Za što se koristi flotacija? Vodič za ključne primjene, procese i opremu

Flotacija je tehnika odvajanja koja koristi mjehuriće zraka za prikupljanje vrijednih mineralnih čestica iz pulpe na bazi vode. Ako pitate za što se koristi flotacija, izravan odgovor je da se flotacija koristi za odvajanje vrijednih minerala od otpadnih stijena, za poboljšanje ruda prije taljenja i ispiranja te za obnavljanje finih čestica koje gravitacijski procesi ne mogu podnijeti. Osim rudarstva, isti princip se koristi u recikliranju papira, odvajanju plastike, remedijaciji tla i obradi zauljenih otpadnih voda.

Proces se temelji na površinskoj kemiji. Reagensi čine ciljani mineral hidrofobnim, mjehurići zraka vežu se za te čestice, a stabilna pjena ih nosi na površinu, gdje se uklanjaju kao koncentrat. Sljedeći odjeljci objašnjavaju glavne upotrebe flotacije, korake unutar koncentratora, uključenu opremu i kemikalije te varijable koje odlučuju o povratu i stupnju.

Što je flotacija i kako funkcionira?

Flotacija, koja se ponekad naziva i pjenasta flotacija, je fizikalno-kemijska metoda odvajanja. Pretvara razlike u površinskoj močivosti u različite stope pričvršćivanja mjehurića. U flotacijskoj ćeliji pulpa se prozračuje tako da se ciljana mineralna površina, koju su reagensi učinili hidrofobnom, veže za mjehuriće zraka. Agregat mjehurića i čestica izdiže se na površinu; sloj pjene se struže, zgušnjava i filtrira kako bi se dobio konačni koncentrat.

Moraju biti ispunjena tri osnovna uvjeta:

• Vrijedni mineral mora se osloboditi gangua koji nastaje pravilnim mljevenjem.
• Ciljana površina mora biti selektivno hidrofobna, što proizlazi iz kemije kolektora.
• Ćelija mora proizvoditi male i stabilne mjehuriće, koji dolaze iz impelera i pjenilice.

Ovi uvjeti također objašnjavaju zašto se flotacija primjenjuje na toliko mnogo materijala: kad god se može stvoriti razlika u selektivnoj hidrofobnosti, oko nje se može osmisliti proces flotacije. Za bliži pogled na rad kruga, pogledajte glavni princip flotacijske opreme u oplemenjivanju .

Glavna upotreba flotacije u industriji

Najvidljivija upotreba flotacije je u rudarstvu metala, ali tehnologija je također ugrađena u kemijsku obradu, recikliranje i zaštitu okoliša. Tablica u nastavku sažima tipične feedove i ciljeve.

Obogaćivanje metalne rude

Najveći dio kapaciteta flotacije instaliran je u koncentratorima baznih metala. Sulfidne rude dobro reagiraju na kolektore ksantata, zbog čega tvornice bakra, cinka, olova i nikla gotovo uvijek koriste krug flotacije nakon mljevenja. Flotacijom se također dobivaju molibden i srebro kada se pojavljuju s bakrenim sulfidima, a koristi se za dobivanje zlata iz piritskih ruda prije ispiranja cijanidom.

Hidrometalurgija i prerada slanih jezera

U hidrometalurškim postrojenjima, flotacija se koristi za dobivanje vrijednosti metala iz troske, kamenca i ostataka. Troska od taljenja bakra se, na primjer, melje i flotira kako bi se preostali bakar vratio u talionicu. U kemiji slanog jezera, flotacija je standardni korak u proizvodnji potaše, koja pomaže u uklanjanju halita i gline iz kalijevog klorida.

Recikliranje, sanacija i obrada vode

Isti princip površinske kemije također rješava probleme okoliša. Flotacija uklanja tintu s recikliranog papira, odvaja plastiku s različitim ponašanjem vlaženja i uklanja čestice koje sadrže teške metale iz onečišćenog tla i iskopanog sedimenta. U pročišćavanju otpadnih voda, flotacija otopljenog zraka podiže ulje, mast i lagane suspendirane krutine iz industrijskih otpadnih voda. Ove primjene rastu kako se povećava pritisak za oporabom materijala iz sekundarnih izvora.

Kako je organiziran flotacijski krug

Krug flotacije je niz strojeva i procesnih koraka, a ne jedan spremnik. Raspored ovisi o vrsti rude i specifikaciji konačnog proizvoda, ali je uvijek prisutno nekoliko faza.

U tipičnom koncentratoru bakra, rudača se melje do veličine u kojoj 70 do 80 posto prelazi 74 mikrona prije nego što uđe u grublju obalu. U postrojenju za proizvodnju pirita koje nosi zlato, isti se krug može koristiti za proizvodnju masovnog koncentrata sulfida, koji se zatim ponovno melje kako bi se zlato izložilo ispiranju cijanidom. Koraci procesa izgledaju slično, ali shema reagensa i vrijeme zadržavanja su prilično različiti.

Oprema za flotaciju i vrste strojeva

Oprema za flotaciju seže od malih laboratorijskih ćelija do industrijskih spremnika s volumenom iznad 300 kubičnih metara. Osnovna podjela je prema načinu dovoda zraka: mehanički samoprozračujući strojevi i strojevi za napuhavanje zraka.

Strojevi za samoprozračivanje

Strojevi kao što je flotacijski stroj tipa BF klasificirani su kao samoprozračujući jer impeler uvlači zrak u pulpu dok se okreće. Te su ćelije uobičajene u srednjim i malim postrojenjima, posebno tamo gdje nije dostupan odvojeni sustav komprimiranog zraka.

Samoaerirajući BF flotacijski stroj za mala i srednja postrojenja Mehanička ćelija za miješanje koja prirodno uvlači zrak sa zatvorenim rotorom s dvostrukim konusom, idealna za mjesta bez komprimiranog zraka. Kombinira usisavanje i plutanje kako bi se pojednostavilo postavljanje kruga. Pogledajte proizvod →

Strojevi za napuhavanje zraka

Ćelije za napuhavanje zraka kao što su tipovi XCF i KYF koriste vanjski dovod zraka, dajući neovisnu kontrolu prozračivanja i miješanja. Tipovi XCF i KYF često se kombiniraju u jednoj grupi: jedna XCF ćelija na čelu banke djeluje kao usisni spremnik, dok su ostale ćelije za napuhavanje zraka. Time se uklanja potreba za pumpom gnojnice između faza flotacije.

XCF/KYF kombinacija flotacijskog stroja za napuhavanje zrakom Koristi vanjski dovod zraka za neovisnu kontrolu prozračivanja i spaja XCF usisnu ćeliju s KYF stanicama s izravnim protokom kako bi se eliminirale pumpe gnojnice između stupnjeva. Prikladno za srednje i velike krugove. Pogledajte proizvod →

Veliki flotacijski strojevi

Velike flotacijske ćelije promijenile su ekonomiju prerade rudače niskog stupnja. Jedna velika ćelija može zamijeniti nekoliko manjih, čime se smanjuje potrošnja energije, površina i rad na održavanju. Glavni zahtjev je stabilan sustav raspršivanja zraka i dizajn pjene koji radi na dubini.

Rotor, dubina spremnika, dizajn konusa pjene i ventil za kontrolu zraka moraju odgovarati gustoći pulpe i raspodjeli veličine čestica hrane.

Reagensi za flotaciju koji se koriste u komercijalnim krugovima

Kemija reagensa mijenja površinu minerala tako da proces flotacije može razlikovati čestice koje izgledaju slično gravitacijskom odvajanju. Donja tablica navodi tri glavne vrste reagensa.

Praktična shema reagensa za rudu bakra i cinka počinje s vapnom za depresiju pirita, zatim sakupljačem bakra za plutanje kalkopirit dok se cink zadržava. Nakon uklanjanja bakra dodaje se bakreni sulfat za aktiviranje sfalerita i ponovno se dozira kolektor za flotiranje cinka. Isti ciklus se ponavlja u čišćim fazama pri nižoj gustoći pulpe i s blažom pjenilicom.

Čimbenici koji utječu na oporavak flotacije

Mnoge varijable određuju hoće li flotacijsko postrojenje postići svoj cilj oporabe. Operateri obično nadziru ovih šest.

• Veličina čestica: grube čestice su teške i odvajaju se od mjehurića; vrlo fine čestice propuštaju površinu mjehurića. Srednji raspon veličina daje najbolji oporavak.
• Gustoća pulpe: previše gusta pulpa smanjuje kvalitetu pjene; prerijetka pulpa povećava potrošnju vode i energije.
• Doziranje reagensa: nedovoljno doziranje ostavlja vrijednost u jalovini; predoziranje smanjuje stupanj koncentrata.
• Stopa prozračivanja: prilagođava površinu mjehurića; previsoka brzina zraka može skupiti pjenu.
• pH i potencijal pulpe: standardna sulfidna flotacija izvodi se u alkalnim pulpama radi zaštite kolektorskih filmova i smanjenja željeznih minerala.
• Vrijeme boravka: ako pulpa prebrzo napusti stanice, gube se sporo plutajući minerali; ako ostane predugo, ganga se prenosi u koncentrat.

Grafikon u nastavku prikazuje tipičan odnos između veličine čestica i flotacijskog oporavka za sulfidnu rudaču.

Točne vrijednosti razlikuju se među rudama, ali oblik krivulje je dosljedan u tvornicama osnovnih metala. Ako je pad povrata na gruboj strani, postrojenje obično povećava dozu sakupljača ili dubinu pjene. Ako je pad na finoj strani, biljka će možda trebati flokulant, jači kolektor ili drugačiji dizajn ćelija.

Odabir flotacijske opreme za stvarne projekte

Odabir pravog stroja za flotaciju za novo postrojenje ili nadogradnju proces je postupan. Planirana tonaža hrane definira ukupni volumen ćelije. Mineralogija rude definira shemu reagensa i broj stupnjeva čišćenja. Veličina čestica hrane i potrebni stupanj koncentrata određuju vrstu i dubinu ćelija.

Jedan relevantan primjer je projekt tehničke reforme flotacije u tvornici cinka od 3.000 t/d Yunnan Jinding Zinc Industry. U tom postrojenju postojeće ćelije nisu mogle povratiti dovoljno finog sfalerita, a rješenje je bilo promijeniti konfiguraciju stroja, a ne ponovno izgraditi dio za mljevenje. Nacrt ovog projekta objašnjava kako je novi raspored flotacije povećao iskoristivost dok je stupanj koncentrata zadržao unutar zahtjeva talionice. U bakarnim i talionicama velike tonaže, ista vrsta analize obično dovodi do velikih strojeva za flotaciju, koji smanjuju broj stanica i potrošnju energije.

Strojevi za flotaciju velikog kapaciteta za pogone velike tonaže Projektiran za rukovanje glomaznim punjenjem rude i povećanje oporabe uz smanjenje energije i prostora. U ponudi u veličinama do 200 m³, ove ćelije odgovaraju operacijama s bakrom, fosfatom i vatrostalnom rudom. Pogledajte proizvod →

Za postrojenja koja prerađuju fosfatne stijene, potašu ili vatrostalne rude, primjenjuje se ista logika odabira, ali opterećenje pjenom i stabilnost reagensa postaju važniji. Stroj mora zadržati pjenu dovoljno dugo da faze čišćenja obave svoj posao, a oblik ćelije mora podnijeti veću viskoznost nekih mineralnih kaša.

Često postavljana pitanja o flotaciji

Za što se koristi pjenasta flotacija u rudarstvu?

Pjenasta flotacija koristi se za odvajanje vrijednih minerala od ganga nakon mljevenja. Primjenjuje se uglavnom na sulfidne rude bakra, cinka, olova i nikla, ali i na zlato, molibden, fosfat, fluorit i potašu.

Može li se flotacija koristiti za nemineralne materijale?

Da. Isti princip koristi se za uklanjanje tinte s recikliranog papira, za odvajanje miješane plastike i za uklanjanje čestica koje sadrže teške metale iz kontaminiranog tla. U obradi vode, flotacija otopljenog zraka koristi se za uklanjanje ulja, masti i suspendiranih krutih tvari.

Koja je razlika između flotacije i sedimentacije?

Sedimentacija razdvaja čestice po gustoći i omogućuje materijalu da se taloži pod djelovanjem gravitacije. Flotacija se odvaja površinskom hidrofobnošću i nosi čestice prema gore s mjehurićima zraka. Flotacija stoga može odvojiti čestice koje imaju gotovo istu gustoću, ali različitu površinsku kemiju.

Što zapravo radi flotacijski stroj?

Stroj za flotaciju miješa pulpu, raspršuje zrak u male mjehuriće i održava sloj pjene dovoljno stabilnim za sakupljanje. Mehanizam impelera i geometrija spremnika definiraju raspon veličine čestica s kojima stroj može učinkovito rukovati.

Zašto je veličina čestica toliko važna u flotaciji?

Grube čestice su preteške za mjehuriće, a sitne čestice se ne sudaraju s mjehurićima dovoljno često. Svaka ruda ima optimalni raspon veličine gdje je iskorištenje najveće; pomicanje izvan tog raspona smanjuje oporavak čak i kada je recept za reagens točan.