คุณมีความรู้เกี่ยวกับเรื่องการลอยตัวมากแค่ไหน?

1. แนวคิดเรื่องการลอยตัว

การลอยตัว หรือที่รู้จักกันในชื่อ การเพิ่มคุณค่าแร่ด้วยการลอยตัว เป็นเทคโนโลยีการแปรรูปแร่ที่แยกแร่ที่มีประโยชน์ออกจากแร่ที่ไม่ต้องการ ณ รอยต่อระหว่างเฟสของก๊าซ ของเหลว และของแข็ง โดยใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของคุณสมบัติพื้นผิวของแร่ต่างๆ ในแร่ และเรียกอีกอย่างว่า “การแยกที่รอยต่อ” กระบวนการทางเทคโนโลยีทั้งหมดที่ใช้รอยต่อระหว่างเฟสโดยตรงหรือโดยอ้อมเพื่อให้ได้การแยกอนุภาคโดยอาศัยความแตกต่างของคุณสมบัติรอยต่อของอนุภาคแร่ต่างๆ เรียกว่า การลอยตัว

คุณสมบัติพื้นผิวของแร่ หมายถึง คุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และคุณสมบัติอื่นๆ ของพื้นผิวอนุภาคแร่ เช่น ความสามารถในการเปียกของพื้นผิว คุณสมบัติทางไฟฟ้าของพื้นผิว ชนิด ความอิ่มตัว และกิจกรรมของพันธะเคมีของอะตอมบนพื้นผิว เป็นต้น อนุภาคแร่แต่ละชนิดมีคุณสมบัติพื้นผิวที่แตกต่างกัน การใช้ประโยชน์จากความแตกต่างเหล่านี้ในคุณสมบัติพื้นผิวของอนุภาคแร่ สามารถทำให้เกิดการแยกและการเพิ่มความเข้มข้นของแร่ได้ด้วยความช่วยเหลือของส่วนต่อประสานระหว่างเฟส ดังนั้น กระบวนการลอยตัวจึงเกี่ยวข้องกับส่วนต่อประสานสามเฟส ได้แก่ แก๊ส ของเหลว และของแข็ง

คุณสมบัติพื้นผิวของแร่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยการแทรกแซงโดยมนุษย์ โดยมีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มความแตกต่างของพื้นผิวระหว่างแร่ที่มีประโยชน์และแร่ที่ไม่ต้องการ เพื่ออำนวยความสะดวกในการแยกแร่ ในกระบวนการลอยตัว มักใช้สารเคมีลอยตัวเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติพื้นผิวของแร่ เพิ่มความแตกต่างของคุณสมบัติพื้นผิวระหว่างแร่ เพิ่มหรือลดคุณสมบัติไม่ชอบน้ำของพื้นผิวแร่ เพื่อปรับและควบคุมพฤติกรรมการลอยตัวของแร่และได้ผลการแยกที่ดีขึ้น ดังนั้น การประยุกต์ใช้และการพัฒนาเทคโนโลยีการลอยตัวจึงมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสารเคมีลอยตัว

เนื่องจากคุณสมบัติพื้นผิวของอนุภาคแร่แตกต่างจากพารามิเตอร์ทางกายภาพของแร่ เช่น ความหนาแน่นและความไวต่อสนามแม่เหล็ก ซึ่งยากต่อการเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติพื้นผิวของอนุภาคแร่จึงสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยวิธีการประดิษฐ์ เพื่อให้เกิดความแตกต่างของคุณสมบัติพื้นผิวระหว่างแร่ตามที่ต้องการสำหรับการแยก ดังนั้น การลอยตัวจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแยกแร่ และเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นวิธีการแปรรูปแร่แบบสากล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นวิธีการแปรรูปแร่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการแยกวัสดุละเอียดและวัสดุละเอียดมาก

2. การประยุกต์ใช้การลอยตัว

การแปรรูปแร่เป็นกระบวนการผลิตที่เตรียมวัตถุดิบสำหรับการถลุงโลหะและอุตสาหกรรมเคมี และการลอยตัวด้วยฟองอากาศได้กลายเป็นหนึ่งในวิธีการแปรรูปแร่ที่สำคัญที่สุด เกือบทุกทรัพยากรแร่สามารถแยกได้ด้วยวิธีการลอยตัวด้วยฟองอากาศ

ในปัจจุบัน กระบวนการลอยตัว (flotation) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแร่โลหะเหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแยกแร่เหล็กและแมงกานีส เช่น ฮีมาไทต์ สมิธโซไนต์ อิลเมไนต์ และแร่ธาตุอื่นๆ แร่โลหะมีค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแยกแร่ทองคำและเงิน แร่โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี โคบอลต์ นิกเกล โมลิบเดนัม แอนติมอนี รวมถึงแร่ซัลไฟด์ เช่น กาลีนา สฟาเลอไรต์ แชลโคไพไรต์ แชลโคไซต์ โมลิบดีไนต์ เพนท์แลนไดต์ และแร่ออกไซด์ เช่น มาลาไคต์ เซรัสไซต์ เฮมิโมร์ไฟต์ แคสซิเทอไรต์ วุลแฟรมไมต์ การแยกแร่เกลือที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ฟลูออไรต์ อะพาไทต์ แบไรต์ และแร่เกลือที่ละลายน้ำได้ เช่น เกลือโพแทสและเกลือหิน รวมถึงการแยกแร่ที่ไม่ใช่โลหะและแร่ซิลิเกต เช่น ถ่านหิน กราไฟต์ กำมะถัน เพชร ควอตซ์ ไมกา เฟลด์สปาร์ เบริล และสปอดูมีน

กระบวนการลอยตัวได้สั่งสมประสบการณ์มากมายในด้านการแปรรูปแร่ โดยมีการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง สำหรับแร่ที่มีคุณภาพต่ำและมีโครงสร้างซับซ้อน ซึ่งก่อนหน้านี้ถือว่าไม่มีคุณค่าในการนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม ปัจจุบันได้ถูกนำกลับมาใช้ใหม่ (ทรัพยากรทุติยภูมิ) ผ่านกระบวนการลอยตัวแล้ว

เมื่อทรัพยากรแร่เริ่มร่อยหรอลง แร่ธาตุที่มีประโยชน์จะกระจายตัวละเอียดขึ้นและผสมปนเปกันในแร่ ทำให้การแยกทำได้ยากขึ้น เพื่อลดต้นทุนการผลิต อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมโลหะวิทยาและเคมีภัณฑ์ จึงมีความต้องการมาตรฐานคุณภาพและความแม่นยำของวัตถุดิบแปรรูป หรือผลิตภัณฑ์ที่แยกแล้ว ในระดับที่สูงขึ้น

ในด้านหนึ่ง จำเป็นต้องปรับปรุงคุณภาพ ในอีกด้านหนึ่ง เกี่ยวกับปัญหาที่แร่ธาตุแยกได้ยากเนื่องจากขนาดอนุภาคละเอียด การลอยตัวได้แสดงให้เห็นถึงข้อดีเหนือกว่าวิธีการอื่น ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ และกลายเป็นวิธีการแปรรูปแร่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีศักยภาพมากที่สุดในปัจจุบัน วิธีการลอยตัวได้พัฒนาอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากการใช้กับแร่ซัลไฟด์ในระยะเริ่มต้น ไปสู่แร่ออกไซด์และแร่อโลหะ ปัจจุบัน ปริมาณแร่ทั้งหมดที่แปรรูปด้วยวิธีการลอยตัวทั่วโลกมีปริมาณหลายพันล้านตันในแต่ละปี

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการลอยตัวไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะในสาขาวิศวกรรมการแปรรูปแร่เท่านั้น แต่ได้ขยายไปสู่การรักษาสิ่งแวดล้อม โลหะวิทยา การผลิตกระดาษ เกษตรกรรม อุตสาหกรรมเคมี อาหาร วัสดุ การแพทย์ ชีววิทยา และสาขาอื่นๆ อีกมากมาย

ตัวอย่างเช่น การแยกส่วนประกอบที่มีประโยชน์ในผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง สารระเหย และกากตะกอนจากกระบวนการถลุงโลหะด้วยความร้อนโดยใช้กระบวนการลอยตัว การแยกกากที่เหลือจากการชะล้างด้วยสารเคมีและผลิตภัณฑ์ตกตะกอนที่ถูกแทนที่โดยใช้กระบวนการลอยตัว การใช้กระบวนการลอยตัวในอุตสาหกรรมเคมีเพื่อกำจัดหมึกออกจากกระดาษรีไซเคิลและการกู้คืนเส้นใยจากของเหลวเหลือทิ้งจากเยื่อกระดาษ การสกัดน้ำมันดิบหนักจากทรายแร่ในก้นแม่น้ำ การแยกสารมลพิษของแข็งขนาดเล็ก คอลลอยด์ แบคทีเรีย และการกำจัดสิ่งเจือปนโลหะหนักจากน้ำเสีย ล้วนเป็นการประยุกต์ใช้ทั่วไปในวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม

ด้วยการพัฒนาของกระบวนการและวิธีการลอยตัว รวมถึงการเกิดขึ้นของสารเคมีและอุปกรณ์ลอยตัวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น การลอยตัวจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและสาขาต่างๆ มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ควรทราบว่า เมื่อใช้กระบวนการลอยตัว สารเคมีจะทำให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้น (เมื่อเทียบกับการแยกด้วยแม่เหล็กและการแยกด้วยแรงโน้มถ่วง) ขนาดอนุภาคที่ต้องการสำหรับการเพิ่มคุณภาพแร่ค่อนข้างเข้มงวด มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อกระบวนการลอยตัว และมีความต้องการทางเทคโนโลยีสูง นอกจากนี้ น้ำเสียที่มีสารเคมีตกค้างยังเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

3. เนื้อหาของการวิจัยการลอยตัว

กระบวนการลอยตัวเกี่ยวข้องกับแร่ธาตุแข็งและตัวกลางในการแยก (น้ำ ก๊าซ) เนื้อหาหลักของการวิจัยประกอบด้วยหลักการพื้นฐานของการลอยตัว สารเคมีที่ใช้ในการลอยตัว เครื่องจักรที่ใช้ในการลอยตัว กระบวนการลอยตัว เป็นต้น

ทฤษฎีพื้นฐานของการลอยตัวประกอบด้วย การลอยตัวของแร่ คุณสมบัติของส่วนต่อประสานการแยก ฯลฯ การศึกษาคุณสมบัติของส่วนต่อประสานเฟส ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟส กลไกการเกิดแร่ของฟองอากาศ ฯลฯ การวิจัยเกี่ยวกับสารเคมีที่ใช้ในการลอยตัวประกอบด้วย ประเภท โครงสร้าง คุณสมบัติ กลไกการทำงาน วิธีการเตรียมและการใช้งานของสารเคมี การวิจัยเกี่ยวกับเครื่องจักรที่ใช้ในการลอยตัวประกอบด้วย โครงสร้าง หลักการทำงาน และโอกาสในการใช้งานของเครื่องจักรที่ใช้ในการลอยตัว การวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการลอยตัวหมายถึง โครงสร้างของกระบวนการ อิทธิพลและการควบคุมปัจจัยของกระบวนการ และระบบสารเคมี นอกจากนี้ยังมีการวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติของแร่ชนิดต่างๆ

ระบบทฤษฎีของการวิจัยการลอยตัวเกี่ยวข้องกับสาขาวิชาต่างๆ เช่น แร่ธาตุวิทยาเชิงกระบวนการ เคมีอินทรีย์ เคมีอนินทรีย์ เคมีเชิงฟิสิกส์ (เคมีพื้นผิว เคมีคอลลอยด์) กลศาสตร์ของไหล วิศวกรรมเครื่องกล การตรวจจับอัตโนมัติ และการวิเคราะห์ทางเทคนิคและเศรษฐกิจ