EN
Flotation är en separationsteknik som använder luftbubblor för att samla upp värdefulla mineralpartiklar från en vattenbaserad massa. Om man frågar vad flotation används till är det direkta svaret att flotation används för att separera värdefulla mineraler från gråberg, för att uppgradera malmer före smältning och urlakning och för att återvinna fina partiklar som gravitationsprocesser inte kan hantera. Utöver gruvdrift används samma princip vid pappersåtervinning, plastseparering, marksanering och rening av oljehaltigt avloppsvatten.
Processen bygger på ytkemi. Reagenser gör målmineralet hydrofobiskt, luftbubblor fäster vid dessa partiklar och ett stabilt skum för dem till ytan, där de avlägsnas som koncentrat. Följande avsnitt förklarar de huvudsakliga användningsområdena för flotation, stegen inuti en koncentrator, utrustningen och kemikalierna som är involverade och de variabler som bestämmer återvinning och kvalitet.
Vad är flytning och hur fungerar det?
Flotation, ibland kallad skumflotation, är en fysikalisk-kemisk separationsmetod. Det omvandlar skillnader i vätbarhet på ytan till olika hastigheter för bubbelfastsättning. I en flotationscell luftas massan så att målmineralytan, som har gjorts hydrofob av reagens, binder till luftbubblor. Bubbelpartikelaggregatet stiger till ytan; skumskiktet skrapas ut, förtjockas och filtreras för att erhålla det slutliga koncentratet.
Tre grundläggande villkor måste uppfyllas:
- Det värdefulla mineralet måste befrias från gänget, som kommer från korrekt malning.
- Målytan måste vara selektivt hydrofob, vilket kommer från kollektorkemin.
- Cellen måste producera små och stabila bubblor, som kommer från pumphjulet och skummaren.
Dessa förhållanden förklarar också varför flotation tillämpas på så många material: närhelst en selektiv hydrofobicitetsskillnad kan skapas kan en flotationsprocess utformas runt den. För en närmare titt på kretsens funktion, se huvudprincipen för flytutrustning i beneficiation .
Huvudanvändning av flottning inom industrin
Den mest synliga användningen av flotation är inom metallbrytning, men tekniken är också inbäddad i kemisk bearbetning, återvinning och miljöbehandling. Tabellen nedan sammanfattar de typiska flödena och målen.
| Ansökningsfält | Typiskt foder eller material | Huvudmål |
|---|---|---|
| Flotation av sulfidmalm | Koppar, bly, zink, nickel, molybdenmalm | Framställ ett sulfidkoncentrat för smältning |
| Flotation av ädelmetall | Guldmalm, silverbärande malm | Återvinn fina fria guld och guldhaltiga sulfider |
| Omvänd flotation av järnmalm | Hematit, magnetitmalm | Sänk kiseldioxidhalten och höj järnkvaliteten |
| Industriell mineralflotation | Fosfatsten, fluorit, grafit | Uppgradera mineraler för gödningsmedel och kemikalieanvändning |
| Potaska flotation | Sylvinit, saltlake | Separera kaliumklorid från natriumklorid |
| Återvinning och sanering | Avfallspapper, blandad plast, förorenad jord | Ta bort bläck, sortera plast, återvinn tungmetaller |
| Vattenbehandling | Industriellt avloppsvatten, oljigt avloppsvatten | Ta bort suspenderade partiklar, olja och fett |
Utvinning av metallmalm
Den största delen av flotationskapaciteten är installerad i basmetallkoncentratorer. Sulfidmalmer svarar bra på xantatuppsamlare, varför koppar-, zink-, bly- och nickelanläggningar nästan alltid använder en flotationskrets efter malning. Flotation återvinner också molybden och silver när de förekommer med kopparsulfider, och det används för att återvinna guld från pyritiska malmer innan cyanidlakning.
Hydrometallurgi och saltsjöbearbetning
I hydrometallurgiska anläggningar används flotation för att återvinna metallvärden från slagg, skärsten och rester. Kopparsmältslagg mals till exempel och flyter för att återföra kvarvarande koppar till smältverket. Inom saltsjökemi är flotation ett standardsteg i produktionen av kaliumklorid, som hjälper till att avlägsna halit och lera från kaliumklorid.
Återvinning, sanering och vattenrening
Samma ytkemiprincip löser även miljöproblem. Flotation avsvärtar återvunnet papper, separerar plast med olika vätningsegenskaper och tar bort tungmetallhaltiga partiklar från förorenad jord och muddrat sediment. Vid rening av avloppsvatten lyfter flotation med löst luft olja, fett och lätta suspenderade ämnen ur industriellt avlopp. Dessa applikationer växer i takt med att trycket att återvinna material från sekundära resurser ökar.
Hur en flottningskrets är organiserad
En flotationskrets är en sekvens av maskiner och processsteg, inte en enda tank. Arrangemanget beror på malmtypen och den slutliga produktspecifikationen, men flera steg är alltid närvarande.
- Krossning och malning befriar det värdefulla mineralet från gänget.
- Conditioning blandar massan med uppsamlare, skummare och pH-modifierare.
- Grovare flotation samlar upp ett första koncentrat från fodermassan.
- Scavenger-flotation behandlar det grövre avfallet för att återställa kvarvarande värden.
- Renare flytning återflyter det grövre koncentratet för att öka halten.
- Omslipning öppnar låsta partiklar och återför dem till kretsen.
- Avvattning tar bort vatten från koncentratet för transport eller vidare bearbetning.
I en typisk kopparkoncentrator mals malmen till en storlek där 70 till 80 procent passerar 74 mikron innan den kommer in i den grövre banken. I en guldhaltig pyritanläggning kan samma krets användas för att producera ett bulksulfidkoncentrat, som sedan mals om för att exponera guldet för cyanidlakning. Processstegen ser likadana ut, men reagensschemat och uppehållstiderna är ganska olika.
Flotationsutrustning och maskintyper
Flotationsutrustning sträcker sig från små laboratorieceller till industritankar med volymer över 300 kubikmeter. Den grundläggande klassificeringen är efter lufttillförselmetod: mekaniska självluftande maskiner och luftpumpningsmaskiner.
Självluftande maskiner
Maskiner som flytmaskinen av BF-typ klassificeras som självluftande eftersom pumphjulet drar in luft i massan när den roterar. Dessa celler är vanliga i medelstora och små växter, särskilt där ett separat tryckluftssystem inte är tillgängligt.
Självluftande BF-flotationsmaskin för små och medelstora växter En mekanisk omrörarcell som suger luft naturligt med ett stängt dubbelkon pumphjul, idealiskt för platser utan tryckluft. Den kombinerar sug och flytning för att förenkla kretsuppställningen. Visa produkt → Luftinflationsmaskiner
Luftuppblåsningsceller såsom XCF- och KYF-typerna använder en extern lufttillförsel, vilket ger oberoende kontroll av luftning och omrörning. XCF- och KYF-typerna kombineras ofta i en bank: en XCF-cell i toppen av banken fungerar som en sugtank, medan resten är luftuppblåsningsceller. Detta eliminerar behovet av en slurrypump mellan flotationsstegen.
XCF/KYF Air-Inflation Flotation Machine Combination Använder extern lufttillförsel för oberoende luftningskontroll och parar en XCF-sugcell med KYF-direktflödesceller för att eliminera slurrypumpar mellan stegen. Lämplig för medelstora och stora kretsar. Visa produkt → Stora flytmaskiner
Stora flotationsceller har förändrat ekonomin för låggradig malmbearbetning. En enda stor cell kan ersätta flera mindre, vilket minskar energiförbrukningen, golvytan och underhållsarbetet. Huvudkravet är ett stabilt luftspridningssystem och en skumutsläppsdesign som fungerar på djupet.
Fläkthjulet, tankdjupet, skumkonens design och luftregleringsventilen måste matcha massadensiteten och partikelstorleksfördelningen i fodret.
Flotationsreagenser som används i kommersiella kretsar
Reagenskemin förändrar mineralytan så att flotationsprocessen kan skilja mellan partiklar som liknar gravitationsseparation. Tabellen nedan listar de tre huvudsakliga reagenstyperna.
| Reagensklass | Huvudfunktion | Industriella exempel |
|---|---|---|
| Samlare | Adsorbera på målmineralet och gör det hydrofobt | Xanthater, ditiofosfater, fettsyror |
| Skummare | Stabilisera bubblor och bilda ett skumlager på massaytan | MIBC, tallolja, polyglykoletrar |
| Regulatorer | Tryck ner gånggas, aktivera mineraler eller kontrollera massans pH | Kalk, soda, natriumsilikat, kopparsulfat |
Ett praktiskt reagensschema för en koppar-zinkmalm börjar med kalk för att trycka ner pyrit, sedan en kopparuppsamlare för att flyta koppar-zink medan zink hålls tillbaka. Efter kopparavlägsnande tillsätts kopparsulfat för att aktivera sfalerit, och en uppsamlare doseras igen för att flyta zink. Samma cykel upprepas i renare steg vid lägre massadensitet och med en mildare skummare.
Faktorer som påverkar Flotation Recovery
Många variabler avgör om en flotationsanläggning når sitt utvinningsmål. Operatörer övervakar vanligtvis dessa sex.
- Partikelstorlek: grova partiklar är tunga och bryts loss från bubblor; mycket fina partiklar missar bubbelytan. En medelstor storlek ger den bästa återhämtningen.
- Massdensitet: för tjock fruktkött minskar skumkvaliteten; för tunn massa ökar vatten- och energiförbrukningen.
- Reagensdosering: underdosering lämnar värde i avfall; överdosering sänker koncentrathalten.
- Luftningshastighet: justerar bubbelytan; för hög lufthastighet kan kollapsa skummet.
- pH och massapotential: standard sulfidflotation körs i alkaliska massor för att skydda uppsamlarfilmer och trycka ner järnmineraler.
- Uppehållstid: om fruktköttet lämnar cellerna för snabbt, går långsamt flytande mineraler förlorade; om det stannar för länge förs gäng in i kraftfodret.
Diagrammet nedan visar ett typiskt samband mellan partikelstorlek och flotationsutvinning för en sulfidmalm.
Typisk flotationsåtervinning kontra partikelstorlek
De exakta värdena skiljer sig mellan malmer, men kurvans form är konsekvent i basmetallanläggningar. Om återhämtningsfallet är på den grova sidan ökar växten vanligtvis uppsamlardosering eller skumdjup. Om droppen är åt den fina sidan kan växten behöva ett flockningsmedel, en starkare uppsamlare eller en annan celldesign.
Att välja flytutrustning för riktiga projekt
Att välja rätt flotationsmaskin för en ny anläggning eller en uppgradering är en stegvis process. Det planerade fodertonnaget definierar den totala cellvolymen. Malmminerogin definierar reagensschemat och antalet reningssteg. Matarpartikelstorleken och den erforderliga koncentratkvaliteten definierar celltyp och djup.
Ett relevant exempel är det flotationstekniska reformprojektet vid Yunnan Jinding zinkindustrins 3 000 t/d zinkverksamhet. I den anläggningen kunde de befintliga cellerna inte återvinna tillräckligt med fin sfalerit, och lösningen var att ändra maskinkonfigurationen snarare än att bygga om slipsektionen. Konturen av detta projekt förklarar hur det nya flotationsarrangemanget ökade utvinningen samtidigt som koncentratkvaliteten hölls inom smältverkskravet. I högtonnage koppar- och smältverk leder samma typ av analys vanligtvis till stora flotationsmaskiner, som minskar cellantal och energiförbrukning.
Flytningsmaskiner med stor kapacitet för anläggningar med hög tonnage Konstruerad för att hantera skrymmande malmtillförsel och öka återvinningen samtidigt som energi och golvyta minskar. Dessa celler erbjuds i storlekar upp till 200 m³ och passar för koppar-, fosfat- och eldfast malmverksamhet. Visa produkt → För anläggningar som bearbetar fosfatbergart, kaliumklorid eller eldfasta malmer gäller samma urvalslogik, men skumbelastningen och reagensstabiliteten blir viktigare. Maskinen måste hålla skummet tillräckligt länge för att rengöringsstegen ska göra sitt arbete, och cellformen måste klara den högre viskositeten hos vissa mineralmassor.
Vanliga frågor om flottning
Vad används skumflotation till vid gruvdrift?
Skumflotation används för att separera värdefulla mineraler från gäng efter malning. Det appliceras främst på sulfidmalmer av koppar, zink, bly och nickel, men även på guld, molybden, fosfat, fluorit och kaliumklorid.
Kan flotation användas för icke-mineraliska material?
Ja. Samma princip används för att avsvärta återvunnet papper, för att separera blandade plaster och för att ta bort tungmetallhaltiga partiklar från förorenad jord. Vid vattenbehandling används flotation med löst luft för att avlägsna olja, fett och suspenderade ämnen.
Vad är skillnaden mellan flotation och sedimentation?
Sedimentation separerar partiklar efter densitet och låter materialet sedimentera under gravitationen. Flotation separeras genom ythydrofobicitet och transporterar partiklar uppåt med luftbubblor. Flotation kan därför separera partiklar som har nästan samma densitet men olika ytkemi.
Vad gör egentligen en flotationsmaskin?
En flotationsmaskin blandar massan, sprider luft till små bubblor och håller skumskiktet tillräckligt stabilt för uppsamling. Impellermekanismen och tankgeometrin definierar storleksintervallet för partiklar som maskinen kan hantera effektivt.
Varför är partikelstorleken så viktig vid flotation?
Grova partiklar är för tunga för bubblor, och fina partiklar kolliderar inte med bubblor tillräckligt ofta. Varje malm har ett optimalt storleksintervall där utvinningen är högst; rör sig utanför det intervallet sänker återhämtningen även när reagensreceptet är korrekt.
