Скільки ви знаєте про флотацію?

01 КонцепціяФлотація

Флотація, також відома як флотаційна переробка корисних копалин, – це технологія розділення мінералів, яка відокремлює цінні мінерали від пустої породи на межі розділу газ-рідина-тверда речовина, використовуючи відмінності у властивостях поверхні різних мінералів, що містяться в рудах, і її також називають «міжфазним розділенням». Усі технологічні процеси, які розділяють мінеральні частинки прямо чи опосередковано, спираючись на фазові межі розділу на основі різних міжфазних властивостей різних мінеральних частинок, підпадають під визначення флотації.

Поверхневі властивості мінералів стосуються фізичних, хімічних та інших характеристик поверхні мінеральних частинок, таких як змочуваність поверхні, поверхневі електричні властивості, а також тип, насиченість та активність хімічних зв'язків поверхневих атомів. Існують відмінності у поверхневих властивостях різних мінеральних частинок. Такі відмінності у властивостях дозволяють розділяти та збагачувати мінерали за допомогою фазових меж, тому процес флотації включає трифазні межі розділу газу, рідини та твердих речовин.

Штучна модифікація може змінити властивості поверхні мінералів, щоб розширити розрив у поверхневих властивостях між цінними мінеральними частинками та частинками пустої породи для легшого їх розділення. У флотаційних операціях,флотаційні реагентизазвичай використовуються для штучної модифікації характеристик поверхні мінералів, розширення розбіжностей у властивостях між різними мінералами, збільшення або зменшення гідрофобності поверхні мінералів, регулювання та контролю флотаційної продуктивності мінералів і, зрештою, досягнення вищих результатів розділення. Відповідно, застосування та розвиток технології флотації тісно пов'язані з флотаційними реагентами.

На відміну від фізичних параметрів мінералів, таких як густина та магнітна сприйнятливість, які важко регулювати, майже всі поверхневі властивості мінеральних частинок можна штучно змінити, щоб створити цільові відмінності у поверхневих властивостях між мінералами для потреб розділення. З цієї причини флотація широко застосовується у збагаченні корисних копалин і називається універсальним методом переробки корисних копалин; вона виділяється як найширше використовуваний та найефективніший метод розділення, особливо для дрібних та наддрібних гранульованих матеріалів.

02 Застосування флотації

Збагачення корисних копалин – це виробнича операція з підготовки сировини для металургійної та хімічної промисловості, а піна флотація перетворилася на один з найважливіших методів збагачення корисних копалин. Практично всі види мінеральних ресурсів можна розділити за допомогою флотації.

Наразі флотація широко застосовується для збагачення руд чорних металів, у складі яких переважно залізо та марганець, таких як гематит, сидерит та ільменіт; руд дорогоцінних металів, що містять переважно золото та срібло; руд кольорових металів, включаючи мідь, свинець, цинк, кобальт, нікель, молібден та сурму, охоплюючи сульфідні мінерали, такі як галеніт, сфалерит, халькопірит, халькоцит та молібденіт, пентландит, а також оксидні мінерали, такі як малахіт, церусит, геміморфіт, каситерит та вольфраміт. Вона також застосовується для розділення неметалевих сольових мінералів, включаючи флюорит, апатит та барит, розчинних сольових мінералів, таких як сильвіт та кам'яна сіль, а також неметалевих та силікатних мінералів, таких як вугілля, графіт, сірка, алмаз, кварц, слюда, польовий шпат та берил, сподумен.

Завдяки розвитку флотації накопичено великий практичний досвід, а відповідні технології продовжують розвиватися в галузі переробки корисних копалин. Низькосортні та структурно складні мінерали, які колись вважалися комерційно нікчемними, тепер можна видобувати та повторно використовувати як вторинні ресурси за допомогою флотації.

Оскільки мінеральні ресурси поступово збіднюються, цінні мінерали розподіляються в рудах у дрібніших та складніших формах, що призводить до зростаючих труднощів з розділенням. Тим часом, щоб знизити виробничі витрати, галузі промисловості, включаючи металургійні матеріали та хімічну інженерію, висувають дедалі суворіші вимоги до якості та точності розділених мінеральних концентратів, що використовуються як сировина для переробки.

Зіткнувшись із подвійною вимогою покращення якості концентрату та вирішення труднощів розділення дрібнодисперсних мінералів, флотація вирізняється значними перевагами над альтернативними технологіями розділення та стала найбільш широко застосовуваним та перспективним методом переробки корисних копалин. Спочатку флотація застосовувалася лише для розділення сульфідних мінералів, але поступово поширилася на оксидні та неметалеві мінерали, і сьогодні щороку у світі за допомогою флотації переробляються мільярди тонн мінералів.

В останні десятиліття технологія флотації вийшла за межі інженерії збагачення корисних копалин і знайшла ширше застосування в таких галузях, як охорона навколишнього середовища, металургія, паперове виробництво, сільське господарство, хімічна інженерія, виробництво харчових продуктів, матеріалознавство, фармацевтика та біотехнології.

Типові промислові застосування включають вилучення цінних компонентів із проміжних продуктів, летких речовин та шлаків у пірометалургії шляхом флотації; вилучення корисних компонентів із залишків вилуговування та цементаційних осадів гідрометалургії; видалення фарби з макулатури та вилучення волокна з відходів целюлозно-вартісного виробництва в хімічній промисловості; а також методи екологічної інженерії, такі як вилучення важкої сирої нафти з піску русла річок, видалення дрібних твердих забруднень, колоїдів, бактерій та слідів металевих домішок зі стічних вод.

Зі постійним удосконаленням процесів флотації та появою інноваційних високоефективних флотаційних реагентів і обладнання, флотація отримає ширше застосування в більшій кількості промислових секторів. Проте існують недоліки впровадження флотації: порівняно з магнітною сепарацією та гравітаційною сепарацією, флотація споживає більше хімічних реагентів і призводить до вищих виробничих витрат; вона накладає суворі обмеження на розмір частинок сировини; численні змінні впливають на продуктивність флотації та підвищують стандарти контролю процесу; стічні води, що містять залишки флотаційних реагентів, також становлять небезпеку для навколишнього середовища.

03 Зміст дослідження флотації

Процес флотації включає взаємодію між твердими мінеральними частинками та розділювальними середовищами (водою та газом). Основні предмети досліджень охоплюють фундаментальні принципи флотації, флотаційні реагенти, флотаційне обладнання та флотаційні процеси.

Фундаментальні теорії флотації зосереджені на флотації мінералів та характеристиках межфазного шару під час розділення, включаючи дослідження властивостей межфазного шару, міжфазних взаємодій та механізму мінералізації повітряних бульбашок. Дослідження флотаційних реагентів зосереджені на класифікації реагентів, молекулярній структурі, фізико-хімічних властивостях, функціональних механізмах, методах підготовки та протоколах польового застосування. Дослідження флотаційного обладнання включають конфігурацію обладнання, принципи роботи та застосовні сценарії. Дослідження процесу флотації охоплюють схему технологічного циклу, вплив та регулювання технологічних параметрів, а також режими додавання реагентів, доповнені практичними прикладними дослідженнями для різних типів руд.

Теоретична база досліджень флотації охоплює численні дисципліни, такі як мінералогія процесів, органічна хімія, неорганічна хімія, фізична хімія (міжфазна хімія та колоїдна хімія), механіка рідин, машинобудування, технологія автоматичного виявлення та техніко-економічний аналіз.