Флотация — способ разделения полезных ископаемых¶
Флотация — это физико-химический метод разделения полезных ископаемых, основанный на различии в смачиваемости полезных компонентов руды и пустой породы. Суть процесса проста: измельчённую руду погружают в воду, через неё пропускают воздух, и пузырьки газа «прилипа» только к частицам полезного минерала, поднимая их в пену на поверхность, а пустая порода оседает на дно. Метод широко применяется в горнодобывающей промышленности для обогащения медных, молибденовых, свинцово-цинковых, золотосодержащих и других руд.
¶Принцип действия
Флотация опирается на явление избирательного смачивания. Одни минералы (например, сульфиды) хорошо смачиваются маслами и воздухом — они называются гидрофобными. Другие (силикаты, оксиды) охотно смачиваются водой — они гидрофильны. При контакте частицы с пузырьком воздуха гидрофобная частица прикрепляется к нему и увлекается вверх, а гидрофильная остаётся в водной взвеси.
Чтобы процесс шёл эффективно, в пульпу (смесь измельчённой руды с водой) добавляют специальные реагенты:
- Собиратели — органические вещества (ксантогенаты, дитиофосфаты), которые сорбируются на поверхности полезного минерала и усиливают его гидрофобность;
- Пенообразователи — вещества (крезол, скипидар, пинен), стабилизирующие пену и препятствующие слиянию пузырьков;
- Регуляторы — подавляют всплытие нежелательных минералов или изменяют pH среды.
¶Оборудование
Основной аппарат флотационного завода — флотационная машина (флотоколонка, флотомашина). Внутри ёмкости с пульпой установлен ротор, нагнетающий воздух и создающий турбулентность. Образующаяся пена с прикреплёнными к ней частицами полезного минерала переливается через кромку лотка в пеноприёмник, откуда направляется на дальнейшую переработку. Осевшая пустая порода (хвосты) выводится из машины.
По конструкции различают механические флотомашины (с роторно-статорным устройством) и пневмомеханические (с подачей сжатого воздуха через фурмы). В России крупнейшие производители флотационного оборудования — Уралмашзавод и «Тяжмаш».
¶Разновидности метода
| Тип флотации | Принцип разделения |
|---|---|
| Катионная | Используются катионные собиратели (амины) для оксидных минералов |
| Анионная | Применяются анионные собиратели (ксантогенаты) для сульфидов |
| Нейтральная | Разделение без добавления собирателей, на основе естественной гидрофобности |
| Комбинированная | Последовательное применение разных реагентов |
Также различают прямую флотацию (в пену уходит полезный минерал) и обратную (в пену уходит пустая порода, полезный компонент остаётся в хвостах).
¶Технологическая схема
Полный цикл обогащения руды методом флотации включает:
- Дробление и измельчение — руду доводят до состояния, при котором зёрна полезного минерала отделены от пустой породы (обычно 0,05–0,2 мм).
- Сгущение — избыток воды удаляют, доводя плотность пульпы до 25–40 % твёрдого.
- Реагентная подготовка — дозирование и приготовление растворов реагентов.
- Флотация — проходит в несколько стадий: грубая (предфлотация), основная (грубая), чистовая и очистка.
- Обезвоживание концентрата — фильтрование или сгущение полученной пены.
¶Применение
Флотация — основной способ обогащения медных руд в России. Крупнейшие флотационные комплексы работают на предприятиях Норникеля (Норильский комбинат), «Уралкалия» (калийные руды хотя флотация там применяется ограниченно), на обогатительных фабриках ММК, «Алроса» (алмазные руды) и ряда золотодобывающих компаний.
Мировая практика показывает, что флотацией перерабатывается более 2 млрд тонн руды ежегодно. Метод незаменим для тонкодисперсных руд, где другие способы разделения (гравитация, магнитная сепарация) малоэффективны.
¶Достоинства и ограничения
К достоинствам флотации относят возможность обогащения тонкодисперсных руд, высокую степень извлечения полезного компонента (до 95–98 %), универсальность. Ограничения связаны с необходимостью тонкого измельчения (энергозатратно), использованием реагентов, загрязняющих сточные воды, и чувствительностью процесса к качеству руды — небольшие изменения минералогического состава требуют корректировки режима.
¶Историческая справка
Флотация была открыта в конце XIX века. В 1860 году английский химик Уильям Хейнс впервые описал прилипание металлических частиц к масляным плёнкам. В 1901 году Карл Поттер в США запатентовал способ флотации сульфидных руд. В России первые флотационные фабрики были построены в 1930-е годы на Урале и в Сибири — в частности, на медных рудах Красноярского края и в Коми. Академик Борис Вейсберг внёс значительный вклад в теорию и практику флотации в СССР.
Источники:
- Вейсберг Б. И. «Флотация»
- Соболь С. И., Мещеряков В. Ф. «Обогащение руд»
- Лебедев О. Е. «Флотационные машины»
- ГОСТ Р 56134-2014 «Обогащение полезных ископаемых. Термины и определения»