Flotace

Flotace ( fr.  flotace , z flotter  - plavat) je jednou z metod zpracování minerálů , která je založena na rozdílu ve schopnosti minerálů zůstat na mezifázovém povrchu v důsledku rozdílu ve specifických povrchových energiích. Hydrofobní (špatně smáčené vodou) minerální částice jsou selektivně fixovány na rozhraní, obvykle plyn a voda, a odděleny od hydrofilních (vodou dobře smáčených) částic. Během flotace se bublinky plynu nebo kapky oleje přichytí na částice, které jsou špatně smáčené vodou a zvednou je na hladinu.

Flotace se také používá k čištění vody od organických látek a pevných suspenzí, k separaci směsí a k urychlení usazování v chemickém průmyslu, rafinaci ropy, potravinářství a dalších průmyslových odvětvích.

Historie

Důležitou roli ve vývoji teorie flotace sehrály práce ruských fyzikálních chemiků - I. S. Gromeka , který na konci 19. století poprvé formuloval hlavní ustanovení procesu smáčení, a L. G. Gurvich, který vypracoval ustanovení o hydrofobicitě a hydrofilitě na počátku 20. století. Práce A. Gaudina, A. Taggarta (USA), I. Warka (Austrálie) a sovětských vědců P. A. Rebindera , A. N. Frumkina , I. N. Plaksina a B. V. Deryagina , V. R. Krivosheina a dalších.

Flotační metody

Podle povahy a způsobu vzniku mezifázových hranic (voda - ropa - plyn), na kterých jsou oddělené složky fixovány (viz Surfaktanty ), se rozlišuje několik typů flotace.

• Jako první byla navržena flotace ropy , v roce 1860 na ni W. Hynes ( Velká Británie ) vydal patent č. 488 [1] . Když se drcená ruda smíchá s olejem a vodou, sulfidické minerály jsou selektivně smáčeny olejem a plavou s ním na povrch vody a dochází k ukládání horniny ( křemen , živce). V Ruské říši byla flotace grafitu provedena v roce 1904 v Mariupolu .
• Film . Schopnost hydrofobních minerálních částic zůstávat na hladině vody, zatímco hydrofilní se do ní ponořují, využili A. Nibelius ( USA , 1892) a McVisten ( Velká Británie , 1904) k vytvoření filmového flotačního aparátu, během něhož od tenká vrstva drcené rudy, která se nachází na hladině vodního toku, vypadávají hydrofilní částice.
• Pěna - ve které malé vzduchové bublinky procházejí směsí částic s vodou, částice určitých minerálů se shromažďují na  fázovém rozhraní „ vzduch - kapalina “ , ulpívají na vzduchových bublinách a jsou s nimi unášeny na povrch jako součást tří -fázová pěna (s přídavkem pěnidla, které reguluje stabilitu pěny). Pěna se dále zahušťuje a filtruje. Voda se nejčastěji používá jako kapalné, méně často nasycené roztoky solí (oddělení solí, které jsou součástí potašových rud) nebo taveniny (obohacování sírou).

Pro tvorbu bublin byly navrženy různé metody: tvorba oxidu uhličitého v důsledku chemické reakce (S. Potter, USA, 1902), uvolňování plynu z roztoku s poklesem tlaku (F. Elmore, Velká Británie , 1906) - vakuová flotace, intenzivní míchání buničiny, průchod vzduchu malými otvory.

K provedení pěnové flotace se ruda drtí na velikost částic 0,5–1,0 mm v případě přírodních hydrofobních nekovových minerálů s nízkou hustotou ( síra , uhlí , mastek ) a na 0,1–0,2 mm u kovových rud. Flotační činidla se přidávají, aby vytvořila a zvýšila rozdíl v hydrataci separovaných minerálů a poskytla pěně dostatečnou odolnost vůči drti. Buničina pak vstupuje do flotačních strojů . K tvorbě flotačních agregátů (částic a vzduchových bublin) dochází při srážce minerálů se vzduchovými bublinami zavedenými do buničiny, stejně jako když se na částicích objeví bublinky plynu vystupující z roztoku. Flotaci ovlivňuje iontové složení kapalné fáze buničiny, v ní rozpuštěné plyny (zejména kyslík), teplota, hustota buničiny. Na základě studia mineralogického a petrografického složení obohaceného nerostu je vybráno flotační schéma, režim činidel a stupeň mletí, které poskytují celkem úplnou separaci minerálů. Nejlépe se flotací oddělují zrna o velikosti 0,1–0,04 mm. Menší částice se oddělují hůře a částice menší než 5 mikronů zhoršují flotaci větších částic. Negativní vliv mikronových částic snižují specifická činidla. Velké (1–3 mm) částice se během flotace oddělují od bublin a neplavou. Proto byly pro flotaci velkých částic (0,5–5 mm) v SSSR vyvinuty metody separace pěny , kdy je buničina přiváděna na vrstvu pěny, která zadržuje pouze hydrofobizované částice. Pro stejný účel byly vytvořeny flotační stroje s fluidním ložem se stoupajícími proudy provzdušňované kapaliny.

Pěnová flotace je mnohem produktivnější proces než olejová a filmová flotace. Tato metoda je nejpoužívanější .

• Elektroflotace  je perspektivní metoda pro použití v chemickém průmyslu , spočívá v plavání na povrchu kapaliny rozptýlených nečistot v důsledku uvolňování elektrolytických plynů a flotačního efektu.

Pro čištění vody a extrakci složek ze zředěných roztoků byla v 50. letech vyvinuta metoda iontové flotace , slibná pro zpracování průmyslových odpadních vod, mineralizovaných podzemních termálních a důlních vod i mořské vody. Při iontové flotaci jednotlivé ionty, molekuly, jemné sedimenty a koloidní částice interagují s flotačními činidly-kolektory, nejčastěji kationtového typu, a jsou pomocí bublinek extrahovány do pěny nebo filmu na povrchu roztoku. Jemné bublinky pro flotaci z roztoků se získávají také elektrolytickým rozkladem vody za vzniku plynného kyslíku a vodíku (elektroflotace). Během elektroflotace je spotřeba činidel podstatně menší a v některých případech nejsou zapotřebí.

Široké využití flotace pro zpracování nerostů vedlo k vytvoření různých konstrukcí flotačních strojů s velkými komorami (až 10–30 m³) s vysokou produktivitou. Flotační stroj sestává z řady za sebou uspořádaných komor s přijímacími a vykládacími zařízeními pro buničinu. Každá komora je vybavena provzdušňovacím zařízením a skimmerem.

Aplikace

• Obohacování minerálů ( rudy neželezných kovů , vzácné a stopové prvky , uhlí , přírodní síra );
• Separace minerálů komplexních rud;
• Separace solí ;
• Čištění odpadních vod , zejména pro odlučování kapiček olejů a ropných produktů .
• Výroba kvasnic (koncentrační metoda)

Ve světě se díky flotaci ložiska jemně rozptýlených rud zapojují do průmyslové výroby a je zajištěno integrované využití nerostů. Továrny vyrábějí až pět druhů koncentrátů. V některých případech flotační hlušina není odpad, ale používá se jako stavební materiál, hnojiva pro zemědělství a pro jiné účely. Flotace je vedoucí proces při obohacování rud neželezných kovů. Zavádí se využívání recyklované vody, která snižuje znečištění vodních ploch .

Flotační činidla

Existuje několik typů flotačních činidel, které se liší principem činnosti:

• Kolektory  jsou činidla, která jsou selektivně adsorbována na povrchu minerálu, který je třeba přeměnit na pěnu a udělit částicím hydrofobní vlastnosti. Jako kolektory se používají látky, jejichž molekuly mají amfifilní strukturu: hydrofilní polární skupinu, která je fixována na povrchu částic, a hydrofobní uhlovodíkový radikál . Nejčastěji jsou kolektory iontové sloučeniny; podle toho, který iont je aktivní, se rozlišují kolektory aniontového a kationtového typu. Méně běžně se používají kolektory, což jsou nepolární sloučeniny, které nejsou schopné disociace . Typickými kolektory jsou: xantáty a dithiofosfáty  pro sulfidické minerály, sodná mýdla a aminy  pro nesulfidické minerály, petrolej pro obohacení uhlí. Spotřeba sběratelů je ve stovkách gramů na tunu rudy;
• Regulátory  jsou činidla, jejichž selektivní sorpcí na povrchu minerálu se minerál stává hydrofilním a neschopným flotace. Jako regulátory se používají soli anorganických kyselin a některých polymerů ;
• Pěnové koncentráty  jsou určeny ke zlepšení rozptylu vzduchu a stability mineralizovaných pěn. Pěnidla jsou jemné povrchově aktivní látky . Spotřeba pěnidel je desítky gramů na tunu rudy.
• Aktivační  činidla jsou činidla, která vytvářejí podmínky příznivé pro fixaci kolektorů na povrchu minerálů.
• Depresivní  činidla jsou činidla používaná k zabránění hydrofobizace minerálů kolektory. Jsou určeny ke zvýšení selektivity (selektivity) flotace při separaci minerálů s podobnými flotačními vlastnostmi.

Viz také

• flotační stroj

Poznámky

1. ↑ Woodcroft B. Chronologický index přihlášených a udělených patentů, za rok  1860 . - Londýn: Great Seal Patent Office, 1861. - S. 34.

Literatura

• Meshcheryakov N. F. Flotační stroje. — M .: Nedra , 1972. — 248 s.
• Glembotsky V. A., Klassen V. I. Flotace. — M .: Nedra, 1973. — 384 s. - 7300 výtisků.
• Referenční kniha o obohacování rud. Ve 3 svazcích / O. S. Bogdanov (hlavní redaktor) a další - M . : Nedra, 1972-1974.
• Barsky L.A. Takže fosilie se stávají užitečnými. - M. : Nedra, 1988. - 152 s. - 19 000 výtisků.  — ISBN 5-247-00326-8 .

Odkazy

• Elektroflotace v galvanickém průmyslu
• Flotace sulfidu při těžbě zlata
• Flotace // Chemická encyklopedie  : v 5 svazcích / kap. Ed.: I. L. Knunyants (T. 1-3), N. S. Žefirov (T. 4-5). - M . : Sovětská encyklopedie (V. 1-2); Velká ruská encyklopedie (T. 3-5), 1988-1998. - ISBN 5-85270-008-8 .

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online) Treccani
V bibliografických katalozích BNE : XX553267 BNF : 119795554 GND : 4017595-9 J9U : 987007535909105171 LCCN : sh85049264 NDL : 00563813 NKC : ph120264