Hvad bruges flotation til? Guide til nøgleapplikationer, proces og udstyr

Flotation er en separationsteknik, der bruger luftbobler til at opsamle værdifulde mineralpartikler fra en vandbaseret pulp. Spørger man, hvad flotation bruges til, er det direkte svar, at flotation bruges til at adskille værdifulde mineraler fra gråbjerg, til at opgradere malme før smeltning og udvaskning og til at genvinde fine partikler, som tyngdekraftsprocesser ikke kan håndtere. Ud over minedrift anvendes samme princip i papirgenanvendelse, plastadskillelse, jordrensning og olieholdigt spildevandsrensning.

Processen er bygget på overfladekemi. Reagenser gør målmineralet hydrofobt, luftbobler binder sig til disse partikler, og et stabilt skum fører dem til overfladen, hvor de fjernes som koncentrat. De følgende afsnit forklarer de vigtigste anvendelser af flotation, trinene inde i en koncentrator, udstyret og de involverede kemikalier og de variabler, der bestemmer genvinding og kvalitet.

Hvad er flotation, og hvordan fungerer det?

Flotation, nogle gange kaldet skumflotation, er en fysisk-kemisk separationsmetode. Det konverterer forskelle i overfladebefugtning til forskellige hastigheder for boblevedhæftning. I en flotationscelle beluftes pulpen, så målmineraloverfladen, som er gjort hydrofob af reagenser, binder sig til luftbobler. Boble-partikelaggregatet stiger til overfladen; skumlaget skrabes ud, fortykkes og filtreres for at opnå det endelige koncentrat.

Tre grundlæggende betingelser skal være opfyldt:

• Det værdifulde mineral skal frigøres fra gangen, som kommer fra korrekt formaling.
• Måloverfladen skal være selektivt hydrofob, hvilket kommer fra kollektorkemien.
• Cellen skal producere små og stabile bobler, som kommer fra pumpehjulet og skummeren.

Disse forhold forklarer også, hvorfor flotation anvendes på så mange materialer: når der kan skabes en selektiv hydrofobicitetsforskel, kan en flotationsproces designes omkring det. For et nærmere kig på kredsløbsdriften, se hovedprincippet for flydeudstyr i beneficiation .

Hovedanvendelser af flotation i industrien

Den mest synlige brug af flotation er i metalminedrift, men teknologien er også indlejret i kemisk behandling, genanvendelse og miljøbehandling. Tabellen nedenfor opsummerer de typiske feeds og mål.

Udvinding af metalmalm

Den største andel af flotationskapaciteten er installeret i uædle metalkoncentratorer. Sulfidmalme reagerer godt på xanthatsamlere, hvorfor kobber-, zink-, bly- og nikkelanlæg næsten altid bruger et flotationskredsløb efter formaling. Flotation genvinder også molybdæn og sølv, når de forekommer med kobbersulfider, og det bruges til at genvinde guld fra pyritiske malme før cyanidudvaskning.

Hydrometallurgi og saltsøbehandling

I hydrometallurgiske anlæg bruges flotation til at genvinde metalværdier fra slagger, stensten og rester. Kobbersmelteslagge formales og flydes for at returnere resterende kobber til smelteren. I saltsøkemi er flotation et standardtrin i kaliproduktion, der hjælper med at fjerne halit og ler fra kaliumchlorid.

Genbrug, sanering og vandbehandling

Det samme overfladekemi-princip løser også miljøproblemer. Flotation afsværter genbrugspapir, adskiller plast med forskellig befugtningsadfærd og fjerner tungmetalholdige partikler fra forurenet jord og opgravet sediment. Ved spildevandsrensning løfter flotation med opløst luft olie, fedt og lette suspenderede stoffer ud af industrielt spildevand. Disse applikationer vokser, efterhånden som presset for at genvinde materialer fra sekundære ressourcer stiger.

Hvordan et flydende kredsløb er organiseret

Et flotationskredsløb er en sekvens af maskiner og procestrin, ikke en enkelt tank. Arrangementet afhænger af malmtypen og den endelige produktspecifikation, men flere stadier er altid til stede.

I en typisk kobberkoncentrator formales malmen til en størrelse, hvor 70 til 80 procent passerer 74 mikron, før den kommer ind i den mere grove bank. I et guldholdigt pyritanlæg kan det samme kredsløb bruges til at fremstille et bulksulfidkoncentrat, som derefter formales for at udsætte guldet for cyanidudvaskning. Procestrinene ligner hinanden, men reagensskemaet og opholdstiderne er ret forskellige.

Flotationsudstyr og maskintyper

Flotationsudstyr spænder fra små laboratorieceller til industritanke med volumener over 300 kubikmeter. Den grundlæggende klassificering er efter lufttilførselsmetode: mekaniske selvluftende maskiner og luftpumpemaskiner.

Selvluftende maskiner

Maskiner som f.eks. flotationsmaskine af typen BF er klassificeret som selvluftende, fordi pumpehjulet trækker luft ind i papirmassen, mens den roterer. Disse celler er almindelige i mellemstore og små planter, især hvor et separat trykluftsystem ikke er tilgængeligt.

Selvluftende BF-flotationsmaskine til små og mellemstore planter En mekanisk omrørercelle, der trækker luft naturligt med et lukket dobbeltkonushjul, ideel til steder uden trykluft. Den kombinerer sug og flotation for at forenkle kredsløbsopsætningen. Se produkt →

Luft-inflation maskiner

Luftinflationsceller såsom XCF- og KYF-typerne bruger en ekstern lufttilførsel, hvilket giver uafhængig kontrol af beluftning og omrøring. XCF- og KYF-typerne er ofte kombineret i én bank: En XCF-celle i spidsen af ​​banken fungerer som en sugetank, mens resten er luft-inflationsceller. Dette fjerner behovet for en gyllepumpe mellem flotationstrinene.

XCF/KYF Air-Inflation Flotation Machine Combination Bruger ekstern lufttilførsel til uafhængig beluftningskontrol og parrer en XCF-sugecelle med KYF-direktestrømsceller for at eliminere gyllepumper mellem trinene. Velegnet til mellemstore og store kredsløb. Se produkt →

Store flotationsmaskiner

Store flotationsceller har ændret økonomien ved lavkvalitets malmforarbejdning. En enkelt stor celle kan erstatte flere mindre, hvilket reducerer energiforbrug, gulvplads og vedligeholdelsesarbejde. Hovedkravet er et stabilt luftspredningssystem og et skumudledningsdesign, der fungerer i dybden.

Løbehjulet, tankdybden, skumkegledesignet og luftreguleringsventilen skal passe til massefylden og partikelstørrelsesfordelingen af ​​foderet.

Flotationsreagenser, der bruges i kommercielle kredsløb

Reagenskemi ændrer mineraloverfladen, så flotationsprocessen kan skelne mellem partikler, der ligner gravitationsseparation. Tabellen nedenfor viser de tre hovedreagenstyper.

Et praktisk reagensskema for en kobber-zinkmalm starter med kalk til at presse pyrit, derefter en kobberopsamler til at flyde chalcopyrit, mens zink holdes tilbage. Efter kobberfjernelse tilsættes kobbersulfat for at aktivere sphalerit, og en opsamler doseres igen for at flyde zink. Den samme cyklus gentages i renere trin ved en lavere massefylde og med en mildere skummer.

Faktorer, der påvirker Flotation Recovery

Mange variabler afgør, om et flotationsanlæg når sit indvindingsmål. Operatører overvåger normalt disse seks.

• Partikelstørrelse: grove partikler er tunge og bryder væk fra bobler; meget fine partikler savner bobleoverfladen. Et mellemstørrelsesområde giver den bedste restitution.
• Massetæthed: for tyk frugtkød reducerer skumkvaliteten; for tynd frugtkød øger vand- og energiforbruget.
• Reagensdosering: underdosering efterlader værdi i tailings; overdosering sænker koncentratkvaliteten.
• Beluftningshastighed: justerer bobleoverfladearealet; for høj lufthastighed kan kollapse skummet.
• pH og papirmassepotentiale: standard sulfidflotation kører i alkalisk pulp for at beskytte opsamlerfilm og undertrykke jernmineraler.
• Opholdstid: hvis frugtkødet forlader cellerne for hurtigt, går langsomt flydende mineraler tabt; hvis det bliver for længe, ​​føres gang i kraftfoderet.

Nedenstående diagram viser et typisk forhold mellem partikelstørrelse og flotationsudvinding for en sulfidmalm.

De nøjagtige værdier er forskellige mellem malme, men formen af kurven er konsistent i uædle metalanlæg. Hvis genvindingsfaldet er på den grove side, øger planten sædvanligvis opsamlerdosering eller skumdybde. Hvis dråben er til den fine side, kan planten have brug for et flokkuleringsmiddel, en stærkere opsamler eller et andet celledesign.

Valg af flydeudstyr til rigtige projekter

At vælge den rigtige flotationsmaskine til et nyt anlæg eller en opgradering er en trinvis proces. Den planlagte fodertonnage definerer det samlede cellevolumen. Malmminerogien definerer reagensskemaet og antallet af rensetrin. Foderpartikelstørrelsen og den nødvendige koncentratkvalitet definerer celletypen og dybden.

Et relevant eksempel er det flotationstekniske reformprojekt ved Yunnan Jinding zinkindustriens 3.000 t/d zinkdrift. I det anlæg kunne de eksisterende celler ikke genvinde nok fin sphalerit, og løsningen var at ændre maskinens konfiguration frem for at genopbygge slibesektionen. Skitsen af dette projekt forklarer, hvordan det nye flotationsarrangement øgede indvindingen, samtidig med at koncentratkvaliteten blev holdt inden for smelteværkskravet. I højtonnage kobber- og smelteanlæg fører den samme slags analyser normalt til store flotationsmaskiner, som reducerer celletal og energiforbrug.

Flotationsmaskiner med stor kapacitet til højtonnageanlæg Konstrueret til at håndtere voluminøse malmtilførsler og øge genvindingen, samtidig med at energi og gulvplads reduceres. Tilbydes i størrelser op til 200m³, disse celler passer til kobber-, fosfat- og ildfaste malmoperationer. Se produkt →

For anlæg, der behandler fosfatsten, kaliumchlorid eller ildfaste malme, gælder den samme udvælgelseslogik, men skumbelastningen og reagensstabiliteten bliver vigtigere. Maskinen skal holde skummet længe nok til, at rensetrinene kan udføre deres arbejde, og celleformen skal klare den højere viskositet af nogle mineralske pulp.

Ofte stillede spørgsmål om flotation

Hvad bruges skumflotation til i minedrift?

Skumflotation bruges til at adskille værdifulde mineraler fra gang efter formaling. Det anvendes hovedsageligt på sulfidmalme af kobber, zink, bly og nikkel, men også på guld, molybdæn, fosfat, fluorit og kaliumchlorid.

Kan flotation bruges til ikke-mineralske materialer?

Ja. Det samme princip bruges til at afsværte genbrugspapir, til at adskille blandet plast og til at fjerne tungmetalholdige partikler fra forurenet jord. Ved vandbehandling bruges flotation med opløst luft til at fjerne olie, fedt og suspenderede stoffer.

Hvad er forskellen mellem flotation og sedimentation?

Sedimentation adskiller partikler ved densitet og lader materialet bundfælde sig under tyngdekraften. Flotation adskilles ved overfladehydrofobicitet og fører partikler opad med luftbobler. Flotation kan derfor adskille partikler, der har næsten samme densitet, men forskellig overfladekemi.

Hvad gør en flotationsmaskine egentlig?

En flotationsmaskine blander pulpen, spreder luft i små bobler og holder skumlaget stabilt nok til opsamling. Løbehjulsmekanismen og tankgeometrien definerer størrelsesområdet af partikler, som maskinen kan håndtere effektivt.

Hvorfor er partikelstørrelse så vigtig i flotation?

Grove partikler er for tunge til bobler, og fine partikler kolliderer ikke med bobler ofte nok. Hver malm har et optimalt størrelsesområde, hvor indvindingen er størst; at bevæge sig uden for dette område sænker genvindingen, selv når reagensopskriften er korrekt.