Область применения флотационных методов обогащения

Флотируемые компоненты руды извлекаются не полностью при  недостатке вспенивателей, а при  их избытке ухудшается селективность  флотации. Средние расходы флотореагентов невелики и обычно составляют от нескольких грамм до нескольких кг на 1 тонн руды.

1.3 Флотационные процессы и оборудование

Обогащение руд методом  флотации производят на флотационных фабриках, основное оборудование которых  включает флотационные машины, контактные чаны и реагентные питатели.

Флотационные машины предназначены  для проведения собственно флотации. В них осуществляют перемешивание  твердых частиц (суспендирование  пульпы) и поддержание их во взвешенном состоянии; аэрацию пульпы и диспергирование  в ней воздуха; селективную минерализацию  пузырьков путем контакта с обработанными  флотореагентами частицами; создание зоны пенного слоя; разделение пульпы и минерализованной пены; удаление и транспортировку продуктов обогащения. Впервые патент на флотационную машину выдан в 1860; первые промышленного образцы машин разработаны в 1910-14 (T. Гувер и Д. Кэллоу, США).

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию разных конструкций  машин. Каждая машина состоит из ряда последовательно расположенных  камер с приемными и разгрузочными  устройствами для пульпы; каждая камера снабжена аэрирующим и пеносъемным  устройствами. Различают одно- и  многокамерные флотационные машины. К однокамерным относятся флотационные колонны, в которых высота камер  превышает их ширину более чем  в 3 раза; эти аппараты применяют  при флотационном обогащении мономинеральных  руд и флотационном отделении  шламов.

Многокамерные машины позволяют  реализовать сложные схемы обогащения полиминеральных руд с получением нескольких концентратов.

По способам аэрации пульпы выделяют механические, пневмомеханические, пневмогидравлические и пневматические машины. В механических машинах взвешивание  частиц руды (перемешивание пульпы), засасывание и диспергирование  воздуха осуществляется аэратором, или импеллером. В отличие от этих устройств в пневмомеханические машины воздух подается в зону импеллера  принудительно с помощью воздуходувки. В пневмогидравлических машинах  воздух диспергируется в аэраторах  специальные конструкций (например, в эжекторах) при взаимодействие струй жидкости и воздуха. В пневматических машинах воздух диспергируется при  продавливании через пористые перегородки.

Работа механических и  пневмомеханических машин в значительной степени определяется конструкцией импеллера, вариантом подвода к  нему воздуха, особенностями перекачивания  импеллером пульпы и ее циркуляции в камере. От способа перекачивания  пульпы импеллером зависят особенности аэрации пульпы и гидродинамический режим в камере. Последний определяется также размерами зоны интенсивной циркуляции пульпы. По этому признаку различают машины с придонной циркуляцией и циркуляцией во всем объеме камеры.

Характер движения потоков  пульповоздушной смеси в камере зависит от конструкций статора  машины (имеет вид цилиндров или  пластин), устройства для удаления минерализовованной пены с поверхности пульпы (обычно применяют лопастной пеносъемник), успокоителей (предотвращают разрушение пенного слоя), межкамерных перегородок, наличия отбойников и формы камеры (имеет, как правило, скошенные снизу  боковые стенки, благодаря чему исключается  накапливание в углах твердых  частиц и облегчается их перемещение  у дна от стенок к импеллеру).

Оптимальная степень разделения минералов при изменении характеристики сырья достигается путем изменения  количества подаваемого в камеру воздуха, толщины пенного слоя и  уровня пульпы, а также производительности импеллера. Средние показатели современного механической и пневмомеханической машин: производительность по потоку пульпы 0,2-130 м3/мин; объем камер от 12-40 м3 (в России) до 30-100 м3 (за рубежом). Применение больше объемных камер позволяет на 20-30% сократить капитальные затраты, металлоемкость машин, а также их энергоемкость (достигает 1,5-3,0 кВт/м3).

По сравнению с механическими и пневмомеханическими машинами пневмогидравлическими флотационными машины отличаются большей скоростью, небольшими капитальными затратами, высокой производительностью, низкими металло- и энергоемкостью и т. д. Однако из-за отсутствия надежного в работе и долговечного аэрирующего устройства эти флотационные машины еще недостаточно широко применяют в практике обогащения полезных ископаемых.

Известны также мало распространенные пока машины: вакуумные и компрессорные (аэрация достигается выделением из пульпы растворенных газов); центробежные и со струйным аэрированием; электрофлотационные (аэрация пульпы пузырьками, выделяющимися при электролизе).

Для обработки пульпы флотореагентами  предназначены контактные чаны (кондиционеры), в которые сначала подаются, как  правило, модификаторы, затем собиратели и далее пенообразователи. Время  контактирования пульпы с реагентами составляет от нескольких секунд до десятков мин. Реагентный режим флотации определяется ассортиментом флотореагентов и  порядком их ввода во флотационный процесс. Подача ингредиентов в систему  в заданных количествах обеспечивается реагентными питателями, или дозаторами реагентов.

Флотационные процессы подразделяют на прямые и обратные. При прямой флотации в пенный продукт, называют концентратом, извлекают полезный минерал, в камерный продукт, называемыми  отходами или хвостам, частицы пустой породы. Последние извлекают в  пенный продукт при обратной флотации.

Различают также основную, перечистную и контрольную флотационные операции. Основная флотация дает так  называемый черновой концентрат, из которого в результате перечистной флотации получают готовый концентрат. Камерный продукт основной флотации (несфлотированные частицы) подвергают одной или нескольким операциям контрольной флотации с получением отвального продукта (отходов).

Камеры флотационных машин  соединяют в такой последовательности, которая позволяет осуществлять упомянутые операции, циркуляцию промежуточных  продуктов и получать концентраты  требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Показатели флотации особенно для сульфидных руд цветных  металлов достигают высокого уровня. Так, из медной руды, содержащей 1,5-1,7% Cu, получают медный концентрат (35% Cu) с  извлечением 93% Cu. Из медно-молибденовой руды, содержащей около 0,7% Cu и 0,05-0,06 Mo, производят медный концентрат (25% Cu) с извлечением 80% Cu и молибденовый концентрат (св. 50% Mo) с извлечением сверх 70% Mo. Из свинцово-цинковой руды, содержащей около 1% Pb и 3% Zn, получают свинцовый концентрат с содержанием сверх 70% Pb (извлечение сверх 90%) и цинковый концентрат с содержанием 59% Zn (извлечение сверх 90%) и т. д.

Важное значение для достаточно полного разделения минералов, наряду с ионным составом жидкой фазы пульпы, составом растворенных в ней газов (особенно сильно влияние кислорода  воздуха), ее температцрой и плотностью, схемой и реагентным режимом флотации имеет степень измельчения сырья. Лучше всего обогащаются частицы  крупностью 0,15-0,04 мм. Для разделения частиц мельче 40 мкм наиболее пригодны флотационные колонны, в которых исходная пульпа после смешения с флотореагентами поступает в среднюю или верхнюю часть (ниже уровня пенного слоя), где встречается с восходящим потоком пузырьков воздуха, вводимого в нижнюю часть.

Благодаря противотоку пульпы и воздуха, а также большей, чем  в других флотационных машинах, вторичной  минерализации пенного слоя достигается  высокая селективность процесса. Для флотации частиц крупнее 0,15 мм в России разработаны машины пенной сепарации, в которых пульпу подают на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы, а также машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.

Во флотационных машинах  весьма часто наблюдается побочный процесс, заключающийся в осаждении  на стенках камеры гидрофобных частиц. На этом процессе, называемым флотация твердой стенкой, основано разделение тонких шламов (10 мкм и менее) с  применением носителя - гидрофобных  частиц флотации крупности, избирательно взаимодействующих с извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергают обычной пенной флотации.

В технологии флотации большое  внимание уделяется качеству воды, которое характеризуется пределами  содержания взвешенных частиц, катионов и анионов, рН, жесткостью и т. д. Для достижения требуемого качества воду подвергают спецециальной подготовке, включающей удаление с помощью коагулянтов и флокулянтов взвешенных частиц, электрохимическую обработку, корректировку ионного состава воды подачей извести, кислот, щелочей и др.

Совершенство флотации, кроме  качества получаемых концентратов, уровня извлечения полезных компонентов, расходов флотореагентов и т. п., определяется также степенью использования оборотной  воды. Например, на флотационных фабриках США, обогащающих фосфатные руды, при расходе воды 11,2-84,2 м3 на 1 т руды доля водооборота составляет 66-95%; на фосфатных фабриках бывшего СССР расходуется 13,8-35,7 м3 воды на 1 т руды при водообороте 80-100%.

Целевые продукты флотации направляют для обезвоживания в  непрерывно действующие отстойники-сгустители, гидросепараторы и гидроциклоны (40-60% влаги в сгущенном продукте), фильтры (10-15%) и сушилки (1-3% влаги). Для  ускорения сгущения и отстаивания  пульпы обрабатывают реагента-мифлокулянтами (полиакриламид, полисахариды и др.) и магнитными методами.

Флотация на обогатительных фабриках осуществляется как механизированный, автоматизированный непрерывный процесс - от поступления руды до выпуска  концентратов и хвостов. Регулирование  крупности частиц при измельчении, подачи флотореагентов по их остаточной концентрации в пульпе, непрерывный  анализ ее плотности, температуры и  рН лежат в основе автоматизированного  управления работой флотационных фабрик. Важное место на них занимают внутренний транспорт сырья и готовой  продукции, водо- и энергоснабжение, охрана труда и окружающей среды  и др. Мощность наиболее крупных  современных фабрик по горной массе  достигает 50-55 тыс. т в сутки. Одна из первых в мире флотационных фабрик была пущена в России (1904).

1.4 Основные направления совершенствования процесса

1. Разработка бессточных  систем, основанных на использовании  селективных флотореагентов, обеспечивающих  разделение минералов в воде  с повышенной жесткостью.

2. Более широкое применение  методов электрохимимической активации  флотации путем направленного  изменения флотационных свойств  минералов, регулирования окислительно-восстановительного  потенциала и ионного состава  жидкой фазы пульпы.

3. Использование флотационно-химических  технологий переработки бедных  и труднообогатимых руд с целью  комплексного применения сырья  и охраны окружающей среды.

4. Дальнейшее совершенствование  конструкций флотационных машин  с камерами большой емкости,  обеспечивающих снижение капитальных  и энергетических затрат, путем  улучшения аэрационных характеристик  машин, использования износостойких  материалов, автоматизирование основных  узлов.

Кроме того, совершенствование  флотации идет по пути синтеза новых  флотореагентов, замены воздуха другими  газами (азот, кислород), а также внедрения  систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы.

Список литературы

1. Лит.: Краткая химическая энциклопедия, т. 5, M., 1967, с. 455-59;
2. Теория и технология флотации руд, M., 1980; Рубинштейн Ю.Б., Филиппов Ю.А.,
3. Кинетика флотации, M., 1980; Глембоцкий В.А., Клас-сен В.И.,
4. Флотационные методы обогащения, 2 изд., M., 1981;
5. Справочник по обогащению руд. Основные процессы, 2 изд., M., 1983; Абрамов А. А.,
6. Флотационные методы обогащения, M., 1984; Дерягин Б.В., Духин С. С., Pyлев H. H.,
7. Микрофлотация, M., 1986; Методы исследования флотационного процесса, M., 1990; Мещеряков H. Флотация,
8. Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины, M., 1990;
9. Горная энциклопедия, т. 4, M., 1989, с. 576-77, т. 5, M., 1991, с. 319-23. Ю. В. Рябов.