какой метод обогащения сырья называется флотационным
Какой метод обогащения сырья называется флотационным
Добываемые руды цветных металлов, как правило, бедные и большую их часть составляет пустая порода. Одним из основных способов обогащения руды является флотация. Метод основанный в различии в смачиваемости частиц.
Флотацией называют один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различной способности элементов удерживаться на межфазовой поверхности (поверхности раздела двух сред), обусловленной различием в удельных поверхностных энергиях. В силу таких различительных свойств, частицы элементов полезных ископаемых подразделяют на два вида:
Таких образом, гидрофобные частицы стремятся соединиться с молекулами воздуха, а точнее, с пузырьками воздуха, для того чтобы всплыть на поверхность – это свойство и используется в разделении компонентов полезных ископаемых. Однако, в качестве процесса, посредством которого гидрофобные частицы могут избавиться от излишней энергии, может быть не только прилипание к пузырькам воздуха. Аналогичными свойствами обладают и различные масла. Масло, налитое в стакан с водой всплывет на поверхность, потому что, масло также является гидрофобным соединением.
Обогащение руды флотацией
Методы флотации различают по тому, какая граница раздела создана для разделения компонентов руды. Различают:
Для проведения пенной флотации руда должны быть измельчена до 0.1-0.2 мм.
Однако, не все ценные компоненты руды имеют достаточную гидрофобность для извлечения. И наоборот, элементы пустой породы могут обладать более выраженной гидрофобностью в отличии от ценных компонентов руды. Для этого существуют специальные химические соединения, называемые реагентами. Реагенты – это вещества, повышающие либо понижающие гидрофобные/гидрофильные свойства частиц. В зависимости от свойств реагенты подразделяются на следующие категории:
Процессы флотации имеют очень важную роль в обогащении руд различных элементов. Наибольшей эффективностью обладает пенная флотация, вследствие чего она получила наибольшее распространение.
На первом этапе флотации в смесительной камере измельченная руда смешивается с водой, образуя пульпу (смесь частичек руды и пустой породы в воде). Одновременно в камеру добавляется флотационный реагент, который смачивает только частички ценной руды, но не пустой породы.
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»
Современные способы флотации
Сейчас самым распространенным методом обогащения руд 
является пенная флотация. Она относительно дешева и очень эффективна. Этим способом обогащают более двадцати разных типов руд, перерабатывая около миллиарда тонн в год. Впервые это метод был разработан в 1877-м году для получения графитового концентрата.
Пенная флотация осуществляется в пульпе — трехфазной смеси, состоящей из твердых частиц, газа и жидкости. Для начала горную породу с полезным содержанием измельчают, делая твердую фазу смеси; чем тяжелее порода, тем сильнее измельчение. Жидкая фаза состоит из воды, специально добавленных флотирующих реагентов и различных растворенных в воде примесей. Газовая фаза — это пузырьки воздуха или газа, принудительно подаваемые в смесь и образующиеся в результате химических реакций.
Метод пенной флотации основан на способности пузырьков газа плотно прилипать к гидрофобным (отталкивающим воду) частичкам горной породы. При этом плотность частички с прилипшими пузырьками оказывается меньше, чем плотность жидкой среды и частичка всплывает (флотирует) вверх. Таким образом образуется верхний слой частичек породы, который в дальнейшем собирается или удаляется.
 |  |  |
| Стекло жидкое натриевое | Полиэтиленгликоль 8000 | Кукурузный крахмал |
Существует несколько видов пенной флотации
Различают флотацию прямую и обратную. В прямом процессе с поверхности пульпы удаляют полезные вещества, а отходы собираются на дне. При обратном процессе отходы всплывают и удаляется, а полезные минералы собираются со дна флотационной машины.
Флотирующие реагенты добавляются в смесь для селективного разделения тонко измельченной горной породы. С помощью различных химических веществ, добавляемых в пульпу, регулируют процессы взаимодействия пузырьков и частиц породы: какие частицы станут гидрофобными в данной жидкости, а какие — гидрофильными (хорошо смачиваемыми). Добавляя различные реагенты, увеличивают или понижают поверхностное натяжение на границе раздела жидкость-газ, стабилизируют пену и размер пузырьков, усиливают или ослабляют адсорбцию. В результате удается добиться разделения сложных многокомпонентных руд с близкими показателями плотности отдельных минералов, и получать из одной руды сразу несколько концентратов.
Флотирующие вещества добавляются в очень небольших количествах, от нескольких граммов до нескольких килограммов на одну тонну руды. Вода обычно очищается и вовлекается во вторичный оборот.
В качестве флотирующих реагентов используются вещества различного происхождения и назначения:
Для выделения нужных компонентов из породы используются полиэтиленгликоли, производные изопропиловых, пентиловых и этиловых соединений, крахмал, алифатические первичные и вторичные амины, жидкое стекло, карбоновые кислоты, аммониевые соли, производные нефти, жиры и сложные эфиры, высшие жирные кислоты и мыла, одноатомные алифатические и терпеновые спирты, кислоты, щелочи, соли.
Обогащение флотацией
ФЛОТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ
ЛЕКЦИЯ № 10
Флотационные методы обогащения— это процессы разделения полезных ископаемых, основанные на различии физико-химических свойств поверхности разделяемых минералов.
Эти свойства проявляются в различной способности минералов закрепляться на границе раздела фаз.
Фазой называется часть разнородной системы, которая отделена от других частей видимой границей раздела и обладает одинаковыми химическими и термодинамическими свойствами.
Различная способность удерживаться на межфазовой поверхности определяется смачиваемостью частиц.
Известны вещества, хорошо смачиваемые водой. Они называются гидрофильными, что в переводе с греческого означает «любящие воду». Например, на стекле капля воды хорошо растекается по его поверхности.
И есть такие вещества, которые не смачиваются или плохо смачиваются водой, т.е. «бояться воды». Они называются гидрофобными. Например, самыми гидрофобными веществами являются парафин и тефлон, капля воды на них не растекается, а сохраняет округлую форму.
Поэтому, в другой формулировке:
Флотация – это метод обогащения полезных ископаемых в водной среде, который основан на различии в смачиваемости водой частиц разделяемых компонентов.
Среди гидрофобных веществ много и таких, которые хорошо смачиваются маслом, т.е. олеофильных.
У Геродота есть описание метода вылавливания золотых частиц гусиными перьями, смоченными жиром.
Этот процесс находит применение и в настоящее время, правда, не для извлечения золота, а выделения тонких частиц алмазов (олеофильных частиц).
Если через поверхность, обработанную жиром, пропустить пульпу с алмазоносным песком, то кристаллики алмазов, избирательно смачиваясь жировой поверхностью, прилипают к ней. Для того чтобы прилипание было более надежным, поверхность алмазов предварительно покрывают жировой пленкой. Это осуществляется просто – перемешивают немного жира с пульпой, содержащей измельченную руду. Жир (масло) избирательно прилипает только к олеофильным частицам алмаза, остальными минералы уносятся водой.
Второй этап развития метода – масляная флотация. Как и обогащение на липких поверхностях, метод основан на явлении смачивания, но с существенной особенностью – с избирательным всплыванием несмачиваемых средой минералов. Процесс прост – перемешивание измельченной руды, воды и масла в емкости. Частицы масла смачивают олеофильные частицы, собираются в крупные капли и всплывают на поверхность воды (не забываем, что масло легче воды). Верхний слой пульпы снимается, образуя концентрат. Частицы пустой породы (гидрофильные), не смоченные маслом, остаются в воде (отходы).
Масляная флотация имеет низкую производительность и большой расход масла, поэтому широкого применения не получила. Она может применяться при доводке концентратов редких металлов.
Наиболее распространена пенная флотация.
В принципе безразлично, в какой среде разделять минералы по смачиваемости, лишь бы они смачивались по-разному. Развитие техники обогащения привело к самому простому варианту, при котором смачиваемость водой частиц противопоставляется их взаимодействию с воздушным пузырьком, всплывающим в пульпе. Это и есть суть пенной флотации.
Образно говоря, если гидрофобные вещества «бояться» воды, то они «любят» воздух.
Другими словами, воздух способен вытеснить с гидрофобной поверхности водную пленку и, следовательно, закрепиться на ней.
Таким образом, если в пульпу, содержащую гидрофильные и гидрофобные частицы, добавить пузырьки воздуха, то получим картину, изображенную на рис. 10.1 (флотация – от англ. flotation – всплывание, удерживание на поверхности воды).
Таким образом, в процессе пенной флотации участвуют три фазы:
— газообразная – пузырьки воздуха.
Пульпа насыщается пузырьками воздуха, т.е. осуществляется аэрация пульпы. Воздух может засасываться из атмосферы и диспергироваться в пульпе специальными механическими аэраторами или в пульпу вдувается сжатый воздух.
У пенной флотации, есть существенный недостаток – это невозможность выделения в концентрат частиц крупнее 0,5 мм. Это связано с действующими на комплексы пузырек-частица гравитационными и гидродинамическими силами.
Для выделения более крупных частицы – от 0.5 до 3 мм разработана разновидность пенной флотации – пенная сепарация.
Принцип метода заключается в том, что в отличие от обычной флотации свежая пульпа подается не в подпенную зону, а непосредственно на толстый слой устойчивой пены, предварительно полученный, например, подачей воздуха через пористое дно аппарата.
Гидрофобные частицы задерживаются пеной и выгружаются с ней через порог пенного сепаратора. Так как поднимать из глубины машины частицы нет необходимости, повышается крупность извлекаемых гидрофобных частиц. Гидрофильные частицы, проходя через слой пены, осаждаются в нижнюю часть машины.
В настоящее время флотация – один из основных методов обогащения полезных ископаемых.
Они широко применяется для обогащения большинства руд цветных и редких металлов, апатитовых, фосфоритовых, баритовых, графитовых и других руд, полевошпатового сырья и угольных шламов.
Процесс также применяется для очистки воды от органических веществ (нефти, масел); бактерий; тонкодисперсных осадков солей и др.
Помимо горноперерабатывающих отраслей флотация используется в пищевой, химической и других отраслях для очистки промышленных стоков, ускорения отстаивания, выделения твердых взвесей и эмульгированных веществ и.т.п. Широкое применение флотации привело к появлению большого количества модификаций процесса по различным признакам.
Флотационное обогащение
Применяются виды флотации:
При этом процессы схемы флотационного обогащения могут проводиться с получением коллективных концентратов, либо с применением селективных схем выделения кондиционных концентратов с выводом отдельных минералов.
Минеральные частицы могут разделяться также при помощи гидрофобной твердой поверхности (флотация твердой стенкой) или твердой поверхности, покрытой слоем гидрофобной вязкой жидкости (обогащение на жировой поверхности). К таким поверхностям, помещенным в пульпу, избирательно прилипают гидрофобные частицы.
В Иргиредмете широко применяется пенная флотация. Пленочная флотация используется в процессе флотогравитации. Флотация на жировой поверхности используется при обогащении алмазов. Как пленочная флотация, так и флотация на жировых поверхностях в промышленности применяются редко.
Флотационный процесс может быть использован также для извлечения из раствора тонкодисперсных гидрофобных осадков, находящихся в растворе (флотация осадков) или образующихся при взаимодействии ионов раствора и добавляемого собирателя (ионная флотация).
Иргиредмет располагает лабораторными флотомашинами различной вместимости и полупромышленными флотационными установками непрерывного действия производительностью до 50 кг/ч (г. Иркутск) и до 500 кг/ч (г. Благовещенск).
За последнее десятилетие Иргиредметом была внедрена флотация на золотосодержащих рудах месторождений «Голец Высочайший» и «Дарасун»; на сурьмянистых рудах Удерейского месторождения, железных рудах месторождения «Железный Кряж»; на полиметаллическом месторождении «Мизек» (Казахстан), а также на Гайском, Учалинском ГОКах и др.