Флотацией называют процесс обогащения мелких классов угля, основанный на различной смачиваемости водой поверхности угля и отходов.

Флотацию осуществляют во флотационных машинах, представляющих собой ванны или ряд последовательно соеди­ненных камер, непрерывно заполняемых пульпой, в которые также непрерывно подают воздух и реагенты для усиления несма­чиваемости угольных частиц водой.

Различают пенную, масляную и пленочную флотацию.

Масляная и пленочная флотация из-за низкой про­изводительности аппаратов и неустойчивости процесса имеет ог­раниченное применение.

Наибольшее распространение получила пенная флотация.

Пенная флотация заключается в том, что во флотаци­онной машине частицы угля, плохо смачиваемые водой, при встрече с пузырьками воздуха прилипают к ним и всплывают на поверхность пульпы. Всплывшие пузырьки воздуха с частицами угля образуют пену (пенный концентрат), которая удаляется из машины. Частицы породы, хорошо смачиваемые водой, к пузырь­кам воздуха не прилипают и остаются в пульпе.

В результате флотации получают флотационный концентрат с наибольшим содержанием горючей массы и отходы с наибольшим содержанием минеральных примесей.

Пенная флотация — наиболее эффективный процесс обога­щения тонких классов угля. Недостатки процесса флотации — большой удельный расход электроэнергии и высокая стои­мость.

Флотацию применяют для обогащения шламов крупностью О—0,5 мм коксующихся и энергетических углей и регенерации оборотной воды.

Теоретические основы флотации

 

Флотационная пульпа представляет собой многофазную си­стему. Она состоит из твердой фазы Т —мелких частиц угля и породы; жидкой фазы Ж — воды; газообразной фазы Г — пу­зырьков воздуха. Кроме того, в пульпу подают флотационные ре­агенты для изменения свойств поверхности твердой фазы.

Процесс флотации связан с физико-химическими явлениями, происходящими на поверхности раздела фаз. Наиболее важное значение для процесса флотации имеют поверхностное натяже­ние, смачиваемость и адсорбция.

Поверхностное натяжение (поверхностная энергия). В жидкости (рис.45) молекулы находятся в рав­новесии, так как они испытывают одинаковые по всем направлениям силы притяжения соседних молекул. Равнодействующая сил, действующих на молекулу, равна нулю.

На поверхности раздела фаз Ж - Г молекулы жидкости испы­тывают притяжение молекул жидкости и воздуха неуравновешенные силы стремятся втянуть молекулу внутрь жидкости.

 

 

 

 

Рис.45.Схема действия молекулярных сил

 

 

 

 

Рис.46.Схема действия сил поверхностного натяжения.

 

Поверхностное на­тяжение — сила, действую­щая вдоль поверхности раз­дела на единицу ее длины. Поверхностное натяжение и поверхностная энергия чис­ленно равны.

При флотации поверхностное натяжение воды уменьшают, до­бавляя флотационные реагенты, что улучшает пенообразование.

Смачиваемость —явление взаимодействия поверхности минеральных частиц с молекулами воды под действием неурав­новешенных сил

Количественно смачиваемость определяется значением крае­вого угла смачивания.

Краевой угол смачивания 0 (рис.46) —угол, образо­ванный касательной к поверхности капли (или пузырька воз­духа) и поверхностью минерала, отсчитываемый со стороны капли. Краевой угол смачивания изменяется от 0 до 180° и со­ставляет для угля 60—90° и породы 0—10°. Растекание капли воды по поверхности минерала прекращается при уравновешива­нии сил поверхностного натяжения.

Частицы, плохо смачиваемые водой, называют гидрофоб­ными; частицы, хорошо смачиваемые водой, — гидрофиль­ными. К гидрофобным относятся частицы угля, к гидрофиль­ным — породы. С поверхности гидрофобных частиц воздух легко вытесняет воду, а с поверхности гидрофильных частиц вода легко вытесняет воздух.

Уменьшение смачиваемости водой флотируемых частиц спо­собствует лучшему их прилипанию к пузырькам воздуха. Введе­нием в пульпу флотационных реагентов добиваются изменения смачиваемости поверхности минеральных частиц и, следовательно, прилипания их к воздушным пузырькам.

Адсорбция — поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела или жидкости, называ­емых адсорбентом.

При адсорбции реагентов изменяются свойства поверхности частиц. Явление адсорбции используют при флотации для изме­нения смачиваемости флотируемых частиц.

 

Рис.47. Схема адсорбции гетерополярных веществ на поверхности пузырьков воздуха

 

Рис.48. Структура флотационных пен

 

Образование в водной среде флотационного комп­лекса минеральная частица — пузырек воздуха — важнейший процесс при флотации.

В начальный период сближения частицы и пузырька воздуха вода из образовавшейся прослойки удаляется легко. При дальней­шем сближении возрастает сопротивление до определенного пре­дела, после чего происходит разрыв гидратной оболочки с боль­шой скоростью. Пузырек скачком прилипает к твердой поверхности,

образуя с ней определенную площадь контакта, которая за­висит от гистерезиса смачивания — явления задержки пере­движения периметра смачивания по шероховатой поверхности твердого тела. При разрыве гидратного слоя на границе контакта трех фаз появляется каемка реагента, способствующая повыше­нию прочности закрепления частицы на пузырьке воздуха.

Конечная стадия флотационного процесса — образование ми­нерализованных пен. Минерализованная пена образуется на по­верхности пульпы в камерах машин вследствие всплывания и на­копления большого количества флотационных комплексов.