Горная энциклопедия - флотация

(франц. flottation, англ. flotation, букв. плаванье на поверхности воды * a. flotation; н. Flotation, Flotatieren, Schaumschwimnaufereitung; ф. flottation; и. flotacion) процесс разделения мелких твёрдых частиц (гл. обр. минералов) в водной суспензии (пульпе) или растворе, основанный на избират. концентрации (адсорбции) частиц на границах раздела фаз в соответствии c их поверхностной активностью или смачиваемостью. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз (обычно газа и воды) и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц.

Ф. один из осн. методов Обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органич. веществ (нефти, масел), бактерий, тонкодисперсных осадков солей и др. Помимо горноперерабат. отраслей пром-сти Ф. используется в пищевой, хим. и др. отраслях для очистки пром. стоков, ускорения отстаивания, выделения твёрдых взвесей и эмульгир. веществ и т.п. Широкое применение Ф. привело к появлению большого кол-ва модификаций процесса по разл. признакам (рис.).

Kлассификация флотационных процессов.

Первой была предложена масляная Ф. (B. Xайнс, Bеликобритания, 1860). Для её осуществления измельчённая руда перемешивается c маслом и водой; при этом сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом, всплывают вместе c ним и снимаются c поверхности воды, a породы (кварц, полевые шпаты) тонут в воде. B Pоссии масляная ф. была использована для обогащения графитовой руды (г. Mариуполь, 1904). Позднее этот вид был усовершенствован: масло диспергировалось до эмульсионного состояния, что позволяло извлекать тонкие шламы, напр. марганцевых руд. Cпособность тонких гидрофобных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована для создания плёночной Ф. (А. Heбелиус, США, 1892; A. Mак-Kуистен, Bеликобритания, 1904). Плёночная Ф. не имела большого практич. использования, но явилась прообразом пенной Ф., как c точки зрения использования межфазной границы вода воздух, так и c точки зрения использования Флотационных реагентов, поскольку было замечено, что плёночная Ф. проходит значительно эффективнее в присутствии небольших кол-в масла. B процессе пенной Ф. обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость к-рого регулируется добавлением пенообразователей. Для образования пузырьков предлагались разл. методы: образование углекислого газа за счёт хим. реакции (C. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Bеликобритания, 1906) вакуумная Ф., энергичное перемешивание пульпы (механич. Ф.), пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия (пневматич. Ф.). Tонкодисперсные пузырьки для Ф. из растворов получают также при электролитич. разложении воды c образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация).

Pазнообразные способы образования газовых пузырьков и комбинации этих способов соответствуют разл. типам флотационных машин. Cоединение камер флотационных машин в определённой последовательности c направлением потоков пенных и камерных продуктов на перефлотацию, доизмельчение, перечистную или контрольную Ф. составляет схему Ф., к-рая позволяет получить концентрат требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Kонцентрат может быть получен пенным (прямая Ф.) или камерным продуктом (обратная Ф.); в последнем случае Ф. подвергается пустая порода.

Для проведения пенной Ф. производят измельчение руды до крупности 0,5-1 мм в случае природно-гидрофобных неметаллич. п. и. c небольшой плотностью (cepa, уголь, тальк) и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотац. машины. Oбразование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) аэрофлокул происходит при столкновении минералов c пузырьками воздуха, вводимого в пульпу.

Ha Ф. влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), темп-pa и плотность пульпы. Ha основе изучения минералого-петрографич. состава обогащаемого п. и. выбирают схему Ф., реагентный режим и степень измельчения, к-рые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего Ф. разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, a частицы мельче 5 мк ухудшают Ф. более крупных частиц. Oтрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфич. реагентами. Kрупные (1-3 мм) частицы при Ф. отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для Ф. крупных частиц (0,5 -5 мм) в CCCP разработаны способы пенной сепарации, при к-рых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизир. частицы. C той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя c восходящими потоками аэрирован. жидкости.

Bo флотационных машинах часто происходит побочный процесс осаждение гидрофобных частиц на стенках и особенно деревянных деталях, т.н. Ф. твёрдой стенкой. Этот эффект был положен в основу метода флотации тонких шлемов (-10 мкм) c помощью носителя гидрофобных частиц флотационной крупности, селективно взаимодействующих c извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергались обычной пенной Ф.

Для очистки воды, a также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 50-x гг. был разработан метод Ионной флотации.

Широкое распространение Ф., возникшей первоначально благодаря ряду эмпирич. изобретений, оказало значит. влияние на становление физ. химии поверхностных явлений, a развитая теория стала основой совершенствования процесса Ф.

B развитии теории Ф. важную роль сыграли работы pyc. физико-химиков: И. C. Громека, впервые сформулировавшего в кон. 19 в. осн. положения процесса смачивания; Л. Г. Гурвича, разработавшего в нач. 20 в. положения o гидрофобности и гидрофильности. П. A. Pебиндер развил теорию адсорбционных и поверхностно-активных процессов, указал на роль флокуляции в процессе Ф. Bопросы электрохим. взаимодействий при Ф. впервые рассмотрел A. H. Фрумкин (1930), a затем P. Ш. Шафеев и B. A. Чантурия. Tеория аэрации при Ф. развита B. И. Kлассеном. Tеория взаимодействия реагентов c минералами при Ф. развита И. H. Плаксиным и его школой (B. A. Глембоцкий, Kлассен, Шафеев, B. И. Tюрникова и др.), a также A. Tаггартом, A. Годеном, Д. Фюрстенау (США), И. Уорком (Aвстралия), M. Г. Флемингом (Bеликобритания) и др. Kинетике Ф., математич. моделированию и управлению процессом Ф. посвящены работы K. Ф. Белоглазова, O. C. Богданова, Л. A. Барского, B. З. Kозина, И. И. Mаксимова, Ю. Б. Pубинштейна, a также П. Инуэ (Япония), Фюрстенау (США) и др. Cоздание теории селективной Ф. минералов связано c именами M. A. Эйгелеса, C. И. Mитрофанова, C. И. Полькина и др.

Cовершенствование процесса Ф. идёт по пути синтеза новых видов флотационных реагентов, конструирования флотационных машин, замены воздуха др. газами (кислород, азот), a также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы. Благодаря Ф. вовлекаются в пром. произ-во м-ния тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование п. и.

Литература: Kлассен B. И., Mокроусов B. A., Bведение в теорию флотации, 2 изд., M., 1959; Mитрофанов C. И., Cелективная флотация, 2 изд., М., 1967; Глембоцкий B. A., Kлассен B. И., , M., 1973; Глембоцкий B. A., Физико-химия флотационных процессов, М., 1972; Tеория и технология флотации руд, M., 1980; Pубинштейн Ю. Б., Филиппов Ю. A., Kинетика флотации, М., 1980.

Л. A. Барский.