Флотация руд цветных металлов. Возможности и перспективы
Сегодня флотационный метод обогащения применяется на большинстве обогатительных фабрик по переработке медных, медно-цинковых, медно-свинцово-цинковых (полиметаллических) руд, а также отвальных и конвертерных шлаков медеплавильных заводов.
Целый ряд факторов обуславливает целесообразность применения систем флотации для обогащения данного вида природного, техногенного и минерального сырья. Флотация обеспечивает:
Кроме того, флотационное оборудование имеет высокую производительность, процессом относительно просто управлять, к тому же многие показатели опытный флотатор может отследить визуально.
Что считать шламом?
В последние десятилетия в переработку на ГОКах вовлекаются тонковкрапленные руды, а для раскрытия ценных минералов в них требуется весьма тонкое измельчение до крупности менее 20 мкм.
Однако в практике обогащения руд данную крупность принято считать шламами, наличие которых затрудняет процесс флотации и приводит к снижению технологических показателей обогащения.
Негативное влияние шламов на процесс обогащения обсуждается в кругу специалистов ещё с середины прошлого века, но при этом строгого определения понятия «шлама» в технической литературе до сих пор нет.
В 1960-70 гг. понятие «шлам» во флотационном процессе определялось разными авторами как «частицы крупностью менее 20 (5) мкм».
Отметим, что в то время максимальная крупность материала, подвергающегося флотационному обогащению в силу благоприятных текстурноструктурных характеристик руд, составляла порядка 100 мкм.
В этом случае можно согласиться с тем, что материал крупностью 20 мкм по отношению к материалу крупностью 100 мкм будет являться шламом. Однако сегодня, когда в переработку вовлекаются руды с тонкой и эмульсионной вкраплённостью, необходимо поменять отношение к тонким классам крупности при их флотации.
Специалисты института «Уралмеханобр» неоднократно демонстрировали, что внедрение тонкого и ультратонкого измельчения сырья перед флотационным обогащением позволяет повысить уровень извлечения ценных металлов в товарную продукцию. Разница действительно существенная: от нескольких процентов до десятков процентов. Также учёные отмечают повышение качества товарной продукции.
В связи с этим мы предлагаем другую, более современную трактовку понятия «шлам» во флотационном процессе: «Шлам — это часть измельчённого материала, крупность которого более чем в 5 раз отличается от номинальной крупности этого материала».
Флотационные машины и реагенты
В связи с переходом на технологии обогащения тонких классов крупности перед производителями обогатительного флотационного оборудования встал вопрос о необходимости совершенствования флотационных машин для создания и обеспечения благоприятных гидродинамических и аэрационных условий флотации тонких частиц.
Немаловажную, а порой и основную, роль в процессе флотационного обогащения руд играют реагенты. В настоящее время известны сотни и тысячи флотационных реагентов как отечественного, так и импортного производства. Прогресс в области флотационного обогащения руд в значительной мере определяется усовершенствованием реагентного режима, а именно:
При разработке технологий обогащения руд цветных металлов
ОАО «Уралмеханобр» уделяет особое внимание экологической безопасности принимаемых технологических и технических решений.
Например, в институте разработана «бесцианидная» технология обогащения медно-свинцово-цинковых руд Алтайского края. Известно, что в большинстве случаев при селекции медно-свинцовых концентратов, получаемых при обогащении полиметаллических руд, применяют опасный и ядовитый депрессор — цианид натрия.
Кстати, некоторые исследователи его использование позиционируют как единственно возможный вариант. Однако в 2007 году учёные института разработали технологию переработки медно-свинцово-цинковой руды, которая позволила исключить из технологического процесса цианид натрия, заменив его на сочетание тиосульфата натрия и железного купороса. В настоящее время «Рубцовская» обогатительная фабрика, расположенная в Алтайском крае, успешно работает по предложенной технологии.
Интересен тот факт, что в ходе проведения исследований выявляют новые свойства реагентов. Так, например, учёные института выявили депрессирующие свойства цинковых и свинцовых минералов при применении реагента интенсификатора помола «Литопласт».
Изначально завод-изготовитель позиционировал его как реагент, позволяющий повысить тонину помола руды. Однако заявленного увеличения тонины помола в процессе измельчения руды не было достигнуто.
Но специалисты обнаружили другой любопытный факт: при введении реагента в процесс усиливается депрессия сфалерита и галенита. В настоящее время данный реагент успешно прошёл испытания и рекомендован к использованию при обогащении медно-цинковых и полиметаллических руд ряда месторождений.
Кроме того, вовлечение в переработку бедных и труднообогатимых руд требует значительного увеличения производительности обогатительных фабрик. Например, сейчас производительность фабрики может достигать 100 тыс. т. руды в сутки или 35 млн т. в год.
Безусловно, очень важны и такие факторы, как использование оборудования высокой единичной мощности и постоянное совершенствование технологического процесса.
Сегодня конструирование и внедрение флотационных машин во всем мире идёт по пути применения большеобъемных камер, обеспечивающих снижение капитальных и эксплуатационных затрат. Тренд на их использование прослеживается с 1970-х годов.
Флотация является одним из самых дорогих обогатительных процессов из-за большого расхода электроэнергии. Снизить его возможно путём установки большеобъёмных флотационных машин, что отражено на график 2, Metso Outotec.
Перспективы флотационного метода обогащения
Разумеется, в ближайшие десятилетия флотационный процесс обогащения будут активно применять для обогащения руд цветных металлов, несмотря на его трудоёмкость, наукоёмкость и высокую стоимость.
Однако в силу того, что в переработку вовлекают всё более бедное, тонковкраплённое, упорное, труднообогатимое сырьё, следует ожидать развития комбинированных технологий обогащения. Они будут основаны на процессах флотации и гидрометаллургии.
В данном контексте целесообразно получение богатых концентратов флотации из упорного сырья. Впоследствии они могут быть направлены в пирометаллургический процесс. Также целесообразно получение коллективных концентратов, которые будут доводиться до конечных продуктов при помощи гидрометаллургии.
На этом принципе основана «теория двух концентратов»:
Текст: Сергей Мамонов, заведующий отделом обогащения (наука) ОАО «Уралмеханобр»
Флотатор
Описание
Флотационное обогащение основано на том, что гидрофобные частицы минералов, то есть те, что плохо смачиваются водой, хорошо прилипают к пузырьку воздуха, а гидрофильные частицы, которые хорошо смачиваются водой, плохо прилипают к пузырьку воздуха. Руду тонко измельчают в воде и обрабатывают флотационными реагентами — органическими и неорганическими соединениями, которые изменяют свойства поверхности минералов, в результате чего одни из них становятся гидрофобными, а другие гидрофильными.
Профессионально важные качества
Работа человека на вакансии флотатора, требует не только острого зрения, но и хорошего цветоразличения, так как часто приходится по цвету или оттенку пены судить о правильности ведения процесса. Флотатор должен иметь хороший глазомер, так как, оценивая высоту пены или степень ее минерализации, он регулирует расход флотационных реагентов. Флотатору нужен хороший слух, потому что на слух можно определить неисправность в работе машин, а из-за шума, возникающего при работе флотомашин, в случае плохого слуха можно не услышать вызов по селектору. Специальность флотатора требует устойчивости вестибулярного аппарата и отсутствия боязни высоты, так как приходится многократно подниматься на высоко расположенные площадки и работать на них.
Медицинские противопоказания
Дефекты зрения, позвоночника и конечностей, слуха, нарушение в работе вестибулярного аппарата, аллергическая реакция на применяемые флотационные реагенты и некоторые другие.
Условия труда
Рабочее место флотатора — большой просторный цех, где находятся сотни камер флотационных машин. Флотатор почти весь рабочий день трудится на ногах, двигаясь вдоль флотационных машин и регулируя процесс обогащения. Он внимательно наблюдает за пенным слоем и показаниями приборов, регистрирующих ход флотационного процесса, оперативно принимает решения об изменении расходов реагентов, плотности пульпы, высоты пенного слоя, количества подаваемого воздуха и прочих параметров процесса и производит эти изменения, управляя питателями реагентов, кранами подачи воды, пульпы, шиберами флотационных машин и другими устройствами.
Области применения
Профессия флотатора является основной рабочей специальностью на обогатительных фабриках, использующих флотационный метод обогащения полезных ископаемых. Высококвалифицированными флотаторами чрезвычайно дорожат на предприятиях.
Базовое образование и пути получения профессии
Овладеть профессией флотатора можно в системе среднего профобразования.
Флотационное оборудование, флотатор
Применение флотатора, технологические схемы
Флотационное оборудование (флотаторы) применяют для отделения тонкодисперсных примесей, которые содержатся в сточных водах и трудно поддаются другим способам очистки.
Флотация является эффективным методом удаления загрязнителей как из суспензий, так и из эмульсий, причем последнее значительно снижает затраты на последующую очистку, улучшает качество очищаемой воды и облегчает биологическую очистку стоков.
Флотационное оборудование часто устанавливается при очистке сточных вод таких объектов как:
Флотационная очистка в системе очистных сооружений
В системе очистных сооружений флотационные установки располагаются перед сооружениями биологической очистки, но могут также служить и завершающим этапом. Перед флотацией необходимо произвести отделение тяжелых и грубых примесей с помощью механических решеток и предварительного отстаивания (рис. 1).
Рисунок 1. Расположение флотаторов в системе очистных сооружений.
Эффективность очистки и способы ее повышения
Эффективность очистки методом флотации зависит от следующих условий:
Повысить эффективность очистки флотатором можно следующими способами:
Виды и устройство флотаторов для очистки сточных вод
Виды и способы флотации
Очистка стоков методом флотации может производиться различными способами. То есть, именно образование пузырьков воздуха происходит с использованием различных методов. Рассмотрим все возможные.
Выделение пузырей воздуха из специального раствора
Причем здесь воздух можно выделять как напорным методом, так и вакуумным. В первом случае в воду под высоким давлением запускают воздух, в результате чего на всех слоях воды образуются нужные пузырьки. В случае с вакуумной флотацией сточная вода проходит через аэрационную камеру, где усиленно насыщаются воздухом. После этого стоки поступают в дезаэратор, где из воды удаляется лишний воздух (не растворившийся). Затем серая жидкость переливаются именно во флотационную камеру, где давление падает до критической точки, от чего и происходит образование пузырьков воздуха.
Механический способ насыщения воды воздухом
Этот метод обогащения стоков воздухом заключается в трех основных способах:
Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала
Этот способ заключается в проведении потока воздуха сквозь специальные пористые структуры. В качестве примера можно привести специальные тонкие пластины с тонкими щелями по всему периметру. Причем чем тоньше будет щель в пластине, тем мельче будут воздушные пузыри.
Электролиз
Этот способ образования пузырьков воздуха считается одним из наиболее эффективных. Схема действия метода заключается в помещении в воду специальных электродов, по которым в стоки проводят ток. В месте расположения электродов (в месте их контакта с водой) происходит формирование нужных пузырьков.
Флотационная очистка
Предварительная химическая обработка сточных вод коагулянтом и флокулянтом происходит в трубчатом флокуляторе, которым оборудована флотационная установка.
Сточные воды, подвергнутые предварительной химической обработке, направляются на флотационную установку. По приточному трубопроводу поток воды попадает во флотационный резервуар, во входной трубе интенсивно смешивается с воздухом, нагнетаемым насыщающим насосом.
Пузырьки газа прикрепляются к частицам твёрдого вещества, в результате чего образуются хлопья из твёрдого вещества и газа, которые легче воды и поэтому всплывают вверх. Размер микропузырьков можно легко регулировать и существенно уменьшать образование больших пузырьков, препятствующих флотационному процессу. Хлопья из твёрдого вещества и газа всплывают во флотационном бассейне и образуют слой флотата (флотационный пенный шлам) на поверхности воды.
Ленточный сбрасыватель сдвигает этот слой в лоток отвода флотата, при этом флотат дополнительно обезвоживается балкой сбрасывателя.
По мере накопления бункера пенный шлам самотеком поступает в накопительную емкость, а затем подается на обезвоживание.
Флотационная установка для физико-химической очистки производственных сточных вод включает в себя:
При выборе флотационной установки для очистки производственных сточных вод особое внимание необходимо обратить на следующие факторы:
Какие вещества включает флотация
Флотацию можно назвать одним из способов, которые используются для очищения сточной воды.
Безнапорная флотация должна выполнятся под наблюдением специалистов
Но если говорить конкретно о данном методе очищения, то цель флотации заключается только в том, чтобы вывести на поверхность различные мелкие вещества, которые схожи с водой по плотности и не могут осесть на дно. Флотацию используют для того, чтобы очистить сточные воды от жиров, ПАВ, волокон, продуктов нефти. Кроме того, в некоторых случаях процесс может помочь удалить даже растворенные в воде элементы.
В основе флотационного очищения лежат сложные химический и физический процессы. Здесь рассматривается каждая индивидуальная способность того или иного вещества к смачиванию. Благодаря этому определяют, как будет вести себя вещество в процессе разделения.
Есть два вида веществ:
После того как будет определено вещество, его можно удалить при помощи очистки флотацией.
Виды сооружений
В таблице охарактеризовано оборудование, которое применяется на разных этапах очистки стоков.
Для механического этапа:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Песколовки | Горизонтальные или вертикальные установки продолговатой формы. | Вода движется по оборудованию со скоростью 0,15-0,3 м/с. При таком темпе минеральные примеси диаметром от 0,25 мм оседают на дне, а мелкие частицы органики остаются в воде. |
| Отстойники | Резервуары, где вода стоит или очень медленно двигается. | Механические примеси оседают на дно под силой земного притяжения. |
| Решетки | Фильтрующее полотно из металлических стержней, которые находятся на расстоянии 2-8 мм друг от друга. | Вода проходит через стержни, а крупный мусор задерживается. |
| Нефтеловушки и нефтепескоуловители | 3-4 отдельных камеры, соединенных между собой. | В камерах стоки отстаиваются, проходят через решетку и коалесцентный фильтр, сорбционные материалы. |
Для физико-химического этапа:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Флотаторы | Резервуары, в которых образуются пузырьки газа. Они генерируются электронасосом / в процессе электролиза / вращающимися турбинами. | Пузырьки газов поднимаются и захватывают с собой мелкодисперсные частицы. |
| Флокуляторы | Система труб, в которых коагулянт смешивается со стоками, и происходит химическая реакция. | Коагулянты объединяются с загрязнениями, образуют крупные хлопья и выпадают в осадок. |
Для биологического этапа:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Аэротенки | Прямоугольный резервуар, по которому протекают стоки, смешанные с активным илом. | Аэробные бактерии в присутствии кислорода расщепляют органику. О2 подается механическими или пневматическими аэраторами. |
| Мембранные биоректоры | Аэротенк с мембраной, которая задерживает активный ил после переработки органики. | Аэробные бактерии в присутствии кислорода расщепляют органику. О2 подается механическими или пневматическими аэраторами. |
| Биофильтры | Резервуар с загрузочным материалом, на поверхности которого образуется пленка из микроорганизмов. | Воды проходят через пористый фильтр-загрузку. Биологическая пленка на гранулах расщепляет загрязнения. |
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Неподвижные перегородки | Установки с фильтрующим полотном разной пористости. | Вода проходит через фильтры, и загрязнения остаются за разделительным полотном. |
| Зернистые фильтры | Гранулированные пористые материалы, которые засыпаются в трубы, резервуары, колбы. | Вода проходит через гранулы абсорбирующего материала, и загрязнения накапливаются на их поверхности. |
| Ультрафильтрационные системы | Фильтры, оснащенные мембранами – материалами с размером пор до 0,2 мкм. | Мембраны пропускают воду, а высокомолекулярные загрязнения (99,9% примесей) задерживают. |
Оборудование для дезинфекции:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Озонаторы | Электрические установки с длинными шлангами. Приборы генерируют озон, который по трубкам проникает в воду. | Озон окисляет липиды и липопротеины клеточной стенки бактерий. Это приводит к структурным изменениям, несовместимым с жизнью клеток. |
| УФ-обеззараживатели | Аппараты, оборудованные несколькими лампами. Они погружаются в воду и там излучают УФ-лучи. | Лампы генерируют волны длиной 200-280 нм. Они разрушают генетический аппарат вредоносных бактерий и вирусов, что не дает им размножаться. |
Принцип работы флотатора для очистки сточных вод
Принцип работы флотатора основан на пропускании через очищаемую среду пузырьков воздуха с целью образования пены. Данная пена называется флотошлам, который снимается и отводится на специальные устройства по обезвоживанию. Для того чтобы пузырьки захватывали и уносили с собой загрязнения, необходимо предварительное добавление специальных веществ – коагулянтов и флокулянтов. Данные вещества обладают высокой адгезивностью, то есть они помогают загрязняющим веществам слипаться друг с другом и с пузырьками воздуха, образовывая так называемые флоккулы.
Пузырек, проходя из сопла или форсунки распределяющего устройства наверх, захватывает с собой липкие загрязняющие вещества. Такой процесс проводится до тех пор, пока вода не достигнет нужного эффекта очистки.
Сложность процесса заключается в том, чтобы точно подобрать дозу коагулянта и флокулянта так, чтобы сила адгезии была достаточно высока, для слипания с пузырьком, но при этом образовавшиеся хлопья были не слишком большого веса, чтоб не повредить пузырек воздуха.
Принципы очистки
Флотационная очистка сточных вод подразумевает реализацию следующей последовательности процессов:
Пузырьки воздуха с требуемыми размерными параметрами формируются с помощью механического дробления в турбинах, форсунках, пористых пластинах, решётках. Флотация с помощью пузырьков может быть спровоцирована перенасыщением H2O, кислородом или электролизом (электрофлотация).
Пузырьки образуются тремя основными способами: механическим, напорным и вакуумным. При напорном способе в жидкость под высоким давлением подаётся кислород. Пузырьки формируются нужного размера по всему объёму стоков. При вакуумном способе сточные воды проходят через камеры, в которых производится их насыщение кислородом. После очистки жидкость подаётся в специальную камеру, где остатки нерастворённого воздуха удаляются.
Механический метод может быть выполнен следующими способами:
Схема, включающая флотатор для очистки сточных вод
Технология, предполагающая флотатор в качестве главного обрабатывающего модуля, всегда включает реагентное хозяйство и устройство для создания пузырьков воздуха. Реагентное хозяйство представляет собой емкость с реагентами (коагулянты, флокулянты, щелочь для корректировки pH) и реактор для смешения реагента с водой.
В качестве устройства для создания пузырьков воздуха, как правило, используется сатуратор, представляющий собой камеру смешения воздуха с водой с целью создания водовоздушной смеси. Далее эта смесь направляюется во флотатор. Устройство сатурации оснащено мощным насосом для нагнетания воздуха.
Флотатор никогда не используется отдельно, он всегда включен в общую схему очистки воды. Полная схема, как правило, состоит из этапов предварительного отстаивания, физико-химической обработки (флотатор или коагулятор) и последующей механической очистки на фильтрах.
Иными словами, флотатор не может обеспечить всю очистку, это только отдельный узел, требующий предварительной обработки и последующей. Попадание во флотатор песка или других грубодисперсных примесей приведут к поломке прибора. Также данный прибор не может обеспечить обеззараживание и полную очистку от нефтепродуктов. Поэтому, после него необходима ультрафиолетовая установка и сорбционные (или механические) фильтры.
Принципиальная схема основана на процессе флотации. Флотация – это обработка сточных вод пузырьками воздуха с целью извлечения растворимых и эмульгированных веществ. Вода поступает на главный обрабатывающий модуль. Туда же в напорном (или безнапорном) режиме подается заранее приготовленный реагент в реакторе. Также во флотатор подаются пузырьки воздуха с помощью устройства сатурации. Во флотаторе для очистки воды происходит обработка сточных вод реагентами и пузырьками воздуха, происходит всплытие большей части флокул в виде флотошлама. Всплывший флотошлам убирается с поверхности воды скребковым транспортёром в шламосборник.
Данный шлам очень неустойчив к механическим колеваниям, поэтому с поверхности воды он собирается аккуратно с целью не разбить пену.
