Флотация, как процесс концентрации тонкодисперсных систем

Флотацией обычно называется такой метод обогащения полезных ископаемых, который основан на способности тонкоизмельченных минералов, смешанных с водой и реагентами, в присутствии пузырьков воздуха всплывать (в той или иной степени) на поверхность пульпы, образуя на ней минерализованную пену.

Так как переход в минерализованную пену у различных минералов, при подборе для них известных нам факторов флотации, совершается с различной степенью эффективности, начиная от почти не флотирующихся минералов и кончая весьма легко флотируемыми, то практически на сегодня можно условно разбить все минералы на три группы:

1) минералы полезных ископаемых, легко и нормально флотирующиеся;

2) минералы, трудно и слабо флотирующиеся;

3) минералы, почти или вовсе не флотирующиеся.

Следует оговориться, что такая классификация является чисто условной так как по мере развития теоретических обоснований флотационного процесса, накопления данных практики и научно-исследовательского экспериментального изучения, количество нефлотируемых минералов быстро уменьшается за счет перенесения их в вышестоящие группы.

Само слово флотация происходит от английского слова flotation или французского flottaison и означает всплывание. Немцы называют флотацию Schwimmaufbereitung, т. е. «обогащение с помощью всплывания», однако, в большинстве случаев и в немецкой технической литературе (Мейер и Шранц, Люйкен и Бирбрауер) также начали называть флотацию die Flotation.

Таким образом, можно считать, что термин флотация (flotation) стал международным.

He разбирая пока всех условий, необходимых для конкретной флотации какого-нибудь полезного ископаемого, отметим, что при всякой флотации необходимо в первую очередь выполнить основные требования относительно тонкости помола, надлежащего перемешивания и соотношения между жидкой и твердой частями пульпы при наличии реагентов и соответствующего насыщения пульпы воздухом.

Для примера приведем следующие опыты по флотации.

Пример 1. Нальем в цилиндр (фиг. 1-а) 100 см3 воды и тонкоизмельченной смеси, например, класса (-0,2+0,1) мм зерен свинцового блеска и кварца в количестве 20 г. После энергичного перемешивания, дав смеси отстояться, мы получим прозрачную воду и осадок, состоящий из (нижнего) слоя зерен свинцового блеска и (на нем лежащего) слоя из зерен кварца, или перемешанных между собой зерен в виде сероватого слоя смеси, причем на поверхности воды не заметим наличия каких-либо зерен смеси.

Теперь введем незначительное количество смеси реагентов, например, каменноугольного дегтя или ксантата и соснового масла, и повторим те же операции.

В результате (фиг. 1-б), после отстаивания получим три резко разграниченных между собой слоя: на поверхности будет находиться слой пены (скопление массы различных пузырьков), в той или иной степени минерализованной (покрытой минеральными частицами) зернами свинцового блеска от стальносерого до темносерого цвета с металлическим блеском; под пеной будет находиться прозрачная вода, а на дне цилиндра соберется белый осадок кварцевых зерен с той или иной примесью синцовых зерен.

Таким образом, отделяя сверху пену, мы сможем нагну первоначальную смесь считать разделенной на ее основные компоненты: 1) продукт из свинцового блеска (свинцовый концентрат).

2) продукт из кварца (кварцевые хвосты, если они не используются дальше в промышленности, или кварцевый концентрат, если он имеет также какую-то товарную ценность).

На этом основном и простом опыте примера 1 видна вся сущность флотации.

Если к смеси раздробленной руды с водой (пульпе) прибавить небольшое количество флотационного реагента и образовать соответственным образом в этой пульпе мелкораздробленные пузырьки воздуха, то происходят следующие явления:

1) флотационный реагент покрывает частицы руды тонкой пленкой, в то время как частицы пустой породы остаются неизменными вследствие их пониженной способности покрываться пленкой этого реагента;

2) пузырьки воздуха подобным же образом покрываются пленками реагента;

3) покрытые пленками пузырьки воздуха прилипают к покрытым пленками частицам полезных минералов, чем и облегчают их всплывание, тогда как пустая порода остается во взвешенном состоянии в пульпе.

Процесс образования пленок на частицах полезных минералов обычно называется «обмасливанием». При этом свойства поверхностей этих минералов настолько меняются, что они могут становиться даже несмачивающимися водой (гидрофобными) и благодаря этому прочно прилипать к пузырькам воздуха. Частицы пустой породы, которые не покрыты такими пленками, по-прежнему остаются хорошо смачиваемыми водой (гидрофильными) и поэтому не могут достаточно прочно прилипать к пузырькам воздуха. Весьма важно, чтобы частицы полезных минералов, покрытые пленками, возможно чаще сталкивались в пульпе с воздушными пузырьками, так как только в этом случае большая часть находящихся з пульпе частиц полезных минералов всплывет на поверхность в виде пены и в пульпе останутся практически свободные от полезных минералов отходы.

Пример 2. Возьмем для опыта смесь зерен из свинцового блеска, цинковой обманки и кварца. Повторив перемешивание в цилиндре без добавки реагентов, после некоторого отстаивания получим (фиг. 2-а) сверху — прозрачную воду, а на дне — в той или иной степени расслоенные свинцовый блеск (внизу), цинковую обманку (посредине) и кварц (наверху) или нерасслоенную смесь.

Теперь введем примененную в примере 1 смесь реагентов и при повторении манипуляций взбалтывания и отстаивания получим (фиг. 2-б): над водой — минерализованную свинцовым блеском и цинковой обманкой пену, затем прозрачную воду и на дне — белый осадок кварца.

Таким образом, подобно примеру 1, мы также получили разделение кварцевого продукта от смеси свинцового блеска с цинковой обманкой.

Так как для металлургической обработки требуется не смесь этих зерен, а каждый продукт в отдельности, то необходимо видоизменить условия перехода одного из ценных компонентов в пену одновременно с другим.

Пример 3. Повторим опыт примера 2, но перед перемешиванием введем еще реагенты — цинковый купорос и цианистый калий, являющиеся депрессорами. Эти реагенты при перемешивании покроют налетом цианида цинка наши зерна цинковой обманки и тем самым предохранят ее переход в пену одновременно со свинцовым блеском, который останется при этом индифферентным к действию этих добавочных реагентов. В результате мы получим разделение кварцевого и цинкового продукта от свинцового концентрата. Первые осядут на дно, в той или иной части расслоившись, а второй перейдет в пену и может быть удален (фиг. 3-а).

Следующей нашей задачей является разделение цинковой обманки от кварца. Для этой цели нам, очевидно, необходимо уничтожить воздействие депрессоров на цинковую обманку, мешающее ее переходу в пену. Оказывается, что прибавляя в оставшуюся пульпу медный купорос, называемый активатором (возбудителем), мы, при наличии той же смеси из ксантата и соснового масла, сможем теперь перевести в пену цинковую обманку, поверхность которой, благодаря реакции с медным купоросом, покрылась пленкой сульфидов меди и стала флотационно активной. Кварц же по-прежнему, являясь плохо флотирующимся, остается в осадке (фиг. 3-б).

Таким образом, изменяя присадки реагентов, можно получить определенную последовательность флотации и разделения наших компонентов.

При флотации, как и при всяком другом методе обогащения, можно преследовать достижение двух, по своей сущности одинаковых, но по своему техническому воздействию совершенно различных, целей: 1) можно стремиться к тому, чтобы достигнуть возможно более полного отделения полезных составных частей руды от пустой породы; 2) целью флотации могут являться не только удаление ненужных минералов пустой породы, но и отделение различных полезных минералов друг от друга. Такое разделение до введения флотации при помощи известных гравитационных и других методов очень часто достигалось весьма несовершенным способом, особенно в тех случаях, когда составные части руды обладали приблизительно одинаковыми удельными весами или одинаковой магнитной проницаемостью или же были очень мелко вкраплены.

При флотации первый случай состоит в одновременном переходе в пену всех находящихся в руде минералов, способных к флотации, т. е. только в отделении всех полезных минералов от пустой породы. Такой способ флотации называется простой или коллективной флотацией. Продуктом ее получается один концентрат, который в случае полиметаллических руд называется смешанным концентратом, другими словами, содержащим минералы различных металлов.

Второй случай состоит в последовательном всплывании отдельных составных компонентов руды. Такая флотация называется селективном или избирательной. В настоящее время она является наиболее важным флотационным методом. В результате этой флотации получаются два или несколько концентратов, содержащих минералы различных металлов. В основе этой флотации лежат различия в свойствах поверхностей отдельных минералов данной руды. Различия эти могут быть как природными, так и искусственно вызванными.

Вопрос о том, какой из этих двух методов нужно применить для данной (сложной) руды, зависит главным образом от того, какая будет применена металлургическая обработка полученных продуктов обогащения, а также от местных условий и прочих факторов. В большинстве случаев при обогащении следует предъявлять требование разделения руды на возможно большее количество товарных концентратов, так как дальнейшая обработка их в таких случаях, очевидно, будет наиболее выгодной.