فلوتاسیون برای چه مواردی استفاده می شود؟ برنامه های کاربردی کلیدی، فرآیند و راهنمای تجهیزات

فلوتاسیون یک تکنیک جداسازی است که از حباب های هوا برای جمع آوری ذرات معدنی با ارزش از خمیرهای مبتنی بر آب استفاده می کند. اگر بپرسید فلوتاسیون برای چه مواردی استفاده می شود، پاسخ مستقیم این است که فلوتاسیون برای جداسازی مواد معدنی با ارزش از سنگ های باطله، ارتقاء سنگ معدن قبل از ذوب و شسته شدن، و بازیابی ذرات ریز که فرآیندهای گرانشی قادر به تحمل آنها نیستند استفاده می شود. فراتر از معدن، از همین اصل در بازیافت کاغذ، جداسازی پلاستیک، اصلاح خاک و تصفیه فاضلاب روغنی استفاده می شود.

این فرآیند بر اساس شیمی سطح ساخته شده است. معرف ها کانی مورد نظر را آبگریز می کنند، حباب های هوا به این ذرات متصل می شوند و کف پایدار آنها را به سطح می برد و به عنوان کنسانتره حذف می شوند. بخش‌های زیر کاربردهای اصلی فلوتاسیون، مراحل داخل یک متمرکزکننده، تجهیزات و مواد شیمیایی درگیر، و متغیرهایی که بازیابی و درجه را تعیین می‌کنند، توضیح می‌دهند.

فلوتاسیون چیست و چگونه کار می کند؟

فلوتاسیون که گاهی شناورسازی کف نیز نامیده می شود، یک روش جداسازی فیزیکی و شیمیایی است. این تفاوت در ترشوندگی سطح را به نرخ های مختلف اتصال حباب تبدیل می کند. در یک سلول فلوتاسیون، پالپ هوادهی می شود تا سطح معدنی مورد نظر که توسط معرف ها آبگریز شده است، به حباب های هوا متصل شود. تجمع ذرات حباب به سطح بالا می رود. لایه کف خراشیده شده، ضخیم شده و فیلتر می شود تا کنسانتره نهایی به دست آید.

سه شرط اساسی باید رعایت شود:

• ماده معدنی با ارزش باید از گانگی که از آسیاب صحیح حاصل می شود، آزاد شود.
• سطح هدف باید به طور انتخابی آبگریز باشد که از شیمی کلکتور می آید.
• سلول باید حباب های کوچک و پایداری تولید کند که از پروانه و کف ساز می آید.

این شرایط همچنین توضیح می‌دهد که چرا فلوتاسیون برای بسیاری از مواد اعمال می‌شود: هر زمان که بتوان اختلاف آبگریزی انتخابی ایجاد کرد، می‌توان یک فرآیند شناورسازی در اطراف آن طراحی کرد. برای نگاهی دقیق تر به عملکرد مدار، نگاه کنید به اصل اصلی تجهیزات فلوتاسیون در بهره برداری .

کاربردهای اصلی فلوتاسیون در صنعت

بیشترین کاربرد فلوتاسیون در استخراج فلزات است، اما این فناوری در پردازش شیمیایی، بازیافت و تصفیه زیست محیطی نیز تعبیه شده است. جدول زیر خوراک ها و اهداف معمولی را خلاصه می کند.

استخراج سنگ معدن فلزی

بیشترین سهم ظرفیت فلوتاسیون در متمرکز کننده های فلزات پایه نصب شده است. سنگ معدن سولفید به خوبی به کلکتورهای زانتات پاسخ می دهد، به همین دلیل است که کارخانه های مس، روی، سرب و نیکل تقریباً همیشه پس از آسیاب از مدار فلوتاسیون استفاده می کنند. فلوتاسیون همچنین مولیبدن و نقره را هنگامی که با سولفیدهای مس رخ می دهد بازیابی می کند و برای بازیابی طلا از سنگ معدن پیریت قبل از شستشوی سیانید استفاده می شود.

هیدرومتالورژی و فرآوری دریاچه نمک

در کارخانه های هیدرومتالورژی، فلوتاسیون برای بازیابی مقادیر فلزات از سرباره ها، مات ها و باقیمانده ها استفاده می شود. به عنوان مثال، سرباره ذوب مس، آسیاب و شناور می شود تا مس باقیمانده را به ذوب بازگرداند. در شیمی دریاچه نمک، شناورسازی یک مرحله استاندارد در تولید پتاس است که به حذف هالیت و خاک رس از کلرید پتاسیم کمک می کند.

بازیافت، اصلاح و تصفیه آب

همین اصل شیمی سطحی مشکلات زیست محیطی را نیز حل می کند. فلوتاسیون کاغذ بازیافتی را حذف می کند، پلاستیک ها را با رفتار مرطوب کننده متفاوت جدا می کند و ذرات حاوی فلزات سنگین را از خاک آلوده و رسوبات لایروبی حذف می کند. در تصفیه فاضلاب، فلوتاسیون هوای محلول، روغن، گریس و مواد جامد معلق سبک را از پساب صنعتی خارج می کند. این کاربردها با افزایش فشار برای بازیابی مواد از منابع ثانویه در حال رشد هستند.

چگونه یک مدار شناور سازماندهی می شود

مدار فلوتاسیون مجموعه ای از ماشین ها و مراحل فرآیند است، نه یک مخزن. آرایش بستگی به نوع سنگ معدن و مشخصات محصول نهایی دارد، اما چندین مرحله همیشه وجود دارد.

در یک تغلیظ معمولی مس، سنگ معدن به اندازه‌ای آسیاب می‌شود که 70 تا 80 درصد آن از 74 میکرون عبور می‌کند تا وارد بانک زبرتر شود. در یک کارخانه پیریت دارای طلا، ممکن است از همان مدار برای تولید کنسانتره سولفیدی استفاده شود که سپس مجدداً آسیاب می شود تا طلا برای شستشوی سیانید در معرض دید قرار گیرد. مراحل فرآیند مشابه به نظر می رسند، اما طرح معرف و زمان اقامت کاملاً متفاوت است.

تجهیزات فلوتاسیون و انواع ماشین آلات

تجهیزات فلوتاسیون از سلول های آزمایشگاهی کوچک تا مخازن صنعتی با حجم بالای 300 متر مکعب را شامل می شود. طبقه‌بندی اولیه با روش تامین هوا است: ماشین‌های خود هوادهی مکانیکی و ماشین‌های باد کردن هوا.

دستگاه های خود هواده

ماشین هایی مانند دستگاه فلوتاسیون نوع BF به عنوان خود هواده طبقه بندی می شوند زیرا پروانه هنگام چرخش هوا را به داخل خمیر می کشد. این سلول ها در گیاهان متوسط ​​و کوچک رایج هستند، به ویژه در جایی که سیستم هوای فشرده جداگانه در دسترس نیست.

دستگاه فلوتاسیون BF خود هواده برای گیاهان کوچک و متوسط یک سلول همزن مکانیکی که هوا را به طور طبیعی با یک پروانه دو مخروطی بسته می کشد، ایده آل برای مکان های بدون هوای فشرده. این مکش و شناور را برای ساده کردن راه اندازی مدار ترکیب می کند. مشاهده محصول →

ماشین های باد کردن هوا

سلول‌های بادکننده هوا مانند انواع XCF و KYF از منبع هوای خارجی استفاده می‌کنند که کنترل مستقل هوادهی و هم زدن را فراهم می‌کند. انواع XCF و KYF اغلب در یک بانک ترکیب می شوند: یک سلول XCF در سر بانک به عنوان یک مخزن مکش عمل می کند، در حالی که مابقی سلول های باد کردن هوا هستند. این کار نیاز به پمپ دوغاب بین مراحل فلوتاسیون را برطرف می کند.

XCF/KYF ترکیب ماشین فلوتاسیون هوا- باد از منبع هوای خارجی برای کنترل هوادهی مستقل استفاده می‌کند و یک سلول مکش XCF را با سلول‌های جریان مستقیم KYF جفت می‌کند تا پمپ‌های دوغاب بین مراحل را حذف کند. مناسب برای مدارهای متوسط ​​و بزرگ مشاهده محصول →

ماشین های فلوتاسیون بزرگ

سلول های فلوتاسیون بزرگ اقتصاد فرآوری سنگ معدنی با عیار پایین را تغییر داده است. یک سلول بزرگ می‌تواند جایگزین چندین سلول کوچک‌تر، کاهش مصرف انرژی، فضای کف و کارهای تعمیر و نگهداری شود. نیاز اصلی یک سیستم پخش هوا پایدار و طراحی تخلیه کف است که در عمق کار می کند.

پروانه، عمق مخزن، طراحی مخروط کف و شیر کنترل هوا باید با چگالی خمیر و توزیع اندازه ذرات خوراک مطابقت داشته باشد.

معرف های فلوتاسیون مورد استفاده در مدارهای تجاری

شیمی معرف سطح کانی را تغییر می دهد به طوری که فرآیند شناورسازی می تواند بین ذراتی که شبیه جداسازی گرانشی به نظر می رسند تمایز قائل شود. جدول زیر سه نوع معرف اصلی را فهرست می کند.

یک طرح معرف عملی برای یک سنگ مس-روی با آهک برای کاهش پیریت شروع می شود، سپس یک کلکتور مس برای شناور کردن کالکوپیریت در حالی که روی عقب نگه داشته می شود. پس از حذف مس، سولفات مس اضافه می شود تا اسفالریت فعال شود و مجدداً یک کلکتور برای شناور کردن روی استفاده می شود. همین چرخه در مراحل تمیزتر با تراکم پالپ کمتر و با کف کننده ملایم تر تکرار می شود.

عواملی که بر بازیابی فلوتاسیون تأثیر می گذارد

متغیرهای زیادی تعیین می کنند که آیا یک کارخانه فلوتاسیون به هدف بازیابی خود می رسد یا خیر. اپراتورها معمولاً این شش مورد را نظارت می کنند.

• اندازه ذرات: ذرات درشت سنگین هستند و از حباب ها جدا می شوند. ذرات بسیار ریز سطح حباب را از دست می دهند. محدوده اندازه متوسط ​​بهترین بازیابی را ارائه می دهد.
• تراکم پالپ: خمیر بیش از حد ضخیم کیفیت کف را کاهش می دهد. خمیر بسیار نازک باعث افزایش مصرف آب و انرژی می شود.
• دوز معرف: ارزش برگهای کم دوز در باطله. دوز بیش از حد باعث کاهش درجه کنسانتره می شود.
• میزان هوادهی: سطح حباب را تنظیم می کند. سرعت بیش از حد هوا می تواند کف را از بین ببرد.
• pH و پتانسیل پالپ: فلوتاسیون استاندارد سولفید در خمیرهای قلیایی اجرا می شود تا از فیلم های جمع کننده محافظت کند و مواد معدنی آهن را کاهش دهد.
• زمان اقامت: اگر پالپ خیلی سریع سلول ها را ترک کند، مواد معدنی شناور آهسته از بین می روند. اگر بیش از حد طولانی بماند، گنگ به کنسانتره منتقل می شود.

نمودار زیر یک رابطه معمولی بین اندازه ذرات و بازیافت فلوتاسیون برای یک سنگ معدن سولفید را نشان می دهد.

مقادیر دقیق بین سنگ معدن ها متفاوت است، اما شکل منحنی در کارخانه های فلزات پایه ثابت است. اگر قطره بازیابی در سمت درشت باشد، گیاه معمولاً دوز کلکتور یا عمق کف را افزایش می دهد. اگر قطره در سمت ریز باشد، گیاه ممکن است به یک لخته ساز، یک جمع کننده قوی تر یا یک طرح سلولی متفاوت نیاز داشته باشد.

انتخاب تجهیزات فلوتاسیون برای پروژه های واقعی

انتخاب دستگاه شناورسازی مناسب برای یک کارخانه جدید یا ارتقاء یک فرآیند گام به گام است. تناژ خوراک برنامه ریزی شده حجم کل سلول را مشخص می کند. کانی شناسی کانه، طرح معرف و تعداد مراحل پاکسازی را تعریف می کند. اندازه ذرات خوراک و درجه کنسانتره مورد نیاز نوع و عمق سلول را مشخص می کند.

یک مثال مرتبط، پروژه اصلاح فنی شناورسازی در عملیات روی 3000 تن در روز در صنعت روی یوننان جیندینگ است. در آن کارخانه، سلول‌های موجود نمی‌توانستند اسفالریت ریز را به اندازه کافی بازیابی کنند و راه‌حل این بود که به جای بازسازی بخش آسیاب، پیکربندی دستگاه را تغییر دهیم. طرح کلی این پروژه توضیح می دهد که چگونه ترتیب شناورسازی جدید باعث افزایش بازیابی در حالی که عیار کنسانتره را در حد نیاز کارخانه ذوب نگه می دارد. در کارخانه‌های مس و ذوب با تناژ بالا، همان نوع آنالیز معمولاً به ماشین‌های فلوتاسیون بزرگ منجر می‌شود که تعداد سلول‌ها و مصرف انرژی را کاهش می‌دهند.

ماشین آلات شناورسازی با ظرفیت بالا برای گیاهان با تناژ بالا مهندسی شده برای رسیدگی به مواد معدنی حجیم و افزایش بازیابی در حین کاهش انرژی و فضای کف. این سلول‌ها که در اندازه‌های حداکثر 200 مترمکعب ارائه می‌شوند، برای عملیات مس، فسفات و سنگ‌های نسوز مناسب هستند. مشاهده محصول →

برای کارخانه‌هایی که سنگ‌های فسفات، پتاس یا سنگ‌های نسوز را پردازش می‌کنند، همان منطق انتخاب اعمال می‌شود، اما بار کف و پایداری معرف اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. دستگاه باید کف را به اندازه کافی نگه دارد تا مراحل تمیز کردن کار خود را انجام دهند و شکل سلولی باید ویسکوزیته بالاتر برخی از خمیرهای معدنی را کنترل کند.

سوالات متداول در مورد فلوتاسیون

فلوتاسیون کف برای چه مواردی در معدن استفاده می شود؟

فلوتاسیون کف برای جداسازی مواد معدنی با ارزش از گنگ پس از آسیاب استفاده می شود. این ماده عمدتاً برای سنگ‌های سولفید مس، روی، سرب و نیکل و همچنین برای طلا، مولیبدن، فسفات، فلوریت و پتاس کاربرد دارد.

آیا می توان از فلوتاسیون برای مواد غیر معدنی استفاده کرد؟

بله. از همین اصل برای جوهر زدایی کاغذ بازیافتی، جداسازی پلاستیک های مخلوط و حذف ذرات حاوی فلزات سنگین از خاک آلوده استفاده می شود. در تصفیه آب از فلوتاسیون هوای محلول برای حذف روغن، گریس و جامدات معلق استفاده می شود.

تفاوت فلوتاسیون و ته نشینی چیست؟

ته نشینی ذرات را بر اساس چگالی جدا می کند و به مواد اجازه می دهد تحت گرانش ته نشین شوند. فلوتاسیون با آبگریزی سطحی جدا می شود و ذرات را با حباب های هوا به سمت بالا می برد. بنابراین شناورسازی می‌تواند ذراتی را که چگالی تقریباً یکسانی دارند اما شیمی سطحی متفاوتی دارند، جدا کند.

یک ماشین شناور واقعاً چه کاری انجام می دهد؟

یک دستگاه فلوتاسیون پالپ را مخلوط می کند، هوا را به حباب های کوچک پراکنده می کند و لایه کف را به اندازه کافی برای جمع آوری پایدار نگه می دارد. مکانیسم پروانه و هندسه مخزن محدوده اندازه ذرات را که دستگاه می تواند به طور موثر اداره کند را تعیین می کند.

چرا اندازه ذرات در شناورسازی بسیار مهم است؟

ذرات درشت برای حباب ها خیلی سنگین هستند و ذرات ریز به اندازه کافی با حباب ها برخورد نمی کنند. هر سنگ معدن دارای یک محدوده اندازه بهینه است که در آن بازیابی بالاترین است. حرکت به خارج از آن محدوده بازیابی را کاهش می دهد حتی زمانی که دستور معرف صحیح باشد.