Вопрос 71

Флотация. Физико-химические основы метода. Флотореагенты. Устройство и расчет флотационных машин.

Ответ:

Флотация – это процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой.

Основную роль в процессе флотации диспергированных примесей играют поверхностные силы, ван-дер-ваальсовские силы притяжения, электрические силы, возникающие при перекрытии двойных электрических слоев, образующихся вокруг частички в водном растворе, и силы гидратации любых гидрофильных групп на поверхности частички. Действия этих сил определяют смачиваемость или насмачиваемость частицы водой. При введении небольших количеств ПАВ флотируемость увеличивается до тех пор, пока их концентрация не вызовет заметное понижение величины поверхностного натяжения водной среды, из которой происходит флотация. По воздействию на процесс флотации ПАВ обычно разделяют на две категории: коллекторы и пенообразователи. Коллекторы, в основном, изменяют смачиваемость частиц, а пенообразователи адсорбируются, как правило, на границе водная среда - газ и стабилизируют пленку, образующуюся между приближающимися друг к другу пузырьками, препятствуя их коалесценции.

Процесс флотации можно рассматривать как трехстадийный:

1) постепенное сближение минеральной частицы с пузырьком воздуха, в то время как на частице формируется смачивающая пленка;

2) утончение смачивающей пленки до тех пор, пока не будет достигнуто нестабильное состояние;

3) разрушение смачивающей пленки и образование краевого угла, обеспечивающего сильную адгезию частицы на поверхности.

Эффект флотации высокодисперсных частиц, размеры которых близки коллоидным, в значительной мере зависит от электростатического взаимодействия двойных электрических слоев частиц и пузырьков. Чаще всего снижение электрокинетического потенциала частиц приводит к уменьшению энергетического барьера и улучшению их флотируемости.

Существенное влияние на эффективность флотации оказывает соотношение размеров частицы и газового пузырька, которое определяет эффективность их столкновения и последующего притяжения. Для каждого размера пузырька существует критический размер частицы. Столкновение частиц меньшего размера с пузырьком не происходит.

Флоторагенты - вещества, интенсифицирующие очистку воды посредством изменения физико-химических свойств удаляемых веществ с целью повышения их агрегативной устойчивости, концентрирования ионов и молекул, укрупнения малых частиц, перевода примесей воды из растворенного состояния в твердую фазу, придания частицам новых физико-химических свойств, увеличения гидрофобное, повышения ценообразования, уменьшения размеров пузырьков и скорости их всплывания, увеличения устойчивости пены. Для этого на различных стадиях флотационной очистки воды применяют кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, органические и неорганические низко- и высокомолекулярные природные и искусственные вещества. Кислоту или щелочь применяют для корректирования значений рН; соли тяжелых металлов (в основном алюминия и железа) — для коагуляции частиц; низко- и высокомолекулярные вещества — для образования агрегатов флокуляцией; различного рода поверхностно-активные вещества — для ледообразования.

При флотации наиболее часто в качестве коагулянтов используют сульфаты и хлориды алюминия и железа, а также их различные сочетания в одном продукте. Эти вещества в процессе гидролиза образуют труднорастворимые гидроксиды алюминия и железа, которые коагулируют в хлопья и затем вместе с загрязняющимися коллоидными частицами удаляются флотацией из воды. В нашей стране более чем на 70% флотационных установок в качестве коагулянта используют соли алюминия, в т.ч. оксиэслорид алюминия. Для флотационной очистки воды применяют различные природные и искусственные, неорганические и органические низко- и высокомолекулярные флокулянты. Наибольшее распространение получили синтетические высокомолекулярные флокулянты, подразделяемые на неионогенные, анионные и катионные. На флотоустановках они применяются в меньших количествах, чем коагулянты, и могут использоваться в сочетании с другими веществами, например солями железа или алюминия. При работе флотоустановок применяют как один флокулянт, так и коагулянт совместно с флокулянтом, который может быть катионным или анионным. В нашей стране наибольшее распространение получил анионный флокулянт — полиакриламид.

В состав флотационных установок входят флотационные камеры, совмещенные с камерами хлопьеобразования, узлы подготовки и распределения водовоздушного раствора, устройства для удаления и отвода пены. Флотационные камеры-флотаторы могут быть разнообразных форм (круглые или прямоугольные в плане) и конструкций с горизонтальным и радиальным направлением движения воды.

При напорном способе флотации расчет сводится к определению оптимальных значений давления и продолжительности насыщения. Количество воздуха, которое должно быть выделено из пересыщенного раствора при заданном эффекте флотации, определяется экспериментально или принимается по справочным данным. Обычно оно составляет 12 от объема воды. Объем открытого резервуара определяется из условия продолжительности пребывания в нем воды, равной обычно 20 мин.