14.9. Ионная фnот1щия

Термином «ионная флотация» обозначают группу флотаци­

онных процессов, основанных на использовании поверхности

раздела жидкость- газ для изв.1ечения из растворов ионов и

молекул органических соединений и-1и продуктов их взаимо·

действия с ионами или модскулами неорганических соединений.

Они пригодны для извлечения веществ, концентрация которых

в растворе может составлять 10-²-10-⁸ мо"1ь/л [19].

Термино.1огия этих процессов еще не установилась. К основ­ ным разновидностям их относятся: пенное фракционирование,

ионная флотация, ф.,1отация гидрофобных осадков, фJlотация

гидрофобизированных осадков, ф"1отоэкстракция [19).

Ленное фракционирование основано на способности поверх­

ностно-активных ионов и молекул адсорбироваться на поверх­

ности пропускаемых через раствор пузырьков газа и концентри­

роваться в по-1учаемом пенном слое. Данный процесс исполь­

зуется для решения актуальной проблемы очистки сточных и

природных вод от органических веществ, и в первую очередь от

моющих веществ например, алкилбензосульфонатов), не под­

дающихся биОJюгическому разрушению.

При изв.,lечении из сточных вод 90-95 % поверхностно-ак­

тивных веществ объем пенного продукта в несколько сотен раз меньше объема исходного продукта. Текущие расходы на очи-стку 1 м³ сточных вод не превышают 1 коп. .

Ионная флотация основана на притяжении изв.тiекаемого

иона противоположно заряженными ионами собирате-'IЯ, закре­

пившимися на поверхности барботируемых через объем рас­ 'Твора пузырьков воздуха или газа. Для извлечения катионов

293

применяются анионные, для анионов- катионные собиратели.

Между полярной группой собирателя! и ионом действуют элек.­

тростатические силы притяжения или связи, характерные для

координационных соедияений.

Ионная флотация Применяется для извлечения из растворов

анионов ортафосфорной кислоты четвертичными аммониевыми основаниями, анионов Cr201 ²- бромистым цетилэтилдиметилам­

монием, катионов радиоактивных металлов алкилбензосульфо­

натам_и, алкилсульфатами, аминополикарбоксильными кис.'Iо­ тами и другими анионными собирателями.

Четыре-пять соединенных последовательно противоточных колонн для ионной флотации обеспечивают степень очистки по­

рядка 10⁸-10¹⁰ • Ориентировочная стоимость обработки 1 м³

стоков, содержащих радиоактивные вещества, составляет 0,8-

1 Долл. Если уран присутствует в растворе в виде урани.1а

U02 ²+, то он не флотируется катионным собирателем типа

[R4N]+Bг. Однако если ион уранила путем добавки карбонат­

ных ионов перевести в уранилтрикарбонатный анион

[U02 (СОз) з]⁴-, то его можно извлечь тем же собирателем, бла­

годаря образованию на поверхности пузырька комплекса

[R4N]4+ · (U02 (СОз) з]~. Анионы С0з²- в данном случае играют

роль активаторов, как и катионы поливалентных металлов при

флотации кварца анионными собирателями.

Флотация гидрофобных осадков основана на способности

многих цветных и редких металлов образовывать с алкилксан­

тогенатами, алкилмеркаптанами, дитизоном и другими веще­ ствами труднорастворимые в воде соединения, осадки которых

имеют ярко выраженный гидрофобный характер и могут быть

сфлотированы после добавки пенообразовате.1я.

Процесс применяется для извлечения ксантогепатом ртути из промывных вод при рН 4,5 в концентрат, содержащий 21,4% ртути nри извлечении 89,7 %. Он рекомендован для из­

влечения никеля и кобальта из стоков гидрометаллургических

заводов и из растворов выщелачивания пиритных огарков,

меди из шахтных вод и других металлов из различных раство­

ров. Расход ксантогепата во всех случаях близок к стехиомет­ риЧескому, соответствующему образованию нормальных кеан­ тогепатов металлов. Регенерация ксантогепата осуществляется

обработкой полученного концентрата щелочью: металлы выпа­ дают в виде гидроокиси, а щелочной раствор регенерирован­

ного ксантогепата поступает в оборот.

Показава принципиальная возможность извлечения железа,

меди, цинка, свинца, никеля, кобальта, палладия, ванадия, мар­

ганца, _церия и селена из разбавленных (10-⁵-I0-⁴ моль/л)

водных растворов при использовании в качестве селективных

реагентов диаминобензидина, гидроксихинолина, а-нитрозо-~­ нафтола, купферона, оксимов.

Ленинградским горным институтом установлено, что, исполь­ зуя в качестве собирателя натриевые мыла синтетических жир-

294

ных кислот Cto-CJe, можно извлекать медь, цинк, никель, ко­

бальт и железо из разбавленных растворов гидрометаллургиче­

ской переработки полиметаллических руд и пр~дуктов их обо­ гащения. Разработанная селективно-коллективная схема пре­

дусматривает предварительную флотацию железа при рН 2,2-

2,6 и последующую флотацию цветных металлов в коллектив­ ный концентрат при рН 8,5-9. После обезвоживания, оплавле­

ния концентратов при температуре 60-70 ос и обработки их

серной кисJ1отой собиратель регенерируется и отделяется от

концентрировашrого сульфатного раствора железа или цветных

металлов. Суммарное извлечение металлов в растворы состав­

ляет 97-99 %.

Флотация гидрофобизированных осадк,ов основана на пред­ варительном осаждении извлекаемых металлов и Последующей rидрофобизации полученноr<? осадка собирателем. К настоя­

щему времени показана возможность: извлечения ионов тяже­

лых металJiов из сточных вод промытленных предприятий пу­ тем осаждения их ферроцианидом калия и последующей фло­

тации осадка с желатином; извлечения цинка из стоков вискоз­

ного производства после осаждения его в виде сульфида и по­

следующей флотации с лауриламином; селективного извлече­

ния тяжелых мета.1лов из растворов путем ступенчатого пойы­

шения рН, приводящего к последовательному выпадению ме­

таллов в виде гидроокиси, и стадиальной флотации выпадаю­

щих осадков. Например, при низких значениях рН можно

извлечь гидроокись железа, а при последующем ступенчатом

повышении рН выделить гидроокиси меди, цинка, никеля и ко­ бальта. Флотация гидрофобизированных осадков обладает ря­ дом техншюгических преимуществ: меньшим расходом соби­ рателя, высокой скоростью процесса, низкой чувствительностью

к присутствующим эле~тролитам.

Флотоэк,страк,ция основана на аккумулировании в слое орга­

нического растворителя на поверхности аэрируемого раствора.

гидрофобных соединений, транспортируемых из объема · рас­

твора воздушными или газовыми пузырьками. Она является

комбинацией флотации с жидкостной экстракцией и, при оди­

наковой эффективности с жидкостной экстракцией требует зна­ чительно меньших· расходов экстрагента (собирателя) и рас­ творитеЛя. Область применения флотаэкстракции непрерывно

расширяется.

Перечисленные разновидности ионной флотации позволяют обеспечить высокую эффективность очистки сточных ~од и

предотвратить загрязнение окружающей среды, повысить извле­

чение ценных компонентов и комплексность использования пе­

рерабатываемого сырья.

295

14.10. Наnравnенм• соверwенствованм• режимов фnотацмм

Совершенствование режимов флотации достигается в пер~

вую очередь осуществJ1ением автоматического контроля и ре­

гулирования ионного состава жидкой фазы пуJiьпы, регуJ1Ирова­ нием состава продуктов и скорости взаимодействия реагентов

на минеральной поверхности и в объеме пульпы, применением

электрохимической, магнитной, ультразвуковой, термической

обработки пульпы и растворов реагентов, использованием ре­ жимов скоростной, флокулярной· флотации, ленной сепара­

ции и др.

Автоматический контроль и регулирование концентрации ре­ агентов в пульпе. Основной nричиной, не лозводяющей получать на обогатительных фабриках максимально возможные техноло­

гические показатели при флотации, ЯВJiяется изменение вещест­

венного состава персрабатываемых руд по общему содержанию в них метаю1а, логлототельной способности минсра.1ьной по­

верхности всех компонентов руды по отношению к реагентам,

содержания растворимых солей, примесей в промышленной

воде и т. д. Изменения вещественного состава компенсируются

изменением расхода реагентов.

Осуществляемое в настоящее время на многих предприя­

тиях дозирование реагентов по производительности или объему

пу.'lьпы ЯВJ1Яется всего лишь средством упорядочения расхода

реагентов на фабрике. Основанная на этом система автомати­

ческого регу.1ирования расхода реагентов не учитывает измене­

ний вещественного состава руды и поэтому не может быть до­

стоверной. Система регулирования расхода реагентов по содер­ жанию мета.'!лов в руде должна быть бoJiee эффективной. Однако надежность такой системы регу.1ирования дово"1ьно

низка, так как в ней не учитывается основная причина изме­ нения расхода реагентов- изменение погJlотитеJiыrой или сорб­ ционной- емкости минеральной поверхности всех компонентов измедьченной руды по отношению к загружаемым реагентам.

К настоящему времени установдено, что все изменения ве­

щественного состава персрабатываемых руд отражает концен­

трация загружаемых реагентов в пуJ1ьпе, и доказано, что соот­

ношение концентраций реагентов в пудьте опреде,'!яет резуль­

таты ф.'!отации. Поэтому контроль и регу.1ирование концентра­

ций реагентов в пульпе является практически единственным пу­ тем создания надежных и эффективных систем автоматического

поддержания оптимаJ1ьного реагентного режима и поJ1учения

максимадьно возможных покаэатеJ1ей ф;ютаi{ии при минима.'lь­

ном расходе реагентов.

Основой систем автоматизации ф.1отационного процесса по

ионному составу пульпы являются рассмотренные ранее теоре­

тически и экспериментально обоснованные количественные за­

висимости между концентрациями реагентов в пудьпе в опти­

мальных условиях регулируемого процесса.

296

Ф!JHIIЦl/Q/f(JЛЬНhiU

олок, Оь1раоаты-

8ающиii .Ja8ocu-

ffQCт6 [кс}=f(РН)

	/!QзатQр Na.zS L
	t
!lоллектиllн•'й	нЦим разtJеления неtJно-
MeqHQ-MQЛUrf-	милuоi!ено6ош мнцентрата
tJeнodыli кон-
	t
центрот
	1да~чин 1
	Датчик	.датчик
	концентра-	концентра-
	ции аоно8	цuu l/IJН08
	s2-	К[
	Ф!Jкцаональныlt. блок,
	DыpaUU/f/6/oaющuii .Jil-
	lftJC/Ji'IOCтh	[Кх7,рН)
	[S 2'J=/(

					l
					1 Регgлятор 1
Рис. 14.12. Прннципиа.1Ь11ая		схема	Рис. 14.13.		Возможная	принципи­
системы	автоматического регулиро­		альная	схема системы		автоматиче­
вания	расхода ксантогената	при	ского контро.1я и регулирования
флотации			расхода сернистого натрия при раз­
			делении	кол.1ектив1юго		медпо-мо­
			.1иб;1енового		концентрата

Напри:'v!ер, ко.1Ичсствснные зависимости необходимой кон­

центрации ксантогсна та {Kx-]=f (рН) при ф.1отации различных

су.1ьфидных минералов могут. быть реа.1изованы в системе,

принципиальная cxe:'vla которой изображена на рис. 14.12.

При работе систс:чы сигнал датчика рН пу.ТJЬпы направ.1я­

стся в функциональный блок, где вырабатывается необходимое

ДJ1Я данн~го рН значение концентрации ксантогената. По.'lучсн­

нос значение сопостав.1яется в регуляторе с текущим значе­

ние:~-~ (Кх-], из:черяемым датчиком концентрации ксантогената. В зависи:vюсти от знака рассогласования дозатор ксантогсвата

у:чсньшает и.1и увеличивает расход собирате.1я в процессе ф.1о­

тации.

Внедрение такой системы на фабрике позволит не только значительно понизить расход собирателя, но и улучшить техно­

логические показатели обогащения в результате резкого умень-

. шения коэффициента вариации {Кх-] в пульпе, повьш1ения одно­

родности ко.1лективных концентратов по плотности адсорбции

~обирателя на поверхности минералов, улучшения вс.1едствие

этого ус:ювий подготовки концентратов к разделению и стаби­

.:шзации процесса самого разделения.

В свою очередь, зависимости [Kx-]=f (рН, {S ² - ]) могут быть

использованы для построения систем автоматического контро.1я

и регу:шрования процессов флотации окисленных и смешанных

полиметаJ1лических руд, селективной флотации сульфидов

297

Рис. 14.14. Возможная принципи­

альная схема системы автоматиче­

ского контроля и регулирования

процесса цианидиого раэделени11 свинцаво-медного концентрата

Датчик	Дотчик
CQI/m/fiJШCHUЯ	KOHЦ~H111pfJЦI/I/	,(tiЛ1'11/K
t [Cи(CNJi]	1101{06	рН
g ан-J2	нх·

ФyнJЩJJOН11/16H6tU /.lfOк, 6иpl15t181fiiJaltiЩIIU

эаDисиносm6

t{7/t!fl-=r([кxJ, рН)

свинца и меди от сульфидов цинЕ:а и железа, десорбции соби­

рателя с поверхности коллективных концентратов и разделения

медно-молибденовых концентратов с сернистым натрием.

• качестве примера на рис. 14.13 приведена возможная

принципиальная схема системы автоматического контроля и регулирования расхода сернистого натрия при разделении кол­

лективного медно-молибденового концентрата. Принципы ра­ боты данной системы аналогичны предыдущей (см. рис. 14.12). Поскольку из всех сульфидов меди наибольшей .[S ²- ] для своей

депрессйи требует халькозин, то использование в качестве зада­

ния системе расчетного уравнения (S ²- ] для данного минера.па

обеспечит эффективную депрессию всех сульфидов меди. В то же время задаваемая [S ²- ] еще не вызывает ухудшения флота­ ции молибденита и это обеспечивает возможность эффектив­

ного разделения медно-молибденового концентрата при сравни­

тельно небольшом расходе сернистого натрия.

Зависимости [Cu (CN) 2-JILCN-]² =f ([Н+], [Кх-] могут быть.

использованы в качестве задания функциональному блоку си­

стемы, например, при оптимизации процесса разделения свин­

цаво-медных концентратов по возможной принципиальной

с~еме, изображенной на рис. 14.14.

По данной схеме сигналы с датчиков концентраций ионов

Кх- и рН пульпы, установленных во флотации, поступают

в функциональный блок, где рассчитывается необходимое значе­ ние lg[Cu(CN)2-/CN-]². Сигнал от датчика, измеряющего теку­

щее значение этого же параметра в пульпе, поступает в регу­

лятор, который сравнивает ег9 с входным сигнаJIОМ функцио­

нальноrо блока и, в зависимости от знака рассогласования,

воздействует на дозатор цианида таким образом, чтобы это рас­

согласование стало равным нулю.

Важными достоинствами систем автоматизации, основанных

на контроле и регулировании концентраций реагентов в пульпе,

являются:

возможность использования их на любой обогатительной

фабрике в со<?тветствующем цикле флотации. Например, разра-

298

ботаиные количественные зависимости [К.х-]=f(рН) при флота­

ции сульфидов свинца являются справедливыми не только для

Зырянавекой фабрики, но и фабрики «Сулливан» (Канада) и других фабрик (см. рис. 9.4, б);

для реализации зависимостей между оптимальными концен­

трациями реагентов в пульпе на фабриках необязательно при­

менение дорогостоящих вычислите.1ьных машин- достаточно

простейшего функционального блока, т. е. оптимизация реагент­

ного режима может быть осуществ-'Iена па любой фабрике без

существенных затрат, что особенно важно для фабрик ма.1ой

производительности. ·

Оптимизация состава сорбционного слоя собирателя на ми­ неральной поверхности. Максимальная скорость флотации ми­

нералов наб.1юдается, когда на их поверхности имеется опти­

маJlьное соотношение химически и физически адсорбированного собирате.ая. Это соотношение, в зависимости от типа персраба­

тываемой руды, может регулироваться раз.'Iичными методами.

• основным из них относятся следующие [1, 2].