Раствор Шеатера готовится нагреванием 500 мл воды и 750 г свекольного сахара. Таким образом, получают насыщенный раствор сахара. Приготовленный таким образом раствор можно хранить в холодильнике длительное время. Нужное количество разбавляют водой, хорошо перемешивают и одновременно используют ареометр для достижения необходимой удельной плотности, то есть 1,15 г/см 3 . К приготовленному подобным образом раствору добавляют 0,7 мл фенола на 100 мл раствора для предотвращения роста плесени. Раствор переливают в бутылку и хранят при комнатной температуре или в холодильнике.

Ещё один часто используемый флотационный раствор – раствор Бреза , удельная плотность которого 1,25 – 1,30 г/см 3 . Его использование может способствовать деформации тонких оболочек, особенно у простейших. Поэтому приготовленные образцы исследуют, как можно, быстрее, потому что со временем деформация оболочек увеличивается и делает невозможной правильную постановку диагноза.

Для приготовления раствора Бреза готовят насыщенный раствор сульфата магния, который получают растворением 1 кг MgSO 4 в 1 литре горячей воды и небольшой избыток оставляют выкристаллизовываться на ночь. Насыщенный раствор тиосульфата натрия (Na 2 S 2 O 3) получают при разведении 2 кг соли в 1 литре горячей воды. Для приготовления собственно флотационного раствора смешивают 3 части насыщенного раствора сульфата магния с тремя частями раствора тиосульфата натрия и 1 частью воды. Можно также использовать другой метод: в 1 литре воды растворяют 725 г MgSO 4 , а в 1 литре воды – 1425 г Na 2 S 2 O 3 . Растворы нагревают до кипения и оставляют охладиться. На следующий день растворы фильтруют. После смешивания растворов в соотношении 1:1 разбавляют водой для получения необходимой удельной плотности 1,25 – 1,30 г/см 3 .

Для исследования кала флотационным методом отбирают образец размером с грецкий орех, заливают водой в ступке и растирают до кашицеобразной консистенции. Процеживают через марлю в химический стакан, стараясь максимально отфильтровать примеси. Наливают в центрифужные пробирки, и центрифугируют 2 – 3 минуты при 1500 – 2000 об/мин. Потом сливают надосадочную жидкость и к осадку добавляют выбранный флотационный раствор. Содержимое пробирки тщательно перемешивают и встряхивают. Центрифугируют ещё раз 2 – 3 минуты при 1500 – 2000 об/мин. Пробирку ставят в штатив на 10 – 15 минут, после чего поверхностный слой аккуратно переносят петлёй на предметное стекло и микроскопируют. При исследовании образец не должен засыхать.

При флотации руд цветных и редких металлов применяются разнообразные технологические схемы, выбор которых зависит прежде всего от характеристики обогащаемой руды. Очень редко в практике флотации удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты за одну операцию. Это достигается лишь при оптимальном сочетании нескольких операций, которые по своему назначению подразделяются на основную, контрольную и перечистные операции.

Основная флотация - первая в технологической схеме операция флотации, в результате которой получается черновой концентрат и хвосты. В одной технологической схеме флотации может быть несколько операций основной флотации, например, при обогащении полиметаллических руд, основная коллективная флотация, основная медная флотация, основная цинковая флотация и т.д.

Контрольная флотация – операция перефлотации хвостов основной флотации с целью доизвлечения полезных минералов из них.

Перечистная флотация – операция повторной флотации черновых концентратов или концентратов, получаемых в контрольной флотации для повышения качества их.

В технологических схемах флотации может быть несколько контрольных операций, проводимых с целью получения отвальных хвостов и высокого извлечения ценных минералов, и несколько перечистных операций для получения готовых концентратов.

Схемы флотации различаются между собой числом стадий обогащения, числом циклов обогащения и назначением отдельных стадий и циклов, которые и опредедяют принципиальную схему флотации. По числу стадий схемы флотации подразделяются на одно-, двух- и многостадиальные. В свою очередь стадия флотации может включать несколько циклов, в каждом из которых выделяется один или несколько продуктов обогащения.

Монометаллические руды , из которых выделяется лишь одлин полезный минерал, могут обогащаться по одно- и многостадиальным схемам. Причем количество стадий флотации зависит от крупности вкрапленности полезного материала, а также способности его и минералов вмещающих пород к ошламованию.

При крупной вкрапленности полезного минерала, который при измельчении не склонен к ошламованию, можно выделить кондиционный концентрат и отвальный хвосты по простой одностадиальной схеме (рис.171),

Рис.171. Одностадиальная схема флотации

что в практике флотации встречается крайне редко,т.к. для этого необходимо, чтобы в руде содержание ценного минерала было высоким и он бы обладал хорошими флотационными свойствами, а требования к его извлечению были бы невысокими.

Наличие шламующихся полезных минералов, например, галенита, имеющих неравномерную вкрапленность, требует применение двухстадиальных схем флотации (рис.172),

Рис. 172. Схемы двухстадиальной флотации

в которой после грубого измельчения выделяется концентрат в первой стадии. Хвосты первой стадии доизмельчаются и направляются на вторую стадию флотации, где также выделяется концентрат. Это предохраняет основную массу минерала от ошламования.

Встречаются руды с очень сложной и неравномерной вкрапленностью, когда полезные минералы находятся в тонких сростках с другими минералами, которые также имеют различную крупность. Обогащение таких руд проводят по сложным трехстадиальным схемам с доизмельчением хвостов первой и второй стадии флотации

Если полезный минерал находится в виде тонких сростков с другими минералами и образует с ними агрегаты, то из такой руды после грубого измельчения выделяется основная масса отвальных хвостов и бедный концентрат, который после доизмельчения идет на перечистную операцию (рис. 173). При этом хвосты перечистной операции (промпродукт) содержат значительные количества полезного минерала и направляются в основную операцию без доизмельчения.

При неравномерной вкрапленности полезных минералов сравнительно грубое измельчение позволяет в основной флотации сразу выделить крупные минералы в концентрат. Богатые хвосты направляются на контрольную флотацию, где выделяется промпродукт, который после доизмельчения направляется в основную флотацию или в самостоятельный цикл флотации промпродукта.

При флотации полиметаллических руд в зависимости от последовательности выделения полезных минералов в самостоятельные концентраты различают коллективную, селективную и коллективно-селективную схемы флотации.

Если в процессе флотации извлекаются все минералы, обладающие одинаковой флотируемостью, то такая флотация называется коллективной .. При селективной флотации полезные минералы извлекаются последовательно, причем каждый последующий концентрат извлекается из хвостов предыдущей флотации (рис.174 а)

Рис. 174. Схема селективной (а) и коллективно-селективной (б) флотации

Поколлективно – селективной схеме все полезные минералы после грубого измельчения сначала флотируются в коллективный концентрат с удалением в хвосты основной массы минералов вмещающих пород. Полезные минералы в коллективном концентрате обычно находятся в сростках между собой, поэтому после доизмельчения концентрата из него последовательно извлекаются ценные минералы в самостоятельные концентраты (рис.174 б).

Коллективно-селективная схема флотации имеет ряд преимуществ перед схемой селективной флотации. Обычно по этой схеме исходная руда подвергается грубому измельчению до крупности 45…55% класса минус 0,075 мм. Более тонко измельчается лишь коллективный концентрат, выход которого может составить от 5 до 10% от исходной руды. По схеме селективной флотации для разделения тонковкрапленных минералов тонкому измельчению (до 70…90% класса минус 0,074 мм) подвергается вся масса исходной руды, что значительно увеличивает затраты на измельчение. С применением коллективно-селективной флотации уменьшаются расходы на измельчение, расходы на реагенты, уменьшается количество флотационных машин, затраты на флотацию. Однако по этой схеме возникают определенные трудности при разделении коллективного концентрата, например, введение операции десорбции собирателя, что значительно усложняет технологическую схему, реагентный режим.

При флотации очень редко удается за одну операцию получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты. Поэтому схемы усложняются введением контрольных операций хвостов и перечистных операций концентратов. При этом образуются промежуточные продукты, которые не являются конечными и подвергаются дополнительной обработке для извлечения из них полезных минералов.

Промежуточные продукты при флотации это концентраты контрольных и хвосты перечистных операций. Они могут обрабатываться по различным схемам. Наиболее распространенной схемой является возарат продуктов в предыдущую операцию. Например, концентрат контрольной флотации и хвосты первой перечистной возвращаются в основную флотацию, а а хаосты второй перечистной в голову первой перечистой. Часто промпродукты перед возвращением их в основной рудный поток подвергаются доизмельчению, что позволяет доизмельчать сростки минералов и обновлять поверхность минеральных зерен.

Иногда промпродукты по наличию сростков и труднофлотируемых разновидностей минералов, содержанию полезных минералов отличаются от исходной пульпы, поэтому возвращение их в рудный поток может нарушить флотационный процесс. Такие промпродукты обрабатываются в отдельном цикле с доизмельчением и выделением отвальных хвостов. Получаемые концентраты в этом цикле направляются в основной рудный цикл, обычно в перечистную флотацию.

Большое значение в технологии флотационного обогащения имеет не только тип применяемых флотационных машин, но и их распределение по операциям флотации.

Всасывающие блоки механических флотационных машин могут осуществлять всасывание пульпы на расстоянии 4…6 флотационных камер, поэтому компоновка механических машин осуществляется при установке небольшого количества насосов, а в случае простой технологической схемы (рис. 175).

Рис. 175. Схема распределения потоков в механической флотационной машине

Однако ни всегда удается рационально разместить операции флотации по машинам. Схемы значительно усложняются применением операций доизмельчения пропродуктов и концентратов, введением перечистных операций концентратов контрольных флотаций, операций перемешивания пульпы с реагентами, подогрева пульпы и т.п. Поэтому для перекачки продуктов и подачи их в операции флотации устанавливаются песковые насосы и большое количество трубопроводов.

Камеры пневмомеханических флотомашин не могут работать как всасывающие, поэтому подача пульпы в операции флотации осуществляется при помощи насосов. Основной поток рудной пульпы направляется обычно самотеком при организации каскадного расположения камер. На рис.176 показано флотационное отделение с установкой большеобъемных флотационных пневмомеханических машин чанового типа.

Рис.176. Флотационное оборудование обогатительной фабрики, оборудованное чановыми флотационными машинами большого объема

. (для производства цемента), магнезит, песок (для производства стекла), плавиковый и и т. д.

Посредством флотации можно разделять также водорастворимые соли, взвешенные в их насыщенных растворах [например, отделять сильвин (KCl) от галита (NaCl)]. Благодаря флотации в промышленное производство вовлекаются местрождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Флотацию применяют также для очистки от органических веществ (нефти, масел и др.), тонкодисперсных осадков солей и шламов, для выделения и разделения бактерий и т. д.

Помимо горноперерабатывающих отраслей промышленности флотацию используют в химической, пищевой и других отраслях для ускорения отстаивания, выделения твердых взвесей и эмульгирования органических веществ; для разделения синтетических органических и выделения из пульп ионитов, нагруженных различными адсорбатами; при переработке бумажных отходов для отделения чистых целлюлозных волокон от испачканных; для очистки от примесей; для извлечения из воды, охлаждающей коксовый газ; очистки промышленных стоков и др.

Разновидности процесса Широкое применение флотации привело к появлению большого числа разновидностей процесса.

Вакуумная флотация. По этому способу, предложенному Ф. Элмором (Великобритания, 1906), жидкость, содержащая твердые частицы, насыщается газом, который при понижении выделяется из нее в виде мелких пузырьков на поверхности гидрофобных частиц.

Флотогравитация - комбинированный процесс обогащения полезных ископаемых, совмещающий флотацию и разделение мелких твердых частиц под действием силы тяжести или в поле центробежных сил. Процесс проводят в специальных аппаратах (концентрационные столы, винтовые сепараторы, ленточные шлюзы, концентраторы, осадочные машины). В них благодаря обработке пульпы флотореагентами и введению в нее пузырьков образуются так называемые аэрофлокулы определенных минералов, имеющие меньшую плотность, чем частицы, не взаимодействующие с воздушными пузырьками. Создаваемое при этом различие в плотности способствует более эффективному разделению частиц минералов, в том числе меньшей крупности, чем при обычном гравитационном обогащении. В промышленности флотогравитацию используют для выделения сульфидных из вольфрамовых и оловянных концентратов, а также для отделения циркона от пирохлора, шеелита от касситерита и др.

Ионная разработана в 50-х гг. 20 в. (ф. Себба, ЮАР) для очистки воды, а также извлечения полезных компонентов из разбавленных растворов. Отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотореагентами-собирателями, обычно катионного типа, и извлекаются пузырьками газа в либо пленку на поверхности раствора. Способ перспективен для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод и морской воды.

Электрофлотация. Для ее проведения используют поверхность пузырьков водорода и кислорода, выделяющихся при электролитическом разложении воды.

Предложен также способ флотации, согласно которому в пульпу вводят пузырьки CO 2 , образующегося в результате химической реакции.

Другие способы флотации. Среди всех способов первой была предложена (1860) масляная флотация (В. Хайнс, Великобритания). Для ее осуществления измельченную руду перемешивают с минеральным маслом и водой; при этом сульфидные минералы селективно смачиваются маслом, всплывают вместе с ним и удаляются с поверхности воды, а пустые породы (кварц, полевой шпат и др.) осаждаются. В России масляная флотация была применена для обогащения (Мариуполь, 1904). В дальнейшем этот способ усовершенствовали: масло диспергировали до эмульсионного состояния, что позволило извлекать тонкие шламы, например марганцевых руд.

Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные частицы в ней тонут, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и А. Мак-Куистеном (Великобритания, 1904) для разработки пленочной флотации. В этом процессе из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

В настоящее время масляная, пленочная и некоторые другие способы флотации практически не применяются.

Флотационные реагенты

Флотореагенты - химические вещества (чаще всего применяют ПАВ), которые добавляют при флотации в пульпу для создания условий селективного (избирательного) разделения минералов. Флотореагенты позволяют регулировать взаимодействия минеральных частиц и газовых пузырьков, химических реакции и физико-химических процессов в жидкой фазе, на границах раздела фаз и в пенном слое путем гидрофобизации поверхности одних и поверхности других твердых частиц. По назначению различают три группы флотореагентов: собиратели, пенообразователи и модификаторы. По химическому составу флотореагенты бывают органическими (преимущественно собиратели и пенообразователи) и неорганическими (в основном модификаторы); те и другие могут быть неионогенными, мало или практически нерастворимыми в воде, и ионогенными, хорошо растворимыми в ней веществами.

Собиратели (коллекторы). Роль этих реагентов заключается в селективной гидрофобизации (понижении смачиваемости) поверхности некоторых минеральных частиц и возникновении тем самым условий для прилипания к ним газовых пузырьков. Гидрофобизация достигается вытеснением гидратной пленки с поверхности частиц. Закрепление на ней может быть обусловлено ван-дер-ваальсовыми силами (физическая адсорбция) либо образованием химической связи (хемосорбция). По структурным признакам собиратели подразделяют на анионные, катионные, амфотерные и неионогенные. Молекулы анионных и катионных реагентов содержат неполярные (углеводородные) и полярные (амино-, карбокси- или др.) группы. Последние обращены к минералу, сорбируются на поверхности частиц и гидрофобизируют ее, а неполярные группы обращены в воду, отталкивают ее и предотвращают гидратацию поверхности частиц.

К анионным собирателям относятся соединения, которые содержат сульфгидрильную (меркапто-) или гидроксильную группы, а также их производные - так называемые сульфгидрильные и оксгидрильные реагенты. Сульфгидрильные реагенты предназначены для флотации сульфидных руд Cu, Pb, Zn, Ag, Au, Co, Ni, Fe и включают ксантогенаты (изопропил-, пентил- и этилпроизводные), дитиофосфаты (дикрезил- и диэтилпроиз-водные), меркаптаны и их производные (диалкилтионокарбаматы). Оксгидрильные реагенты применяют для флотации карбонатов, оксидов, сульфатов, фосфатов, фторидов и некоторых других минералов; к этим реагентам относятся алифатические (карбоновые) кислоты, моноалкилсульфаты, сульфосукцинаты, алкан- и алкиларилсульфонаты, алкилгидроксамовые и алкил-арилфосфоновые кислоты и их соли, алкилариловые эфиры фосфорных кислот и их соли, сульфированные алкилмоноглице-риды.

Катионные собиратели, среди которых наиболее распространены алифатические первичные амины, а также вторичные амины (в керосине), четвертичных аммониевых оснований и аминоэфиры с короткой разветвленной цепью, используют для флотации калийных солей (главным образом KCl при отделении его от NaCl), кварца, силикатов, сульфидов и т. д.

Амфотерные собиратели имеют в своем составе амино- и карбоксильную группы, благодаря чему сохраняют активность как в кислой, так и в щелочной средах. Данные коллекторы особенно эффективны для флотации класса оксидов в воде повышенной жесткости.

Неионогенные собиратели представлены неполярными соединениями - углеводородными жидкостями преимущественно нефтяного происхождения (газойли, дизельные масла, керосин и т. д.), а также жирами и др. В виде водных они служат для флотации алмазов, калийных солей, молибденита, самородной серы, талька, углей, фосфатов и др. с неполярной поверхностью. Совместное применение полярных коллекторов с неполярными, а также диспергирование, например с помощью ультразвука, последних (что усиливает адгезионное закрепление их на поверхности за счет физической адсорбции) существенно улучшает флотацию крупных частиц; при этом наряду с адгезией флотация сопровождается также и химическими реакциями.

Пенообразователи (вспениватели), адсорбируясь на поверхности раздела - жидкость, понижают поверхностное натяжение, способствуют образованию устойчивой гидратной оболочки пузырьков воздуха, уменьшают их крупность и препятствуют коалесценции, умеренно стабилизируют минерализованную пену. В качестве вспенивателей используют одноатомные алифатические спирты (например, метилизобутилкарбинол), гомологи фенола (крезолы и ксиленолы), технические продукты (пихтовое и сосновое масла), содержащие терпеновые спирты, монометиловые и монобутиловые эфиры полипропилен-гликолей, полиалкоксиалканы (например,1,1,1,3-тетраэтоксибутан) и др. Пенообразующими свойствами обладают некоторые собиратели (амины, карбоновые кислоты).

Модификаторы (регуляторы) позволяют сделать возможной, усилить, ослабить или исключить адсорбцию собирателей на минералах. Благодаря регуляторам уменьшается расход собирателей, достигаются разделение с близкой плотностью, обогащение руд сложного состава с получением нескольких концентратов. Модификаторы, улучшающие закрепление собирателей на поверхности определенных и ускоряющие флотацию, назsdf.n активаторами; регуляторы, затрудняющие закрепление коллекторов,- подавителями, или депрессорами.

Для класса оксидов потенциалопределяющими являются H + и ОН - ; их концентрации изменяются путем подачи кислот, щелочей и соды. Для сульфидов потенциалопределяющими служат катионы металлов и анионы HS - и S 2- . Поэтому распространенным активатором при флотации сульфидов сульфгидрильными собирателями является, например, Na 2 S. Жидкое стекло применяют как депрессор флотациясиликатных материалов; известь и цианиды подавляют флотацию пирита, сульфидов Cu и Zn и т. д. Для снижения отрицательного воздействия на флотации частиц микронных размеров (тонких шламов) используют разобщающие их реагенты-пептизаторы (диспергаторы); к ним относятся неорганические (например, жидкое стекло) и органические (декстрин, карбоксиметилцеллюлоза, крахмал, лигносульфонаты и др.) соединения. Кроме упомянутых имеются также регуляторы рН среды.

В большинстве случаев флотореагенты обладают комплексным действием (которое зависит от природного состава поверхности минералов, рН среды, температуры пульпы и т.д.) и приведенная их классификация весьма условна.

Избирательность флотации регулируют наряду с иными факторами подбором реагентов, ассортимент которых достигает нескольких сотен, и их расходом. При увеличении поверхности флотируемых расход собирателей и активаторов возрастает. Расход пенообразователей немного увеличивается при повышенном содержании обрабатываемого минерала и грубом помоле руды. Расход депрессоров возрастает при повышенной флотируемости подавляемых минералов, высоких концентрациях собирателей в пульпе (например,при разделении коллективных концентратов), а также при использовании малоизбирательных коллекторов, содержащих в молекулах длинноцепочечные углеводородные радикалы (например, высшие жирные кислоты и мыла).

Флотируемые компоненты извлекаются не полностью при недостатке вспенивателей, а при их избытке ухудшается селективность флотации. Средние расходы флотореагентов невелики и обычно составляют от нескольких г до нескольких кг на 1 т руды.

Флотационные процессы и оборудование Обогащение руд методом флотации производят на флотационных фабриках, основное оборудование которых включает флотационные машины, контактные чаны и реагентные питатели.

Флотационные машины предназначены для проведения собственно флотации. В них осуществляют перемешивание твердых частиц (суспендирование пульпы) и поддержание их во взвешенном состоянии; аэрацию пульпы и диспергирование в ней воздуха; селективную минерализацию пузырьков путем контакта с обработанными флотореагентами частицами; создание зоны пенного слоя; разделение пульпы и минерализов. пены; удаление и транспортировку продуктов обогащения. Впервые патент на флотационную машину выдан в 1860; первые промышленные образцы машин разработаны в 1910-14 (T. Гувер и Д. Кэллоу, США).

Широкое использование флотации для привело к созданию разных конструкций машин. Каждая машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приемными и разгрузочными устройствами для пульпы; каждая камера снабжена аэрирующим и пено-съемным устройствами. Различают одно- и многокамерные флотационные машины. К однокамерным относятся флотационные колонны, в которых высота камер превышает их ширину более чем в 3 раза; эти аппараты применяют при флотационном обогащении мономинеральных руд и флотационном отделении шламов.

Многокамерные машины позволяют реализовать сложные схемы обогащения полиминеральных руд с получением нескольких концентратов.

По способам аэрации пульпы выделяют механические, пневмомеханические, пневмогидравлические и пневматические машины. В механических машинах взвешивание частиц (перемешивание пульпы), засасывание и диспергирование осуществляется аэратором, или импеллером. В отличие от этих устройств в пневмомеханические машины (схему камеры см. на рис.) воздух подается в зону импеллера принудительно с помощью воздуходувки. В пневмогидравлических машинах воздух диспергируется в аэраторах спец. конструкций (например, в эжекторах) при взаимодействии струй жидкости и воздуха. В пневматических машинах воздух диспергируется при продавливании через пористые перегородки.

Работа механических и пневмомеханических машин в значительной степени определяется конструкцией импеллера, вариантом подвода к нему воздуха, особенностями перекачивания импеллером пульпы и ее циркуляции в камере. От способа перекачивания пульпы импеллером зависят особенности аэрации пульпы и гидродинамический режим в камере. Последний определяется также размерами зоны интенсивной циркуляции пульпы. По этому признаку различают машины с придонной циркуляцией и циркуляцией во всем объеме камеры.

Характер движения потоков пульповоздушной смеси в камере зависит от конструкций статора машины (имеет вид цилиндров или пластин), устройства для удаления минерализованной пены с поверхности пульпы (обычно применяют лопастной пеносъемник), успокоителей (предотвращают разрушение пенного слоя), межкамерных перегородок, наличия отбойников и формы камеры (имеет, как правило, скошенные снизу боковые стенки, благодаря чему исключается накапливание в углах твердых частиц и облегчается их перемещение у дна от стенок к импеллеру).

Оптимальная степень разделения при изменении характеристики сырья достигается путем изменения количества подаваемого в камеру воздуха, толщины пенного слоя и уровня пульпы, а также производительности импеллера. Средние показатели современных механических и пневмомеханических машин: производительность по потоку пульпы 0,2-130 м 3 /мин; объем камер от 12-40 м 3 (в России) до 30-100 м 3 (за рубежом). Применение большеобъемных камер позволяет на 20-30% сократить капитальные затраты, металлоемкость машин, а также их энергоемкость (достигает 1,5-3,0 кВт/м 3).

По сравнению с механическими и пневмомеханическими машинами пневмогидравлические флотационные машины отличаются большей скоростью, небольшими капитальными затратами, высокой производительностью, низкими металло- и энергоемкостью и т. д. Однако из-за отсутствия надежного в работе и долговечного аэрирующего устройства эти флотационные машины еще недостаточно широко применяют в практике обогащения полезных ископаемых.

Известны также мало распространенные пока машины: вакуумные и компрессионные (аэрация достигается выделением из пульпы растворенных газов); центробежные и со струйным аэрированием; электрофлотационные (аэрация пульпы пузырьками, выделяющимися при электролизе).

Другая аппаратура. Для обработки пульпы флотореагентами предназначены контактные чаны (кондиционеры), в которые сначала подаются, как правило, модификаторы, затем собиратели и далее пенообразователи. Время контактирования пульпы с реагентами составляет от нескольких секунд до десятков мин. Реагентный режим флотации определяется ассортиментом флотореагентов и порядком их ввода во флотац. процесс. Подача ингредиентов в систему в заданных количествах обеспечивается реагентными питателями, или дозаторами реагентов.

Основные процессы и вспомогательные операции

Работа предприятий. Флотационные процессы подразделяют на прямые и обратные. При прямой флотации в пенный продукт, называемый концентратом, извлекают полезный минерал, в камерный продукт, называемый отходами или хвостам и, - частицы пустой породы. Последние извлекают в пенный продукт при обратной флотации

Различают также основную, перечистную и контрольную флотационные операции. Основная флотация дает так называемый черновой концентрат, из которого в результате перечистной флотации получают готовый концентрат. Камерный продукт основной флотации (несфлотированные частицы) подвергают одной или нескольким операциям контрольной флотации с получением отвального продукта (отходов).

Камеры флотационных машин соединяют в такой последовательности, которая позволяет осуществлять упомянутые операции, циркуляцию промежуточных продуктов и получать концентраты требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Показатели флотации особенно для сульфидных руд цветных металлов достигают высокого уровня. Так, из медной руды, содержащей 1,5-1,7% Cu, получают медный концентрат (35% Cu) с извлечением 93% Cu. Из медно-молибденовой руды, содержащей около 0,7% Cu и 0,05-0,06 Mo, производят медный концентрат (25% Cu) с извлечением 80% Cu и молибденовый концентрат (свыше 50% Mo) с извлечением свыше 70% Mo. Из свинцово-цинковой руды, содержащей около 1% Pb и 3% Zn, получают свинцовый концентрат с содержанием свыше 70% Pb (извлечение свыше 90%) и цинковый концентрат с содержанием 59% Zn (извлечение свыше 90%) и т. д.

Важное значение для достаточного полного разделения наряду с ионным составом жидкой фазы пульпы, составом растворенных в ней газов (особенно сильно влияние воздуха), ее температурой и плотностью, схемой и реагентным режимом флотации имеет степень измельчения сырья. Лучше всего обогащаются частицы крупностью 0,15-0,04 мм. Для разделения частиц мельче 40 мкм наиболее пригодны флотационные колонны, в которых исходная пульпа после смешения с флотореагентами поступает в среднюю или верхнюю часть (ниже уровня пенного слоя), где встречается с восходящим потоком пузырьков воздуха, вводимого в нижнюю часть.

Благодаря противотоку пульпы и воздуха, а также большей, чем в других флотационных машинах, вторичной минерализации пенного слоя достигается высокая селективность процесса. Для флотации частиц крупнее 0,15 мм в России разработаны машины пенной сепарации, в которых пульпу подают на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы, а также машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.

Во флотационных машинах весьма часто наблюдается побочный процесс, заключающийся в осаждении на стенках камеры гидрофобных частиц. На этом процессе, названном флотация твердой стенкой, основано разделение тонких шламов (10 мкм и менее) с применением носителя - гидрофобных частиц флотационные крупности, избирательно взаимодействующих с извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергают обычной пенной флотации

В технологии флотации большое внимание уделяется качеству воды, которое характеризуется пределами содержания взвешенных частиц, катионов и анионов, рН, жесткостью и т. д. Для достижения требуемого качества воду подвергают спец. подготовке, включающей удаление с помощью коагулянтов и флокулянтов взвешенных частиц, электрохим. обработку, корректировку ионного состава подачей извести, кислот, щелочей и др. (см. также Водоподготовка).

Совершенство флотации, кроме качества получаемых концентратов, уровня извлечения полезных компонентов, расходов флотореагентов и т. п., определяется также степенью использования оборотной воды. Например, на флотационных фабриках США, обогащающих фосфатные руды, при расходе 11,2-84,2 м 3 на 1 т доля водооборота составляет 66-95%; на фосфатных фабриках бывшего СССР расходуется 13,8-35,7 м 3 на 1 т при водообороте 80-100%.

Целевые продукты флотации направляют для обезвоживания в непрерывно действующие отстойники-сгустители, гидросепараторы и гидроциклоны (40-60% влаги в сгущенном продукте), фильтры (10-15%) и сушилки (1-3% влаги). Для ускорения сгущения и пульпы обрабатывают реагентами-флокулянтами (полиакриламид, полисахариды и др.) и магн. методами.

Флотация на обогатительных фабриках осуществляется как механизированный, автоматизированный непрерывный процесс - от поступления до выпуска концентратов и хвостов. Регулирование крупности частиц при измельчении, подачи флотореагентов по их остаточной концентрации в пульпе, непрерывный анализ ее плотности, температуры и рН лежат в основе автоматизированного управления работой флотационных фабрик. Важное место на них занимают внутренний транспорт сырья и готовой продукции, водо- и энергоснабжение, охрана труда и окружающей среды и др. Мощность наиболее крупных современных фабрик по горной массе достигает 50-55 тыс. т в сутки Одна из первых в мире флотационных фабрик была пущена в России (1904).

Основные направления совершенствования процесса

1. Разработка бессточных систем, основанных на использовании селективных флотореагентов, обеспечивающих разделение в воде с повышенной жесткостью.

2. Более широкое применение методов электрохимической активации флотации путем направленного изменения флотационных свойств минералов, регулирования окислительно-восстановительного потенциала и ионного состава жидкой фазы пульпы.

3. Использование флотационно-химических технологий переработки бедных и труднообогатимых руд с целью комплексного применения сырья и охраны окружающей среды.

4. Дальнейшее совершенствование конструкций флотационных машин с камерами большой емкости, обеспечивающих снижение капитальных и энергетических затрат, путем улучшения аэрационных характеристик машин, использования износостойких материалов, автоматизирование основных узлов.

Кроме того, совершенствование флотации идет по пути синтеза новых флотореагентов, замены дрeгими газами (азот, кислород), а также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы.

– это процесс молекулярного “прилипания” частиц к поверхности раздела фаз, чаще всего газа и воды, обусловленной избытком свободной поверхностной энергии поверхностных пограничных слоев, а также явлениями смачивания. Применяется флотация для очистки воды от взвешенных твердых частиц, нефтепродуктов, масел, жиров, поверхностно-активных веществ.

Процесс флотации

Метод флотации (очистки) заключается в насыщении воды пузырьками газа (воздуха) и образовании комплексов частица – пузырек газа, всплывание этих комплексов на поверхность обрабатываемой воды и удалении возникающего пенного слоя с этой поверхности. Образование комплекса частица-пузырек, являющегося основой флотационного процесса, обусловлено явлениями смачивания.

Если капля воды, нанесенная на поверхность, растекается по этой поверхности, то говорят, что поверхность смачивается. Если эта капля не растекается, а сохраняет приблизительно шарообразную форму, то поверхность считается несмачиваемой. Примером смачиваемой поверхности является поверхность чистого стекла, несмачиваемой – поверхность воска или парафина. Степень смачиваемости поверхности может быть оценена краевым углом смачивания? (рис.1.)

Рис. 1. Краевой угол смачивания

Если краевой угол смачивания равен нулю, то поверхность считается абсолютно смачиваемой, если 180°С, то абсолютно несмачиваемой. Абсолютно смачиваемых и абсолютно несмачиваемых поверхностей в природе не существует. Поэтому условно принимают, что при? <90°C, поверхность смачиваема; при?>90°C – несмачиваема.

Причины смачиваемости и несмачиваемости поверхности кроются в полярном строении молекул. Известно, что молекулы воды имеют полярное строение, т.е. обладают определенным дипольным моментом. Кроме того, полярными являются молекулы многих веществ: кислот, оснований, солей и т.д.

Если частицу вещества, молекулы которого имеют полярное строение, поместить в воду, то в виду взаимодействия полярных молекул, эта частица будет окружена так называемым гидратным слоем, состоящим из строгосориентированных в пространстве молекул воды (рис.2.). Такая частица называется гидрофильной.

Рис.2. Строение гидратного слоя

Более строгая ориентация молекул воды наблюдается у поверхности раздела фаз. С расстоянием в связи с тепловым движением молекул эта ориентация постоянно нарушается. Подвижность молекул воды в гидратном слое сильно ограничена, поэтому она обладает рядом свойств, отличных от свойств воды, находящейся в объеме. К ним можно отнести повышенную прочность, более низкую температуру замерзания, такая вода плохо растворяет газы и другие вещества. Эти свойства проявляются тем больше, чем больше полярность молекул частицы.

Если частица состоит из молекул с неполярным строением, то гидратные слои не образуются, частица называется гидрофобной.

Наиболее важным свойством гидратных слоев для флотация является их прочность. Наряду с полярностью молекул на прочность гидратных слоев оказывает влияние наличие на поверхности частиц неровностей (выступов, впадин), а также адсорбция некоторых веществ (ПАВ), слабо взаимодействующих с молекулами воды. Из-за того, что неровности являются значительным препятствием для взаимодействия молекул воды в поверхностном слое, на частицах веществ даже с высокой полярностью молекул, но имеющих развитую поверхность, могут образовываться достаточно слабые гидратные слои.

Флотация, метод флотации, процесс флотации – статья на сайте “студент-строитель.ру”

Наша компания, производит напорные и электрофлотаторы с нерастворимыми электродами, под торговой маркой . Флотаторы выполнены из химически стойкого полипропилена и полностью готовы к подключению и работе. Подключение флотационного оборудования может быть выполнено персоналом нашей компании или силами самого заказчика.

Мы всегда оперативно поможем вам с подбором флотационного оборудования и расскажем о достоинствах и недостатках выбранной вами модели.

Ознакомиться с ценами на флотационное оборудование вы можете нажав на ссылку

Видео флотации сточных вод , на нашем оборудовании.

Флотация − это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. Флотацию применяют для удаления из сточных вод диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ (поверхностно-активные вещества), нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы методом флотации заключается в образовании комплексов «пузырек-частица», всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Уплотнение и разрушение пенного слоя может быть интенсифицировано нагреванием или с помощью специальных приспособле-ний брызгалок. Прилипание частицы, находящиеся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. Образование комплекса «пузырек-частица» зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия веществ, избыточного давления воздуха в сточной воде и т.п. В тех случаях, когда флотацию применяют для удаления растворенных веществ, например ПАВ, процесс называется пенной сепарацией или пенным концентрированием. Возможность образования флотационного комплекса «пузырек-частица», скорость процесса и прочность связи, продолжительность существования комплекса зависят от природы частиц, а также от характера взаимодействия реагентов с их поверхностью и способности частиц смачиваться водой. При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр – линия, ограничивающий площадь прилипа-ния пузырька и являющийся границей трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Касательная к поверхности пузырька в точке трехфазного периметра и поверхность твердого тела образуют обращенный в жидкость угол θ, называемый краевым углом смачивания.

Смачивающая способность жидкости зависит от ее полярности, с возрастанием которой способность жидкости смачивать твердые тела слабеет. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина ее поверхностного натя-жения на границе с газовой средой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60 – 65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуется величиной краевого угла смачивания θ. Чем больше угол θ, тем более гидрофобна поверхность частицы, таким образом, увеличиваются вероятность прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются. Большое значение при флотации имеют размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде. Оптимальные размеры воздушных пузырьков 15 –30 мкм, а максимальные 100 – 200 мкм. Таким образом, процесс флотации заключается в следующем – при сближении в воде поднимающегося пузырька воздуха с твёрдой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс «пузырек-частица» поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Прилипание происходит при столкновении пузырька с частицей или при образовании пузырька из раствора на поверхности частицы. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др. Поверхностно-активные вещества – реагенты-собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т.е. делают их гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют масла, жирные кислоты и их соли, меркаптаны, ксантогенаты, дитиокарбонаты, алкилсульфаты, амины и другие вещества. Повысить гидрофобность частиц можно сорбцией молекул растворенных газов на их поверхность. Энергия образования комплекса «пузырек-частица»

где σ - поверхностное натяжение воды на границе с воздухом. Для частиц, хорошо смачиваемых водой, θ стремится к нулю, следовательно, Cosθ стремится к единице, а значит, прочность прилипания минимальна. Для не смачиваемых частиц, наоборот, энергия образования комплекса «пузырек-частица» будет максимальной. Эффект разделения флотацией зависит от размера и от количества пузырьков воздуха. При этом необходима высокая степень насыщения воды пузырьками или большое содержание газа в ней. Удельный расход воздуха снижается с повышением концентрации примесей, так как увеличивается вероятность столкновения и прилипания. Большое значение имеет стабилизация размеров пузырьков процессе флотации. Для этой цели вводят различные пенообразователи, которые уменьшают поверхностную энергию раздела фаз. К ним относят сосновое масло, крезол, фенолы, Вес частицы не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала и равен 0,2 − 1,5 мм. В практике очистки производственных сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации. Флотацию применяют для отчистки сточных вод многих производств: нефтепереработка, целлюлозно-бумажная промышленность, а также кожевенная, машиностроительная, пищевая и химическая. Флотацию используют для выделения активного ила после биохимической отчистки. Достоинствами флотации являются:

• непрерывность процесса;
• широкий диапазон применения;
• небольшие капитальные и эксплутационные затраты;
• простота аппаратуры;
• селективность выделения примесей;
• более высокая скорость процесса по сравнению с отстаиванием;
• возможность получения шлама более низкой влажности (90 − 95 %);
• высокая степень очистки (95 − 98 %);
• возможность рекуперации удаляемых веществ.

Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легко окисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Это способствует успешному проведению следующих стадий очистки. Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связа-ны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу, можно выделить следующие способы обработки производственных сточных вод:

— флотация с выделением воздуха из раствора;

- флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);

- флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

- электрофлотация;

- биологическая и химическая флотация .

Флотационные установки могут состоять из одного или двух отделений (камер). В однокамерных установках в одном и том же отделении происходят одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках, состоящих из приемного и отстойного отделений, в первом отделении происходят образование пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек-частица», а во втором − всплывание шлама (пены) и осветление жидкости.

Флотация с выделением воздуха из раствора

Применяется при очистке производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность метода заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Количество воздуха, которое должно выделиться из перенасыщенного раствора и обеспечить необходимую эффективность флотации, обычно составляет 1 − 5 % от объема обрабатываемой сточной воды. В зависимости от способа создания пузырьков различают вакуумную, напорную и эрлифтную флотацию.

Вакуумная флотация (рис. 2.2).

Преимуществом вакуумной флотации является то, что образование пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание образовавшихся агрегатов «пузырек-частица» происходят в спокойной среде и вероятность их разрушения сводится к минимуму. Минимальны также энергозатраты на насыщение жидкости воздухом, образование и измельчение воздушных пузырьков.

Недостатки метода:

— необходимость сооружения герметичных резервуаров;

- сложность эксплуатации вакуумных флотационных установок;

— ограниченный диапазон применения вакуумных флотационных установок (концентрация загрязнений в сточной воде не должна превышать 250 мг/л).

Сточная жидкость, поступающая на флотацию предварительно насыщается воздухом в течение 1 − 2 мин в аэрационной камере 1, откуда она поступает в деаэратор 2 для удаления нерастворившегося воздуха. Далее под действием разрежения (0,02 − 0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру 3, в которой растворившийся воздух при атмосферном давлении выделяется в виде пузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность пребывания сточной воды во флотационной камере 20 мин, а нагрузка на 1 м2 площади поверхности около 200 м3/сут. Скапливающаяся пена вращающимися скребками удаляется в пеносборник. Для отвода обработанной сточной воды обеспечивается необходимая разность отметок уровней во флотационной камере и приемном резервуаре или устанавливаются насосы.

Напорная флотация (рис. 2.3).

Установки напорной флотации просты и надежны в эксплуатации. Этот метод имеет более широкий диапазон применения, поскольку позволяет регулировать степень перенасыщения в соответствии с требуемой эффективностью очистки сточных вод при начальной концентрации загрязнений до 4 − 5 г/л и более. Для увеличения степени очистки в сточную воду добавляют коагулянты. Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5 − 10 раз меньше остаточное содержание загрязнений и имеют в 5 − 10 раз меньшие габариты. Процесс осуществляется в две стадии: насыщение сточной воды воздухом под повышенным давлением и выделение растворенного газа под атмосферным давлением. Напорные флотационные установки имеют производительность от 5 до 2000 м3/ч. Пребывание воды в напорной емкости составляет 10 − 15 мин, а во флотационной камере – 10 − 20 мин. При напорной флотации (рис. 2.3) сточные воды по трубопроводу насосом 2 подаются в напорный бак 3 (сатуратор) из приемного резервуара 1. На всасывающем трубопроводе имеется патрубок для подсоса воздуха. Сатуратор или напорная емкость служит для равномерного растворения воздуха в сточной воде. Объем сатуратора рассчитывают на необходимую продолжительность насыщения воздухом (обычно 1 − 3 мин) при избыточном давлении 0,15 − 0,4 МПа. Количество растворяющегося в сатураторе воздуха должно составлять 3 − 5 % объема обрабатываемой сточной воды. Насыщенная воздухом вода подается во флотационную камеру 4, где при атмосферном давлении растворенный воздух выделяется в виде пузырьков и флотирует взвешенные частицы. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмами для сгребания пены в пеносборники. Отвод пены осуществляется по линии III в верхней части флотатора. Осветленная вода отводится из нижней части флотатора – линия IV. Площадь флотационной камеры следует принимать исходя из гидравлической нагрузки 6 − 10 м3/ч на 1 м2 площади поверхности камеры. Продолжительность флотации составляет 20 мин. Объем засасываемого воздуха составляет 1,5 − 5 % от объема очищаемой воды. Значения параметров зависят от концентрации и свойств загрязнений. При проектировании флотаторов для обработки сточных вод с расходом до 100 м3/ч принимаются прямоугольные флотаторы в плане камеры глубиной 1 − 1,5 м, с расходом более 100 м3/ч - радиальные флотаторы глубиной не менее 3 м. Глубина зон флотации и отстаивания назначается не менее 1,5 м, а продолжительность пребывания сточной воды в них соответственно 5 и 15 мин. По схемам (рис. 2.2 и 2.3) вся сточная вода, поступающая на флотацию, насыщается воздухом. Схемы с рециркуляцией (рис. 2.4а) и с частичной подачей воды насосом (рис. 2.4б) рекомендуется использовать, если проводится предварительная коагуляция сточной воды с целью предотвращения или уменьшения разрушения хлопьев в насосе. В этих схемах только часть сточной воды подается насосом и насыщается воздухом. Схема с рабочей жидкостью (рис. 2.4в) используется при большой концентрации загрязнений в сточной воде, когда работа флотационной установки по схеме (рис. 2.2) малоэффективна. В качестве рабочей жидкости используют уже очищенную или природную воду. При этом объем рабочей жидкости превышает объем очищаемой сточной воды. Улучшение флотации в этом случае происходит из-за сохранения хлопьев загрязнений и более быстрого их всплывания. Недостатком схемы является большой расход энергии на перекачку рабочей жидкости.

Сточные воды (рис. 2.5), насыщенные воздухом, поступают во флотационную камеру 3 снизу через вращающийся водораспределитель 2. Выделяющиеся из воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений. Вращающимся механизмом 4 пена сгребается в лоток и удаляется – линия IV. Обработанная вода отводится с днища флотатора 1 и по вертикальным каналам переливается в отво-дящий кольцевой лоток 5.

Пропускная способность одного радиального флотатора не должна превышать 1000 м3/ч.

Применяют цилиндрические флотаторы , имеющие разный диаметр, следовательно, разную производительность. Флотаторы отличаются конструкцией ввода и вывода сточной воды и механизма сбора пены и ее отводом. Применяются также многокамерные флотационные установки. В многокамерной установке (рис. 2.6) загрязненная сточная вода, скапливаясь в емкости 1, насосом 2 сначала подается в гидроциклон 4, где удаляется часть взвешенных частиц. Затем ее направляют в первую камеру флотатора 3, где сточная вода смешивается с циркуляционной водой из напорного бака 6, насыщенной воздухом, поступающей через аэраторы 7. В первой камере флотатора выделяются пузырьки воздуха, которые и флотируют загрязнения. После этого сточная вода поступает во вторую камеру и в последующие, в которых также происходит процесс флотации, после смешения сточной воды с очищенной. Таким образом, происходит многоступенчатая очистка сточной воды. Пройдя последнюю камеру флотатора, очищенная вода удаляется из установки – линия II. Пена удаляется пеносъемниками 5. Часть очищенной воды подается насосом 8 в напорный бак 6, где растворяется воздух, поступающий во всасывающую магистраль насоса.

В случае необходимости одновременного проведения процессов флотации и окисления загрязнений сточную воду насыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. Для устранения процесса окисления вместо воздуха на флотацию следует подавать инертные газы. Напорная флотация применяется для очистки сточных вод от нефти, нефтепродуктов, жиров масел, волокнистых веществ и других.

(рис. 2.7).

Эрлифтные установки применяют для очистки сточных вод в химической промышленности. Простота устройства и снижение затрат энергии при эрлифтной флотации на проведение процесса в 2 − 4 раза, по сравнению с напорной флотацией ляются достоинствами способа. Но конструкция установки требует значительного перепада отметок по высоте между питательным резервуаром со сточной водой и флотационной камерой, что значительно сужает область применения этого метода. Сточная вода из емкости 1, находящейся на высоте 20 − 30 м, поступает в аэратор 3 по трубопроводу 2. Туда же подается сжатый воздух – линия II, который растворяется в воде под повышенным давлением. Поднимаясь по эрлифтному трубопроводу 4, жидкость обогащается пузырьками воздуха, который выделяется во флотаторе 5. Образующаяся пена с частичками загрязнений удаляется самотеком или скребками – линия III. Осветленную воду направляют на дальнейшую очистку – линия IV.

Флотация с механическим диспергированием воздуха

При перемещении струи воздуха в воде создается интенсивное вихревое движение, под воздействием которого воздушная струя распадается на отдельные пузырьки. Различают импеллерную, безнапорную и пневматическую флотацию. Импеллерная флотация (рис. 2.8). Энергичное перемешивание сточной воды во флотационных импеллерных установках создает в ней большое число мелких вихревых потоков, что позволяет получить пузырьки определенной величины. Основным элементом такой установки является импеллер – небольшая турбина насосного типа, представляющая собой диск с радиальными обращен-ными вверх лопатками. Сточная вода из приемного кармана 1 поступает к импеллеру 6, в который по трубке 4 засасывается воздух. Импеллер крутится на нижнем конце вала, заключенного в трубку через которую всасывается воздух по патрубку 4, так как при его вращении образуется зона пониженного давления им. Над импеллером расположен статор 3 в виде диска с отверстиями для внутренней циркуляции воды. Перемешанные импеллером вода и воздух выбрасываются через статор. Решетки 7, расположенные вокруг статора, способствуют более мелкому перемешиванию воздуха в воде. Отстаивание пузырьков воздуха происходит над решеткой. Пена, содержащая флотируемые частицы, удаляется лопастным пеноснимателем. Обычно флотационная установка состоит из нескольких последовательно соединенных камер. Диаметр импеллеров 600 − 700 мм. Из первой камеры вода поступает во вторую такой же конструкции, где происходит дополнительная очистка сточной воды.

Степень диспергирования воздуха и эффективность очистки зависят от скорости вращения импеллера. Чем выше скорость импеллера, тем меньше пузырьки и тем выше эффективность процесса. Однако при высоких скоростях резко возрастает турбулентность потока и может происходить разрушение хлопьевидных частиц, что приведет, наоборот, к снижению эффективности процесса очистки. Диаметр импеллера должен быть не более 750 мм. Зона обслуживания импеллера не должна превышать размеров квадрата со стороной равной шести диаметрам импеллера. Высота флотационной камеры Hф принимается равной 1,5 − 3 м, продолжительность флотации 15 − 20 мин.

Применение импеллерных установок целесообразно при очистке сточных вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнений (более 2 − 3 г/л) и содержащих нефть, нефтепродукты и жиры. Недостатком импеллерной флотатации является относительно высокая обводненность пены. Особенно существенным этот недостаток становится существенным в тех случаях, когда основной целью флотации является извлечение растворенных ПАВ, так как большой объем воды в пене заставляет создавать дополнительные ус-тановки для ее обработки, что увеличивает стоимость очистки в целом. Импеллерные флотационные установки широко используют при обогащении полезных ископаемых, а также применяют для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (при концентрации более 2 г/л).

Безнапорная флотация.

Диспергирование воздуха в безнапорных установках происходит за счет вихревых потоков, создаваемых рабочим колесом центробежного насоса. Схема флотации аналогична напорной, но в ней отсутствует сатуратор, что является преимуществом безнапорной флотации. Образующиеся в камере безнапорной установки пузырьки имеют большую крупность, а следовательно, эффект флотации мелких частиц снижается. Безнапорные флотационные установки обычно применяют для очистки сточных вод от жира и шерсти.

Пневматическая флотация.

Пневматические флотационные установки применяют при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, которые агрессивны к механизмам (насосам, импеллерам и др.), имеющим движущиеся части. Измельчение пузырьков воздуха достигается путем впуска воздуха во флотационную камеру через сопла, которые расположены на воздухораспределительных трубках, укладываемых на дно флотационной камеры на расстоянии 0,25 − 0,3 м друг от друга. Диаметр отверстий сопел составляет 1 − 1,2 мм, рабочее давление перед ними 0,3 − 0,5 МПа, глубина флотатора принимается 3 − 4 м. Скорость струи на выходе из сопла 100 − 200 м/с. Требуемый расход воздуха зависит от интенсивности аэрации, которая лежит в пределах 15 − 20 м3/ч на м2 площади проходного сечения флотатора.

Флотация с подачей воздуха через пористые материалы

К достоинствам данного метода можно отнести относительно малые расходы энергии, так как отсутствуют насосы и импеллеры и простоту конструкции флотационной камеры. Воздух во флотационную камеру подается через мелкопористые пластины, трубы, насадки, уложенные на дне камеры. Эффективность флотации зависит от величины отверстий материала, расхода воздуха продолжительности флотации, уровня воды во флотаторе. Диаметр отверстий должен быть 4 − 20 мкм, расход воздуха в пределах 40 − 70 м3/ч на 1 м2 проходного сечения флотатора, давление воздуха 0,1 − 0,2 МПа, продолжительность флотации 20 − 30 мин, расход воздуха определяется экспериментально. Рабочий уровень обрабатываемой сточной воды до флотации 1,5 − 2 м. Продолжительность флотации составляет 20 − 30 мин. Недостатком этого метода является возможность зарастания и засорения пор, а также трудность подбора мелкопористых материалов с одинаковыми по диаметру отверстиями, обеспечивающих выход мелких, близких по размерам пузырьков воздуха. При пропускании воздуха через пористые керамические пластины и колпачки получаются пузырьки, размер которых определяется по формуле

где R - радиус пузырьков; r - радиус отверстий в пористом материале; σ - поверхностное натяжение воды.

Давление для преодоления сил поверхностного натяжения, определяется по формуле Лапласа

Для очистки небольших объемов сточных вод применяют флотационные камеры с пористыми колпачками (рис. 2.9а) сточную воду подают в верхнюю часть флотационной камеры 1, а воздух поступает через пористые колпачки 2. Пена переливается через кольцевой желоб 3 и удаляется из него. Осветленную воду отводят через регулятор уровня 4. Установки могут иметь одну или несколько ступеней. Для больших объемов обрабатываемой сточной воды используют фильтровальные пластины (рис. 2.9б), схема флотации аналогична предыдущей.

Электрофлотация

Сущность электрофлотационного метода очистки сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц из жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе сточной воды. В процессе электролиза сточной воды на катоде выделяется водород, на аноде – кислород. Основную роль в процессе флотации играют пузырьки, выделяющиеся на катоде. Размер пузырьков, отрывающихся от поверхности электрода, зависит от краевого угла смачивания, кривизны поверхности электрода, а также его конструктивных особенностей. Замена пластинчатого катода на проволочный приводит к уменьшению крупности пузырьков, следовательно, к повышению эффективности работы электрофлотатора. При применении растворимых электродов (обычно железных или алюминиевых) на аноде происходит анодное растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, приводящие к образованию хлопьев гидроокисей. Одновременное образование хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях межэлектродного пространства создает благоприятные условия для надежного закрепления газовых пузырьков на хлопьях и интенсивной коагуляции загрязнений, что обеспечивает эффективность флотационного процесса. Такие установки называются электрокоагуляционно-флотационными. При пропускной способности до 10 − 15 м3/ч установки могут быть однокамерными, а при большей пропускной способности − двухкамерными горизонтального (рис. 2.10) или вертикального типа. Расчет установок для электрофлотации и электрокоагуляции сводится к определению общего объема Wу установки, объемов Wэ электродного отделения и камеры флотации Wф:

Подробный расчет приводить не будем, т.к. цель этого обзора ознакомление с технологией флотации, а не конкретный расчет установок.

Протекающие при электрофлотации электрохимические окислительно-восстановительные процессы обеспечивают дополнительное обеззараживание сточных вод. Использование алюминиевых и железных электродов обуславливает переход ионов алюминия и железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц загрязнений, содержащихся в сточной воде.

Биологическая и химическая флотация

Применяется для уплотнения осадков сточных вод. В процессе флотации сточных вод образуется пена, имеющая обычно пленочно-структурное строение. Такая пена содержит значительное количество воды, особенно в нижних слоях, а устойчивость и подвижность ее изменяются в зависимости от характера флотируемых материалов. Процесс уплотнения всплывающего шлама наиболее интенсивно идет в первые два часа, далее он замедляется, а после четырех часов практически прекращается полностью. Были выведены общие закономерности уплотнения пенного шлама для различных по составу сточных вод на основании анализа графиков уплотнения. Если за единицу принять объем шлама в момент времени, когда все пузырьки воздуха поднялись в пенный слой, что в проточных установках соответствует продолжительности флотации 30 мин, то относительный объем шлама через 1; 2; 3 и 4 ч составляет соответственно 0,6; 0,33; 0,24 и 0,21.

Процесс уплотнения и разрушения пенного слоя может быть интенсифицирован нагреванием или с помощью специальных приспособлений брызгалок. В большинстве случаев утилизация пенного конденсата экономически нецелесообразна. Очистка сточных вод химической флотацией основывается на свойствах некоторых веществ при введении их в сточную воду выделять газы (О2, СО2, Сl2 и др.) в результате химической реакции. Пузырьки этих газов могут прилипать к не растворенным взвешенным частицам и выносить их в пенный слой. Такое явление, например, наблюдается при обработке сточных вод хлорной известью с введением коагулянтов. Биологическая флотация применяется для уплотнения осадка из первичных отстойников при очистке бытовых сточных вод. Для этой цели осадок подогревают паром в специальной емкости до 35 − 55 °С и при этих условиях выдерживают несколько суток. В результате деятельности микроорганизмов выделяются пузырьки газов, которые уносят частицы осадка в пенный слой, где они уплотняются и обезвреживаются. Таким путем за 5 − 6 сут влажность осадка можно понизить до 80 % и тем самым упростить его дальнейшую обработку. Ионная флотация – это процесс, который ведется следующим образом: в сточную воду вводят воздух, разбивая его на пузырьки каким-либо способом, и собиратель (ПАВ). Собиратель образует в воде ионы, которые имеют заряд, противоположный по знаку заряду извлекаемого иона. Ионы собирателя и загрязнений концентрируются на поверхности газовых пузырьков и выносятся ими в пену. Пену удаляют из флотационной камеры и разрушают, из нее извлекают сконцентрированные ионы удаляемого вещества. Этот процесс можно использовать для извлечения из сточных вод металлов (молибден, вольфрам, ванадий, платина и другие).