Флотация

Флотацией называется способ разделения мелких частиц различных веществ, основанный на их разной смачиваемости водой. Флотация применяется для обогащения руд полезных ископаемых. Почти 90 % добываемых руд цветных металлов обогащают именно этим способом. Также этим способом выделяют дисперсные примеси из воды при ее очистке, используя явление избирательного смачивания.

Сущность процесса флотации заключается в действии молекулярных сил, способствующих слипанию взвешенных веществ и пузырьков тонкодиспергированного в воде воздуха, с образованием на поверхности пенного слоя, насыщенного извлекаемым веществом — концентрата.

Элементарный акт флотации состоит в том, что при сближении в воде газового пузырька с гидрофобной поверхностью частицы разделяющий их тонкий слой жидкости становится неустойчивым и самопроизвольно разрывается при достижении некоторого критического значения. В результате пузырек воздуха слипается с поверхностью твердого тела и выносит его наверх. Для этого вес частицы не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку воздуха и подъемной силы пузырька. Оптимальная крупность извлекаемых частиц находится в пределах 0,01—1 мм. Размер частиц извлекаемых тяжелых минералов должен быть не более 0,2—0,3 мм, легких — 1,0—1,5 мм.

Интенсификация процесса флотации достигается гидрофобизацией поверхности дисперсных примесей с помощью реагентов, которые, избирательно сорбируясь на поверхности частиц, понижают их смачиваемость, в результате чего улучшается прилипание извлекаемых частиц к пузырькам воздуха.

На некоторых этапах флотации может быть успешно применена ультразвуковая обработка. Воздействие ультразвуковых колебаний, введенных в пульпу или очищаемую воду, приводит к очистке поверхности извлекаемых частиц от пленок, снижающих флотационную активность. На процесс оказывают влияние несколько факторов, в том числе и специфические эффекты ультразвукового воздействия — кавитация, акустические течения и т. п.

Механизм массообмена в ультразвуковом поле сложен и характеризуется некоторыми особенностями. Главной из них является разрушение диффузионного поля на границе жидкость — твердое тело, где перенос вещества происходит за счет диффузии и толщина которого, следовательно, существенно влияет на скорость обмена.

Кавитация и потоки, возникающие в жидкости под действием ультразвука, уменьшают величину диффузионного слоя. Под действием кавитации происходит растрескивание поверхности твердых частичек и звуковое поле «загоняет» растворитель (флотореагент) в капиллярные каналы обрабатываемых частиц. В данном случае процесс массообмена очень похож на процесс очистки поверхности твердых тел и реализуется за счет тех же факторов.

Для интенсификации процессов массообмена в некоторых случаях используется нагревание как фактор, повышающий скорость диффузии в приграничном слое жидкость — твердое тело. Обработка ультразвуком позволяет заменить предварительный подогрев пульпы паром с сохранением (а в некоторых случаях и увеличением) процента выхода металла в соответствующий концентрат. Этот факт доказан работами, проведенными специалистами нашего предприятия и «Казцинка» (г. Усть-Каменогорск, Казахстан) на обогатительной фабрике Зыряновского горно-обогатительного комплекса при переработке свинцово-цинковых руд Малеевского месторождения.

Интересны результаты, полученные в результате гранулометрического анализа концентрата до и после ультразвуковой обработки. В процессе ультразвуковой обработки в пульпе уменьшается содержание крупных частиц, а преобладают частицы с крупностью менее 0,044 мм. Этот фактор способствует более полному извлечению полезного компонента с применением стандартных флотационных реагентов.

Применение ультразвука представляет интерес для процесса приготовления флотореагентов. Многие флотореагенты плохо растворяются в воде и избыточное введение их не только экономически невыгодно, но и часто ухудшает процесс. Поэтому труднорастворимые флотореагенты используют в виде водных эмульсий, что позволяет резко снизить их расход. Получение стойких эмульсий труднорастворимых реагентов стало возможно благодаря применению ультразвука.

Публикации

• Использование ультразвука для интенсификации процессов флотации / Материалы V Конгресса обогатителей стран СНГ, III том, с. 225, 23—25 марта 2005 г.
• К вопросу изучения влияния ультразвука, магнитных полей и электрического тока на флотацию золота / Цветная металлургия № 6, 2003 г., с. 15