Флотация и флотационные машины

Флотация сточных вод. Часть 1

Применение

Основное промышленное применение флотации в горнодобывающей и металлургической промышленности заключается в восстановлении потерь жидких экстрактов растворов с помощью ФРВ, колонной и струйной флотации, отделение ионов молибдена и ионов марганца с помощью ФРВ. Мы в настоящее время полагаем, что существует много других зафиксированных примеров, сходных с примерами, названными для других промышленных сфер.

Недавно был опубликован ряд работ, описывающих задействованные технологии и флотационные аппараты. Ниже описывается более подробно каждое из них.

1. Удаление ионов

Удаление ионов из воды, один из наиболее важных современных вопросов в сфере современной экологии, технически возможно с помощью различных флотационных технологий. Основные методы удаления:

2. Осадочная флотация

Процесс осадочной флотации основывается на формировании осадков ионных образцов с использованием подходящего реактива и их дальнейшего удаления присоединением к воздушным пузырькам в форме флотационного «концентрата». В зависимости от концентрата раствора металла, осаждение может далее продолжаться через формирование гидроксида металла или в качестве соли с подходящим анионом (сульфид, карбонат и т.д.). В случае удаления аниона осаждение должно продолжаться через добавление катиона металла.

3. Флотация газовых афронов или афроны коллоидных газов

Себба, открывший ионную флотацию в 1959 г., предложил использовать афроны коллоидного газа (АКГ) или микропены, или просто дисперсию микро-газа. Это дисперсия газов в жидкостях, сформированные с использованием генератора Вентури, который вводит газ в раствор циркулирующего поверхностно-активного вещества в районе высокой скорости и низкого давления (Sebba, 1962; Ciriello et al., 1982).

4. Пенная сепарация или пенная флотация

Метод пенной сепарации похож на ионную флотацию, но в нем используется избыток поверхностно-активных веществ или соответствующие вспениватели для создания устойчивой пены. Здесь удаляемые вещества могут быть ионными или молекулярными, коллоидными, кристаллическими или клеточными по природе, но в любом случае, они должны селективно присоединяться к контактной поверхности газа и жидкости (пен или пузырьков).

Некоторые авторы называют сепарацию пенным фракционированием, поскольку этот термин точно описывает удаление поверхностно-активных носителей из раствора в пенной колонке. Существует множество работ по пенной флотации или фракционированию в лабораторных и промышленных масштабах. Считается, что для пенной флотации существует несколько промышленных применений.

5. Адсорбционная коллоидная флотация

Адсорбционная коллоидная флотация предполагает удаление ионов металлов с помощью адсорбции на осадке (коагуляте), действующем как носитель. Заряженный носитель далее флотируется, обычно с помощью «собирающего» поверхностно-активного вещества. Основными использованными носителями были гидроксиды железа или алюминия, собранные с помощью олеиновокислого натрия или лаурилсульфата натрия.

Недавно был описан процесс ФРВ для удаления ионов молибдена в Чили, в котором применяется этот принцип с Fe(OH)₃ в качестве носителя молибдена и олеиновокислым натрием в качестве собирающего вещества. С помощью этого метода получилось отделить ионы молибдена от фильтрата концентрата Cu-Mo и удовлетворить стандарты Чили по выбросам.

Интересная характеристика заключается в том, что установка использует «загрязненную» стадию для удаления сначала взвешенных твердых частиц и ионы кальция (как олеиновокислый кальций), а затем для удаления ионов Мо на более «чистой» стадии при рН приблизительно 5. Также добавляют олеиновокислый натрий для увеличения гидрофобности и кинетики процесса.

6. Ионная флотация

Ионная флотация подразумевает удаление ионов (коллигенд или поверхностно-неактивные вещества) перемещением пены в качестве противоиона на образцы поверхностно-активных веществ противоположного заряда. Здесь поверхностно-активные вещества выполняют двойную роль вспенивателя и коллектора, ускоряя адсорбцию образцов коллигенда на поверхности воздушного пузырька. В некоторых случаях был необходим лиганд-активатор флотации иона металла с дальнейшим добавлением соответствующего поверхностно-активного вещества.

Несмотря на исследования, проводимые в лабораторных и экспериментальных масштабах, применение данного метода в промышленном масштабе было заявлено всего несколько лет назад.

Была разработана инновационная схема извлечения золота на основании ионной флотации. Большое количество раствора для выщелачивания, содержащего цианистое золото, реагирует с подходящим поверхностно-активным веществом и распыляется с помощью сжатого воздуха. Поверхностно-активное вещество адсорбирует на поверхности подымающихся воздушных пузырьков, таким образом создавая контактную поверхность для формирования ионных пар для селективного сбора соединений золота.

Ученые в 1999 году исследовали удаление ионов Cd с использованием додецилсульфата натрия в качестве коллектора, также оценивалось влияние ионной силы (NaCl Na₂SO₄), вспенивателей и поверхностного натяжения.

Основными открытиями были обильное удаление, полученное для соотношения металла коллектора 1:2 (98% при 0.1% объем/объем изопропилового вспенивателя), и отрицательное влияние большой ионной силы (>10-3 М).

Источник

Флотация

Флотация. Эффективным способом разделения мелкодисперсных частиц разных материалов содержащихся в суспензиях, является метод флотации.

Этот способ основан на избирательной смачиваемости частиц, что используется: при обогащении руд различных металлов, при очистке воды от органических частиц и твёрдого, для разделения смесей, для ускорения отстаивания смесей в нефтяной и химической промышленности, в пищевой отрасли.

Особенно широко метод флотации применяется в процессах обогащения водных пульп, содержащих частицы измельчённых руд, при их обогащении, для получения мелкодисперсных концентратов, которые используются в дальнейшем для получения чистых металлов.

Способ применения флотация

В водную пульпу, содержащую мелкодисперсные частицы измельчённых минералов подают сжатый воздух и флотореагенты. Мелкодисперсные частицы, которые плохо смачиваются водой (гидрофобные), прилипают к воздушным пузырькам и вместе с ними поднимаются на поверхность ванны.

Читайте также:  Управление светодиодами для машины

Частицы, которые хорошо смачиваются водой (гидрофильные), к пузырькам воздуха не прилипают и остаются в ванне. Такой способ разделения частиц возможен только в присутствии флотореагентов, органических и неорганических добавок.

Флотореагенты, применяются на разных стадиях флотации и выполняют различные функции в этом процессе.

Они подразделяются на:

собиратели, пенообразователи, депрессоры, активаторы и регуляторы.

Собиратели уменьшают смачиваемость частиц определённых минералов, что обеспечивает эффективное прилипание их к пузырькам воздуха.

Пенообразователи способствуют образованию мелких пузырьков воздуха, а значит, устойчивой пены, на поверхности ванны с пульпой.

Депрессоры избирательно задерживают флотацию частиц определённого минерала, тем, что создают на поверхности этих частиц, хорошо смачиваемую плёнку.

Активаторы служат для закрепления собирателей на определённых частицах минералов.

Регуляторы, вспомогательные флотореагенты, которые обеспечивают эффективное действие всех вышеперечисленных добавок в пульпу.

Флотомашины

Процесс флотации осуществляют в устройствах, которые называются флотомашины. В зависимости от способа создания воздушных пузырьков, они подразделяются: на механические, пневматические и смешанные.

Самыми распространёнными из них являются механические флотомашины рис.1.

Секционированная длинная ванна, состоящая из блоков, в каждом из которых имеется две камеры—всасывающая I и прямоточная II, является основной конструктивной компоновкой механической флотомашины, которая работает следующим образом.

Пульпа подаётся в приёмный короб 1 и далее по трубе 2 поступает на импеллер 3, а от него, сквозь статорный диск, оснащённый лопастями 4, в камеру II. При вращении импеллера в ванне создаётся разрежение, и атмосферный воздух всасывается в пульпу по трубе 9.

Под воздействием импеллера воздух смешивается с пульпой и, при активном участии реагента пенообразователя, разбивается на пузырьки, которые, поднимаясь к поверхности ванны, захватывают прилипшие к ним несмачивающиеся частицы.

Таким образом, на поверхности ванны собирается минерализованная пена 6, которая с помощью пеноснимателя 10 удаляется в желоб 11.

Камеры I и II разделяются перегородкой, в которой имеется отверстие 5, предназначенное для установления во всех камерах ванны одинакового уровня пульпы. Секции сообщаются между собой через короб 8 с регулятором уровня 7.

Пневматическая (аэролифтная) флотомашина ( рис.2) представляют собой длинную камеру без перегородок. Над камерой, вдоль её оси, установлен коллектор 1 для подачи через воздухопровод 2 и задвижку 3 сжатого воздуха в ванну 7.

Над поверхностью ванны расположен клапан 4 для отвода воздуха. Направляющая перегородка 5 и аэролифт 6, совместно с аэратором 8 образуют систему создания мелких пузырьков, которые захватывают несмачивающиеся частицы минералов, выносят их вверх, в минерализованную пену, которая затем, удаляется из процесса.

Смешанные (пневмомеханические) флотомашины, отличаются от механических, только способом аэрации пульпы. В них импеллер предназначен для диспергирования сжатого воздуха из внешнего источника, который подаётся пульпу через полый вал импеллера и предназначен для поддержания частиц материала в пульпе во взвешенном состоянии.

Получаемые во всех видах флотомашин продукты, представляют собой мелкодисперсные порошки, с частицами крупностью до 75 мкм (80%) и влажностью до 8-10%, которые, в основном, используются как флотационные концентраты.

Новые флотомашины

Совершенствование процессов флотации и конструкций флотомашин привело, на сегодняшний день, к созданию новых, более производительных процессов и аппаратов флотации.

Улучшенные технологические параметры и простота эксплуатации отличают аппараты флотации фирмы FLSmidth, выполненные для процессов, разработанных этой фирмой.

Флотомашины Wemco (рис.3, 4 и 6) представляют собой автономные агрегаты с камерами самоаэрации усовершенствованной конструкции.

Ротор импеллера расположен выше по отношению к днищу, что даёт следующие преимущества:

меньшее расстояние подачи пены к поверхности, что улучшает извлечение крупных частиц;

более высокий коэффициент использования ванны;

снижается износ поверхности ротора;

ротор может работать в реверсивном режиме и монтироваться на валу с поворотом на 360О;

возможность замены механизмов без остановки процесса или дренирования установки;

отсутствие внешнего источника воздуха и воздушных трубопроводов.

Камера агрегата цилиндрической формы, со скошенным днищем, что способствует лучшему перемешиванию, более эффективной гидродинамике и высокому коэффициенту использования камеры.

В камере имеются перегородки для улучшения перемешивания и для стабильности создания пены. Всасывающая труба выполнена обтекаемой формы, для создания ламинарного потока пульпы подаваемого в камеру.

Флотомашина Dorr-Oliver (рис.5 и 7) представляет собой агрегат, с принудительной подачей воздуха, установленный на автономной камере, с приводом для вращения импеллера.

Этот агрегат предназначен для эффективного извлечения мелкодисперсных частиц. Ротор агрегата является мощным насосом, который в сочетании со статором обеспечивает создание энергетически эффективных участков на дне камеры, для высокого уровня количества взвешенных твёрдых частиц.

Зона турбулентности на дне камеры обеспечивает прохождение несвязанных частиц, через зону, где тонкие частицы взаимодействуют с пузырьками воздуха.

Статор, кроме разделения зон, предназначен для равномерного направления потока от ротора в камере, что создаёт увеличение объёма рассеиваемого воздуха и способствует большему его диспергированию, для более эффективного извлечения мелкодисперсных частиц.

Камеры этих флотомашин оснащены системой уникальных сборников минерализованной пены для быстрого удаления при её выходе на поверхность.

Эти флотомашины отличаются:

чётко выделенными неподвижными зонами, сокращающими унос и стабилизирующими пену;

повышенным содержанием твёрдого в концентрате;

наличием высокоэффективных сборников пены, уменьшающих возврат крупных частиц;

оптимальным движением пены.

При совместном использовании технологии флотации на агрегатах с самоаэрацией и на агрегатах с принудительной подачей воздуха на различных этапах цикла, достигается оптимальный результат, как по производительности, так и по качеству получаемого концентрата.

Источник

КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ФЛОТАЦИОННЫХ МАШИН.

Цель: Ознакомить студентов с принципом работы, а так же с конструкциями флотационных машин.

План:

1.
Лабораторные флотационные машины.

2.
Производственные флотационные машины.

Читайте также:  Стиральные машины бош состав

Ключевые слова: флотация, смачиваемость, пустая порода, минерал, реагент, лабораторные флотационные машины, производственные флотационные машины, Механобр, ФМ-1, импеллер, аэрированность, механические, пневматические, пневмомеханические машины.

1.Флотационные испытания проводят в лабораторных флотационных машинах. Удобной для этой цели является машина Гинцветмета с механическим съемом пены и приспособлением для регулирования подачи воздуха. Недостатками машины являются быстрый износ кольца и увеличение зазора между валом и кольцом в импеллерной крышке. В результате увеличивается поток пульпы на импеллер, что интенсивность перемешивания (иногда с уменьшением степени аэрации). То же наблюдается, когда импеллер опускается очень низко, в результате чего увеличивается зазор между импеллером и крышкой над ним. Объем камеры машины 3,6 л, ее можно использовать для флотации навесок руды 1-2 кг.

Механобром разработаны чертежи лабораторных машин на емкость 0,25; 0,5 л.

Перед загрузкой машину промывают водой, включают электродвигатель, закрывают трубку, проводящую воздух, взмучивают в приемнике пульпу, которую затем выливают в отделение машины, где производится перемешивание. Если на дне приемника остался слой осевшего материала, то добавляют небольшое количество воды; осевший осадок приводят во взвешенное состояние струей воды.

В машину добавляют такое количество воды, чтобы обеспечить свободную циркуляцию пульпы из камеры для перемешивания в пирамидальную камеру. Воду в избыточном количестве добавлять не следует, так как, когда будет открыт доступ воздуху, объем пульпы в машине увеличится, и будут созданы условия для перелива пульпы из машины.

Рис. 49. Флотационная машина Механобра с камерой объемом 15 л

Затем добавляют в определенном порядке реагенты, перемешивают необходимое время и впускают воздух. Если уровень пульпы оказался низким, в машину добавляют воду в таком количестве, чтобы гребок, снимающий пену, касался уровня пульпы (если пульпу снимают вручную гребком, то уровень пульпы нужно держать возможно выше, не допуская выплескивания через пенный борт). В процессе снятия пены с ней увлекается значительное количество воды, и уровень пульпы падает. Для поддержания постоянного уровня добавляется вода, имеющая примерно ту же щелочность, что и пульпа в начале флотации. При проведении опыта нужно несколько раз смывать налипшую на стенки и на другие части камеры пену.

Окончание флотации определяется по изменению цвета пены и результатом осмотра на часовом стекле проб пены. В начале флотации пена имеет цвет флотируемого минерала; например, при флотации свинцового блеска пена имеет цвет от стального (при крупном помоле) до черно-синего (при мелком помоле); цинковая пена имеет цвет от светло-коричневого до темно-коричневого в зависимости от крупности помола. По окончании флотации данного материала пена становится пустой, белой или принимает окраску следующего по флотируемости минерала.

Если в пробе пены, взятой на часовое стекло после отмучивания тонких шламов, видны (лучше всего через ручную или бинокулярную лупу) частицы флотируемого минерала, значит флотация еще не закончилась.

При известном навыке можно в некоторых случаях по внешнему виду пены определить качественно результаты флотации, не анализируя продукты.

Для ориентировочной оценки флотируемости, а так же для беспенной и вакуумной флотации применяют аппараты малого объема.

Более совершенной является трубка Халлимонда, измененная Фюрстенау и др. в этой трубке можно флотировать навески минерального порошка 2-3 г.

А.А. Абрамовым для малых навесок (0,3-0,5 г) предложен аналогичный прибор из органического стекла. С прибором из обычного стекла встретились затруднения в опытах с применением катионных реагентов, которые адсорбируются на стекле и вызывают прилипание пузырьков воздуха к стенкам прибора.

Необходимое количество камер флотомашин механического и пневмомеханического типов можно определить по следующей формуле

К= 0,7. 0,8-степень заполнения камеры пульпой.

Если объем пульпы заменить выражением

V = Q R + (2)

где Qсуточная производительность машины по твердому, т/сут;

Общая длина пневматических машин определяется по формуле

2. Флотационные машины –аппараты для флотационного обогащения полезных ископаемых, в камерах которых исходный материал разделяется, в аэрированной пульпе, на пенный и камерный продукты. Эти машины должны обеспечивать:

1.
непрерывную, равномерную подачу исходной пульпы и разгрузку пенного и камерного продукта;

2.
достаточно интенсивное перемешивание пульпы для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии и их контактирования с воздушными пузырьками;

3.
оптимальную аэрированность пульпы и диспергирование воздуха на мелкие пузырьки с равномерным их распределении по всему объему пульпы;

4.
создание спокойной зоны пенообразования на поверхности пульпы.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации пульпы. По этому признаку машины разделяются на механические, в которых перемешивание пульпы, засасывание и диспергирование воздуха осуществляется импеллером (мешалкой) различной конструкции; пневмонические, в которых перемешивание и аэрация пульпы осуществляется подачей через патрубки или пористые перегородки сжатого воздуха; пневмомеханические, в которых воздух подается от воздуходувки, а перемешивание пульпы и диспергирование воздуха осуществляется импеллером; пневмогидравлические с самоаэрацией или использованием для диспергирования принудительно подаваемого воздуха, различных гидравлических устройств; электрофлотационные, в которых аэрация пульпы проводится пузырьками, выделяющимися при электролизе; машины с изменяемым давлением, аэрация в которых обеспечивается растворением газов из пульпы, комбинированные, в которых пульпа аэрируется несколькими способами. Наибольшее распространение получили механические, пневмомеханические и пневматические флотационные машины.

Флотационная машина ФМ монтируется из двухкамерных секций и может состоять из одних всасывающих камер или звеньев, включающих всасывающую или несколько прямоточных камер. Общее число камер во флотационном отделе обычно не превышает 22 – 24.

Имеются флотационные машины с кипящим слоем, в которых над аэратором по всему сечению камеры установлено решето для создания кипящего слоя из крупнозернистой фракции пульпы. В этих машинах флотируются частицы повышенной крупности при большой скорости флотации.

Читайте также:  Что за машина шесть четверка

Флотационные машины механического типа нашли широкое применение при обогащении большинства полезных ископаемых (руд цветных и редких металлов, неметаллических полезных ископаемых, углей и др.).

Пневматические флотационные машины. В машинах этого типа аэрирование и перемешивание пульпы осуществляется подачей в нее сжатого воздуха от воздуходувок(давления до 25 – 35 кПа). Диспергирование воздуха производится через пористые перегородки (ткань, пористая керамика, пористый бетон и т.п.) или через трубки с мелкими отверстиями (металлические, резиновые и т.п.). Средний диаметр воздушных пузырьков в пневматических флотационных машинах составляет 2 – 3 мм. Пневматические флотационные машины проще механических, по конструкции, затрачивают меньше энергии, занимают меньшую площадь. Однако интенсивность перемешивание пульпы у них ниже, а размер воздушных пузырьков почти в 3 раза больше. Машины этого типа применяют в основном для флотации полезных ископаемых простого состава.

Из флотационных машин пневманического типа наибольшее распространение получили аэролифтные патрубочные машины, колонные флотационные машины и машины пенной сепарации.

Флотационные машины пенной сепарации принципиально отличаются от всех других тем, что в них исходная пульпа подается на пенный слой сверху. Это позволяет увеличить крупность извлекаемых частиц и повысить скорость флотации по сравнению с обычными флотационными машинами. При подаче исходной пульпы сверху на пенный слой гидрофобные частицы закрепляются на воздушных пузырьках и остаются в пене, а гидрофильные (или менее гидрофобные) проходят между воздушными пузырьками и выпадают в подпенном пространстве, оседая на дно камеры.

Пневмомеханические машины по сравнению с механически­ми имеют ряд преимуществ. В этих машинах достигается большая скорость флотации за счёт лучшей аэрации пульпы, а следовательно и большая производительность. Хорошее диспергирование происхо­дит при подаче воздуха до 4,5 м 3 /мин, в то время как в механической машине импеллер засасывает только 3 м 3 /мин воздуха. Удельный расход электроэнергии на 1 м 3 воздуха, подаваемого воздуходувкой в пальцевой аэратор значительно меньше по сравнению с удельным расходом электроэнергии на I м воздуха, засасываемым из атмосфе­ры импеллером механической флотомашины.

Практика флотации различных руд в пневмомеханических флотомашинах показала, что скорость процесса в этих машинах вы­ше на 30. 40 %, а расход электроэнергии на 30. 40 % ниже, чем в механических машинах.

Рис. 50. Пневмомеханическая флотационная машина ФПМ:1-корпус, 2-импеллер, 3-полый вал, 4-радиальный успокоитель,5- воздушный коллектор, 6 – вентиль, 7-отверстие, 8 – привод, 9-перегон.

Рис. 51. Пневмомеханическая флотационная машина ОК

Пневмомеханические флотомашины разнообразны по конст­рукции. В колонной флотационной машине (рис. 52) применен принцип минерализации воздушных пузырьков при противоточном движении пульпы и пузырьков. Колонна диаметром до 0,5 м имеет высоту от 2 до 10 м, В верхней части колонна 1 имеет трубу для по­дачи промывной воды 7 и трубу для разгрузки пенного продукта 6.

Рис. 52. Колонная флотационная машина

Колонные флотомашины имеют высокую удельную произво­дительность, потребляют меньше электроэнергии, требуют меньших капитальных затрат.

Пенная сепарация применяется при обогащении алмаз- и зо­лотосодержащих, оловянных, фосфоритовых, марганцевых и других РУД.

Сущность пенной сепарации состоит в следующем: пульпа, обработанная реагентами, подается на поверхность пены, которая создается постоянной концентрацией пенообразователя (

Машина пенной сепарации (рис. 53) состоит из флотацион­ной камеры, в центре которой находится загрузочное устройство. Над приемными желобами расположены брызгала.

Рис. 53. Принципиальная схема машины пенной сепарации

По обе стороны от приемных желобов на глубине 200 мм от уровня пенных порогов расположены два ряда трубчатых резиновых аэраторов с пористыми стенками, через которые сжатый воздух под давлением 0,15 МПа поступает на поверхность пены. Пульпа через загрузочное устройство с помощью приемных желобов равномерно распределяется по всей длине ванны (машины). В желобах пульпа аэрируется и разжижается водой из брызгал. Гидрофобные частицы закрепляются на воздушных пузырьках и движутся к пенному поро­гу. Движение минерализованных пузырьков к пенному порогу осу­ществляется дифференцированной подачей воздуха.

Выводы:

Флотационные машиныаппараты для флотационного обогащения полезных ископаемых, в камерах которых исходный материал разделяется, в аэрированной пульпе, на пенный и камерный продукты. Эти машины должны обеспечивать:

1.
непрерывную, равномерную подачу исходной пульпы и разгрузку пенного и камерного продукта;

2.
достаточно интенсивное перемешивание пульпы для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии и их контактирования с воздушными пузырьками;

3.
оптимальную аэрированность пульпы и диспергирование воздуха на мелкие пузырьки с равномерным их распределении по всему объему пульпы;

4.
создание спокойной зоны пенообразования на поверхности пульпы.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации пульпы. По этому признаку машины разделяются на механические, пневмонические, пневмомеханические, пневмогидравлические с самоаэрацией, электрофлотационные, комбинированные. Наибольшее распространение получили механические, пневмомеханические и пневматические флотационные машины.

Флотационные испытания проводят в лабораторных флотационных машинах. Объем камеры машины 3,6 л, ее можно использовать для флотации навесок руды 1-2 кг.

Механобром разработаны чертежи лабораторных машин на емкость 0,25; 0,5 л.

Контрольные вопросы:

1.
Какие машины, применяемые при флотации в лабораторных условиях, вы знаете?

2.
Опишите кратко принцип проведения флотации в лабораторных условиях.

3.
Как вычисляется объем флотационных камер и количество камер во флотомашине, при проектировании данных аппаратов для процессов обогащения полезных ископаемых?

4.
Для чего применяют флотационные машины, что они непременно должны обеспечивать?

5.
Какие типы машин Вы знаете?

6.
Краткое описание флотационных машин.

7.
Какие выводы можно сделать из данной лекции?

Источник

То, что вы хотели знать
Adblock
detector