Флотации метод. Флотация - это что такое? Подробное описание процесса, преимуществ и недостатков Технология флотации

Использование: обогащение полезных ископаемых, флотация руд. Сущность изобретения: в колонной флотационной машине с вертикально расположенной зоной минерализации исходную пульпу подают в зону минерализации нисходящим потоком. Одновременно подают в нее аэрирующий воздух. Разделяют пенный и камерный продукты. Подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 - 0,5 м/с. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 - 0,5. 2 ил.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых способом флотации в колонных флотационных машинах и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья, а также при очистке сточных вод. Известен способ флотации, осуществляемый в колоннах пневматических флотационных машин с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую подают исходную пульпу восходящим потоком с одновременной подачей в этот поток аэрирующего воздуха. При этом расход исходной пульпы поддерживают на такой величине, чтобы ее приведенная скорость в зоне минерализации не превышала скорости всплытия пузырьков аэрирующего воздуха. Такое соотношение скоростей указанных технологических сред приводит к образованию в зоне минерализации восходящего прямоточного пульповоздушного потока, в котором скорость всплытия пузырьков возрастает из-за наложения скорости восходящего потока пульпы. Процесс разделения пенного и камерного продуктов идет в условиях прямотока пульповоздушной смеси, в которой скорость движения восходящего потока пузырьков воздуха выше скорости движения восходящего потока твердых частиц (авт. св. СССР N 1351684, кл. B 03 D 1/24, опубл. БИ N 42, 1985). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Из-за повышенной скорости всплытия пузырьков снижается время их пребывания в зоне минерализации (оно составляет примерно 4 8 с для промышленных машин, работающих на основе известного способа), поэтому происходит недогруз пузырьков, то есть снижается степень их минерализации, приводящая к снижению удельной производительности способа. 2. Повышенная скорость всплытия пузырьков требует повышенного удельного расхода аэрирующего воздуха для поддержания необходимого газосодержания, что требует повышения энергозатрат на аэрацию. 3. Из-за повышения скорости всплытия пузырьков и высокого удельного расхода аэрирующего воздуха усиливаются крупномасштабные вихревые движения флотационной системы и возникает значительное продольное перемешивание, приводящее к увеличению неравномерности пульповоздушного потока. Указанные факторы препятствуют повышению удельной производительности способа. 4. Сниженная вероятность прикрепления твердых частиц к пузырькам воздуха из-за их высокой относительной скорости также приводит к снижению удельной производительности способа. Широко известен способ флотации, осуществляемый в колонных пневматических флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую непрерывно нисходящим потоком подают исходную пульпу с одновременной встречной подачей аэрирующего воздуха восходящим потоком и ведут процесс разделения пенного и камерного продуктов в условиях противотока пульпы и газовой фазы. Для поддержания оптимального газосодержания пульпы, которое в известном способе составляет менее 0,3 подачу исходной пульпы осуществляют с расходом, обеспечивающим приведенную скорость нисходящего потока пульпы (по отношению к сечению зоны минерализации) в пределах 0,01 0,03 м/с, то есть меньшую, чем скорость всплытия пузырьков. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом задают в пределах 1,0 2,5. При указанных соотношениях расходов пульпы и воздуха относительная скорость встречного движения частиц и пузырьков воздуха в противотоке составляет примерно 0,12 м/с (Рубинштейн Ю.Б. Противоточные пневматические флотационные машины. М. Цветметинформация, 1979, с. 19, 21-25). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха по отношению к расходу исходного питания приводит к образованию крупномасштабных вихревых движений флотационной системы и, как следствие, к значительному продольному перемешиванию, что ухудшает условия флотации, то есть приводит в свою очередь к снижению вероятности сохранения флотокомплексов. Коэффициент же продольного перемешивания зависит от интенсивности вихревых движений, которая возрастает с увеличением расхода воздуха и поэтому не позволяет достичь максимального (0,3) газосодержания флотационной системы и, следовательно, ограничивает удельную производительность известного способа. 2. В восходящем потоке пузырьков аэрирующего воздуха при его отмеченном значительном удельном расходе активизируется процесс коалесценции слияния и укрупнения пузырьков, что приводит к сокращению их суммарной поверхности контакта и к неравномерности их распределения по сечению зоны минерализации и, как следствие, к снижению удельной производительности способа. 3. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха повышает энергоемкость известного способа. 4. Сравнительно высокая относительная скорость противонаправленного движения частиц и пузырьков воздуха снижает вероятность прикрепления частиц к пузырьку, то есть условия флотации ухудшаются и удельная производительность снижается. 5. Малое время пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации, составляющее 4 8 с, также ограничивает удельную производительность известного способа. Цель изобретения повышение удельной производительность и снижение энергозатрат на аэрацию. Сущность изобретения заключается в том, что в способе флотации, осуществляемом в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающем в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, согласно изобретению подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Техническим результатом предполагаемого изобретения является увеличение времени пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации по сравнению с известным способом почти на порядок. В зависимости от заданного соотношения расходов пульпы и аэрирующего воздуха время пребывания пузырьков воздуха в пульпе согласно способу составляет 20 60 с, что обеспечивает значительное повышение его удельной производительности за счет полной загрузки пузырьков. На фиг. 1 схематически показана часть зоны минерализации, заключенной в колонне, и часть горизонтального участка зоны разделения; на фиг. 2 график зависимости извлечения и удельной производительности q от приведенной скорости пульпы U ж.пр. при удельном расходе аэрирующего воздуха, составляющем 0,05, 0,1, 0,3, 0,5, 0,6, 0,7. Согласно предложенному способу флотации в вертикально расположенную зону минерализации, ограниченную вертикальными стенками 1 колонны, непрерывно подают исходную пульпу нисходящим потоком. При этом расход исходной пульпы задают таким, чтобы в зоне минерализации обеспечивалась приведенная скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с. Аэрирующий воздух подают одновременно в верхнюю часть зоны минерализации в виде воздушных пузырьков 2 необходимого диаметра. Удельный расход аэрирующего воздуха поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Указанный диапазон изменения удельного расхода воздуха обеспечивает в нисходящем потоке пульпы оптимальную величину среднего газосодержания порядка 0,2 0,3. Так как приведенная скорость нисходящего потока пульпы в указанных пределах превышает скорость всплытия ненагруженных пузырьков 2, составляющую примерно 0,1 0,23 м/с, то пузырьки 2, увлекаемые нисходящим потоком пульпы, перемещаются ею из верхней части зоны минерализации в ее нижнюю часть. При этом время пребывания пузырьков 2 в зоне минерализации составляет 20-60 с, а время пребывания минеральных частиц 3 пульпы составляет меньшую величину, так как они имеют несколько большую скорость опускания чем пузырьки 2. Таким образом в зоне минерализации образуется нисходящий пульповоздушный поток, в котором составляющие его компоненты жидкость, минеральные частицы 3 пульпы и воздушные пузырьки 2 движутся в одном направлении вниз, то есть процесс флотации происходит в режиме движения пульпы, максимально приближенному к режиму "идеального вытеснения". Известно, что оптимальные условия слипания пузырьков воздуха и минеральных частиц наступают через 5-15 с после образования пузырьков, поэтому в течение времени пребывания в зоне минерализации, составляющем 20 60 с, пузырьки 2 получают полную минеральную нагрузку. При этом те воздушные пузырьки, которые быстрее получили полную минеральную нагрузку, быстрее и транспортируются вниз к зоне 4 разделения. Пузырьки 2, имеющие меньшую минеральную нагрузку, опускаются медленнее, то есть их время пребывания в зоне минерализации увеличивается, что позволяет этим пузырькам 2 также получить полную нагрузку. В нижней части зоны минерализации создают условия для разделения пенного и камерного продуктов известным путем, например путем изменения направления движения нисходящего потока флотационной системы на горизонтальное. Флотокомплексы в виде пенного продукта всплывают на горизонтальном участке зоны 4 разделения и скапливаются на ее верхнем уровне, откуда пенный продукт под действием гидростатического столба пульпы быстро разгружается для дальнейшего передела. Несфлотировавшийся материал (камерный продукт) также активно выгружается вместе с отработанной жидкостью. Из графика, построенного на основе экспериментальных данных (фиг. 2), следует, что уменьшать приведенную скорость пульпы до величины, меньшей чем 0,2 м/с, нецелесообразно, так как при этом значительно уменьшается удельная производительность способа из-за резкого увеличения газосодержания выше нормативного, то есть выше 0,3. При увеличении приведенной скорости более 0,5 м/с происходит падение извлечения вследствие сокращения времени пребывания пульпы в зоне минерализации. Снижение удельного расхода аэрирующего воздуха ниже 0,1 приводит к снижению извлечения на всем диапазоне изменения приведенной скорости пульпы, а повышение удельного расхода воздуха выше предельного по способу, то есть выше 0,5, не позволяет вести процесс флотации на оптимальных расходах исходной пульпы, так как при этом резко снижается извлечение. Таким образом, предложенный способ позволяет значительно увеличить удельную производительность за счет увеличения почти на порядок времени пребывания воздушных пузырьков 2 в зоне минерализации при поддержании повышенных расходов исходной пульпы и малых расходах аэрирующего воздуха, снижающих энергозатраты.

Формула изобретения

Способ флотации, осуществляемый в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающий в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, отличающийся тем, что подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5.

Похожие патенты:

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке как сульфидных полиметаллических золотосодержащих руд, так и при доизвлечении золота, серебра и цветных металлов из складируемых отходов горно-обогатительных полиметаллических комбинатов

Изобретение относится к процессам извлечения мелкодисперсных частиц металлов из производственных растворов, в частности, может быть использовано для извлечения коллоидного золота и других металлов, гидрозоли которых имеют отрицательный заряд

Общепринятая схема очистных сооружений как локального, так и централизованног о общегородского типа в обязательном порядке включает в себя этап осаждения. Отстоянные стоки чаще всего поступают на ступень биологической очистки.

Однако отстойники справляются с удалением только крупных взвесей, которые тяжелее воды. Многие микрочастицы и вещества в коллоидной форме легче водной среды, поэтому не подвергаются осаждению. Эту проблему решают при помощи ступени флотационной очистки, основанной на сложном физико-химическо м процессе. Именно о флотации пойдет речь в нашей статье.

Что такое флотация?

В переводе с английского языка флотацию дословно можно обозначить как плавание на поверхности воды. В области очистки сточных вод флотация применяется в качестве метода выделения мелких твердых частиц, коллоидных взвесей, некоторых растворенных веществ. В основе процесса лежит индивидуальная способность различных соединений к смачиванию и поведение на границе раздела фаз жидкость-газ. Несмачиваемыми водой являются гидрофобные вещества. Гидрофильные соединения обладают хорошей способностью к смачиванию.

Обобщенно и упрощенно флотацию можно описать следующим образом:

• в очищаемую воду подают диспергированный воздух;
• гидрофобные частицы приближаются к пузырьку воздуха;
• водная прослойка между гидрофобной частицей и воздушным пузырем постепенно истончается и разрывает в связи с тем, что сила взаимодействия между молекулами воды больше чем сила адгезивного контакт вода-частица;
• образуется комплекс гидрофобной частицы с пузырьком газа;
• этот флотирующий комплекс всплывает на поверхность стоков, так как он менее плотный чем гетерогенная система, в которой он находится.

Так на поверхности стоков образуется пенный слой, который постепенно удаляется специальным механизмом.

Отчего зависит эффективность флотации для очистки воды

На процесс флотации может повлиять многое. Но наиболее сильное воздействие оказывают описанные ниже факторы.

Область применения флотации

Флотация позволяет очистить воду от взвесей, не подвергающихся осаждению, в связи с тем, что они имеют близкую к воде плотность. Флотационный процесс применяют для удаления из воды ПАВ, нефтепродуктов, волокнистых загрязнителей, жиров и т. п., а также некоторых растворенных веществ, в последнем случае очистка называется пенной сепарацией. Кроме того, флотацию применяют для удаления из стоков взвесей активного ила.

Преимущества и недостатки очистки стоков флотацией

Флотация является одним из самых популярных способов очистки сточных вод. Без флотационного процесса редко обходятся очистные промышленные и ливневые сооружения. Все связано с рядом преимуществ флотационной очистки стоков.

1. Относительно небольшие затраты в процессе эксплуатации.
2. Простота оборудования.
3. Возможность выделения определенных загрязнителей.
4. Скорость процесса флотационной очистки от некоторых взвесей выше скорости оседания.
5. Возможность удаления таких загрязнителей как нефтепродукты.
6. Продуктом флотации является шлам с не очень высоким содержанием воды.

С особенностью самого флотационного процесса связаны и его минусы.

1. Так как флотация зависит от гидрофобности вещества, применять ее можно для удаления не всех загрязняющих компонентов.
2. Зачастую приходится использовать реагенты для повышения гидрофобности загрязнителей и устойчивости полученной пены.
3. Необходимо точно производить настройку оборудования, подающего воздух с целью получения пузырьков определенного диаметра.

Виды флотационной очистки сточных вод

В основе разделения на виды очистки сточных вод методом флотации лежит способ насыщения стоков воздухом и механизм его диспергирования.

Выделение воздушных пузырьков из раствора

Из раствора пузырьки воздуха определенного размера выделяют методом напорной и вакуумной флотации. В первом случае в воду под давлением нагнетают воздух, после этого резко понижают давление в системе, в результате чего в толще сточной воды выделяются воздушные пузырьки.

Вакуумная флотация по принципу схожа с напорной, но исполнение отличается. Сначала вода поступает в аэрационную камеру (1), где контактирует с воздухом и насыщается им, после этого в дезаэраторе (2) удаляется нерастворившийся в воде воздух. Потом вода поступает в камеру флотации (3), где происходит понижение давления в сточной воде, в результате чего образуются воздушные пузырьки.

Оба способа прекрасно подходят для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнителей.

Механическое насыщение воды диспергированным воздухом

Обогащение воды пузырьками воздуха можно произвести механическим путем. Для этого могут применяться 3 метода: перемешивание воды при помощи небольшой турбины (импеллерные установки), колесом, соединенным с центробежным насосом (безнапорная флотация) или введением воздуха через форсунки труб, уложенных на дне флотационной камеры (пневматическая установка). Во время перемешивания образуются завихрения, благодаря которым стоки насыщаются пузырьками воздуха.

Импеллеры позволяют получить пузырьки небольшого диаметра и применяются для удаления нефтепродуктов и жиров. Этот метод дает возможность регулировать объем пузырьков: чем выше скорость вращения турбины, тем мельче пузырьки. Безнапорные установки позволяют получать более крупные пузырьки, которые не эффективны для удаления мелких взвесей. Безнапорную флотацию применяют для удаления жировых загрязнений, а также частиц шерсти и волокон. Пневматическая флотация используется в том случае, когда необходимо очистить воды, являющиеся агрессивными для таких механических конструкций как импеллер или колесо насоса.

Пропускание воздушных масс через материал с порами

Простым способом диспергирования воздушного потока является пропускание его перед подачей через пористые материалы (на рисунке обозначен цифрой 2), например, пластины с щелевидными прорезями. Чем меньше отверстие, тем меньше диаметр пузырьков.

Получение пузырьков газа из раствора путем электролиза

При этом способе в сточные воды помещают 2 электрода, через которые пропускают ток. Это приводит к выделению возле электродов газовых пузырьков кислорода и водорода. Кроме того, часто используют электроды из алюминия или железа. Соединения этих металлов выделяются в сточную воду и представляют собой коагулянты, приводящие к объединению взвешенных загрязнителей в хлопья. Хлопьевидные частицы контактируют с воздушными пузырьками и поднимаются на поверхность стоков.

Реагенты, применяемые во флотационной очистке

В процессе очистки методом флотации могут применяться реагенты, действие которых различается по двум основным направлениям: повышение гидрофобности и стабилизация пены.

Так как многие загрязнители могут содержать как гидрофобную, так и гидрофильную группу, то их способность к смачиванию снижена, поэтому флотация затруднена. В этом случае прибегают к добавлению в сточные воды реагентов, которые называют собирателями. Они также содержат гидрофильную (полярную) и гидрофобную (неполярную) группы. Взаимодействие между собирателем и загрязнителем происходит на уровне полярных концов. Гидрофобная группа реагента остается свободной.

В качестве собирателей в очистке сточных вод применяют поверхностно-акт ивные вещества: нефтепродукты, масла, меркаптан, аммонийные соли и т.п.

Другой группой флотационных реагентов являются пенообразователи. Они защищают пузырек от разрушения, таким образом повышая эффективность удаления загрязняющей частицы. К стабилизаторам пены относятся масло сосны, крезол, фенолы и др.

Заключительное слово

Флотация при всех своих положительных характеристиках не является самостоятельной очисткой. Это одно из звеньев очистных сооружений, позволяющее удалить их воды те вещества, которые не удалось убрать отстаиванием. Именно поэтому флотаторы устанавливаются зачастую после отстойников.

Флотация руды представляет собой такую методику, которая позволяет сделать работу с полезными ископаемыми эффективнее и выгоднее. Разные элементы отличаются между собой способностью удерживаться на поверхности, где контактируют две фазы, то есть происходит раздел сред. Флотация - это процесс, который основан на удельной энергии поверхности.

Если говорить о частицах, то их можно разделить на следующие группы:

• гидрофобные;
• гидрофильные.

О гидрофобности…

Итак, метод флотации основан на том, что вода по-разному влияет на различные молекулы. О чем идет речь?

Под гидрофобными принято понимать такие молекулы, для которых вода относительно «безопасна», то есть смачиваются они из-за особенностей своей структуры очень плохо. Такие частицы сформированы таким образом, чтобы по возможности избегать контакта с водой.

В реальности подобное поведение можно наблюдать невооруженным глазом, если выйти утром из дома: роса или дождевые капли на листья деревьев и на траве формируют небольшие капли. При этом растения проявляют свою гидрофобность, не позволяя жидкости растекаться по поверхности. Что касается полезных руд, то тут сходная логика, но сопряженная с измельчением породы. Молекулы полезных веществ гидрофобны, и в ситуации, когда они оказываются в жидкой среде, происходит взаимодействие с газовыми молекулами, помогающее полезным ископаемым всплывать. Это сопряжено с природным стремлением к уменьшению энергии.

…и гидрофильности

Под гидрофильными принято понимать такие частицы, которые жидкостью могут быть смочены без особенного труда. Для этих веществ нет «дискомфорта» в ситуации, когда вещество оказалось в суспензии.

Если гидрофобные молекулы стремятся вступить в контакт с газами, у гидрофильных такой особенности не зафиксировано. Также гидрофильные соединения в своей основной массе не проявляют специфических свойств относительно масел, к которым так и «липнут» гидрофобные молекулы.

Метод флотации

Отличаются разные технологии границей раздела, создаваемой, чтобы компоненты отделялись друг от друга. Наиболее современные:

• Масляная флотация - это такой вариант, когда смешивают предварительно измельченные руды с жидкостью, маслом. Это приводит к всплытию сульфидных соединений.
• Пенная флотация - это технология, предполагающая измельчение руды, смешивание ее с водой, обработку полученного составом воздушными пузырьками. Этот процесс приводит к формированию пены на поверхности смеси. В ней будут находиться компоненты, которые нужно было выделить из породы. Специальной машиной пену отводят и высушивают.

Второй вариант требует измельчения исходной породы до частиц, диаметр которых не превышает 0,2 мм.

Это важно!

В современной промышленности высоко ценятся различные руды, далеко не все они отличаются гидрофобностью, а значит, описанная технология не будет работать для их извлечения. Тогда применяют химические составы - реагенты. Это такие компоненты, благодаря которым целевые частицы либо приобретают гидрофобные качества, либо теряют их.

Существуют следующие реагенты:

• образователи пены;
• регуляторы, повышающие гидрофильность;
• собиратели;
• активаторы, формирующие такие условия, в которых собиратели закрепляются на поверхности;
• депрессоры, исключающие увеличение гидрофобности веществ (применяются для того, чтобы процесс стал более селективным).

Особенности работы

Флотация - это очень важный технологический процесс, который незаменим в промышленности, так как помогает обогащать руды с высокой результативностью. Эффективность показывает пенная технология, именно она и распространена в наши дни шире всего.

Чтобы начать флотацию, материалы сперва проходят через мельницу, что позволяет получить шихту, и уже после этого начинается процесс пенообразования. Чтобы флотация воды была результативной, выбирают такие размеры частиц, которые бы гарантировали разделение минералов. Оптимальный вариант - до 0,1 мм, но иногда измельчают и на компоненты размером всего 0,04 мм. Если в процессе окажутся более крупные компоненты, они снизят эффективность всей технологии в целом, так как имеют отрицательное действие. Также понижают эффективность процесса слишком мелкие составляющие, из-за которых элементы нормального размера не могут нормально взаимодействовать с воздушными пузырьками. Для улучшения качества необходимо использовать реагенты.

А как еще используем?

Обогащение руд - это не единственная область применения описанной технологии. В частности, широко распространена флотация сточных вод. Эта методика показала свою эффективность в ситуации, когда необходимо удалить из жидкости диспергированные компоненты, так как таковые нельзя убрать в процессе отстаивания.

Метод «пузырек-частица» показал высокую эффективность при выделении из воды следующих примесей:

• продукты нефтяного производства;
• нефть;
• маслянистые вещества;
• волокнистые компоненты.

Флотация - очистка сточных вод, в ходе которой все эти загрязняющие вещества просто всплывают на поверхность, что позволяет их быстро удалить вместе с образовавшейся пеной. Чтобы слой пены стал плотнее, а также для его разрушения допускается применять нагрев, а также использовать разработанные для этого приборы - «брызгалки».

Как это происходит

Очистка воды (флотации) происходят за счет способности частиц прилипать к пузырькам воздуха. Правда, это распространяется, как указано выше, только на гидрофобные компоненты. Чтобы сформировалась пара из воздушного пузыря и загрязняющей жидкость частицы, необходимо обеспечить их интенсивное взаимодействие. Это может быть обусловлено наличием реагента, создающего химически оптимальную среду для реакции. Также используется напорная флотация, когда создается избыточное давление в среде.

Флотация эффективна и в том случае, когда из жидкости следует удалить вещества, которые в ней уже растворились. Это касается в первую очередь поверхностно-активных веществ. Применяют в таком случае так называемую парную сепарацию. Здесь комплекс из веществ и газового пузыря образуется за счет реагента. Его надежность будет связана с природой загрязняющего компонента и его особенностями.

Ключевые преимущества

Флотация - очистка, имеющая ряд положительных параметров, что и стало причиной столь широкого распространения этой технологии в мире.

Основные аспекты:

• обширность применимости;
• непрерывность технологии;
• невысокая стоимость;
• простота эксплуатации;
• применение в работе простых машин;
• быстрота получения результата;
• селективность;
• не столь высокий уровень влажности шлама;
• эффективность (до 98%);
• выделяемые компоненты можно рекуперировать.

При флотации производится эффективная аэрация, понижается процентное соотношение жидкости и ПАВ, а также уменьшается количество микроскопических организмов, бактерий. Сточные воды, прошедшие флотацию, могут подаваться на очистительные установки более высокого уровня.

Разновидности технологии

Различные методики друг от друга отличаются в первую очередь по насыщаемости жидкости газами. Принято говорить о:

• выделении из раствора воздуха;
• диспергировании при применении механического воздействия;
• применении пористых материалов для подачи воздушного потока;
• химической технологии;
• биологической флотации;
• использовании электричества.

Установки, при помощи которых осуществляется флотация ПАВ и других примесей в жидкостях, бывают двухкамерные или однокамерные. Если камера только одна, то в ней жидкость наполняется газами и здесь же из нее выделяют загрязняющие компоненты. При наличии двух камер в одной происходит контакт с воздушным потоком, а в другом смесь может отстаиваться, во время чего шлам всплывает, а жидкость осветляется.

Флотация в медицине

Говоря об этой незаменимой методике выделения примесей из основного вещества, просто нельзя не упомянуть использование ее в медицине. Наиболее актуальна флотация кала для выявления наличия в органическом веществе гельминтов. Эта методика позволяет делать выводы о содержании:

• ооцист;
• цист.

Результаты оказываются достаточно точными только в том случае, когда ко врачам попадают свежие выделения. Чтобы удалось корректно и точно проанализировать вещество на наличие гельминтов, нужно хранить органическое вещество в холодильнике не более 72 часов. В некоторых случаях получается так, что образцы уже получены, а взять новые возможности нет, но изучение следует отложить на период, превышающий 72 часа. Выход есть: применяют 10% формалин. Этот раствор будет играть роль буфера. Если органические вещества были законсервированы таким образом, они могут далее использоваться в ходе исследований концентрации.

Технологии и точность

Флотация дает возможность выявить бактерии, стойкие к воздействию кислот, а также провести иммунологический анализ. Наиболее простой и легкий в реализации способ - это гравитационная флотация, также известная как стоячая. Он требует относительно мало времени на свою реализацию.

Альтернативный вариант - использование медицинских центрифуг. Этот метод более чувствителен, его результаты точнее ориентировочно в восемь раз. Если органические выделения пациента содержат небольшой процент гельминтов, гравитационный метод может показать их отсутствие, но этот результат окажется ложным. Чтобы быть уверенным в точности итогов, следует применять центрифуги.

Важные аспекты

Флотация - это такая методика выявления гельминтов, которой свойственны некоторые ограничения. О чем идет речь? К примеру, если предполагается, что в кале содержатся тяжелые яйца, их таким способом обнаружить вряд ли удастся. Это обусловлено тем, что они просто не могут всплыть из-за своего размера и массы. Кроме того, флотация не показывает достаточного эффекта на ларвальной стадии.

Планируя исследование, врачи должны помнить о том, что флотационная среда оказывает прямое влияние на точность результата. Наиболее значимые параметры:

• удельный вес;
• тип вещества.

Многие исследователи сходятся на том, что наилучшие результаты показывает сульфат цинка. Для этого соединения удельный вес варьируется в границах 1,18-1,2. Такой раствор даст возможность с высоким уровнем точности выявить цисты, яйца, а также поддержать структурные элементы цист.

Центрифуга: как это происходит

Рабочий процесс врача, изучающего кал на предмет наличия в нем гельминтов при помощи специальной установки, выглядит следующим образом:

• готовится эмульсия, в которой на 30 мл раствора приходится 5 г испражнений;
• эмульсия фильтруется через марлю в пробирку;
• пробирка заполняется флотационной средой, пока мениска не станет положительной;
• пробирка помещается на стекло, балансируется в установке;
• центрифуга запускается на 10 минут на скорость до 15 тысяч оборотов в минуту.

По завершении этого процесса доктор получает покровное стекло (его необходимо доставать вертикально), которое можно изучить под микроскопом. Исследование проводится около 10 минут - начинают с десятикратного увеличения, увеличивая его затем в четыре раза. Это дает возможность с точностью говорить о наличии микроскопических организмов, а также делать выводы об их структурах и о том, какого размера есть вредные организмы и их частицы.

Нововведения

Методики не стоят на месте, и применяемая в медицине флотация в последнее время также была усовершенствована. В частности, удалось разработать такую центрифугу, которая оснащена угловым ротором. В этой установке контейнеры не колеблются свободно, последнее вращение не сопровождается наложением на покровное стекло.

При завершающем этапе обработки смеси в установке пробирку нужно поставить вертикально в специальный штатив, затем долить в нее раствор, сохраняя верхний слой в целости. Когда мениска становится положительной, устанавливают покровное стекло и оставляют стоять пробирку не более пяти минут. Далее стекло убирают и изучают его под микроскопом также под двумя мощностями увеличения.

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

Метод Фюллеборна. В стакане емкостью 200 мл размешивают 8-10 г свежих фекалий с 20-кратным объемом насыщенного раствора натрия хлорида. После тщательного размешивания смесь фильтруют через металлическое или капроновое ситечко (можно через марлю) в другой чистый стакан емкостью 100 мл и оставляют на 45-60 мин. Затем проволочной петлей с поверхности взвеси берут 3-6 капель и наносят на хорошо обезжиренное предметное стекло, покрывают покровным стеклом и микроскопируют.

Метод Дарлинга. Пробу свежих фекалий массой 5 г смешивают в стакане с водой в соотношении 1:10 и через ситечко или марлю процеживают в другой чистый стакан. Фильтрат отстаивают 5 мин, верхний слой жидкости сливают, не взмучивая осадка, а осадок с небольшим количеством оставшейся жидкости (10 мл) переносят в центрифужную пробирку и центрифугируют 2 мин при скорости 1500 об/мин. Надосадочную жидкость сливают, а к осадку приливают жидкость Дарлиига (глицерин, смешанный в равных частях с насыщенным раствором хлорида натрия). Пробирку встряхивают или размешивают палочкой, чтобы осадок смешался с флотационной жидкостью, повторно центрифугируют в течение 2 мин при скорости 1500 об/мин. При наличии в пробе фекалий яиц гельминтов они всплывают на поверхность жидкости в центрифужной пробирке. Гельминтологической петлей берут 3-4 капли с поверхности взвеси, наносят на предметное стекло и микроскопируют.

Метод И.А. Щербовича выполняют по такой же методике, как и Дарлинга, но в качестве флотационной жидкости используют насыщенные растворы натрия гипосульфита или магния сульфата. Поскольку плотность указанных растворов выше, чем плотность жидкости Дарлинга, метод Щербовича используют для диагностики гельминтозов, яйца возбудителей которых имеют больший удельный вес (метастронгилез свиней, трихоцефалез, макраканторинхоз и др.).

Суть первого варианта состоит в том, что пробу фекалий массой 3 г кладут в стаканчик, добавляют раствор аммиачной селитры и тщательно размешивают стеклянной палочкой. Затем порциями доливают раствор соли до 50 мл. Полученную взвесь фильтруют через металлическое или капроновое ситечко в другой стаканчик и дают отстояться в течение 10 мин. При диагностике стронгилятозов достаточно, чтобы взвесь отстоялась в течение 3-5 мин. После этого гельминтологической петлей с поверхности взвеси снимают 3-6 капель с разных мест, переносят их на предметное стекло и микроскопируют.