Флотация туралы түсінік және флотациялық процестер

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

1. Әдебиеттік шолу

1.1. Флотация туралы түсінік және флотациялық процестер

Флотация процесі бөлінетін минералдардың физика-химиялық қасиеттерінің әртүрлілігіне, яғни түйіршіктердің өлшемі азайған сайын мәні өсетін меншікті еркін беттік энергиялардың айырмашылықтарына негізделген. Ал бұл түйіршіктердің өлшемі 0,5 мм-ден кішірек болған жағдайда меншікті еркін беттік энергия мәні едәуір жоғары. Дәл осындай өлшемді бөлшектер флотациялық байытудан өткізіледі.
Флотациялық жүйе гетерогенді болып табылады. Ол қатты, сұйық және газ күй фазаларын қамтып, келесідей фазааралық беттерді құрайды: сұйық-газ (С-Г), сұйық-қатты (С-Қ), қатты-газ (Қ-Г). Әрбір беттік қабат σ бос беттік энергияның мәнімен сипатталады [1].
Флотация - көптеген пайдалы қазбаларды байытудың негізгі технологиялық үрдісі. Оның қолданысы кеңінен таралуда. Өңделетін шикізаттың массасы мен әртүрлілігіне қарай флотация байытудың технологиялық үрдістерінің ішінен бірінші орын алады.
Қазіргі уақытта әлемде түсті, сирек және қара металл кендерін, тас көмірді, фосфатты кендерді, күкіртті, дала шпаты, бор кендерін, флюорит, калий тұздары және басқа пайдалы қазбаларды флотациялайтын мыңдаған байыту фабрикалары жұмыс істейді. Көптеген кендер, әсіресе түсті және сирек металлдар кендері үшін флотациямен бәсекелесуге қабілетті технологиялық байыту үрдісі жоқ деуге болады.
Флотацияның көмегімен халық шаруашылығындағы ең маңызды мәселелер шешіледі.
1. Минералды ресурстарды ұлғайту мәселесі. Флотациялық процесстің пайда болуына дейін флотациялық емес тәсілмен байытылатын моно- және полиминералды кен орындары қолданысқа түскен болатын. Флотация әдісі кенеусіз, ұсақ дақталған комплексті кен орындарын пайдалануға септігін тигізді.
2. Пайдалы қазбаларды кешенді қолдану мәселесі. Флотацияны қолдануға дейін, мысалы, полиметалл кендерінен тек қана коллективті концентраттарды алу мүмкін болған, себебі физикалық қасиеттері ұқсас пайдалы минералдарды гравитациялық, магнитті және басқа флотациялық емес тәсілдермен алу қиынға соғар еді. Әдетте, алынатын коллективті концентраттар эффективті металлургиялық немесе химиялық переделға жарамсыз болған. Осындай кендерді қайта өңдеуде флотацияны қолдану бөлек концентраттарды, мысалы, түсті және сирек металдарды алуды ғана емес, сонымен қатар бастапқы шикізатты қалдықсыз қайта өңдеу технологиясын жүзеге асыруға мүмкіндік берген бөлек кондиционды концентраттарды алып, сульфидті емес минералдарды бөлуге мүмкіндік берді.
3. Шламдарды байыту мәселесі. Көптеген пайдалы қазбаларды гравитациялық әдіспен байыту процесі кезінде бөлінетін минералдардың елеулі бөлігі кейде қайта үгітіліп, шламдарға өтеді. Флотацияның пайда болуына дейін бұл шламдар қайта өңдеуден өте алмаған, сондықтан қалдық түрінде немесе байытылмаған күйде қалдырылған. Шламдарды өңдеуде, мысалы, гравитациялық байытуда флотация әдісін қолдану процесі қалайы кенін, фосфориттерді, бағалы және тапшы кокстелетін көмірді және басқа шикізатты кешенді пайдалануды айтарлықтай жақсартуға мүмкіндік береді.
4. Әртүрлі өндіріс салаларында өнімдерді бөлу мәселесі. Осылайша флотация әдісі келесі салаларда кең қолданыс табуда:
oo Металлургия (файштейнді флотациялық бөлу арқылы мыс және никель концентраттарды алу, көмір мен алюминий бөлшектерінен криолитті бөліп алу және т.б.);
oo Химиялық өндіріс (аммоний хлориді мен натрий бикарбонатын бөлу, өсімдік өнімдерінен каучукты бөлу, коллоидты суспензияларды қайта өңдеу және т.б.);
oo Мұнай өнеркәсібінде (мысалы, мұнай-су эмульсиясын бөлу, мұнай құмдарынан битумды алу және т.б.);
oo Қала шаруашылығы (қағазды типографиялық сиядан, макромолекулалардан, талшықтардан тазалау, қайта қолдану үшін синтетикалық материалдарды бөлу, әртүрлі екіншілік өнімдерді қайта өңдеу, т.б.);
oo Ауыл шаруашылығы (шығымды және шығымды емес тұқымдарды бір-бірінен бөлу, т.б.);
oo Тамақ өнеркәсібі (қантты, жүзім шырынын, шарапты минералды қоспалардан тазарту, т.б.);
oo Биология саласы (түрлі бактерияларды бөлу, т.б.);
oo Медицина саласы (дәрілік препараттарды бөлу) және халық шаруашылығының басқа салалары.
5. Қоршаған ортаны қорғау мәселесі. Осы жағдайда көбікті флотация түрлі өндіріс орындардағы ағынды, айналма сулар және ыстық судан бағалы компоненттер мен ластаушы қоспаларды бөлу үшін қолданылады. Осылай, ол өндіріс суларынан мұнайды бөлу, химиялық және тау-кен өндірісінің ағынды суларынан улы заттарды бөліп шығару, өнеркәсіптік пен қалалық ағынды суларынан коллоидты мен тонких твердых --- қолданылады.
Бөлінетін компоненттердің жабысу процесін қамтитын фазааралық беттердің (су - май - газ) сипаты мен түзілу тәсіліне қарай флотация бірнеше түрге бөлінеді [2]. Флотацияның негізгі түрлері - көбікті, майлы және қабыршақты флотация.
Көбікті флотация - флотациялық байыту әдістерінің ең көп таралған түрі, ол келесідей тәсілмен жүзеге асырылады. Кенді қосындылары бар үгітілген тау жынысы қою суспензияның (пульпа) пайда болуына дейін төменнен жоғары бағытқа қарай ауа көпіршіктерін үздіксіз жібере отырып, сумен араластырылады. Арнайы көбіктендіргіштер пульпада су-ауа фазааралық беттің үлкен аумағында көбікті түзуге мүмкіндік туғызады. Таза металдар, не болмаса олардың сульфидтерін (ионогенді емес құрылымды заттар) құрайтын кен бөлшектері бос тау жыныстар бөлшектеріне (кварц, алюмосиликаттар) қарағанда нашар суланады. Сондықтан кен бөлшектері көбік көпіршіктеріне жабысып, олармен бірге қалқып шығады.
Майлы флотация барысында көбіктің орнына эмульсия қолданылып, кен бөлшектері май тамшыларымен қалқып шығады. Қабыршақты флотация процесі кезінде үгітілген бөлшектер үздіксіз қозғалыстағы судың бетіне шашылады. Жақсы суланатын бөлшектер шөгеді, ал нашар суланатын бөлшектер су-ауа фазааралық бетінде қалып, арнайы құрылғы арқылы қозғалыстағы су бетінен алынады [3].

5.1. Флотациялау процесінің физика-химиялық негіздері

Ең көп тараған көбікті флотация үш түрлі фазалардың - қатты зат, су және ауа - қатысуымен жүргізіледі. Сондықтан олардың өз ара әрекеттесу дәрежелерінің флотация үшін маңызы зор. Олардың әрекеттесулерінің ерекшелігі өзара айланысқа фазалардың тек ір-бірімен шектескен беттері ғана түсуінде. Бұл жайды айқын түрде қатты затты мысал етсек жақсы түсінуге болады. Онымен әрекеттескенде су және ауа молекулалары оның тек бетімен ғана байланысқа түседі, іш қабаттарына өтпейді. Демек, фазалар әрекеттескенде олардың шекаралық бетіне орналасқан атомдармен молекулалардың қасиеттерінің ерекшеліктерімен танысуы қажет. Оны түсіну үшін сумен ауаның шекаралық қасиетін қарастырайық. 1-суретте ауамен шектескен судың ішкі және бет молекуласы шар тәрізді көрсетілген.
Судың іш қабатындағы молекула басқа молекулалармен қоршалынып, барлық энергиясы солармен байланысқа жұмсалады. Соның нәтижесінде ол тұрақты энергетикалық жағдайда болады (1-сурет, 1). Ауамен шекарадағы молекула екі бүйірден төмен қарай қабаттарда орналасқан молекулалармен ғана байланысқа түседі. Ал үстіңгі жағы ауа молекулаларымен ғана қоршалған (1-сурет, 2). Су молекулаларының өзара байланыс күші олардың ауа молекулаларымен байланыс күшінен көп артық. Соның нәтижесінде беткі молекула су молекулаларымен әрекеттесуге энергиясын жартылай ғана жұмсайды, ал жартылай энергиясы бос қалады. Демек, сумен ауа шекарасында бос бет энергиясы пайда болады.

О - су молекуласы

1-сурет. Су молекулаларының бет және іш қабаттарда әр күйде болуы

Бос энергиялы молоекулалар астыңғы молекулалардың тартылу күшімен төменгі қабатқа сүңгиді. Олардың орнын басқа молекулалар басып, шек арада үнемі бос энергиясақталады. Сумен ауа шек аралығындағы бұл энергияны бет тартысы деп атайды.
Қатты зат ұсатылғанда атомдар араындағы байланыс күштері бұзылады. Соның нәтижесінде ауамен не сумен шектескен бет атомдарының энергиясы жартылай босайды, демек бет бос энергиясы пайда болады. Фазалардың өзара әрекеттесу күші олардың шекаралықтарындағы бос энергияның қатынастарына байланысты. Минерал бетінің бос энергиясы артқан сайын оның сумен әрекеттесуі күшейеді, ал бос энергия азайған сайын ауа молекулалары су молекулаларын ығыстыра бастайды.
Қатты зат бет бос энергиясының мөлшері зат ұсатылғанда қандай күштері бұзылатынына тәуелді. Егер күшті атом аралық химиялық байланыстар бұзылса, онда бет бос энергия жоғары болады, ал осал молекулалық байланыстар бұзылса бос энергия мөлшері өте аз болады.
Минерал бетімен әрекетке түскен су молекулалары реттеліп, бет үстінде структурасы жай су структурасынан өзгеше жұқа гидратты қабат жасайды, демек минерал беті суланады (гидрофилизацияланады). Минералдың бет бос энергиясы төмен болса, онда оның бетімен соқтығысатын су молекулалары әрекетке түспейді де, гидратты су қабаты жасалмайды, демек минерал беті гидрофобизацияланады.
Минерал бетінің сулануының дәрежесін бағалау үшін шеттік сулану бұрышы деген ұғым қолданылады. Минерал бетіне су тамшысы тамызылса, ол минерал қасиетінеқарай әртүрлі жағдайға түседі. Күшті суланатын минерал бетінде тамшы бірден жайылып жұқа қабат жасайды (2-сурет, 1), егер нашар суланатын болса, тамшы өзінің домалақ пішінін сақтап қалады (2-сурет, 2).

2-сурет. Қатты зат, су және ауа шекаралықтарындағы бос энергияға тәуелді қатты зат бетінің күшті сулануы (1), суланбауы (2) және орташа сулануы (3)

Ал көпшілік жағдайда минералдардың сулану дәрежесіне байланысты әр түрлі пішінде болады. Минералдардың сулану дәрежесін салыстыру үшін өлшем бірлігі ретінде шеттік сулану бұрышы өлшенеді. Ол үшін үш фазаның тиіскен нүктесінен ауа және су шекаралығына жанама сызық жүргізіледі. Осы сызықтың минерал бетімен су жағына қарай жасайтын бұрышты шеттік сулану бұрышы деп атайды. Минералдың сулану дәрежесі артқан сайын сулану бұрышы кішірейіп 0-градусқа және керісінше, сулану дәрежесі төмендеген сайын ол 180 градусқа жақындайды.
Жеке түйіршіктің ауа көпіршігіне жабысып минерал - көпіршік агрегатын құрауы флотацияның элементарлы актысы деп аталады. Минерал - көпіршік агрегаты екі түрлі жолмен жасалуы мүмкін: 1) олардың соқтығысуының нәтижесінде; 2) суда еріген ауа молекулалары түйіршік бетінде жиналы көпіршік жасайды.
Көпіршік бетіндегі түйіршіктерге бірнеше күш әсер етеді: түйіршіктің қозғалу жылдамдығынан пайда болатын екпінді күш, сулану не суланбау дәрежесінен туатын жабысу күші, салмақ күші, минералды көпіршіктердің өз ара және басқа түйіршіктермен соқтығысуынан туатын үйкеліс күштерді. Минералдың көпіршік бетінде қалуы не қалмауы осы күштердің қатынасына байланысты. Неғұрлым минерал бетінің сулану дәрежесі төмен болса, ол соғұрлым берік жабысады [4].

5.2. Флотациялық реагенттер

Флотациялық реагенттер деп кенді пульпаға қосқан кезде флотация процесін жүргізіп, жеңілдететін заттарды атайды. Флотациялық реагенттердің болмауы флотация процесін байытылатын минералдарды бар кендермен ғана шектейді.
Флотациялық реагенттер органикалық немесе бейорганикалық қосылыстар ретінде, сонымен қатар ерітінді немесе қоспа түрінде келеді [5]. Атқаратын қызметіне қарай флотациялық реагенттер келесі топтарға бөлінеді:
oo Жинағыштар - бөлінетін минералдардың бетіне жабысып, олардың гидрофобтану мен флотациялану дәрежесін арттыратын органикалық қосылыстар;
oo Көбіктендіргіштер - сұйық-газ фазааралық бетінде адсорбциялану арқылы ауаның ұсақ көпіршіктерге ыдырауын қамтамасыз етіп, бірігуіне кедергі жасайтын және көбіктің беріктігін жоғарылататын гетерополярлы органикалық қосылыстар;
oo Активаторлар - жинағыштың бөлінетін минерал бетіне бекітіліп, оның флотациялануына мүмкіндік беретін реагенттер;
oo Депрессорлар - флотация барысында кейбір минералдардың флотациялануын тежейтін реагенттер;
oo Ортаны реттегіштер - минералдардың жинағыштар, депрессорлар және активаторлармен әрекеттесуін реттейтін реагенттер;
Депрессорлар, активаторлар мен ортаны реттегіштер көбінесе модификаторлар ретінде бір топқа жатқызылады, себебі флотация барысында әрбір реагент бірнеше қызмет атқара алады.
Флотациялық реагенттер келесідей талаптарды қанағаттандыруы керек: әрекеттің селективтілігі, сапаның стандарттылығы, арзандығы және қолжетімділігі, пайдалану тиімділігі (сақтау тұрақтылығы, жеңіл ерігіштігі, бөгде иістің болмауы, уытсыздығы және т.б.) [6].

5.3. Жинағыштардың классификациясы мен жалпы сипаттамасы

Жинағыштар ретінде ұсынылатын органикалық қосылыстардың саны өте көп. Төменде әр түрлі минералды шикізаттың флотациясында кеңінен қолданылатын жинағыштардың негізгі топтары жіктелген.

ЖИНАҒЫШТАР
Меркаптандар мен тиофенолдар
Дитиокарбаматтар
Дитиофосфаттар (аэрофлот)
Ксантогенаттар
Алкилгидроксидтіқышқылдар
Алкил(арил)арсонды қышқылдар
Алкил(арил)сульфаттар
Алкил(арил)сульфонаттар
Алкил(арил)фосфорлы, фосфонды және фосфонийлі қышқылдар
Май қышқылдары мен майлар
Сульфгидрильді
Тиоқышқылдар мен күкіртсутектің органикалық туындылары
Оксигидрильді
Оттекті қышқылдардың органикалық туындылары
Ионогенді катионды
Біріншілік, екіншілік және үшіншілік аминдер; аммо-нийлі, фосфонийлі и арсонийлі қосылыстар
Ионогенді анионды
Ионогенді емес
Дисульфидтер, тионо-карбаматтар, альдегидтер, ксантогенді қышқыл эфирлері мен карбон қышқыл амидтері
Химиялық құрамы белгісіз
Шайырлар, сульфидті және тотыққан керосин, т.б.
Аполярлы
Көміртек ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.