Ile wiesz na temat flotacji?

1. Koncepcja flotacji

Flotacja, znana również jako wzbogacanie flotacyjne, to technologia przetwarzania minerałów, która oddziela minerały użyteczne od minerałów płonnych na granicy faz gaz-ciecz-ciało stałe, wykorzystując różnice we właściwościach powierzchniowych różnych minerałów w rudach. Jest również nazywana „separacją międzyfazową”. Wszystkie procesy technologiczne, które bezpośrednio lub pośrednio wykorzystują granice faz do separacji cząstek na podstawie różnic we właściwościach międzyfazowych różnych minerałów, nazywane są flotacją.

Właściwości powierzchni minerałów odnoszą się do fizycznych, chemicznych i innych właściwości powierzchni cząstek mineralnych, takich jak zwilżalność powierzchni, właściwości elektryczne powierzchni, rodzaje, nasycenie i aktywność wiązań chemicznych atomów powierzchniowych itp. Różne cząstki minerałów charakteryzują się pewnymi różnicami we właściwościach powierzchni. Wykorzystując te różnice, można osiągnąć separację i wzbogacenie minerałów za pomocą interfejsów fazowych. Dlatego proces flotacji obejmuje trójfazowe interfejsy gaz-ciecz-ciało stałe.

Właściwości powierzchni minerałów można zmieniać poprzez sztuczną interwencję, mającą na celu zwiększenie różnic powierzchniowych między minerałami użytecznymi a cząstkami minerałów płonnych, ułatwiając ich separację. W procesie flotacji odczynniki flotacyjne są zazwyczaj stosowane do sztucznej zmiany właściwości powierzchni minerałów, zwiększenia różnic we właściwościach powierzchniowych między minerałami oraz zwiększenia lub zmniejszenia hydrofobowości powierzchni minerałów, aby dostosować i kontrolować zachowanie się minerałów podczas flotacji i uzyskać lepsze wyniki separacji. Dlatego zastosowanie i rozwój technologii flotacji są ściśle związane z odczynnikami flotacyjnymi.

Ponieważ właściwości powierzchniowe cząstek mineralnych różnią się od parametrów fizycznych minerałów, takich jak gęstość i podatność magnetyczna, które są trudne do zmiany, właściwości powierzchniowe cząstek mineralnych można zasadniczo sztucznie modyfikować, aby uzyskać wymagane różnice we właściwościach powierzchniowych między minerałami w celu ich separacji. Dlatego flotacja jest szeroko stosowana w separacji minerałów i jest znana jako uniwersalna metoda przetwarzania minerałów. Jest to szczególnie najszerzej stosowana i najskuteczniejsza metoda przetwarzania minerałów w separacji materiałów drobnych i ultradrobnych.

2. Zastosowania flotacji

Przeróbka minerałów to proces produkcyjny, który przygotowuje surowce do hutnictwa metali i przemysłu chemicznego, a flotacja pianowa stała się jedną z najważniejszych metod przeróbki minerałów. Flotacja umożliwia separację niemal wszystkich surowców mineralnych.

Obecnie flotacja jest szeroko stosowana do wzbogacania rud metali żelaznych, głównie w celu wzbogacania żelaza i manganu, takich jak hematyt, smithsonit, ilmenit i inne minerały; rud metali szlachetnych, głównie w celu wzbogacania złota i srebra; rud metali nieżelaznych, takich jak miedź, ołów, cynk, kobalt, nikiel, molibden, antymon, w tym minerałów siarczkowych, takich jak galena, sfaleryt, chalkopiryt, chalkozyn, molibdenit, pentlandyt, oraz minerałów tlenkowych, takich jak malachit, cerusyt, hemimorfit, kasyteryt, wolframit; oddzielania niemetalicznych minerałów solnych, takich jak fluoryt, apatyt, baryt, oraz rozpuszczalnych minerałów solnych, takich jak sól potasowa i sól kamienna; a także oddzielania minerałów niemetalicznych i krzemianowych, takich jak węgiel, grafit, siarka, diament, kwarc, mika, skaleń, beryl, spodumen.

Flotacja zgromadziła bogate doświadczenie w dziedzinie przeróbki minerałów, przy ciągłym postępie technologicznym. Minerały niskiej jakości i o złożonej strukturze, które wcześniej uznawano za bezwartościowe pod względem wykorzystania przemysłowego, są obecnie poddawane recyklingowi (zasoby wtórne) poprzez flotację.

W miarę jak zasoby mineralne stają się coraz uboższe, użyteczne minerały rozprowadzane są drobniej i mieszane w rudach, co utrudnia ich separację. Aby obniżyć koszty produkcji, takie gałęzie przemysłu, jak przemysł materiałów metalurgicznych i chemiczny, mają wyższe wymagania dotyczące standardów jakości i precyzji przetwarzanych surowców, tj. oddzielonych produktów.

Z jednej strony, konieczna jest poprawa jakości; z drugiej, biorąc pod uwagę problem trudności w separacji minerałów ze względu na ich drobny rozmiar, flotacja wykazuje coraz większą przewagę nad innymi metodami, stając się obecnie najpowszechniej stosowaną i najbardziej obiecującą metodą przetwarzania minerałów. Metody flotacji stopniowo ewoluowały od początkowo stosowanych do minerałów siarczkowych, przez minerały tlenkowe, aż po minerały niemetaliczne. Obecnie całkowita ilość minerałów przetwarzanych metodą flotacji na całym świecie sięga miliardów ton rocznie.

W ostatnich dekadach zastosowanie technologii flotacji nie ogranicza się już tylko do dziedziny inżynierii przetwórstwa minerałów, ale rozszerzyło się na ochronę środowiska, metalurgię, papiernictwo, rolnictwo, przemysł chemiczny, spożywczy, materiałowy, medycynę, biologię i inne dziedziny.

Na przykład, flotacyjne odzyskiwanie użytecznych składników w produktach pośrednich, substancjach lotnych i żużlach pirometalurgii; flotacyjne odzyskiwanie pozostałości ługowania hydrometalurgicznego i wypartych produktów wytrącania; flotacja w przemyśle chemicznym do odbarwiania makulatury i odzyskiwania włókien z ciekłych odpadów celulozowych; ekstrakcja ciężkiej ropy naftowej z piasku rzecznego, oddzielanie małych zanieczyszczeń stałych, koloidów, bakterii oraz usuwanie śladowych zanieczyszczeń metalami ze ścieków to typowe zastosowania w inżynierii środowiska.

Wraz z udoskonaleniem procesów i metod flotacji oraz pojawieniem się nowych i wydajnych odczynników i urządzeń flotacyjnych, flotacja będzie coraz szerzej stosowana w coraz większej liczbie gałęzi przemysłu i dziedzin. Należy zauważyć, że w procesach flotacji odczynniki zwiększają koszty przetwarzania (w porównaniu z separacją magnetyczną i grawitacyjną); wymagana wielkość cząstek do wzbogacania jest stosunkowo rygorystyczna; na proces flotacji wpływa wiele czynników, a wymagania technologiczne są wysokie; a ścieki zawierające pozostałości odczynników są szkodliwe dla środowiska.

3. Treść badań flotacyjnych

Proces flotacji obejmuje minerały stałe i media separacyjne (wodę, gaz). Główne zagadnienia badawcze obejmują podstawowe zasady flotacji, odczynniki flotacyjne, urządzenia flotacyjne, procesy flotacyjne itp.

Podstawowa teoria flotacji obejmuje flotowalność minerałów, właściwości interfejsów separacyjnych itp., badanie właściwości interfejsów fazowych, interakcji między fazami, mechanizmu mineralizacji pęcherzyków itp.; badania nad odczynnikami flotacyjnymi obejmują typy, struktury, właściwości, mechanizmy działania, metody przygotowywania i stosowania odczynników; badania nad maszynami flotacyjnymi obejmują strukturę, zasadę działania i możliwości zastosowania maszyn flotacyjnych; badania nad procesami flotacji odnoszą się do struktury procesu, wpływu i kontroli czynników procesu oraz układu odczynników; ponadto prowadzone są badania nad praktycznym zastosowaniem różnych rud.

Teoretyczny system badań flotacyjnych obejmuje takie dyscypliny, jak: mineralogia procesowa, chemia organiczna, chemia nieorganiczna, chemia fizyczna (chemia interfejsów, chemia koloidów), mechanika płynów, inżynieria mechaniczna, automatyczna detekcja oraz analiza techniczna i ekonomiczna.