Основы пенной флотации

Chris Ralph

С начала 20 века процессы переработки и обогащения минерального сырья непрерывно совершенствовались. Одной из важнейших вех стала разработка метода пенной флотации. Работа над этой технологией заняла много времени, что-то делалось не так, но, в конце концов, она приобрела нынешний вид и стала неотъемлемой составляющей современной добычи.

Метод пенной флотации играет важную роль в обогащении основных и драгоценных металлов; его разновидности можно встретить в пищевой промышленности, в отрасли переработки бумаги. Хотя химия извлечения пенной флотацией достаточно сложна, ее основы понять не так трудно, поэтому стоит поподробнее взглянуть на базовые принципы данной технологии.

Процесс пенной флотации основан на характерных свойствах минералов: по своей природе некоторые из них легко поддаются смачиванию водой (гидрофильны), другие же, обладающие естественной маслянистой поверхностью, ее отталкивают (гидрофобны). 

Многие минералы с металлическим блеском попадают в категорию гидрофобных и от природы отлично взаимодействуют с маслянистыми и жирными веществами. К ним относится ряд сульфидных минералов, способных содержать драгоценные металлы, например, галенит (сульфид свинца), халькопирит (медь) и сфалерит (сульфид цинка). Другими словами, их поверхность при наличии воды и масла проявляет заметную подверженность к воздействию последнего. С другой стороны, с водой легко взаимодействую многие пустые или отработанные материалы со стеклянным блеском, например, кварц или кальцит.

Об этих различиях добытчики отлично знали уже в начале 20 века. Они учитывали и использовали их при разработке метода обогащения, который должен был эффективно отделять минералы драгоценных металлов от остальных в рамках одного месторождения. В конце концов, он получил название пенной флотации.

Основная идея, лежащая в основе метода пенной флотации, хорошо известна и знакома любому старателю, который когда-либо имел возможность наблюдать, как мелкие частички золота собираются на поверхности воды (золото отчасти гидрофобно). Именно по этой причине лоток следует тщательно очищать от жира, наличие которого способствует флотации. Современные лотки редко используются для приготовления пищи, но раньше они применялись добытчиками для самых разных целей. По этой причине лоток должен был содержаться в чистоте, иначе старатель мог потерять мелкое золото при промывке песка.

Еще один пример практического использования гидрофобных свойств некоторых минералов – жировые столы для извлечения алмазов из кимберлитовых руд. Алмазы отталкивают воду и поэтому улавливаются жиром, в то время как другие минералы смачиваются и становятся в некоторой степени олеофобными. Этот принцип давно известен, однако разработка подходящего и эффективного оборудования шла довольно медленно.

Для эффективной сепарации минералов они должны быть в достаточной степени измельчены. Извлечь крошечные частицы сульфидов на жировом столе практически невозможно. В процессе флотации гидрофобные частицы прикрепляются к пузырькам воздуха (и наоборот) и поднимаются с ними на поверхность пены. Поверхность минералов, лучше взаимодействующих с водой (например, «стеклянные» кальцит, кварц и другие силикаты), полностью смачивается, препятствуя прилипанию к пузырькам, которые в этом случае просто двигаются мимо, а сами пустые минералы оседают на дно.

Пузырьки более эффективно прилипают к гидрофобным сульфидным минералам при наличии на их поверхности (металлической) некоторых видов масел, которые еще больше увеличивают гидрофобность минеральных частиц. Поэтому, когда смесь гидрофильных и гидрофобных минералов определенной крупности перемешивается в пене при достаточном поступлении воздуха, его пузырьки прикрепляются к частицам, обладающим металлической, отталкивающей воду поверхностью. Они заставляют их (частицы), несмотря на большую плотность, всплывать, а пустые частицы, легко смачиваемые водой, оседают на дно. Затем ценные компоненты собираются с поверхности пены, сгущаются и помещаются на хранение в виде концентрата. Хвосты в свою очередь удаляются со дна флотационной камеры. 

Особенности смачиваемости различных минералов разные, поэтому и перерабатываться они должны по-разному. В целом более тяжелые силикаты, например, родонит или гранат, смачиваются не так хорошо, как легкие – кварц, ортоклаз. Для контроля за поведением минералов при флотации были разработаны специальные химические вещества. Так, определенные кислоты снижают степень прилипания масла к пустым частицам, не препятствуя, однако, воздействию масла и воздуха на металлические сульфиды. Таким образом, регулируя используемые реагенты, уровень pH в пульпе, а также некоторые другие факторы, добытчик может сам определять, какие минералы будут собираться пеной. Также существует возможность отделить один сульфидный минерал от другого, получив при этом два разных концентрата, например, свинца и цинка (при переработке материала, достаточно богатого обоими металлами).

Химические вещества, используемые для регулирования флотации, подразделяются на несколько видов: пенообразующие агенты, коллекторы (собиратели), активаторы и депрессанты.

Пенообразующие агенты (или просто вспениватели) используются для образования устойчивого слоя пены во флотационной камере. При этом слой должен держаться достаточно долго для эффективного извлечения драгоценных минералов. Самые распространенные вспениватели – это сложные спирты, в частности метил-изобутил-карбинол (methyl isobutyl carbinol, MIBC).

Раньше в качестве пенообразующих агентов использовали природные реагенты, например, пихтовое масло или крезоловую кислоту. Они богаты поверхностно-активными элементами, которые стабилизируют пузырьки, и в целом очень эффективны в качестве вспенивателей. Однако такие вещества не очень чисты химически: они содержат широкий спектр компонентов, отрицательно влияющих на флотационные свойства. Некоторые из таких соединений могут выступать в роли коллекторов, прикрепляясь к поверхности минеральных частиц. Кроме того, они выполняют функции слабых собирателей, поэтому использовать их для сепарации различных сульфидных минералов на отдельные продукты нежелательно, поскольку они не способны обеспечить надлежащий уровень контроля за процессом.

Коллекторы добавляются в пульпу или шлам и способствуют тому, чтобы извлечение определенного минерала происходило в соответствии с его гидрофобными особенностями. Выбор конкретного реагента-собирателя зависит от природы подлежащего извлечению минерала, а также минералов, присутствующих в материале вместе с ним. Коллекторы значительно увеличивают угол контакта пузырьков, поэтому последние прикрепляются к поверхности частиц более эффективно. Выбор собирателя критически важен для сепарации различных сульфидов методом флотации. К химическим веществам, чаще всего используемым в качестве коллекторов, относятся сульфгидрильные коллекторы, различные виды ксантатов и дитиофосфатов. Среди них наиболее распространены ксантаты. Правильно подобранное вещество-собиратель обеспечивает извлечение даже тех минералов, которые легко смачиваются водой.

Модификаторы или кондиционирующие присадки – это химические вещества, влияющие на то, как коллекторы прикрепляются на поверхность минеральных частиц. Еще их называют активаторами или депрессантами, поскольку они способны либо усиливать (активаторы), либо препятствовать (депрессанты) адсорбции химиката-коллектора на конкретный минерал. Иногда перед флотацией требуется провести подготовительную обработку материала, которая заключается в кондиционировании пульпы.

У модификаторов может быть сложная химия, и химический реагент-депрессант для конкретного сочетания минерал-коллектор не обязательно будет выступать в этой же роли для другой комбинации. Простейшие модификаторы – это кислоты и щелочи, которые применяются для контроля уровня pH в пульпе, оказывающего достаточно существенное влияние на химию поверхности большинства минералов. Как правило, в кислотных условиях поверхность многих минералов имеет положительный заряд, щелочных – отрицательный. Заряды переходят один в другой при разном уровне pH. Так как каждый минерал переходит из отрицательно заряженного состояния в положительно заряженное при характерном и специфическом pH, существует возможность контролировать процесс прикрепления коллекторов на различные поверхности, регулируя уровень последнего (pH). Этот аспект очень важен при сепарации сульфидов. Кроме простого изменения уровня pH, может меняться способ адсорбции определенного коллектора на поверхность минерала, что усложняет весь процесс.

Сульфгидрильные флотационные коллекторы, например, ионы ксантата, при сорбции на поверхность минералов «конкурируют» с гидроксильными ионами, поэтому их адсорбция – тоже функция pH. Такое свойство позволяет использовать сульфгидрильные типы коллекторов для постепенной сепарации различных минералов. Специфический уровень pH, при котором ионы ксантата «превосходят» гидроксильные ионы, зависит от концентрации ксантата в пульпе, а также конкретного минерала извлечения. Это может усложнить процесс сепарации сульфидов, но, если комбинация «сработала» на определенном типе руды, результаты обычно надежны, поэтому данный подход широко применяется в горнодобывающей промышленности.

Существует отдельное направление, в рамках которого проводят исследования по определению наиболее эффективных методов сепарации смешанных сульфидных минералов (для получения чистого продукта недрагоценных металлов, хотя обычно производство массы концентрата – процесс не такой сложный). Это объясняется тем, что гидрофобные свойства сульфидов значительно отличаются от гидрофобных свойств пустой породы (например, кварца), однако сами сульфиды друг от друга различаются довольно слабо. Таким образом, их сепарация требует тщательного контроля, регулирования, активации одних поверхностей при депрессии других. При этом выделение наиболее подходящих методов флотационного обогащения конкретной руды производится в лабораторных условиях и при участии специалистов.

В основном руды, подлежащие флотации, измельчаются до крупности 30-70 меш (0,2-0,6 мм), редко меньше. Чем больше крупность измельченной руды, тем выше вероятность того, что отдельные частицы будут содержать и рудные, и пустые минералы. К тому же частицы меньшего размера лучше удерживаются в пене. С другой стороны, чрезмерное измельчение (или присутствие материала слишком малой крупности) может отрицательно сказаться на извлечении и стать простой тратой ресурсов.

Основные факторы, влияющие на эффективность флотации, чрезвычайно взаимозависимы. Любое изменение одного из них, например, скорости подачи материала, обязательно требует отстройки остальных – подачи реагентов, крупности частиц, потока воздуха, плотности исходной пульпы и т.д. Количество сульфидов в руде может существенным образом повлиять на выбор химических веществ, поэтому если материал достаточно неоднороден, иногда практикуется его сортировка (различными методами) и смешивание. Окисление руды до переработки может также негативно повлиять на извлечение, поскольку для флотации лучше всего подходят сульфиды со «свежей» поверхностью.

К важным аспектам работы флотационного оборудования относится: объем перемешивания во флотомашине, расход воздуха и размер пузырьков, схема порогов ячейки флотации, способ контроля химии. Большинство флотомашин конструируются таким образом, чтобы обеспечивать образование максимально мелких пузырьков, поднимающихся через колонну пульпы и захватывающих как можно больше сульфидов.

Среди важных эксплуатационных параметров флотационной установки можно выделить: скорость подачи исходного материала, минералогию руды, крупность исходного материала, плотность и температуру пульпы. Часто для получения наилучшего уровня извлечения материал последовательно прогоняют по серии из нескольких флотомашин.

Флотация самородного или свободного золота, содержащегося в убогосульфидной руде (этим вопросом часто задаются обычные добытчики), может иметь место в теории, но на практике в промышленном масштабе этим фактически никто не занимался. Данный процесс имеет ряд трудностей, связанных в частности с высокой плотностью свободного золота и его низкой концентрацией в руде (отрицательно влияет на устойчивость слоя пены). Тем не менее, флотация золотосодержащих сульфидов, например, пирита или арсенопирита, довольно широко распространена и может выступать в роли альтернативы использованию цианида в том случае, если он запрещен. В основном процесс бесцианидного извлечения золота предполагает цикл гравитационного обогащения для улавливания крупных частиц свободного Au и массовой флотации для получения драгметалла из сульфидов. В некоторых случаях подобная система может обеспечить извлечение на уровне цианирования. Вообще необходимость работы с сульфидами – это недостаток, так как найти металлургическое предприятие, которое бы взялось за переработку небольшого количества концентрата, сложно. Бывает так, что материал, получаемый описанным способом, обогащается с помощью цианида.

Технология пенной флотации широко применяется в области переработки и обогащения минерального сырья и может быть адаптирована к самым разнообразным системам извлечения металлов. Она подходит для работы с неметаллическими промышленными минералами, так как с помощью различных химических реагентов процесс флотации можно контролировать, а флотируемому материалу придавать необходимые свойства. Пенная флотация при правильном подходе может дать отличный уровень извлечения (обычно 90-95%). Кроме того, коэффициент концентрации исходного материала при применении данного способа обычно составляет 10 к 1 (иногда и больше). Общие финансовые расходы на внедрение и применение данного метода по сравнению с другими технологиями достаточно умеренные, поэтому флотация очень популярна и стоит того, чтобы о ней знали все добытчики и старатели.

Источник: http://www.icmj.com/

Перевод С.С.Верхозина


-0+0
Просмотров статьи: 20538, комментариев: 43       

Комментарии, отзывы, предложения

Дмитрий, 17.02.16 20:20:36 — Алексею

Вообщето всё очень просто,

1. концентрат вначале пропускается через центробежный концентратор

2. хвосты измельчаются до величины менее 50микрон

3. далее пропускаются снова через коцентратор

4. Хвосты прпускаются через флотатор ( нужны реагенты) , если используете элктрофлотатор -то получается флотировать залото просто с добавкой дизтоплива

могу сказать точно - игра стоит свеч

Биржан, 12.05.16 09:38:41 — Админу

Здравствуйте, весь интернет перерыл, не могу найти точную информацию о флотации, если точнее, то о производительности. Если производительность по объему руды около 10-12 т/час, то сколько я получу обогащенного сырья после флотации (хотя бы примерно)? Сколько длится процесс флотации?

В.А., 21.05.16 07:27:33 — Биржан, 12.05.16

Вам надо уточнить ваш вопрос. Если нет данных о руде, то вам никто не сможет сказать выход флотоконцентрата. Флотацией обычно извлекают из руды сульфиды. Выход концентрата зависит от количества сульфидов в руде, а также от того, как настроен процесс.

Скорость флотации зависит от размера машины и ее регулировки. Если вы возьмете машину лабораторную, то 10 тонн будете обрабатывать, может, неделю.

Пришлите в Иргиредмет пробу руды, вам дадут обоснованный ответ на все ваши вопросы.

Биржан, 26.05.16 11:57:58 — В.А

Здравствуйте! Нужна ваша помочь. Выбираю для дипломного проекта флотомашину. Мне нужно рассчитать производительность машины ( примерную, сделав погрешность на состав руды и ее характеристики). Характеристики флотомашины следующие:

Активная ёмкость (m³) - 0.35;

Производительность (m³/min)- 0.18-0.4;

Скорость вращения(r/min) 470;

Диаметр импеллера(mm)300;

Двигатель импеллера 1.5;

Двигатель скребока 1.1.

Теперь вопрос: если производительность 0.18 (m³/min, то получаеться 10,8 (m³/час; из этого (если поставить среднею плотность золотосодержащей руды 2700 кг/м3) получаеться 29,196 (т/час). Что-то многовато для такой маленькой машины. Буду очень благодарен.

Горняк , 20.05.17 00:08:20

Если золото тонкое, то флотаторами можно и нужно работать .

При малых обьемах добычи , интересно применение электрофлотаторов, отпадает необходимость в собирателях и пенообразователях, можно флотировать тонкое золото просто на небольшом количестве масла-отработки или дизтопливе .

Народ не бойтесь экпериментировать, пробуйте все методы.

Вобщем, как говорится " да осилит дорогу идущий"

Евген, 05.06.17 16:03:49

Ищу информацию о применении жирных кислот при обогащении руд кобальта

кылычбек, 15.08.18 06:49:50 — Виктор петрович

здравствуйте уважаемые горные инженра и знатаки.. мой вам вопрос . в общем понятии флотация это что как он работает почему его применяют в обогодительной фабрике.. спасибо всем. жду ответп.

Пожилой, 24.09.18 19:41:08 — Верхозину С. С.

Уважаемый автор, зачем Вы тратите время на переводы примитивных, абсолютно не профессиональных статей. Флотация это очень тонкие и сложные, трехфазные физико-химические процессы. Чтобы "дорогу идущий осилил" извлечение золота флотацией, для начала нужно почитать "специалистов", это целая отрасль, достаточно сложных, специальных знаний. Иначе путь будет бесконечным и грустным. Не нужно читать разных "Ральфов", которые "умных знаний" из интернета надергали, для начала нужно почитать "крестных отцов" Каковского, Плаксина, Митрофанова, Полькина, Абрамова. Эти специалисты и многие другие целую жизнь изучали, разрабатывали и совершенствовали флотацию. Можно найти книги и попроще, но не этот же примитив. Давно и достаточно часто флотацию используют и в технологиях извлечения золота из руд. Но предлагать использовать флотацию старателям-россыпникам и не специалистам, вряд ли целесообразно, разве, что любителям по.....ть.

Извините за откровенность, не смог удержаться, почитав этот примитив.

С уважением

Верхозин С.С., 25.09.18 19:57:12 — Пожилому

Здравствуйте!

Ваши аргументы понятны, но не стоит забывать, что наш сайт читают не только специалисты, но и обычные люди, интересующиеся золотодобычей, представители других областей, у которых нет достаточных знаний и нужды изучать литературу по флотации. Нам показалось, что подобная статья может вызвать интерес, и если посмотреть по комментариям выше, определенная дискуссия имела место.

Тем не менее, спасибо за Ваш отклик.

999, 25.09.18 21:32:30 — Верхозин С.С.

Зачем обычным людям флотация?

Редакция, 26.09.18 05:42:16 — Пожилому и 999

Какие статьи переводить и помещать на сайт решает редакция. А редакция ориентируется на интересы читателей. А интересы видны, например, по количеству просмотров. Посмотрите, внизу под любой статьей есть счетчик. В этой статье он показывает почти 15 тысяч. Это гораздо лучше, чем у профессиональных статей. Здесь на сайте есть статьи для разных уровней подготовки. Зайдите в раздел "Обогащение и металлургия" и выберите статью интересную для вас: https://zolotodb.ru/articles/parts/202/

999, 26.09.18 06:59:29 — Редакция

Удалено. Следите за темой. Ваши предложения и пожелания по сайту пишите, пожалуйста, в раздел "О сайте".

Старатель, 27.09.18 09:57:19

Можно-ли флотацией извлекать чешуйчатое золото из россыпей? Шлюз его теряет. Так может флотация поможет? Насколько это технически реально и дорого?

Пожилой, 27.09.18 23:26:23 — Редакции

Я как раз о том же. 15 тыс. просмотров - сколько времени люди не специалисты просто потеряли? Они еще больше потеряют и времени и средств, когда начнут экспериментировать, поверив в "открытую новую" технологию. Но если для Редакции определяющим является количество просмотров и пустопорожние рассуждения на форуме тогда мой вопрос снимается.

Вот "Старатель" хочет извлекать чешуйчатое золото, спрашивает это реально? Ответ - извлечение флотацией чешуйчатого золота - технически элементарно. А вот практическая целесообразность - очень спорный вопрос. Нужно все считать. Золото прекрасно флотируется и не только чешуйчатое. И вот старатель уже в теме, строит флотомашину, несет затраты, надеется.... А что в итоге, он ведь не знает, что:

1. Время флотации на два порядка больше, чем время обогащения на шлюзе ! Каких размеров должна быть практически значимая флотомашина!?;

2. При использовании ксантогенатов он сфлотирует все сульфиды и шламы (что такое Рн он ведь тоже не знает). Он извлечет золото, но получит концентрат с содержанием 5-10 г/т золота, а что дальше? Цианирование? Об экологии молчим ПДК Кх как у цианида. Флотация аполярными реагентами еще менее избирательна.

Это только два вопроса, на практике их будет много больше и совсем не простых. А ему детей кормить нужно.

Лучше бы заказать флотатору-практику популярную статью, для россыпников с примером элементарных расчетов, что бы старатель увидел, что его ожидает.

С уважением.

Пожилой, 27.09.18 23:35:16 — Верхозину С.С.

Добрый день.

Периодически просматриваю Ваши переводы, попадается много интересного.

Извините за откровенность по флотации.

С наилучшими пожеланиями.

Eduard, 28.09.18 00:26:52

Флотация россыпного золота, без предварительной концентрации, не рентабельна. Для предварительной концентрации идеально подходят винтовые сепараторы, они дадут необходимое сокращение песка для флотации или цианирования. Это самый дешевый вариант. Отзовитесь кто работал со столом Рэнда, очень нужно.

Магадан, 28.09.18 03:54:17 — Пожилой, 27.09.18

Лично я не считаю, что потерял время, прочитав популярную статью о флотации. А что там в ней неверно? Ваш комментарий тоже интересен, спасибо.

СНС, 29.09.18 16:32:35 — Старатель, 27.09.18

На россыпях флотация реально используется, например, для извлечения золота из кассовых отдувов:

https://zolotodb.ru/articles/technical/10715

Наверное, можно придумать, как собрать чешуйчатое золото при промывке песков на шлюзах. Создать пену в потоке на шлюзе, наверное, не проблема и собрать в пену золото, тоже можно. Вопросы экологии и экономики надо решать. Пожилой правильно тут выступил.

Андрей, 20.03.19 11:15:12

Добрый день. У нас имеются хвосты в виде шлама размер 20-40- микрон. это шлам хромосодеожащей руды. Процент содержания хрома до 15%. традиционным методом флотации эту фракцию не обоготить. Хочу поговорить и получить совет от специалистов о пенной флотации . Буду рад любой помощи.

Сотрудник, 20.03.19 12:14:46 — Андрей, 20.03.19

Если вы представляете предприятие, отправьте официальный запрос в Иргиредмет:

tvc@irgiredmet.ru

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Основы пенной флотации»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "семь прибавить 9":