Общие сведения. Флотация (floatation - всплывание) - метод разделения материалов, основанный на различии физико-химических свойств поверхности минералов

Флотация (floatation - всплывание) - метод разделения материалов, основанный на различии физико-химических свойств поверхности минералов, их способности смачиваться жидкостью. Одни минералы в тонкоизмельченном состоянии в водной среде под действием флотационных реагентов не смачиваются водой, прилипают к пузырькам воздуха, всплывая на поверхность суспензии, и отделяются от других минералов, поверхность которых смачивается водой, и которые не прилипают к пузырькам.

Все материалы обладают большей или меньшей флотационной способностью. Хорошо флотируются такие материалы как графит, сера, уголь, сульфидные минералы - молибденит MoS₂, галенит PbS, пирит FeS₂, халькопирит CuFeS₂ и др. В тех же условиях плохо или совсем не флотируются окисленные минералы, например, церуссит PbCO₃, малахит CuCO₃∙ Cu(OH)₂, хризоколла CuSiO₃∙ 2H₂O, смитсонит ZnCO₃, кварц и др.

Флотируемость различных минералов зависит от способности поверхности материалов смачиваться водой. Эту способность можно изменять искусственно, применяя флотационные реагенты. В принципе все материалы могут быть сфлотированы, если их поверхность будет для этого подготовлена. Если поверхность материалов смачивается водой, то к ней не сможет прилипнуть пузырек воздуха, и материал не будет флотироваться. Если же поверхность материала не смачивается водой, то к ней легко прилипает пузырек воздуха и комплекс материал - пузырек легко всплывает на поверхность суспензии, т.е. материал флотируется.

Путем подбора флотационных реагентов можно создать такие условия, при которых одни материалы будут флотироваться, а другие нет, т.е. создать условия для селективного разделения этих материалов. Например, если в полиметаллическом материале содержатся одновременно галенит PbS, халькопирит CuFeS₂, сфалерит ZnS и пирит FeS₂, обладающие одинаковой природной флотируемостью, то во флотационной суспензии применением различных флотационных реагентов создаются такие условия, при которых эти материалы выделяются в самостоятельные продукты.

Флотация в настоящее время является основным и наиболее совершенным методом разделения различных материалов. Она применяется для разделения более 90% добываемых руд цветных металлов, большого количества руд редких, черных, благородных металлов и неметаллических материалов.

Широкое применение флотационного процесса объясняется большими преимуществами его перед другими методами: возможность перерабатывать бедные руды с низким содержанием металлов, например, меди ниже 1%, олова и вольфрама до 0, 1%, молибдена до 0, 01% и т.п.; возможность комплексно перерабатывать сложные, например, полиметаллические руды, содержащие свинцовые, цинковые, медные и другие материалы; возможность эффективно перерабатывать тонковкрапленные руды, содержащие зерна ценных компонентов размерами до 0, 1 и даже до 0, 01 мм, тогда как гравитационное разделение на столах и осадочных машинах эффективно лишь для смесей с крупной вкрапленностью ценных продуктов (более 0, 5 мм) и, лишь при значительной разнице плотностей материалов.

Процесс флотации возник вначале в виде масляной флотации, основанной на избирательном смачивании сульфидных материалов маслом. Измельченный материал смешивали с минеральным маслом и водой. Сульфидные материалы при этом смачивались маслом, и вместе с ним всплывали на поверхность суспензии, откуда и удалялись в виде концентрата. При пленочной флотации материал, измельченный до 0, 2 ÷ 0, 3 мм, подается равномерным слоем на поверхность воды. Материалы, хорошо смачиваемые водой, тонут, а плохо смачиваемые остаются на поверхности воды и собираются в виде концентрата. Эти процессы флотации вскоре были вытеснены пенной флотацией. Следующим наиболее важным этапом в развитии флотации была возможность селективного разделения материалов путем применения реагентов, регулирующих этот процесс.

Одновременно с развитием промышленной практики развивались и теоретические исследования флотации, которые отражены в работах А.Н. Фрумкина, П.А. Ребиндера, создавших теоретические основы физикохимии поверхностных явлений. В работах И.Н. Плаксина и других отечественных ученых, а также в работах зарубежных ученых Годена, Уорка и Таггарта разработаны теоретические основы флотационного процесса и решены задачи практического применения селективной флотации цветных и редких металлов, что явилось важнейшим шагом в развитии ресурсосберегающих технологий.