Фізико-хімічні основи та технологія здійснення процесу флотації

МОДУЛЬ 2

1)Фізико-хімічні основи та технологія здійснення процесу флотації

Одним з ефективних методів розділення суспензій і пульп, що дозволяє вибірково виділити зі складної суміші твердих частинок один або групу компонентів, є флотація.

Флотація є одним із поширених методів вилучення цінних руд із мінеральної сировини та збагачення корисних копалин, а також застосовується для очищення промислових і побутових стічних вод.

Флотація є простою (або колективною), якщо внаслідок її проведення в концентраті зосереджуються корисні мінерали, а в хвостах відводиться пуста порода. Флотація є вибірковою (селективною), якщо в концентраті зосереджуються кожен мінерал окремо.

1. Фізико-хімічні основи процесу флотації

Флотація базується на різноманітній спроможності частинок різних мінералів, різної величини і форми змочуватися водою та іншими рідинами, а також на відмінності фізико-хімічних властивостей поверхні частинок різних мінералів між собою та на різниці їх густини і форми.

Фізична суть процесу флотації полягає в тому, що методами спеціальної обробки багатокомпонентної пульпи окремим її частинкам надають водовідштовхувальні (гідрофобні) властивості та здатність спливати у верхній прошарок під дією виштовхувальних сил середовища. Затим проводять аерацію пульпи і відокремлюють разом із пінним прошарком спливаючі окремі компоненти в більш концентрованому стані.

Розрізняють два види флотації: пінну і безпінну, засновані на різноманітній здатності твердих частинок до змочування їх водою.

Частинки гідрофобні - ті, що відштовхують рідину - погано змочуються водою і її розчинами, частинки гідрофільні - ті, що притягують воду - добре змочуються водою і переважно осаджуються в ній або в її розчинах під дією гравітаційних сил.

Безпінна (плівкова) флотація відбувається в тому випадку, коли гідрофобні частинки мінералів обволікаються плівкою спеціально підібраної органічної рідини, яка добре відштовхує воду. Оброблені частинки спливають у воді і залишаються на її поверхні. При масляній флотації гідрофобні частинки спливають за рахунок їхнього прилипання до спливаючих масляних крапель.

Пінна флотація найбільш часто використовується в промисловості і заснована на попередній аерації пульпи повітрям, при цьому гідрофобні частинки, які знаходяться в пульпі або в суспензії, прилипають до поверхні пухирців повітря, які пронизують пульпу при аерації, і піднімаються з ними у верхній пінний прошарок, створюючи флотаційний концентрат, якщо в ньому знаходиться видобутий корисний цільовий мінерал. Іноді в пінний прошарок ідуть нецільові компоненти - хвости, а цільовий компонент залишається в суспензії.

Важливими чинниками в процесі флотації є стабільність піни і розміри пухирців, у зв'язку з чим використовують піноутворювачі - спеціальні речовини, що зменшують поверхневий натяг рідини на межі розподілу фаз і стабілізують процес утворення стійкої піни, яка складається з дрібних пухирців. Як піноутворювачі найчастіше використовують поверхневоактивні речовини (ПАР).

Флотацію використовують для збагачення руд цінними компонентами, для розділення або виділення солей, наприклад, хлориду калію із сильвінітових руд. Флотація хлориду калію стала основним і найбільш економічним способом виробництва калійних добрив. Процес пінної флотації складається з таких основних стадій.

1. Кондиціонування 
2. Аерування 

1. Стадія власне флотації  
2. Відведення та руйнування піни. 

2) Методи збагачення рідкофазної сировини та методи розділення рідин: сутність та приклади застосування методів виморожування, мембранних методів, екстракції, йонного обміну.

Кріогенний метод (виморожування) ґрунтується на виморожуванні частини води з розчинів солей. Він полягає у тому, що за температури, нижчої від температури замерзання, вода утворює кристалики льоду, а розчин солі при цьому концентрується.

Опріснення води виморожуванням засноване на різниці температур замерзання солоної і прісної води: солона вода замерзає при нижчій температурі, ніж прісна. Тому при повільному охолоджуванні солоної води нижче за 0 °С утворюються кристали прісного льоду, які потім змерзаються в агрегати. Кожен агрегат є групу кристалів прісного льоду, між якими є порожнини, заповнені розсолом. Тому при розтопленні таких агрегатів кристалів льоду виходить лише частково опріснена вода. Якщо ж  нагрівати такий лід поступово, замерзлий між кристалами прісного льоду розсіл перейде в рідкий стан і стече раніше, ніж почнуть танути кристали прісного льоду. Після стікання розсолу при подальшому таненні утворюється прісна вода.