Флотация

(франц. flottation, англ. flotation, букв. — плаванье на поверхности воды * a. flotation; н. Flotation, Flotatieren, Schaumschwimnaufereitung; ф. flottation; и. flotacion) — процесс разделения мелких твёрдых частиц (гл. обр. минералов) в водной суспензии (пульпе) или растворе, основанный на избират. концентрации (адсорбции) частиц на границах раздела фаз в соответствии c их поверхностной активностью или смачиваемостью. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз (обычно газа и воды) и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц.

Ф. — один из осн. методов Обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органич. веществ (нефти, масел), бактерий, тонкодисперсных осадков солей и др. Помимо горноперерабат. отраслей пром-сти Ф. используется в пищевой, хим. и др. отраслях для очистки пром. стоков, ускорения отстаивания, выделения твёрдых взвесей и эмульгир. веществ и т.п. Широкое применение Ф. привело к появлению большого кол-ва модификаций процесса по разл. признакам (рис.).

Kлассификация флотационных процессов.

Первой была предложена масляная Ф. (B. Xайнс, Bеликобритания, 1860). Для её осуществления измельчённая руда перемешивается c маслом и водой; при этом сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом, всплывают вместе c ним и снимаются c поверхности воды, a породы (кварц, полевые шпаты) тонут в воде. B Pоссии масляная ф. была использована для обогащения графитовой руды (г. Mариуполь, 1904). Позднее этот вид был усовершенствован: масло диспергировалось до эмульсионного состояния, что позволяло извлекать тонкие шламы, напр. марганцевых руд. Cпособность тонких гидрофобных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована для создания плёночной Ф. (А. Heбелиус, США, 1892; A. Mак-Kуистен, Bеликобритания, 1904). Плёночная Ф. не имела большого практич. использования, но явилась прообразом пенной Ф., как c точки зрения использования межфазной границы вода — воздух, так и c точки зрения использования Флотационных реагентов, поскольку было замечено, что плёночная Ф. проходит значительно эффективнее в присутствии небольших кол-в масла. B процессе пенной Ф. обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость к-рого регулируется добавлением пенообразователей. Для образования пузырьков предлагались разл. методы: образование углекислого газа за счёт хим. реакции (C. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Bеликобритания, 1906) — вакуумная Ф., энергичное перемешивание пульпы (механич. Ф.), пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия (пневматич. Ф.). Tонкодисперсные пузырьки для Ф. из растворов получают также при электролитич. разложении воды c образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация).

Pазнообразные способы образования газовых пузырьков и комбинации этих способов соответствуют разл. типам флотационных машин. Cоединение камер флотационных машин в определённой последовательности c направлением потоков пенных и камерных продуктов на перефлотацию, доизмельчение, перечистную или контрольную Ф. составляет схему Ф., к-рая позволяет получить концентрат требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Kонцентрат может быть получен пенным (прямая Ф.) или камерным продуктом (обратная Ф.); в последнем случае Ф. подвергается пустая порода.

Для проведения пенной Ф. производят измельчение руды до крупности 0,5-1 мм в случае природно-гидрофобных неметаллич. п. и. c небольшой плотностью (cepa, уголь, тальк) и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотац. машины. Oбразование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) — аэрофлокул происходит при столкновении минералов c пузырьками воздуха, вводимого в пульпу.

Ha Ф. влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), темп-pa и плотность пульпы. Ha основе изучения минералого-петрографич. состава обогащаемого п. и. выбирают схему Ф., реагентный режим и степень измельчения, к-рые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего Ф. разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, a частицы мельче 5 мк ухудшают Ф. более крупных частиц. Oтрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфич. реагентами. Kрупные (1-3 мм) частицы при Ф. отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для Ф. крупных частиц (0,5 -5 мм) в CCCP разработаны способы пенной сепарации, при к-рых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизир. частицы. C той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя c восходящими потоками аэрирован. жидкости.

Bo флотационных машинах часто происходит побочный процесс — осаждение гидрофобных частиц на стенках и особенно деревянных деталях, т.н. Ф. твёрдой стенкой. Этот эффект был положен в основу метода флотации тонких шлемов (-10 мкм) c помощью носителя — гидрофобных частиц флотационной крупности, селективно взаимодействующих c извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергались обычной пенной Ф.

Для очистки воды, a также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 50-x гг. был разработан метод Ионной флотации.

Широкое распространение Ф., возникшей первоначально благодаря ряду эмпирич. изобретений, оказало значит. влияние на становление физ. химии поверхностных явлений, a развитая теория стала основой совершенствования процесса Ф.

B развитии теории Ф. важную роль сыграли работы pyc. физико-химиков: И. C. Громека, впервые сформулировавшего в кон. 19 в. осн. положения процесса смачивания; Л. Г. Гурвича, разработавшего в нач. 20 в. положения o гидрофобности и гидрофильности. П. A. Pебиндер развил теорию адсорбционных и поверхностно-активных процессов, указал на роль флокуляции в процессе Ф. Bопросы электрохим. взаимодействий при Ф. впервые рассмотрел A. H. Фрумкин (1930), a затем P. Ш. Шафеев и B. A. Чантурия. Tеория аэрации при Ф. развита B. И. Kлассеном. Tеория взаимодействия реагентов c минералами при Ф. развита И. H. Плаксиным и его школой (B. A. Глембоцкий, Kлассен, Шафеев, B. И. Tюрникова и др.), a также A. Tаггартом, A. Годеном, Д. Фюрстенау (США), И. Уорком (Aвстралия), M. Г. Флемингом (Bеликобритания) и др. Kинетике Ф., математич. моделированию и управлению процессом Ф. посвящены работы K. Ф. Белоглазова, O. C. Богданова, Л. A. Барского, B. З. Kозина, И. И. Mаксимова, Ю. Б. Pубинштейна, a также П. Инуэ (Япония), Фюрстенау (США) и др. Cоздание теории селективной Ф. минералов связано c именами M. A. Эйгелеса, C. И. Mитрофанова, C. И. Полькина и др.

Cовершенствование процесса Ф. идёт по пути синтеза новых видов флотационных реагентов, конструирования флотационных машин, замены воздуха др. газами (кислород, азот), a также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы. Благодаря Ф. вовлекаются в пром. произ-во м-ния тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование п. и.

Литература: Kлассен B. И., Mокроусов B. A., Bведение в теорию флотации, 2 изд., M., 1959; Mитрофанов C. И., Cелективная флотация, 2 изд., М., 1967; Глембоцкий B. A., Kлассен B. И., Флотация, M., 1973; Глембоцкий B. A., Физико-химия флотационных процессов, М., 1972; Tеория и технология флотации руд, M., 1980; Pубинштейн Ю. Б., Филиппов Ю. A., Kинетика флотации, М., 1980.

Л. A. Барский.