Kellunta

Vaahdotus ( fr.  flotaatio , vaahdotuksesta  - uimiseen) on yksi mineraalien käsittelymenetelmistä , joka perustuu mineraalien eroon kyvyssä pysyä rajapintapinnalla, mikä johtuu pintaenergiaeroista. Hydrofobiset (vedellä huonosti kostutetut ) mineraalipartikkelit kiinnittyvät selektiivisesti rajapinnalle, yleensä kaasu ja vesi, ja erotetaan hydrofiilisistä (vedellä hyvin kostutetuista) hiukkasista. Vaahdon aikana kaasukuplat tai öljypisarat tarttuvat veden huonosti kastelemiin hiukkasiin ja nostavat ne pintaan.

Flotaatiota käytetään myös veden puhdistamiseen orgaanisista aineista ja kiinteistä suspensioista, seosten erottamiseen ja laskeutumisen nopeuttamiseen kemian-, öljynjalostus-, elintarvike- ja muilla aloilla.

Historia

Tärkeä rooli vaahdotusteorian kehittämisessä oli venäläisten fysikaalisten kemistien työllä - I. S. Gromeka , joka muotoili ensimmäisen kerran kostutusprosessin pääsäännöt 1800-luvun lopulla, ja L. G. Gurvich, joka kehitti säännökset. hydrofobisuudesta ja hydrofiilisyydestä 1900-luvun alussa. A. Gaudinin, A. Taggartin (USA), I. Warkin (Australia) ja Neuvostoliiton tutkijoiden P. A. Rebinderin , A. N. Frumkinin , I. N. Plaksinin ja B. V. Deryaginin , V. R. Krivosheinin ja muiden teoksia.

Flotaatiomenetelmät

Rajapinnan rajojen (vesi-öljy-kaasu), joihin erotetut komponentit kiinnitetään (katso Pinta -aktiiviset aineet) luonteesta ja muodostusmenetelmästä riippuen erotetaan useita vaahdotustyyppejä.

• Öljyn vaahdotus oli ensimmäinen, jota ehdotettiin, vuonna 1860 W. Hynes ( Iso-Britannia ) myönsi sille patentin nro 488 [1] . Kun murskattu malmi sekoitetaan öljyyn ja veteen, sulfidimineraalit kostutetaan valikoivasti öljyllä ja kelluvat sen mukana veden pintaan, jolloin kiviaines ( kvartsi , maasälpä) laskeutuu. Venäjän valtakunnassa grafiitin öljyvaahdotus suoritettiin vuonna 1904 Mariupolissa .
• Elokuva . A. Nibelius ( USA , 1892) ja McVisten ( Iso-Britannia , 1904) käyttivät hydrofobisten mineraalihiukkasten kykyä pysyä veden pinnalla, kun taas hydrofiiliset uppoavat siihen kalvon vaahdotuslaitteiston luomiseen, jonka aikana ohut kerros murskattua malmia, joka sijaitsee vesivirran pinnalla, hydrofiiliset hiukkaset putoavat ulos.
• Vaahto - jossa pienet ilmakuplat kulkeutuvat hiukkasten ja veden seoksen läpi, tiettyjen mineraalien hiukkaset kerääntyvät " ilma - neste "  -faasirajapinnalle , tarttuvat ilmakupliin ja kulkeutuvat mukanaan pintaan osana kolmea -faasivaahto (lisätty vaahdotusaine, joka säätelee stabiilisuutta vaahtoa) . Vaahtoa sakeutetaan edelleen ja suodatetaan. Vettä käytetään useimmiten nestemäisinä, harvemmin kyllästetyinä suolaliuoksina (kaliummalmiin kuuluvien suolojen erottaminen) tai sulatteina (rikkirikastus).

Kuplien muodostumiseen on ehdotettu erilaisia ​​menetelmiä: hiilidioksidin muodostuminen kemiallisesta reaktiosta (S. Potter, USA, 1902), kaasun vapautuminen liuoksesta paineen laskulla (F. Elmore, Iso-Britannia , 1906) - alipainevaahdotus, massan voimakas sekoittaminen, ilman johtaminen pienten reikien läpi.

Vaahdottamisen suorittamiseksi malmi murskataan hiukkaskokoon 0,5–1,0 mm, kun kyseessä ovat matalatiheyksiset luonnon hydrofobiset ei-metalliset mineraalit ( rikki , kivihiili , talkki ) ja 0,1–0,2 mm:n hiukkaskokoon metallimalmit. Vaahdotusreagensseja lisätään luomaan ja tehostamaan erotettujen mineraalien hydrataatioeroa ja antamaan vaahdolle riittävä vastustuskyky massaa vastaan. Massa menee sitten vaahdotuskoneisiin . Vaahdotusaggregaattien (hiukkasten ja ilmakuplien) muodostuminen tapahtuu, kun mineraalit törmäävät massaan joutuneiden ilmakuplien kanssa, sekä kun liuoksesta nousevia kaasukuplia ilmaantuu hiukkasten päälle. Flotaatioon vaikuttavat massan nestefaasin ionikoostumus, siihen liuenneet kaasut (erityisesti happi), lämpötila, massan tiheys. Rikastetun mineraalin mineralogisen ja petrografisen koostumuksen tutkimuksen perusteella valitaan vaahdotuskaavio, reagenssijärjestelmä ja jauhatusaste, jotka tarjoavat melko täydellisen mineraalien erottelun. Mikä parasta, jyvät, joiden koko on 0,1–0,04 mm, erotetaan vaahdotuksella. Pienemmät hiukkaset erottuvat huonommin, ja alle 5 mikronia pienemmät hiukkaset heikentävät suurempien hiukkasten vaahdottamista. Tietyt reagenssit vähentävät mikronikokoisten hiukkasten negatiivista vaikutusta. Suuret (1–3 mm) hiukkaset irtoavat kuplista vaahdon aikana eivätkä kellu. Siksi suurten hiukkasten (0,5–5 mm) vaahdotukseen kehitettiin Neuvostoliitossa vaahdon erotusmenetelmiä , joissa massa syötetään vaahtokerrokselle, joka säilyttää vain hydrofobisoidut hiukkaset. Samaa tarkoitusta varten on luotu leijukerrosvaahdotuskoneita, joissa ilmastetun nesteen virtaus on nouseva.

Vaahdotus on paljon tuottavampi prosessi kuin öljyn ja kalvon vaahdotus. Tämä menetelmä on yleisimmin käytetty .

• Sähköblotaatio  on lupaava menetelmä kemianteollisuudessa käytettäväksi , se koostuu dispergoituneiden epäpuhtauksien kellumisesta nesteen pinnalla elektrolyyttisten kaasujen vapautumisen ja vaahdotusvaikutuksen vuoksi.

Veden puhdistamiseen sekä komponenttien erottamiseen laimeista liuoksista kehitettiin 1950-luvulla ionivaahdotusmenetelmä , joka lupaa teollisuuden jätevesien, mineralisoituneiden maanalaisten lämpö- ja kaivosvesien sekä meriveden käsittelyyn. Ionivaahdon aikana yksittäiset ionit, molekyylit, hienot sedimentit ja kolloidiset hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa vaahdotusreagenssien-keräinten kanssa, useimmiten kationisia, ja ne uutetaan kuplien avulla liuoksen pinnalla olevaksi vaahdoksi tai kalvoksi. Hienojakoisia vaahdotuskuplia liuoksista saadaan myös hajottamalla vettä elektrolyyttisesti, jolloin muodostuu kaasumaista happea ja vetyä (sähköblotaatio). Elektroflotaation aikana reagenssien kulutus on huomattavasti pienempi, ja joissain tapauksissa niitä ei tarvita.

Vaahdottamisen laaja käyttö mineraalien käsittelyssä on johtanut erityyppisten, suurien kammioiden (jopa 10–30 m³) korkean tuottavuuden vaahdotuskoneiden luomiseen. Vaahdotuskone koostuu sarjasta peräkkäin järjestettyjä kammioita, joissa on massan vastaanotto- ja purkulaitteet. Jokainen kammio on varustettu ilmastuslaitteella ja skimmerillä.

Sovellukset

• Mineraalien rikastaminen ( ei- rautametallimalmit , harvinaiset ja hivenaineet , kivihiili , luontainen rikki ) ;
• Monimutkaisten malmien mineraalien erottaminen ;
• Suolojen erottaminen ;
• Jäteveden käsittely , erityisesti öljy- ja öljypisaroiden erottamiseen .
• Hiivan tuotanto (tiivistysmenetelmä)

Maailmassa flotaation ansiosta hienojakoisten malmien esiintymät ovat mukana teollisessa tuotannossa ja mineraalien integroitu käyttö varmistetaan. Tehtaat tuottavat jopa viittä erilaista rikastetta. Joissakin tapauksissa vaahdotusrikastushiekka ei ole jätettä, vaan sitä käytetään rakennusmateriaalina, lannoitteina maataloudessa ja muihin tarkoituksiin. Vaahdotus on johtava prosessi ei-rautametallimalmien rikastamisessa. Kierrätysveden käyttö otetaan käyttöön, mikä vähentää vesistöjen saastumista .

Vaahdotusreagenssit

On olemassa useita erilaisia ​​vaahdotusreagensseja, jotka eroavat toimintaperiaatteeltaan:

• Kerääjät  ovat reagensseja, jotka adsorboituvat selektiivisesti vaahdoksi muunnettavan mineraalin pintaan ja antavat hiukkasille hydrofobisia ominaisuuksia. Keräilijöinä käytetään aineita, joiden molekyyleillä on amfifiilinen rakenne: hydrofiilinen polaarinen ryhmä, joka on kiinnittynyt hiukkasten pintaan, ja hydrofobinen hiilivetyradikaali . Useimmiten keräilijät ovat ioniyhdisteitä; riippuen siitä, mikä ioni on aktiivinen, erotetaan anionisen ja kationisen tyyppiset keräilijät. Harvemmin käytetään keräilijöitä, jotka ovat ei-polaarisia yhdisteitä, jotka eivät kykene dissosioitumaan . Tyypillisiä keräilijöitä ovat: ksantaatit ja ditiofosfaatit  sulfidimineraaleja varten, natriumsaippuat ja amiinit ei  -sulfidimaraaleille, kerosiini hiilen rikastamiseen. Keräilijöiden kulutus on satoja grammoja malmitonnia kohden;
• Regulaattorit  ovat reagensseja, joiden selektiivisen sorption seurauksena mineraalin pinnalla mineraali muuttuu hydrofiiliseksi eivätkä pysty kellumaan. Epäorgaanisten happojen ja joidenkin polymeerien suoloja käytetään säätelyaineina ;
• Vaahtotiivisteet  on suunniteltu parantamaan ilman hajoamista ja mineralisoituneiden vaahtojen stabiilisuutta. Vaahdotusaineet ovat mietoja pinta -aktiivisia aineita . Vaahdotusaineiden kulutus on kymmeniä grammaa malmitonnia kohden.
• Aktivaattorireagenssit  ovat reagensseja, jotka luovat olosuhteet, jotka edistävät kerääjien kiinnittymistä mineraalien pinnalle.
• Masennusreagenssit  ovat reagensseja, joita käytetään estämään mineraalien hydrofobisoituminen keräilijöiltä. Ne on suunniteltu lisäämään vaahdotuksen selektiivisyyttä (selektiivisyyttä) erotettaessa mineraaleja, joilla on samanlaiset vaahdotusominaisuudet.

Katso myös

• kelluntakone

Muistiinpanot

1. ↑ Woodcroft B. Haettujen ja myönnettyjen patenttien kronologinen indeksi vuodelle  1860 . - Lontoo: Great Seal Patent Office, 1861. - S. 34.

Kirjallisuus

• Meshcheryakov N. F. Vaahdotuskoneet. — M .: Nedra , 1972. — 248 s.
• Glembotsky V. A., Klassen V. I. Vaahdotus. - M .: Nedra, 1973. - 384 s. - 7300 kappaletta.
• Viitekirja malmien rikastamisesta. 3 osassa / O. S. Bogdanov (päätoimittaja) ja muut - M . : Nedra, 1972-1974.
• Barsky L.A. Joten fossiileista tulee hyödyllisiä. - M .: Nedra, 1988. - 152 s. - 19 000 kappaletta.  — ISBN 5-247-00326-8 .

Linkit

• Elektroflotaatio galvanointiteollisuudessa
• Sulfidin vaahdotus kullankaivoksessa
• Vaahdotus // Chemical Encyclopedia  : 5 osassa / Ch. Toim.: I. L. Knunyants (T. 1-3), N. S. Zefirov (T. 4-5). - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja (V. 1-2); Suuri venäläinen tietosanakirja (T. 3-5), 1988-1998. - ISBN 5-85270-008-8 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa) Treccani
Bibliografisissa luetteloissa BNE : XX553267 BNF : 119795554 GND : 4017595-9 J9U : 987007535909105171 LCCN : sh85049264 NDL : 00563813 NKC : ph120264