minerali presentano alcune differenze nelle proprietà superficiali. Sfruttando queste differenze nelle proprietà superficiali delle particelle, è possibile ottenere la separazione e l'arricchimento dei minerali con l'ausilio di interfacce di fase. Pertanto, il processo di flottazione prevede interfacce trifase gas-liquido-solido.

Le proprietà superficiali dei minerali possono essere modificate mediante interventi artificiali, con l'obiettivo di aumentare le differenze superficiali tra minerali utili e particelle di minerali di ganga per facilitarne la separazione. Nella flottazione, i reagenti di flottazione vengono solitamente utilizzati per modificare artificialmente le proprietà superficiali dei minerali, ampliare le differenze nelle proprietà superficiali tra i minerali, aumentare o diminuire l'idrofobicità delle superfici minerali, in modo da regolare e controllare il comportamento di flottazione dei minerali e ottenere migliori risultati di separazione. Pertanto, l'applicazione e lo sviluppo della tecnologia di flottazione sono strettamente correlati ai reagenti di flottazione.

Poiché le proprietà superficiali delle particelle minerali differiscono dai parametri fisici dei minerali stessi, come densità e suscettività magnetica, che sono difficili da modificare, le proprietà superficiali delle particelle minerali possono essere modificate artificialmente per ottenere le differenze desiderate nelle proprietà superficiali tra i minerali per la separazione. Pertanto, la flottazione è ampiamente utilizzata nella separazione dei minerali ed è nota come metodo universale di lavorazione dei minerali. È in particolare il metodo di lavorazione dei minerali più utilizzato ed efficace nella separazione di materiali fini e ultrafini.

2. Applicazioni della flottazione

La lavorazione dei minerali è un'operazione di produzione che prepara le materie prime per la fusione dei metalli e l'industria chimica, e la flottazione a schiuma è diventata uno dei metodi di lavorazione dei minerali più importanti. Quasi tutte le risorse minerali possono essere separate per flottazione.

Attualmente, la flottazione è ampiamente utilizzata nei minerali ferrosi, principalmente per arricchire ferro e manganese, come ematite, smithsonite, ilmenite e altri minerali; nei minerali di metalli preziosi, principalmente per arricchire oro e argento; nei minerali di metalli non ferrosi, come rame, piombo, zinco, cobalto, nichel, molibdeno, antimonio, compresi minerali solfuri come galena, sfalerite, calcopirite, calcocite, molibdenite, pentlandite e minerali ossidi come malachite, cerussite, emimorfite, cassiterite, wolframite; nella separazione di minerali salini non metallici come fluorite, apatite, barite e minerali salini solubili come sale di potassa e salgemma; nonché nella separazione di minerali non metallici e minerali silicati come carbone, grafite, zolfo, diamante, quarzo, mica, feldspato, berillo, spodumene.

La flottazione ha accumulato una vasta esperienza nel campo della lavorazione dei minerali, con continui progressi tecnologici. I minerali di bassa qualità e strutturalmente complessi, precedentemente considerati privi di valore di utilizzo industriale, vengono ora riciclati (risorse secondarie) tramite flottazione.

Poiché le risorse minerarie diventano sempre più scarse, i minerali utili vengono distribuiti più finemente e mescolati nei minerali, rendendo più difficile la separazione; per ridurre i costi di produzione, settori come quello dei materiali metallurgici e chimici hanno requisiti più elevati sugli standard di qualità e sulla precisione delle materie prime lavorate, ovvero dei prodotti separati.

Da un lato, è necessario migliorare la qualità; dall'altro, per quanto riguarda il problema della difficile separazione dei minerali a causa delle dimensioni fini delle particelle, la flottazione ha mostrato sempre più vantaggi rispetto ad altri metodi, diventando attualmente il metodo di lavorazione dei minerali più utilizzato e promettente. I metodi di flottazione si sono gradualmente evoluti, passando dall'utilizzo iniziale per i minerali solfuri a quello per i minerali ossidi e i minerali non metallici. Oggi, la quantità totale di minerali lavorati per flottazione in tutto il mondo raggiunge miliardi di tonnellate ogni anno.

Negli ultimi decenni, l'applicazione della tecnologia di flottazione non è più limitata al campo dell'ingegneria di lavorazione dei minerali, ma si è estesa alla tutela ambientale, alla metallurgia, alla fabbricazione della carta, all'agricoltura, all'industria chimica, alimentare, dei materiali, alla medicina, alla biologia e ad altri campi.

Ad esempio, il recupero per flottazione di componenti utili in prodotti intermedi, sostanze volatili e scorie della pirometallurgia; il recupero per flottazione di residui di lisciviazione idrometallurgica e prodotti di precipitazione spostati; la flottazione nell'industria chimica per la disinchiostrazione di carta riciclata e il recupero di fibre da liquidi di scarto della polpa; l'estrazione di petrolio greggio pesante dalla sabbia del minerale del letto del fiume, la separazione di piccoli inquinanti solidi, colloidi, batteri e la rimozione di impurità metalliche in tracce dalle acque reflue sono applicazioni tipiche dell'ingegneria ambientale.

Con il miglioramento dei processi e dei metodi di flottazione e l'emergere di nuovi ed efficienti reagenti e attrezzature di flottazione, la flottazione sarà sempre più ampiamente utilizzata in più settori e settori. È importante notare che, quando si utilizzano processi di flottazione, i reagenti aumentano i costi di lavorazione (rispetto alla separazione magnetica e alla separazione per gravità); la granulometria richiesta per l'arricchimento è relativamente rigorosa; sono molti i fattori che influenzano il processo di flottazione, con elevati requisiti tecnologici; e le acque reflue contenenti reagenti residui sono dannose per l'ambiente.

3. Contenuto della ricerca sulla flottazione

Il processo di flottazione coinvolge minerali solidi e mezzi di separazione (acqua, gas). I principali argomenti della ricerca includono i principi di base della flottazione, i reagenti di flottazione, i macchinari di flottazione, i processi di flottazione, ecc.

La teoria di base della flottazione comprende la galleggiabilità dei minerali, le proprietà delle interfacce di separazione, ecc., studiando le proprietà delle interfacce di fase, l'interazione tra fasi, il meccanismo di mineralizzazione delle bolle, ecc.; la ricerca sui reagenti di flottazione comprende i tipi, le strutture, le proprietà, i meccanismi di azione, i metodi di preparazione e utilizzo dei reagenti; la ricerca sui macchinari di flottazione comprende la struttura, il principio di funzionamento e le occasioni di applicazione dei macchinari di flottazione; la ricerca sui processi di flottazione si riferisce alla struttura del processo, all'influenza e al controllo dei fattori di processo e al sistema reagente; inoltre, vi è ricerca sull'applicazione pratica di vari minerali.

Il sistema teorico della ricerca sulla flottazione coinvolge discipline quali mineralogia di processo, chimica organica, chimica inorganica, chimica fisica (chimica delle interfacce, chimica dei colloidi), meccanica dei fluidi, ingegneria meccanica, rilevamento automatico e analisi tecnica ed economica.