Для чего применяется флотация
Флотация
Содержание
История вопроса
В развитии теории флотации сыграли важную роль работы рус. физикохимиков — И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), советских учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина, профессора В. Р. Кривошеина и других.
Методы флотации
В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества) различают несколько видов флотации.
Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Великобритания, 1906) — вакуумная флотация, энергичное перемешивание пульпы, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.
Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мкм ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1-3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц (0,5-5 мм) в СССР были разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.
Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.
Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.
Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10-30 м³), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.
Области применения
В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.
Флотореагенты
Существует несколько типов флотореагентов, отличающихся принципом действия:
Очистка стоков методом флотации
Типы флотации
Существует несколько видов флотации, которые используют для очистки стоков. От типа загрязняющих веществ зависит выбор того или иного метода флотации. Методы различаются способами разделения жидкой и твердой фаз и конструктивным устройством установок.
Принципиальными отличиями методов флотации являются размеры пузырьков, образуемых в процессе насыщения жидкости воздухом. Также различаются способы подачи воздуха и жидкости во флотационную камеру.
Флотация с выделением воздуха из раствора
Наиболее распространенный способ флотации, при котором образуются пузырьки воздуха с наименьшим размером. Это позволяет использовать его для очистки стоков с тонкодисперсными примесями. В сточной жидкости создается пересыщенный раствор газа и выделяющиеся из него микропузырьки флотируют растворенные загрязнения. Для интенсивности процесса флотации необходимо соотношение 1-5 % воздуха, которое выделяется из сточной жидкости, к ее объему.
К данному способу флотации относятся вакуумная, напорная и эрлифтная флотации.
Вакуумная флотация
В герметичной флотационной камере создается разреженное давление. Растворенный в воде воздух начинает интенсивно выделяться и образует микропузырьки, которые уносят загрязнения в слой пены. Для получения максимального эффекта очистки концентрация загрязняющих веществ в растворе стоков должна быть невысокой.
Используется редко из-за конструктивных и эксплуатационных трудностей. Достоинством является низкая вероятность разрушения сформированных флотокомплексов, и, соответственно, минимальные затраты энергии на весь процесс образования пузырьков необходимого размера.
Напорная флотация
В сточную жидкость под высоким давлением подается воздух, затем происходит резкое понижение давления, что приводит к выделению пузырьков. В результате образуются пузырьки газа с низкой крупностью, что позволяет извлекать из стоков мелкодисперсные примеси. Процесс регулируется перенасыщением загрязнений в стоках при их базовой концентрации 3-4 г/л. Для повышения степени очистки применяют коагулянты. Используется при очистке стоков от нефти и нефтепродуктов, жиров, масел, волокон, бытовых сточных вод.
Эрлифтная флотация
Роль источника аэрации играет эрлифт, с помощью которого происходит подача воздуха и перемешивание водного раствора стоков. Из-за отсутствия контакта частей оборудования со сточной жидкостью подходит для агрессивных и токсичных сред и используется в химической промышленности. Отличается простотой установки и низкими энергозатратами.
Биологическая и химическая флотация
Метод используется для уплотнения осадков и снижения их влажности. За счет деятельности микроорганизмов происходит интенсивная аэрация стоков и частицы осадка, прикрепленные к пузырькам образовавшихся газов, поднимаются в слой пены, где уплотняются и обезвоживаются. Влажность осадка снижается до 80 %.
При добавлении некоторых химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязнителями в растворе, также образуются газы (О2, СО2, Cl2). Это свойство используют при обработке стоков хлорной известью с добавлением коагулянтов.
Флотация с механическим диспергированием воздуха
В очищаемой жидкости формируются вихревые потоки за счет перемешивания струи поступающего воздуха. В результате воздушная струя дробится на пузырьки заданной крупности.
В зависимости от вида загрязнений и необходимой степени очистки применяют импеллерную, безнапорную и пневматическую флотации.
Импеллерная флотация
Подходит для очистки высококонцентрированных сточных вод с дисперсными загрязнениями: нефть и нефтепродукты, жиры. Интенсивное перемешивание стоков с помощью импеллерных насосов создает пузырьки газа достаточного размера.
Безнапорная флотация
Метод используется для очистки стоков от жира и шерсти. Центробежный насос создает вихревые потоки в очищаемой жидкости. В результате поступающий воздух дробится на отдельные пузырьки, которые имеют достаточную крупность из-за малой скорости потока и быстро поднимаются к поверхности. Для очистки стоков от тонкодисперсных частиц такой метод не подходит.
Пневматическая флотация
Подходит для использования в агрессивных средах. Воздух в сточную жидкость поступает через сопла, которые расположены на дне флотационной камеры. Образование пузырьков регулируется скоростью аэрации.
Флотация с использованием пористых материалов
Пузырьки воздуха образуются с помощью мелкопористых установок, через которые воздух поступает во флотационную камеру. К ним относятся керамические пластины, трубы, насадки, колпачки с величиной отверстий 5-20 мкм, которые располагаются на дне камеры. Размер пузырьков регулируется подбором соответствующих установок. Преимуществом метода является низкие энергозатраты.
Электрофлотация
Сточная жидкость является многокомпонентным раствором-электролитом. На этом основан принцип электрофлотации, который заключается в пропускании через стоки постоянного электрического тока. В результате электролиза раствор насыщается пузырьками газа. В процессе флотации принимают участие пузырьки водорода, которые образуются на катоде. На крупность пузырьков влияет краевой угол смачивания, конфигурации электрода и его конструкция. При замещении пластинчатого катода проволочным уменьшается размер пузырьков и повышается их флотационная способность.
Эффективность флотации повышается, если применять растворимые электроды. Чаще всего используют алюминиевые или железные. Принцип заключается в растворении металла на аноде и поступлении в раствор очищаемой жидкости катионов металла, которые образуют в нем гидроокиси в виде хлопьев. Такие соединения наиболее часто используют как коагулянты и их присутствие совместно с пузырьками газа в узком промежутке между электродами способствует образованию прочных флотокомплексов, приводит к интенсивной коагуляции загрязнений, оптимизации процессов сорбции и адгезии.
Струйная флотация
Формирование пузырьков в сточной жидкости возникает под действием падающей с высоты струи, которая увлекает с собой воздух и инжектирует его в сточных водах. Газ проникает на глубину до 1 метра, тем самым создавая большую турбулентность, и распадается на микропузырьки. Пузырьки всплывают на поверхность и уносят с собой загрязнители в слой пены.
Пенная флотация
Используется для очистки сточных вод от ПАВ в химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленностях. Метод основан на способности ПАВ образовывать с пузырьками газа флотокомплексы и создавать прочную пену, в которой накапливаются флотируемые вещества.
Вместе с ПАВ из стоков удаляются эмульгированные вещества и твердые частицы, а также частично растворенные вещества.
Ионная флотация
Ионная флотация подразумевает введение в очищаемый раствор ПАВ во время его аэрации. В результате образуются ионы с противоположным знаком относительно загрязняющего вещества. Полученные агрегаты прилипают к газовым пузырькам и формируют флотокомплексы в виде небольшого слоя нестабильной пены.
Методом ионной флотации извлекают из сточных вод ионы металлов (Мо, W, V, Pt и проч.).
Преимуществом метода следует считать его высокую селективность, когда при соответствующих условиях возможно разделить ионы различных элементов, имеющих одинаковые заряды.
Пленочная и масляная флотации
Для очистки стоков практически не применяются, используются в горнодобывающей промышленности. При очистке стоков применяют для удаления твердых шламов, металлургических шлаков, рудных и нерудных компонентов.
Сущность пленочной флотации состоит в том, что обработанную реагентами измельченную руду насыпают на поверхность воды, где не смачиваемые частицы образуют пленку на поверхности, а остальные оседают на дно. Имеет низкую производительность.
В процессе масляной флотации происходит всплывание частиц, заключенных в масляные оболочки. Предварительно измельченную руду смачивают водой с масляной эмульсией. Для очистки стоков метод является экономически невыгодным.
Способ очистки сточных вод флотацией — что это такое и какие виды бывают?
Очистка многих видов производственных сточных вод проводится в несколько этапов, одним из которых является флотация. Суть процесса состоит в фиксировании частичек загрязнений на поверхности пузырьков растворенного воздуха. Агрегированные комплексы образуют на поверхности пену, которую удаляют специальными устройствами.
Флотационный способ очистки сточных вод – это разновидность адсорбции на воздушных микроскопических капсулах, позволяющая разделять смеси, выделять многие виды грязи из водной среды.
Суть метода
При флотации сточные воды насыщаются тем или иным способом воздухом, пузырьки которого присоединяют частицы грязи, образуя флотокомплексы. Сформировавшиеся агрегаты поднимаются на поверхность, образуя пенный концентрат флотационного шлама.
Чем быстрее получатся адсорбированные комплексы из примесей, тем скорее они всплывут на поверхность в виде пены, легче и эффективнее произойдет очистка.
Флотация успешно применяется для удаления веществ, «боящихся» воды, с явно выраженными гидрофобными свойствами:
Все примеси, отделяемые флотационным способом, представляют собой дисперсные частицы, которые не оседают при отстаивании.
Она проводится непрерывно, имеет большой диапазон возможного применения. Процесс идет с высокой скоростью, приводит к получению шлама с пониженной влажностью, который впоследствии можно рекуперировать.
Сложность проведения очистки таким способом обусловлена необходимостью строго контролировать количество и размеры воздушных пузырьков, в некоторых случаях увеличивать гидрофобность частиц с помощью дополнительно вводимых в среду реагентов.
Главная действующая сила при флотационной очистке – это микроскопические полости воздуха, которые получают непосредственным выделением из воды или дроблением газовой составляющей по всей толще жидкости.
Способ получения насыщенных воздухом стоков, дробления пузырьков определяет классификацию флотационных методов.
С выделением воздуха из раствора
Технология очистки посредством выделения пузырьков из загрязненной водной среды подразумевает использование напора или вакуума.
Напорная
При напорной очистке флотацией в раствор, перекачанный в сатуратор, нагнетают воздушный поток. После чего масса поступает во флотационную камеру, давление в которой равно атмосферному.
Образовавшиеся воздушные капсулы фиксируют на своей поверхности частицы примесей; агрегированные комплексы поднимаются в верхний слой, образуя флотационную пену.
Подробнее о напорном способе флотационной очистки сточных вод смотрите в видео:
Эрлифтная
Для удаления отходов из сточных вод, поставляемых в химической промышленности, часто применяют эрлифтную модификацию метода. Очистка происходит благодаря перепадам высот, на которых расположены резервуары, что значительно сокращает энергозатраты на проведение флотации.
Емкость со сточной водой располагается на высоте, достигающей 30 м. Грязный поток поступает в аэратор, расположенный значительно ниже. В него нагнетают воздух, а затем поднимают массу по эрлифтным трубам во флотационную камеру.
Подъем воздушного потока стимулирует образование сначала воздушных пузырьков, а затем агрегированных комплексов. Вся грязь всплывает в верхнем слое, снизу остается относительно очищенная вода, которую подвергают дальнейшей обработке для приведения в нормальное состояние.
Вакуумная
При таком способе очистки водный раствор аэрируют для насыщения воздухом, затем в специальном отсеке удаляют нерастворившуюся воздушную часть. В камере флотации полученный раствор попадает в зону пониженного давления, значения которого меньше, чем атмосферные показатели.
Это приводит к обильному появлению пузырьков в окружении спокойной окружающей среды. Прилипание примесей к поверхности происходит прочно, сохраняется надежно до полного всплывания агрегата на поверхность.
С насыщением раствора воздухом
При некоторых видах загрязнений сточных масс воды раствор дополнительно насыщают воздухом по одному из нескольких возможных алгоритмов.
Импеллерная
Насыщение посредством небольших специальных турбин – импеллеров позволяет получать пузырьки маленьких размеров, которые могут адсорбировать молекулы жиров и продуктов переработки нефти.
Вращение лопастей, сориентированных вверх, создает вихревое движение в водной массе, приводит к образованию большого количества мелких пузырьков одинаково маленькой величины.
Вращение импеллера производится со строго заданной скоростью, обеспечивающей образование большого количества мелких пузырьков.
Метод позволяет убрать из стоков нерастворимые частицы при концентрации их в растворе, достигающей 3 г/л, а также компоненты нефтяных фракций, молекулы жиров.
Безнапорная и пневматическая
Без напора раствор можно насытить воздухом посредством вращения рабочего колеса, соединенного с насосом. Безнапорным способом формируются относительно большие пузырьки воздуха, которые фиксируют на себе:
Получившиеся агрегаты в целостном состоянии поднимаются вверх, очищая стоки.
При использовании пневматического нагнетания воздуха трубы с форсунками кладут внизу флотационных емкостей. Пневматические установки с форсунками на дне применяют в случае, если в среде имеются агрессивные вещества, контакт которых с вращающимися рабочими деталями допускать нельзя.
Барботажная
В качестве источников для насыщения сточных вод воздушными пузырьками иногда используются пористые структуры с одинаково маленькими ячейками, через которые с заданной скоростью пропускают воздушный поток.
Диаметр пор не превышает 20 мкм, что создает возможность подачи микроскопических порций воздуха.
Достоинством метода является интенсивное насыщение стоков, неудобство заключается в том, что мелкие ячейки часто забиваются грязевыми примесями. Если объем сточной воды не очень велик барботаж проводится в камере с пористыми колпачками. Агрегированная грязь образует пену в верхнем слое, которая стекает за пределы резервуара по специальному каналу.
Электролитическая
Большую эффективность демонстрирует электролиз сточных вод, при котором на катоде выделяется водород, а на анодном электроде газообразный кислород. Интенсивность электролиза можно регулировать составом и формой электродов.
Химической и биологической природы
Применение механических способов образования агрегатов и всплывание их на поверхность не всегда приводит к полному выделению дисперсных частиц. В качестве дополнительного источника газовых пузырьков используются химические реагенты окислительной или карбонатной природы.
Хлорсодержащие окислители проводят обеззараживание, выделяют в пространство молекулы
Карбонатные добавки инициируют образование углекислого газа. Образующиеся газовые пузырьки адсорбируют примеси и выносят их в поверхностный пенный слой.
При флотационной очистке сточных вод с большим содержанием органических отходов, чаще всего бытового происхождения, образуется рыхлая пена. Для ее уплотнения используют биологическую технологию, которая заключается в том, что смесь нагревают и оставляют на несколько дней.
Благодаря присутствию микроорганизмов биомасса в таких условиях активно бродит, выделяя газы, которые
Направления применения
Флотация позволяет убрать из растворов разнообразные примеси, находящиеся в дисперсном состоянии.
Они образуются как побочный продукт при следующих производственных процессах:
Флотацией очищают сточные воды, образующиеся на машиностроительных заводах, пищевых предприятиях, а также отделяют ил после биохимической очистки грязных водных растворов различного происхождения.
Заключение
Флотационный способ очистки позволяет убрать частицы грязи, не склонные к оседанию. Для повышения эффективности в сточные воды могут добавлять реагенты, увеличивающие или уменьшающие интенсивность приклеивания частиц к воздушным пузырькам. Иногда применяют соединения, стимулирующие образование пены, что ускоряет ее последующее отделение.
Флотация проводится при минимальном количестве дополнительных устройств, которые включают только агрегаты для выделения или подачи воздуха и средства удаления пенного слоя. Метод дает хорошие результаты при минимальных затратах.
Флотация — один из самых эффективных способов обогащения руд
Флотация — метод обогащения руд, основанный на свойстве 
мелких частиц разных веществ по-разному смачиваться. Частицы породы, легко смачивающиеся жидкостью (гидрофильные), отделяются от несмачиваемых, гидрофобных частиц.
Флотация проводится в специальных машинах и установках с помощью флотирующих реактивов. В их списке такие известные вещества, как медный купорос, хлорное железо, уротропин, сода.
Разделение происходит на границе сред, как правило, газа и жидкости. Газовые пузырьки или капельки масла прилипают к гидрофобным частицам и поднимают их на поверхность, а гидрофильные частицы опускаются на дно.
Серьезные теоретические исследования смачиваемости веществ начали вести в конце XIX века; они были глубоко развиты в XX веке, в том числе российскими и советскими учеными.
Самая первая — масляная флотация. Ее применяли для обработки сульфидных пород. Исходный материал мелко измельчали и смешивали со смесью воды и масел. Масло прилипало к частицам с полезными минералами и выталкивало их на поверхность, а ненужная порода собиралась на дне. Таким способом у нас в стране в начале 20-го века получали концентраты из графитовых и марганцевых руд.
Пленочная флотация — более позднее изобретение, основанное на свойстве несмачиваемых частиц плавать на поверхности жидкости и не тонуть. Для разделения веществ с разными свойствами породу мелко измельчали и подавали в поток жидкости. Часть частиц быстро смачивалась и опускалась на дно. Остальная порода удалялась.
 |  |  |
| Железо хлорное 6-вод. «ч» | Уротропин (гексаметилентетрамин) | Сода кальцинированная техническая |
Эти два флотационных процесса сейчас почти не применяются, уступив место различным модификациям пенной флотации. О ней мы подробно расскажем в следующей статье.
Для чего используется флотация
Методами флотации удается извлечь, например: 
Флотация как способ обогащения
Разделение руды на элементы происходит на границе двух разных средств. Во флотационной установке гидрофобные частички прилипают к пузырькам газа или масла и поднимаются на поверхность, в то время как гидрофильные элементы оседают на дне емкости. Этот процесс имеет высокую эффективность и экономичность.
Полная автоматизация позволяет уменьшить себестоимость технологических операций на обогатительной фабрике и в гидрометаллургии.
Более подробно о том, что это такое – флотация, а также в каких сферах она используется, читайте далее.
Методы флотации
В зависимости от того, каким образом создается межфазная граница между средами, используются четыре разных способа флотации:
Где применяется флотация
Благодаря универсальности и эффективности метода технология флотации используется при добыче таких полезных ископаемых6
Способы использования флотационных устройств
Рассматриваемая обогатительная технология в зависимости от типа используемого устройства позволяет решить несколько различны задач:
Помимо перечисленных задач, флотационные устройства могут применяться для выделения солей из перенасыщенного раствора, для очистки каучука естественного происхождения от посторонних примесей, а также очистки бытовых и промышленных канализационных стоков.
Разновидности оборудования
Для обогащения руд методом флотации используются такие типы и виды оборудования:
При покупке оборудования необходимо обращать внимание на объем камеры, пропускную способность установки, мощность привода импеллера, удельный расход воздуха и другие характеристики.