Флотационная машина это

Что такое флотация руды

Флотация — это метод обогащения полезных ископаемых, при котором разделение минералов происходит благодаря различию в смачиваемости их поверхности водой. Термин происходит от английского слова «float», что означает «всплывать». В процессе флотации одни минералы прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются на поверхность в виде пены, а другие остаются в жидкой фазе и оседают на дно.

Процесс основан на создании гидрофобной поверхности у извлекаемых минералов с помощью специальных реагентов. Гидрофобные частицы отталкивают воду и легко прикрепляются к воздушным пузырькам, в то время как гидрофильные частицы пустой породы остаются в водной среде. Современные обогатительные фабрики перерабатывают миллионы тонн руды ежегодно, и флотационное обогащение позволяет извлекать ценные компоненты даже при их содержании менее одного процента.

Принцип работы флотационной машины

Основные стадии процесса

Работа флотационной машины включает несколько последовательных этапов. Сначала измельченная руда смешивается с водой, образуя пульпу — водную суспензию твердых частиц с содержанием твердого вещества до сорока процентов по массе. В пульпу добавляются флотационные реагенты, которые модифицируют поверхность минералов и создают условия для избирательного разделения.

Далее пульпа поступает в рабочую камеру флотационной машины, где происходит интенсивное перемешивание и насыщение воздухом. Вращающийся импеллер создает турбулентные потоки, которые обеспечивают равномерное распределение пузырьков воздуха по всему объему камеры. При столкновении гидрофобных частиц минералов с пузырьками образуется устойчивый флотационный комплекс. Минерализованные пузырьки всплывают на поверхность, формируя пенный слой, который затем удаляется в виде концентрата.

Ключевые компоненты оборудования

Конструкция флотационной машины включает несколько основных элементов. Камера или ванна представляет собой емкость для проведения процесса с объемом от нескольких литров в лабораторных установках до десятков кубических метров в промышленных машинах. Импеллер — это вращающийся элемент, обеспечивающий перемешивание пульпы и аэрацию. Статор окружает импеллер и создает оптимальные гидродинамические условия для диспергирования воздуха.

Электропривод обеспечивает вращение импеллера с заданной частотой, которая варьируется в зависимости от типа руды и крупности частиц. Система регулирования уровня пульпы и отводные желоба для удаления пенного продукта завершают конструкцию. Современные машины оснащаются автоматическими системами контроля параметров процесса, что позволяет поддерживать стабильные показатели обогащения.

Типы флотационных машин

Классификация флотационного оборудования основывается на способе аэрации пульпы — ключевом факторе, определяющем эффективность процесса. Различают три основных типа машин, каждый из которых имеет свои особенности применения и технические характеристики.

Механические флотационные машины

Механические флотомашины представляют собой наиболее распространенный тип оборудования. В них вращающийся импеллер выполняет сразу три функции: перемешивание пульпы, всасывание воздуха из атмосферы и диспергирование его на мелкие пузырьки. Под действием центробежной силы создается зона разрежения, которая засасывает воздух через полый вал или специальные каналы в импеллере.

Объем камер механических машин составляет от нуля целых четырнадцати до семидесяти кубических метров. Производительность по пульпе достигает ста тридцати кубических метров в минуту. Эти машины эффективны при обогащении руд с размером частиц от нуля целых семидесяти четырех миллиметров и крупнее, что соответствует стандартной степени измельчения для большинства типов сырья.

Пневмомеханические машины

Пневмомеханические флотационные машины отличаются тем, что воздух подается принудительно от вентилятора или воздуходувки при избыточном давлении от нуля целых одной до нуля целых трех бар. Импеллер в этом случае вращается с меньшей скоростью, достаточной лишь для поддержания частиц во взвешенном состоянии и диспергирования подаваемого воздуха. Это позволяет точно регулировать расход воздуха независимо от скорости вращения импеллера.

Данный тип машин особенно эффективен при работе с крупнозернистыми материалами и рудами высокой плотности. Глубокие камеры квадратной формы обеспечивают длительное время пребывания частиц в зоне флотации. Придонное расположение импеллера предотвращает запесочивание машины при переработке тяжелых минералов. Современные пневмомеханические машины с объемом камер до ста шестидесяти кубометров применяются на крупнейших обогатительных фабриках мира, а наиболее современные модели достигают объема триста кубических метров.

Пневматические флотационные машины

В пневматических машинах отсутствует импеллер, а перемешивание и аэрация пульпы осуществляются исключительно за счет подачи сжатого воздуха через систему аэраторов. К этой группе относятся колонные флотационные машины и аэролифтные аппараты. Колонные машины представляют собой высокие цилиндрические емкости, в которых пульпа движется снизу вверх навстречу потоку воздушных пузырьков.

Преимущества пневматических машин включают низкое энергопотребление, высокую селективность разделения и простоту обслуживания. Отсутствие вращающихся деталей снижает износ оборудования и эксплуатационные затраты. Однако они менее универсальны и применяются главным образом для перечистки концентратов и флотации тонких классов крупности, где требуется максимальная селективность процесса.

Флотационные реагенты и их роль в процессе

Успех флотационного обогащения во многом определяется правильным подбором и применением реагентов. Флотационные реагенты — это химические вещества, которые модифицируют поверхностные свойства минералов и создают условия для их избирательного разделения. В зависимости от функционального назначения реагенты делятся на три основные группы: собиратели, пенообразователи и регуляторы.

Реагенты-собиратели

Собиратели — это основные реагенты флотации, которые закрепляются на поверхности минералов и делают ее гидрофобной. Для флотации сульфидных руд цветных металлов применяются ксантогенаты — соли ксантогеновых кислот с различной длиной углеводородного радикала. Бутиловый и амиловый ксантогенаты наиболее распространены в промышленности благодаря оптимальному соотношению селективности и силы действия.

Для несульфидных минералов используют карбоксильные собиратели — жирные кислоты и их соли. Олеат натрия эффективен при флотации апатита, флюорита и других солевых минералов. Катионные собиратели на основе аминов применяются при обратной флотации железных руд и силикатов. Расход собирателей составляет от нескольких граммов до нескольких килограммов на тонну перерабатываемой руды в зависимости от типа минералов и схемы обогащения.

Пенообразователи и регуляторы

Пенообразователи обеспечивают создание устойчивой минерализованной пены необходимой структуры. Они представляют собой слабые поверхностно-активные вещества, которые концентрируются на границе раздела вода-воздух. Наиболее распространены спиртовые пенообразователи — сосновое масло, метилизобутилкарбинол и полипропиленгликоли. Расход пенообразователей невелик и составляет десятки граммов на тонну руды.

Регуляторы модифицируют действие собирателей и повышают селективность флотации. Активаторы усиливают закрепление собирателя на поверхности минералов. Например, медный купорос активирует флотацию сфалерита. Депрессоры подавляют флотацию нежелательных минералов. Жидкое стекло депрессирует силикаты, цианиды подавляют флотацию пирита. Регуляторы среды — известь, сода, серная кислота — создают оптимальное значение кислотности пульпы для эффективной работы остальных реагентов.

Схемы флотационного обогащения

Технологические схемы обогащения определяют последовательность операций и движение материальных потоков на обогатительной фабрике. Выбор схемы зависит от минералогического состава руды, содержания ценных компонентов, требований к качеству концентратов и заданного извлечения металлов. Современные схемы представляют собой сложные многостадийные процессы с рециркуляцией промежуточных продуктов.

Основные операции флотации

• Основная флотация — первая операция цикла обогащения, в которой выделяется черновой концентрат с максимальным извлечением ценных компонентов. Хвосты основной флотации направляются на контрольную операцию.
• Контрольная флотация — доизвлечение ценных минералов из хвостов основной операции. Концентрат контрольной флотации возвращается в голову процесса, а хвосты направляются в отвал.
• Перечистная флотация — повторное обогащение чернового концентрата для повышения его качества. Может включать несколько последовательных стадий перечистки с получением кондиционного концентрата.

Прямая и обратная флотация

При прямой флотации в пену извлекаются ценные минералы, а пустая порода остается в камерном продукте. Этот вариант применяется для большинства сульфидных руд цветных металлов. При обратной флотации в пену переводятся минералы пустой породы, а ценные компоненты концентрируются в камерном продукте. Обратная флотация эффективна при обогащении железных руд, когда содержание железа высокое, а примесей относительно немного.

Выбор между прямой и обратной флотацией определяется экономическими соображениями — стремлением минимизировать объем флотируемого материала. При низком содержании ценных компонентов предпочтительна прямая флотация, при высоком — может быть эффективнее обратная.

Селективная и коллективная флотация

Селективная флотация применяется при переработке полиметаллических руд и предполагает последовательное выделение каждого ценного компонента в отдельный концентрат. Например, при обогащении медно-цинковой руды сначала флотируют медные минералы, затем цинковые, получая медный и цинковый концентраты. Это достигается подбором селективных реагентных режимов и применением депрессоров.

Коллективная флотация предполагает выделение всех ценных компонентов в один коллективный концентрат с последующим его разделением на индивидуальные концентраты. Коллективно-селективные схемы сочетают оба подхода и часто оказываются наиболее эффективными для сложных полиметаллических руд со взаимосвязанными минералами.

Применение флотационных машин в промышленности

Флотационное обогащение — один из наиболее распространенных методов переработки минерального сырья в мире. Ежегодно флотацией обогащается более миллиарда тонн руды различных полезных ископаемых. Метод незаменим при переработке бедных руд с тонкой вкрапленностью ценных минералов, когда другие способы обогащения неэффективны.

Современные тенденции развития

Развитие флотационных технологий направлено на повышение эффективности обогащения и снижение затрат. Создаются большеобъемные флотационные машины с камерами более трехсот кубических метров, что позволяет снизить капитальные и эксплуатационные расходы. Внедряется тонкое и ультратонкое измельчение для вовлечения в переработку руд с эмульсионной вкрапленностью ценных компонентов.

Разрабатываются новые селективные реагенты, обеспечивающие эффективное разделение минералов со сходными флотационными свойствами. Автоматизированные системы управления с применением машинного зрения и искусственного интеллекта повышают стабильность процесса и качество концентратов. Флотация остается ключевой технологией обогащения и будет развиваться в направлении повышения производительности и экологической безопасности.

Преимущества и недостатки флотационного метода

Преимущества флотации

• Возможность обогащения тонковкрапленных руд с размером зерен ценных минералов от нескольких микрометров, недоступных для гравитационных методов
• Высокая селективность процесса позволяет разделять минералы с близкими физическими свойствами на основе различий в химии поверхности
• Универсальность — метод применим для обогащения практически любых типов руд от сульфидных до оксидных и силикатных
• Высокое извлечение ценных компонентов — современные схемы обеспечивают извлечение более девяноста процентов металлов в концентрат
• Возможность комплексной переработки — из одной руды можно получить несколько товарных концентратов различных металлов

Недостатки и ограничения

Флотационное обогащение требует тонкого измельчения руды, что связано с высокими энергозатратами. Процесс чувствителен к крупности частиц — оптимальный диапазон составляет от нуля целых нуля четырех до нуля целых один миллиметр (от сорока до ста микрометров). Более мелкие частицы менее пяти микрометров флотируются хуже и могут ухудшать показатели обогащения более крупных классов.

Флотация относится к наиболее дорогим методам обогащения из-за расхода реагентов и электроэнергии. Процесс требует квалифицированного обслуживающего персонала и точного контроля параметров. Хвосты флотации содержат остатки реагентов и требуют специальной обработки перед сбросом. Несмотря на эти недостатки, преимущества метода делают его незаменимым для обогащения большинства типов рудного сырья.