köpük yüzdürme - Froth flotation

Köpük yüzeyinin görüntü analizinde kullanılan kameralı ve ışıklı silindirik bir yüzdürme hücresinin diyagramı .

Köpüklü yüzdürme , hidrofobik malzemelerin hidrofilikten seçici olarak ayrılması için bir işlemdir . Bu, mineral işleme, kağıt geri dönüşümü ve atık su arıtma endüstrilerinde kullanılmaktadır. Tarihsel olarak bu, ilk olarak 20. yüzyılın en büyük kolaylaştırıcı teknolojilerinden biri olduğu madencilik endüstrisinde kullanıldı. " Sülfit cevherlerinin geri kazanılması ve yükseltilmesi için kullanılan en önemli operasyon" olarak tanımlanmıştır . Köpüklü yüzdürmenin gelişmesi, bakır ve kurşun içeren mineraller gibi değerli minerallerin geri kazanımını iyileştirmiştir . Mekanize madenciliğin yanı sıra, değerli metallerin eskisinden çok daha düşük tenörlü cevherden ekonomik olarak geri kazanılmasına izin verdi.

Tarih

19. yüzyıl

Eski Yunan ve Fars literatüründe yüzdürme işleminin kullanımına ilişkin açıklamalar, bu işlemin eski olduğunu düşündürmektedir. 19. yüzyılın sonlarında, sürecin temelleri, yavaş bir evrimsel aşamada keşfedildi. 20. yüzyılın ilk on yılında, yağların, köpüklerin ve çalkalamanın daha hızlı araştırılması, özellikle "köpük yüzdürme" olarak bilinen teknolojik yeniliği getiren Avustralya'nın Broken Hill kentinde kanıtlanmış iş yeri uygulamalarına yol açtı. 20. yüzyılın başlarında, mineral işlemede önemli ölçüde devrim yarattı.

Başlangıçta, yağ asitleri ve yağlar gibi doğal olarak oluşan kimyasallar , değerli minerallerin hidrofobikliğini arttırmak için büyük miktarda yüzdürme reaktifleri olarak kullanıldı . O zamandan beri süreç, ayrılacak çok çeşitli malzemelere uyarlanmış ve uygulanmıştır ve çeşitli uygulamalar için yüzey aktif maddeler ve sentetik bileşikler dahil ek toplayıcı maddeler benimsenmiştir.

İngiliz William Haynes, 1860 yılında sülfür ve gang minerallerini yağ kullanarak ayırmak için bir işlemin patentini aldı . Daha sonraki yazarlar, sahada test edildiğine veya ticari olarak kullanıldığına dair bir kanıt olmamasına rağmen, Haynes'in ilk "dökme yağ yüzdürme" patenti olduğuna işaret ettiler. 1877'de Almanya, Dresden'den Bessel (Adolph ve August) kardeşler , bazıları tarafından köpüklü yüzdürmenin kökü olarak kabul edilen grafiti çıkarmak için ticari olarak başarılı yağ ve köpük yüzdürme sürecini tanıttılar . Bessel işlemi altın, gümüş, bakır, kurşun, çinko vb. yerine grafit üzerinde kullanıldığından, çalışmaları çoğu teknoloji tarihçisi tarafından göz ardı edilmiştir.

Philadelphia'lı Mucit Hezekiah Bradford, "cevher ayrıştırmada yüzen malzemeden tasarruf etme yöntemi" icat etti ve 20 Temmuz 1886'da 345951 No.lu ABD patentini aldı. İlk patentini 1834'te almıştı. 1850'ler-1860'lar ve şu anda kömür endüstrisi tarafından kullanılan Bradford Kırıcıyı icat etti. 1853 patentli ve daha sonra geliştirilen "Bradford Cevher Ayırıcı", demir, bakır ve kurşun-çinko cevherlerini özgül ağırlıkla konsantre etmek için kullanıldı, ancak bazılarını kaybetti. 1886 patenti, yağ köpüğü yüzdürmesi tarafından gölgede bırakılan cilt yüzdürme işlemi patentlerinin ilki olan yüzey gerilimi kullanılarak bu "yüzdürmeyi" yakalamaktı. 1886 patentinin "yüzdürme" olup olmadığı belirsizdir " süreci başarıyla tanıtıldı.

24 Ağustos 1886'da Carrie Everson , yağ(lar)ın yanı sıra bir asit veya tuz gerektiren süreci için bir patent aldı, süreç tarihinin evriminde önemli bir adım. 1890'a gelindiğinde, Everson sürecinin testleri Georgetown ve Silver Cliff, Colorado ve Baker, Oregon'da yapıldı. Kocasının ölümü üzerine ve ticari olarak başarılı bir süreci mükemmelleştirmeden önce işi bıraktı. Daha sonra, 1910'larda çeşitli patentlerin geçerliliği konusundaki yasal anlaşmazlıkların yüksekliği sırasında, Everson's genellikle ilk yüzdürme patenti olarak işaret edildi - bu, sürecin sonraki yarışmacılar tarafından tekrar patentlenemeyeceği anlamına gelebilirdi. Tarihçi Dawn Bunyak, son zamanlarda birçok karışıklığa açıklık getirdi.

İlk ticari flotasyon süreci

Mineral sülfitler için genel olarak tanınan ilk başarılı ticari flotasyon işlemi , geliştirme üzerinde kardeşi Stanley ile birlikte çalışan Frank Elmore tarafından icat edildi. En Glasdir bakır madeni Llanelltyd yakınlarındaki Dolgellau içinde Kuzey Galler babalarıyla, William ile birlikte Elmore kardeşler tarafından 1896 yılında satın alındı. 1897'de Elmore kardeşler, Glasdir madeninde mineral zenginleştirme için dünyanın ilk endüstriyel boyutta ticari flotasyon sürecini kurdular. İşlem aglomerat (make topları) toz haline getirilmiş sülfidlere köpük flotasyon ama kullanılan yağ değildi ve şamandıra yüzeyi elde etmek ve 1898 patenti (1901 gözden geçirilmiş). Operasyon ve süreç , New York City'deki Engineering and Mining Journal'da 23 Haziran 1900'de yorumla yeniden basılan İngiltere Madencilik ve Metalurji Enstitüsü'nün 25 Nisan 1900 İşlemlerinde açıklanmıştır . Bu zamana kadar, petrolün mineral parçacıklarını uzaklaştırmasına yardımcı olmada hava kabarcıklarının önemini anlamışlardı. Süreci iyileştirmek için modifikasyonlar yapıldıkça, Norveç'ten Avustralya'ya kadar baz metal cevherleri ile başarılı oldu.

Elmores, sürecin dünya çapında ticari kullanımını teşvik etmek için Ore Concentration Syndicate Ltd olarak bilinen bir şirket kurmuştu. 1900 yılında , California, Berkeley'den Charles Butters , Galler'deki Llanelltyd'de bir gösteri gördükten sonra Elmore sürecine ilişkin Amerikan haklarını satın aldı. Siyanür işlemi konusunda uzman olan Butters, Salt Lake City'deki Dooley Binası'nın bodrum katında bir Elmore proses tesisi inşa etti ve petrol sürecini bölge genelinde altın cevherleri üzerinde test etti ve Tintic bölgesindeki Mammoth altın değirmeninin atıklarını test etti. Utah, ancak başarılı olamadı. Butters'ın itibarı ve başarısızlığının haberlerinin yanı sıra Rossland, M.Ö.

Minerals Separation, Limited tarafından başka yerlerde, özellikle Broken Hill, Avustralya'da meydana gelen gelişmeler, Elmore sürecinin yerini daha gelişmiş tekniklerin almasıyla en sonunda kaybeden Elmore'lar için onlarca yıl süren zorlu yasal savaşlara ve davalara yol açtı. Başka bir yüzdürme işlemi bağımsız olarak 1900'lerin başında Avustralya'da Charles Vincent Potter ve yaklaşık olarak aynı zamanda Guillaume Daniel Delprat tarafından icat edildi . Bu süreç (1902 dolaylarında geliştirildi) yağ kullanmadı, ancak asitin hamura katılmasıyla oluşan gazın üretilmesiyle yüzdürmeye dayanıyordu. 1902'de Froment, Potter-Delprat işleminin bir modifikasyonunu kullanarak petrol ve gazlı yüzdürmeyi birleştirdi. Yirminci yüzyılın ilk on yılında, Broken Hill, birçok teknoloji uzmanının birbirinden ödünç aldığı ve bu ilk başarıların üzerine inşa ettiği köpüklü yüzdürme sürecinin mükemmelleştirilmesine yol açan inovasyonun merkezi haline geldi.

1902'de, hamuru az miktarda yağ ile emülsiyon haline getiren, onu şiddetli çalkalamaya tabi tutan ve ardından hedef mineralleri yerçekimi ile hamurdan ayrılan nodüller halinde pıhtılaştıran yavaş karıştırmaya tabi tutan Arthur C. Cattermole tarafından başka bir işlem geliştirildi. Cattermole patentini almak için 1903'te İngiltere'de kurulan Minerals Separation Ltd., bunun başarısız olduğunu gördü. Personeldeki metalürji uzmanları, 1905'te şirket yetkilileri ve patent sahiplerinden sonra Sulman-Picard-Oylama süreci olarak adlandırılan süreçlerini patentlemek için diğer keşifleri test etmeye ve birleştirmeye devam ettiler. Süreç, o yıl Central Block fabrikası Broken Hill'de başarılı oldu. "Ajitasyon köpük yüzdürme" işlemlerinde önemli olan, %1'den daha az yağ kullanımı ve metali yakalamak ve yüzeyde bir köpük halinde yüzmek için daha fazla yüzey sağlayan küçük kabarcıklar oluşturan bir çalkalama aşamasıydı. Faydalı işler tarafından yapıldı Leslie Bradford at Port Pirie tarafından William Piper Sir Herbert Gepp ve Auguste de Bavay .

Mineral Separation, Elmore patentleri hariç, yüzdürme işlemine ilişkin olası çelişkili hakların sahipliğini pekiştirmek için başka patentler de satın aldı. 1910'da Zinc Corporation, Broken Hill tesisinde Elmore sürecini Mineral Ayırma (Sulman-Picard-Oy) köpüklü yüzdürme prosesi ile değiştirdiğinde, Mineral Ayırma işleminin diğer proses yarışmacılarına göre önceliği güvence altına alındı. Henry Livingston Sulman daha sonra , kendisine altın madalyasını veren (İngiliz) Madencilik ve Metalurji Kurumu Başkanı olarak seçilmesinde meslektaşları tarafından tanındı .

20. yüzyıl

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki gelişmeler olağanüstü değildi. Butters'ın başarısızlıkları ve diğerleri, 1904'ten sonra, Nevada ve Idaho'da bir nebze başarı ile geliştirilen Scotsman Stanley MacQuisten'in süreci (yüzey gerilimine dayalı bir yöntem) ile takip edildi , ancak bu, balçıklar mevcut olduğunda işe yaramazdı. büyük hata. Denver'dan Henry E. Wood, 1907'de aynı hatlar boyunca flotasyon sürecini geliştirdi, 1911'de patent aldı ve molibden cevherleri üzerinde bir miktar başarı elde etti. Bununla birlikte, çoğunlukla bunlar, yalnızca marjinal başarılar olarak adlandırılabilecek şeyler için tantanasız izole girişimlerdi.

1911'de Minerals Separation, Ltd.'nin eski bir çalışanı olan James M. Hyde , Minerals Separation sürecini değiştirdi ve ABD'de bu tür ilk kurulum olan Basin, Montana'daki Butte and Superior Mill'de bir test tesisi kurdu . 1912'de Amerika'daki ilk büyük flotasyon tesisi olan Butte, Montana Butte & Superior çinko işlerini tasarladı. San Francisco'da bir ofis kurmuş olan Minerals Separation, Ltd., Hyde'a ve Butte & Superior şirketine dava açtı, her iki dava da sonunda firma tarafından ABD Yüksek Mahkemesinde kazanıldı. Butte & Superior'ı kontrol eden Daniel Cowan Jackling ve ortakları da Minerals Separation patentini yalanladı ve on yıldan fazla süren sonraki yasal savaşları finanse etti. Onlar - Utah Copper (Kennecott), Nevada Consolidated, Chino Copper, Ray Con ve diğer Jackling firmaları - sonunda, 1922'de, Mineraller Ayırma sürecini kullanma lisansları için önemli bir ücret ödeyerek yerleştiler. Anlaşmazlığın talihsiz bir sonucu, bir nesil boyunca madencilik mühendisliği topluluğu arasında profesyonel bölünme oldu.

1913'te Mineraller Ayrımı, Miami, Arizona'daki Inspiration Copper Company için bir test tesisi için ödeme yaptı. San Francisco ofis müdürü Edward Nutter'ın altında inşa edilen bu bina başarılı olduğunu kanıtladı. İlham mühendisi LD Ricketts , bir yerçekimi konsantrasyon değirmenini söküp yerine, bir Amerikan bakır madeninde sürecin ilk büyük kullanımı olan Mineral Ayırma işlemiyle değiştirdi. İlham hissesinin büyük bir sahibi, Butte'nin büyük Anaconda madenini kontrol eden adamlardı. 1915-1916'da Butte'de bir Mineral Ayırma lisanslı tesisi inşa etmek için Inspiration başarısını hemen takip ettiler; bu, Mineraller Ayırma patentli sürecinin nihai kabulü hakkında önemli bir açıklama.

Salt Lake City Genel Mühendisliğinden John M. Callow, teknik makalelerden yüzdürmeyi ve hem Butte hem de Superior Mill'deki ve Arizona'daki Inspiration Copper'daki tanıtımı izlemişti ve mekanik çalkalamanın mevcut teknolojinin bir dezavantajı olduğunu belirledi. Basınçlı hava ile gözenekli bir tuğla ve mekanik bir karıştırma mekanizması sunan Callow, 1914'te bir patent başvurusunda bulundu (bazıları, bir Jackling partizanı olan Callow'un, hücresini, hücresini kullanan firmalar olan Minerals Separation'a telif ücreti ödemekten kaçınmak için bir araç olarak icat ettiğini söylüyor). sonunda mahkemeler tarafından yapmaya zorlandı). Pnömatik Flotasyon olarak bilinen bu yöntem, flotasyon konsantrasyonunun Mineral Ayırma işlemine bir alternatif olarak kabul edildi. Maden Mühendisleri Amerikan Enstitüsü flotasyon alanına katkılarından dolayı 1926 yılında CALLOW James Douglas Altın Madalyası takdim etti. O zamana kadar, özellikle Callow hücresini ve sürecini geçersiz kılan ksantatların ve diğer reaktiflerin kullanımının keşfiyle flotasyon teknolojisi değişiyordu.

Montana Tech profesörü Antoine Marc Gaudin , yüzdürmenin erken dönemini mekanik faz olarak tanımlarken, 1910'ların sonlarında kimyasal faza girdi. Reaktiflerdeki keşifler, özellikle de Minerals Separations kimyager Cornelius H. Keller tarafından patentli ksantatların kullanımı, süreç boyunca minerallerin yakalanmasını artırmaktan çok, günlük operasyonlarda çok daha yönetilebilir hale getirdi. Minerals Separation'ın ilk yüzdürme patentleri 1923'te sona erdi ve kimyasal işlemler için yenileri ona 1930'larda önemli bir konum kazandırdı. Bu süre zarfında şirket ayrıca Hibbing laboratuvarında demir ve Florida laboratuvarında fosfat için flotasyon prosesleri geliştirdi ve patentini aldı. Yüzdürme sürecindeki yeniliğin bir başka hızlı aşaması 1960 sonrasına kadar gerçekleşmedi.

1960'larda köpüklü yüzdürme tekniği geri dönüştürülmüş kağıdın mürekkebini gidermek için uyarlandı .

Sürecin başarısı, yüzdürmeyi "keşfedenler" olarak hak talebinde bulunanların sayısıyla kanıtlanmıştır. 1961'de Amerikalı mühendisler "50 yıllık yüzdürme"yi kutladılar ve James Hyde ile Butte & Superior değirmenini kutsadılar. 1977'de Alman mühendisler, kardeşlerin 1877 tarihli Bessel patentine dayanarak "yüzdürmenin yüzüncü yıl dönümünü" kutladılar. Tarihi Glasdir bakır madeni sahası, Galler'deki turlarını Elmore kardeşlerin çalışmasına dayanan "yüzdürmenin keşfi" yeri olarak tanıtıyor. Son zamanlardaki yazarlar, bilimdeki kadınları kutlamaya olan ilgisinden dolayı, 1885 patentine dayanan sürecin annesi olarak Denver'dan Carrie Everson'ı savunuyorlar. Bu listeden çıkarılanlar, en azından Amerikan ve Avustralya mahkemelerinde köpüklü yüzdürme patentlerinin kontrolünü ve köpük yüzdürmeyi keşfedenler olarak davacının hakkını kazanan Minerals Separation, Ltd.'nin mühendisleri, metalürji uzmanları ve kimyagerleridir. Ancak tarihçi Martin Lynch'in yazdığı gibi, "Maden Ayrımı, davayı ABD Yüksek Mahkemesine [ve Lordlar Kamarası'na] götürdükten sonra eninde sonunda galip gelecek ve böylece madencilik dünyasındaki birçok kişinin samimi nefretini kazanacaktı."

endüstriler

Maden işleme

Plastikleri ayırmak için köpüklü yüzdürme, Argonne Ulusal Laboratuvarı
Bakır ve nikel sülfür minerallerini konsantre etmek için köpük yüzdürme hücreleri, Falconbridge, Ontario.

Köpüklü yüzdürme, hidrofobikliklerindeki farklılıklardan yararlanarak mineralleri gangdan ayırma işlemidir . Değerli mineraller ve atık gang arasındaki hidrofobiklik farklılıkları, yüzey aktif maddeler ve ıslatıcı maddeler kullanılarak artırılır. Minerallerin seçici olarak ayrılması, karmaşık (yani karışık) cevherlerin işlenmesini ekonomik olarak mümkün kılar. Flotasyon işlemi, daha fazla arıtmadan önce çok çeşitli sülfitlerin , karbonatların ve oksitlerin ayrılması için kullanılır . Fosfatlar ve kömür de yüzdürme teknolojisi ile iyileştirilir (saflaştırılır).

1907'den önce, ABD'de çıkarılan bakırın neredeyse tamamı, ortalama yüzde 2,5 bakır içeren yeraltı damar yataklarından geliyordu. 1991 yılına gelindiğinde, ABD'de çıkarılan ortalama bakır cevheri derecesi sadece yüzde 0,6'ya düşmüştü.

Atık su arıtma

Yüzdürme işlemi , aynı zamanda yaygın olarak atık sudan yağ, bir yağ, yağ ve askıda katı madde kaldırır endüstriyel atık su arıtma tesisleri, kullanılır. Bu birimlere çözünmüş hava yüzdürme (DAF) birimleri denir . Özel olarak, çözünmüş hava flotasyonu birimleri atık yağı çıkartarak kullanılan atık ve petrol rafinerileri , petrokimya ve kimyasal tesisler , doğal gaz işleme tesisleri ve benzeri sanayi tesisleri.

Kağıt geri dönüşümü

Köpüklü yüzdürme, geri dönüştürülmüş kağıdı geri kazanmak için kullanılan işlemlerden biridir . Gelen kağıt endüstrisi bu adım mürekkep giderme ya da sadece yüzdürme olarak adlandırılır. Hedef, hidrofobik kirleticileri geri dönüştürülmüş kağıttan çıkarmak ve çıkarmaktır. Kirleticiler çoğunlukla matbaa mürekkebi ve yapışkanlardır . Normalde kurulum, seri halinde 3,4 veya 5 yüzdürme hücreli iki aşamalı bir sistemdir.

Çalışma prensibi

Köpüklü yüzdürme çalışabilir önce, tedavi edilecek cevher ince partiküller düşürülür ufalama çeşitli mineraller fiziksel olarak ayrı tanelerini var ki. Bu süreç tam kurtuluş olarak bilinir . Partikül boyutları tipik olarak 0,1 mm'den (100 µm) küçüktür, ancak bazen 7-10 µm'den daha küçük boyutlar gerekir. Daha büyük boyutlarda ayrılabilen iri mineral taneli cevher kütleleri tükendiği ve daha önce çok zor olduğu düşünülen cevher kütleleri ile değiştirildiği için minerallerin serbestleşme boyutunun zamanla azalma eğilimi vardır.

Madencilik endüstrisinde cevheri konsantre etmek için flotasyonun yapıldığı tesisler genellikle konsantratör veya değirmen olarak bilinir .

Köpüklü yüzdürme, sulu bir bulamaç için öğütülmüş cevher, köpürtücü madde ile işlenir. Bir örnek, galeninin (kurşun sülfür) yüzdürülmesinde, onu sfaleritten (çinko sülfür) ayırmak için bir toplayıcı olarak sodyum etil ksantattır . Ksantat anyonunun polar kısmı cevher parçacıklarına yapışır ve polar olmayan hidrokarbon kısmı hidrofobik bir tabaka oluşturur. Parçacıklar hava kabarcıkları ile su yüzeyine getirilir. Verimli ayırma için yaklaşık 300 g/ton cevher gereklidir. Hidrofobik etkinin etkinliği artar, ancak ksantatlarda hidrokarbon zincirinin uzunluğu arttıkça cevher türüne seçicilik azalır. Zincir, sodyum etil ksantat bakımından en kısadır ve bu da onu bakır, nikel, kurşun, altın ve çinko cevherleri için oldukça seçici kılar. Proseste normalde pH=7-11 olan sulu çözeltiler (%10) kullanılır. Hidrofobik parçacıkların ve hidrofilik parçacıkların bu bulamacı (daha doğrusu hamur olarak adlandırılır ), daha sonra kabarcıklar üretmek için havalandırılan yüzdürme hücreleri olarak bilinen tanklara verilir. Hidrofobik parçacıklar, yüzeye çıkan hava kabarcıklarına yapışarak bir köpük oluşturur. Köpük hücreden çıkarılır ve hedef mineralin bir konsantresi ("konsantre") üretilir.

Köpürtücüler olarak bilinen köpürtücü maddeler, yüzdürme hücresinin üstünde sabit bir köpük oluşumunu teşvik etmek için hamura eklenebilir.

Köpüğün içinde yüzmeyen minerallere yüzdürme artıkları veya yüzdürme kuyrukları denir . Bu artıklar, ilk seferde yüzmeyen değerli parçacıkları geri kazanmak için daha sonraki yüzdürme aşamalarına da tabi tutulabilir. Bu, süpürme olarak bilinir . Temizlendikten sonra nihai artıklar, normal olarak maden dolgusu olarak bertaraf edilmek üzere veya uzun süreli depolama için atık bertaraf tesislerine pompalanır.

Köpük yüzdürme verimliliği bir dizi olasılık tarafından belirlenir: parçacık-kabarcık teması, parçacık-kabarcık bağlanması, hamur ile köpük arasında taşınma ve ürün yıkamaya köpük toplanması. Geleneksel mekanik olarak çalkalanan bir hücrede, boşluk oranı (yani hava kabarcıklarının kapladığı hacim) düşüktür (yüzde 5 ila 10) ve kabarcık boyutu genellikle 1 mm'den büyüktür. Bu, nispeten düşük bir arayüzey alanı ve düşük bir parçacık-kabarcık teması olasılığı ile sonuçlanır. Sonuç olarak, partikül kalma süresini arttırmak için seri halinde birkaç hücre gereklidir, böylece partikül-kabarcık teması olasılığını arttırır.

Yüzdürme, enerji girdisini en aza indirirken, hedef mineral veya minerallerin geri kazanımını ve bu minerallerin konsantredeki konsantrasyonunu en üst düzeye çıkarmak için normal olarak birkaç aşamada gerçekleştirilir.

Flotasyon aşamaları

kaba işleme

İlk aşama, daha kaba bir konsantre üreten kaba işleme olarak adlandırılır . Amaç, değerli mineralin maksimum miktarını pratik olarak kaba bir parçacık boyutunda çıkarmaktır. Cevher ne kadar ince öğütülürse, gereken enerji o kadar yüksek olur, bu nedenle yalnızca ince öğütme gerektiren parçacıkların ince öğütülmesi mantıklıdır. Daha kaba yüzdürme için tam serbest bırakma gerekli değildir, yalnızca yüksek bir geri kazanım elde etmek için değerli mineralden yeterli gang serbest bırakmaya yetecek kadar serbest bırakma gerekli değildir.

Kaba işlemenin birincil amacı, üretilen konsantrenin kalitesine daha az vurgu yaparak, değerli minerallerin mümkün olduğunca çoğunu geri kazanmaktır.

Bazı yoğunlaştırıcılarda, kaba işlemeden önce gelen bir ön yüzdürme adımı olabilir . Bu, kolayca yüzen organik karbon gibi bazı istenmeyen maddeler olduğunda yapılır. Kaba işleme sırasında yüzmelerini (ve böylece daha kaba konsantreyi kirletmelerini) önlemek için önce çıkarılırlar.

Temizlik

Daha pürüzlü konsantre, temizleme olarak bilinen bir işlemde, köpüğe de bildirilen istenmeyen minerallerin daha fazlasını reddetmek için normal olarak daha ileri yüzdürme aşamalarına tabi tutulur . Temizleme ürünü, temizleyici konsantre veya nihai konsantre olarak bilinir .

Temizlemenin amacı, mümkün olduğu kadar yüksek bir konsantre derecesi üretmektir.

Daha kaba konsantre, değerli minerallerin daha eksiksiz bir şekilde serbest bırakılmasını sağlamak için genellikle daha fazla öğütmeye (genellikle yeniden öğütme denir ) tabi tutulur . Orijinal cevherden daha küçük bir kütle olduğu için, cevherin tamamı yeniden öğütülürse gerekli olandan daha az enerji gerekir. Yeniden öğütme genellikle IsaMill gibi yeniden öğütme sırasında tüketilen enerjiyi daha ince boyutlara indirmek için tasarlanmış özel öğütme değirmenlerinde yapılır.

süpürme

Daha kaba yüzdürme adımını genellikle daha kaba artıklara uygulanan bir süpürücü yüzdürme aşaması takip eder. Amaç, ilk kaba işleme aşamasında geri kazanılmayan herhangi bir hedef minerali geri kazanmaktır. Bu, yüzdürme koşullarını ilk kaba işlemeden daha sıkı hale getirmek için değiştirerek başarılabilir veya daha fazla serbest bırakma sağlamak için bazı ikincil taşlamalar olabilir.

Daha kaba temizleyicilerden gelen konsantre, yeniden yüzdürmek için daha kaba beslemeye geri döndürülebilir veya özel temizleyici hücrelere gönderilebilir.

Benzer şekilde, temizleme adımını, temizleyici artıklar üzerinde gerçekleştirilen bir süpürme aşaması da takip edebilir.

flotasyon bilimi

Belirli bir cevher bulamacı üzerinde etkili olmak için, toplayıcılar, ayrılacak partikül tiplerinin seçici olarak ıslatılmasına göre seçilir . İyi bir toplayıcı , parçacık türlerinden biriyle fiziksel veya kimyasal olarak adsorbe edecektir . Bu, parçacıkların bir balonun yüzeyine bağlanması için termodinamik gereksinimi sağlar. Bir yüzey aktif maddenin bir partikül üzerindeki ıslatma aktivitesi , sıvı/kabarcık ara yüzünün onunla yaptığı temas açıları ölçülerek ölçülebilir . Kabarcıkların partiküllere bağlanması için bir diğer önemli ölçü de indüksiyon süresidir. İndüksiyon süresi, partikül ve kabarcığın partikülü ayıran ince filmi yırtması için gereken süredir. Bu yırtılma, parçacık ve kabarcık arasındaki yüzey kuvvetleri tarafından sağlanır.

Kabarcık-parçacık bağlanma mekanizmaları çok karmaşıktır ve çarpışma, bağlanma ve ayrılma olmak üzere üç adımdan oluşur. Çarpışma, bir baloncuğun çarpışma tüpü içinde bulunan partiküller tarafından gerçekleştirilir ve bu, balonun hızından ve balonun yarıçapından etkilenir. Çarpışma tüpü, bir parçacığın kabarcıkla çarpışacağı bölgeye karşılık gelir ve çarpışma tüpünün çevresi otlatma yörüngesine karşılık gelir.

Partikülün balona bağlanması, partikül ve balonun indüksiyon süresi ile kontrol edilir. Parçacık ve kabarcığın bağlanması gerekir ve bu, parçacık ve kabarcığın birbiriyle temas halinde olduğu süre, gerekli indüksiyon zamanından daha büyükse gerçekleşir. Bu indüksiyon süresi akışkan viskozitesinden, partikül ve kabarcık boyutundan ve partikül ile kabarcıklar arasındaki kuvvetlerden etkilenir.

Bir parçacığın ve kabarcığın ayrılması, yüzey gerilimi tarafından uygulanan kuvvet, kesme kuvvetleri ve yerçekimi kuvvetleri tarafından aşıldığında meydana gelir. Bu kuvvetler karmaşıktır ve hücre içinde değişiklik gösterir. Mekanik yüzdürme hücresinin çarkına yakın yüksek kesme ve yüzdürme kolonunun toplama ve temizleme bölgesinde çoğunlukla yerçekimi kuvveti yaşanacaktır.

Bu parçacıklar düşük çarpışma verimliliklerinin yanı sıra parçacık yüzeylerinde incelme ve bozunma yaşadıklarından, ince parçacıkların sürüklenmesiyle ilgili önemli sorunlar ortaya çıkar. İri parçacıklar, düşük serbest bırakma ve yüksek ayırma verimleri nedeniyle değerli mineralin düşük bir geri kazanımını gösterir.

teori

seçici yapışma

Köpük flotasyonu, bir mineral/su bulamacındaki hava kabarcıklarının mineral yüzeylere seçici olarak yapışmasına bağlıdır. Hava kabarcıkları daha fazla hidrofobik parçacıklara yapışacaktır. Kabarcıkların yüzeye tutunması katı, sıvı ve gaz fazlar arasındaki arayüzey enerjileri tarafından belirlenir. Bu, Young-Dupré Denklemi ile belirlenir :


nerede:

  • γ lv sıvı/buhar ara yüzünün yüzey enerjisidir
  • γ sv katı/buhar arayüzünün yüzey enerjisidir
  • γ sl katı/sıvı arayüzünün yüzey enerjisidir,
  • θ temas açısı , buhar, katı ve sıvı fazlar arasındaki birleşme noktasında oluşan açıdır.

Ayırma için hedeflenen mineraller, daha hidrofobik olmaları için toplayıcılarla kimyasal olarak yüzey modifiye edilebilir. Toplayıcılar , yüzeyin doğal hidrofobikliğini artıran , hidrofobik ve hidrofilik parçacıkların ayrılabilirliğini artıran bir tür yüzey aktif maddedir . Toplayıcılar, kimyasal olarak minerale kimyasal olarak bağlanır veya fizisorpsiyon yoluyla yüzeye adsorbe edilir .

Köpüklü yüzdürmede kullanılan farklı tipte toplayıcılar veya yüzey aktif maddeler.

Kabarcık-parçacık etkileşimlerinde IMF'ler ve yüzey kuvvetleri

Çarpışma

İnce parçacıklar (50 - 80 μm) için çarpışma oranları doğru bir şekilde modellenebilir, ancak yüzdürme işlemlerinde yaygın olarak kullanılan 300 μm kadar büyük parçacıklar için kabarcık-parçacık çarpışmasını doğru bir şekilde modelleyen mevcut bir teori yoktur.

İnce parçacıklar için, Stokes yasası çarpışma olasılığını düşük tahmin ederken, yüzey yüküne dayalı potansiyel denklem çarpışma olasılığını olduğundan fazla tahmin eder, bu nedenle bir ara denklem kullanılır.

Bu adım, üç fazlı bir sistemin oluştuğu adsorpsiyondan önce geldiği için sistemdeki çarpışma oranlarının bilinmesi önemlidir.

Adsorpsiyon (bağlantı)

Bir ortamın bir partiküle adsorbe etme etkinliği, her iki malzemenin yüzeyleri arasındaki ilişkiden etkilenir. Kimyasal, termodinamik ve fiziksel alanlarda adsorpsiyonun etkinliğini etkileyen birçok faktör vardır. Bu faktörler, yüzey enerjisi ve polariteden partikülün şekline, boyutuna ve pürüzlülüğüne kadar değişebilir. Köpüklü yüzdürmede, adsorpsiyon, yüzey enerjisinin güçlü bir sonucudur, çünkü küçük partiküller yüksek yüzey alanı-boyut oranına sahiptir, bu da adsorbatlarla çekimler oluşturmak için daha yüksek enerjili yüzeylere neden olur. Hava kabarcıkları, diğer mineralleri ıslatıp sulu bulamaç ortamında bırakırken, onları bulamaç yüzeyine yükseltmek için istenen minerallere seçici olarak yapışmalıdır.

Suyla kolayca ıslanabilen partiküllere hidrofilik, suyla kolayca ıslanmayan partiküllere ise hidrofobik denir. Hidrofobik partiküller, sulu ortamda ayrı bir faz oluşturma eğilimindedir. Köpüklü yüzdürmede bir hava kabarcığının bir partiküle yapışma etkinliği, partikülün ne kadar hidrofobik olduğuna bağlıdır. Hidrofobik partiküllerin hava kabarcıklarına afinitesi vardır ve bu da adsorpsiyona yol açar. Kabarcık-parçacık kombinasyonları, kaldırma kuvvetleri tarafından yönlendirilen köpük bölgesine yükseltilir.

Kabarcıkların partiküllere bağlanması, Young/Dupre Denklemi ile modellendiği gibi katı, sıvı ve buhar fazları arasındaki arayüzey enerjileri tarafından belirlenir. Ara yüzey enerjileri, malzemelerin doğal yapısına dayanabilir veya kimyasal işlemlerin eklenmesi, enerji uyumluluğunu iyileştirebilir.

Toplayıcılar, partikül yüzeylerini iyileştirmek için kullanılan ana katkı maddeleridir. İlgilenilen partiküller ile bulamaç boyunca yükselen kabarcıklar arasındaki adsorpsiyona yardımcı olmak ve seçici olarak izole etmek için yüzey aktif maddeler olarak işlev görürler. Yüzdürmede kullanılan yaygın toplayıcılar, metallerle çekiciliği paylaşan bir iyonik kısım ve uzun bir hidrokarbon kuyruğu gibi bir hidrofobik kısım ile iki işlevli bir yapıya sahip olan anyonik kükürt ligandlarıdır. Bu toplayıcılar, suda adsorbe edilen partikül çözünürlüğünü azaltarak sulu fazdan ayrılmaya yardımcı olmak için bir partikülün yüzeyini polar olmayan tek bir madde tabakasıyla kaplar. Adsorplanan ligandlar, partiküllerin etrafında miseller oluşturabilir ve stabiliteyi ve faz ayrımını daha da geliştiren küçük partiküllü kolloidler oluşturabilir.

Desorpsiyon (ayrılma)

Partiküllerin kabarcıklara adsorpsiyonu, mineralleri bulamaçtan ayırmak için esastır, ancak mineraller, ayırmada kullanılan toplayıcılar, köpürtücüler ve değiştiriciler gibi katkı maddelerinden arındırılmalıdır. Temizleme veya desorpsiyon işleminin ürünü, temizleyici konsantresi olarak bilinir. Bir parçacığın ve kabarcığın ayrılması, kesme kuvvetleri tarafından yönlendirilen adsorpsiyon bağı bölünmesini gerektirir. Yüzdürme hücre tipine bağlı olarak, kesme kuvvetleri çeşitli mekanik sistemler tarafından uygulanır. En yaygın olanları arasında çarklar ve karıştırıcılar bulunur. Bazı sistemler, bu bileşenlerin işlevselliklerini, bunları çoklu köpük yüzdürme mekanizmalarında yer alabilecekleri kilit konumlara yerleştirerek birleştirir. Temizleme hücreleri, ayırma verimliliğini artırmak için yerçekimi kuvvetlerinden de yararlanır. Desorpsiyonun kendisi, bileşiklerin herhangi bir kimyasal bağ olmadan sadece fiziksel olarak birbirine bağlandığı kimyasal bir olgudur.

Performans hesaplamaları

ilgili denklemler

Bir köpüklü yüzdürme işleminin toplama verimliliğini tanımlamak için kullanılan yaygın bir miktar yüzdürme geri kazanımıdır ( ). Bu miktar , partiküllerin gaz yüzdürme baloncuklarına çarpışma ve bağlanma olasılıklarını içerir . nerede:

  • , toplanan parçacığın olasılığının ( ) ve olası parçacık çarpışmalarının sayısının ( ) çarpımıdır.
  • parçacık çapı
  • kabarcık çapı
  • geri kazanımın hesaplandığı yüzdürme içindeki belirli bir yüksekliktir
  • parçacık konsantrasyonu


Aşağıdakiler, köpüklü yüzdürme işlemlerinin etkinliğini değerlendirmek için sıklıkla kullanılan birkaç ek matematiksel yöntemdir. Bu denklemler, yalnızca süreçlerin girdi ve çıktı miktarlarına dayandıklarından, yüzdürme geri kazanımının hesaplanmasından daha basittir .

Aşağıdaki denklemler için:

  • yemin ağırlık yüzdesi
  • ağırlık yüzdesi konsantre mi
  • artıkların ağırlık yüzdesi
  • , Ve vardır metalurjik deneyler konsantresi, tortu ve yem, sırasıyla


Yem ağırlığının konsantre ağırlığa oranı (birimsiz)

Geri kazanılan metalin ağırlıkça yüzdesi ( ) %

Kayıp metal yüzdesi ( ) ağırlıkça %

Ağırlık yüzdesi geri ağırlık olarak %

Köpüklü yüzdürmede görülen tenör geri kazanım ilişkileri örneği. Eğrilerdeki kaymalar, yüzdürme etkinliğindeki değişiklikleri temsil eder.
Derece kurtarma eğrileri

Derece geri kazanım eğrileri, köpüklü flotasyonun iki önemli yönü olan geri kazanım oranını mümkün olduğunca düşük tutarken yüksek dereceli konsantre üretmenin ödünleşimini tartmada faydalı araçlardır. Bu eğriler, belirli bir bitkinin bireysel köpük yüzdürme işlemine dayalı olarak ampirik olarak geliştirilmiştir. Eğriler pozitif x-yönünde (sağa) ve pozitif y-yönünde (yukarı) kaydırıldıkça, köpüklü yüzdürme işleminin performansının iyileştiği kabul edilir. Bu eğrilerin bir dezavantajı, yalnızca belirli bir besleme derecesinin ve ilerleme hızının tenör geri kazanım ilişkilerini karşılaştırabilmeleridir. Bir şirketin köpüklü yüzdürme işleminde kullanılan yem çeşitleri ve oranları (son derece yaygın bir durum) varyansı varsa, her yem derecesi ve geri kazanım oranı eşleştirmesi için tenör geri kazanım eğrileri, ilgili kuruluşa anlamlı bilgiler sağlamak için oluşturulmalıdır. bitki.

Flotasyon ekipmanı

Köpük yüzdürme hücresinin şeması. Numaralandırılmış üçgenler, akış akışının yönünü gösterir. Pulpa [1] adı verilen bir cevher ve su karışımı, bir şartlandırıcıdan hücreye girer ve hücrenin dibine akar. Hava [2] veya nitrojen, kesme kuvvetlerinin hava akımını küçük baloncuklara böldüğü dikey bir çarktan geçirilir. Mineral konsantre köpük hücrenin üst kısmından toplanır [3], hamur [4] ise başka bir hücreye akar.

Flotasyon, dikdörtgen veya silindirik mekanik olarak ajite edilmiş hücrelerde veya tanklarda, yüzdürme kolonlarında, Jameson Hücrelerinde veya mürekkep giderme yüzdürme makinelerinde gerçekleştirilebilir. Hava emme yöntemiyle sınıflandırıldığında, iki farklı yüzdürme ekipmanı grubunun ortaya çıktığını söylemek doğru olur: pnömatik ve mekanik makineler. Genel olarak pnömatik makineler, düşük dereceli konsantre ve çok az çalışma sorunu verir.

Yüzdürme kolonlarının boyutlarının ve benzer kapasitelere sahip Jameson Hücrelerinin karşılaştırılması.

Mekanik hücreler, hava vermek ve karıştırma eylemi sağlamak için karıştırma tankının alt kısmında büyük bir karıştırıcı ve difüzör mekanizması kullanır. Yüzdürme sütunları , yukarıda bulamacı uygularken uzun bir sütunun altına hava vermek için hava serpicilerini kullanır . Aşağı akan bulamacın ve yukarı doğru akan havanın karşı akım hareketi karıştırma hareketi sağlar. Mekanik hücreler genellikle daha yüksek bir üretim hızına sahiptir, ancak daha düşük kalitede malzeme üretirken, yüzdürme kolonları genellikle düşük verim oranına sahiptir ancak daha kaliteli malzeme üretir.

Jameson hücresi ne pervane ne de sparger kullanır, bunun yerine yüksek kesmenin kabarcık partikül teması için gerekli türbülanslı koşulları oluşturduğu bir indiricide bulamacı hava ile birleştirir.

flotasyon mekaniği

FlCirc.PNG

Mineral partiküllerini serbest bırakmak için öğütmenin ardından aşağıdaki adımlar izlenir:

  1. İstenen partiküller üzerinde hidrofobik yüzey yükleri elde etmek için reaktif şartlandırma
  2. Hava veya nitrojen ile yakın temasta kabarcıklar tarafından toplama ve yukarı taşıma
  3. Flotasyon hücresinin yüzeyinde kararlı bir köpük oluşumu
  4. Mineral yüklü köpüğün banyodan ayrılması (flotasyon hücresi)

Mineral konsantrasyonu için basit flotasyon devresi. Numaralandırılmış üçgenler, akış akışının yönünü gösterir. Bir şartlandırma tankında bir cevher ve su (hamur olarak adlandırılır) karışımına çeşitli yüzdürme reaktifleri eklenir. Akış hızı ve tank boyutu, minerallere aktive olmaları için yeterli zaman verecek şekilde tasarlanmıştır. Konsantre olarak istenen minerallerin çoğunu uzaklaştıran pürüzlü hücrelerden oluşan bir kümeye koşullandırıcı hamur [1] beslenir. Daha pürüzlü hamur [2], ilave reaktiflerin eklenebileceği bir çöpçü hücre bankasına geçer. Çöpçü hücre köpüğü [3] genellikle ek işlem için daha kaba hücrelere geri gönderilir, ancak bazı durumlarda özel temizleyici hücrelere gönderilebilir. Çöpçü hamuru genellikle kuyruk olarak atılacak kadar kısırdır. Daha karmaşık yüzdürme devreleri, birkaç set temizleyici ve yeniden temizleyici hücreye ve hamur veya konsantrenin ara yeniden öğütülmesine sahiptir.

Flotasyon kimyasalları

Bir köpük yüzdürme hücresinde bakır sülfür köpüğü

koleksiyoncular

Birçok cevher için (örneğin Cu, Mo, W, Ni'ninkiler) toplayıcılar anyonik kükürt ligandlarıdır. Potasyum amil ksantat (PAX), potasyum izobütil ksantat (PIBX), potasyum etil ksantat (KEX), sodyum izobütil ksantat (SIBX), sodyum izopropil ksantat (SIPX), sodyum etil ksantat (SEX) dahil ksantat tuzları özellikle popülerdir . Diğer toplayıcılar, ilgili kükürt bazlı ligandları içerir: ditiyofosfatlar , ditiyokarbamatlar . Yine diğer toplayıcı sınıfları arasında tiyoüre tiyokarbanilid bulunur . Yağ asitleri de kullanılmıştır.

Bazı mineraller için (örneğin, KCl için silvinit ), yağ aminleri toplayıcı olarak kullanılır.

köpürtücüler

Köpükleri stabilize etmek için çeşitli bileşikler eklenir. Bu katkı maddeleri arasında çam yağı , çeşitli alkoller ( metil izobütil karbinol (MIBC) ), poliglikoller , ksilenol (kresilik asit) bulunur.

değiştiriciler

Ayırma sürecini optimize etmek için çeşitli başka bileşikler eklenir, bu katkı maddelerine değiştiriciler denir. Modifiye edici reaktifler, yüzdürme hamurundaki mineral yüzeylerle veya toplayıcılar ve diğer iyonlarla reaksiyona girerek, değiştirilmiş ve kontrollü bir yüzdürme tepkisi verir.

Geri dönüştürülmüş kağıdın mürekkepten arındırılması için kimyasal bileşikler

Spesifik cevher uygulamaları

Örnek, yüzdürme işlemi saflaştırılması için kullanılan potasyum klorid gelen sodyum klorür ve kil minerallerinin. Ezilmiş mineral, yağlı amonyum tuzlarının mevcudiyetinde tuzlu su içinde süspanse edilir . Amonyum grubu ve K + çok benzer iyonik yarıçaplara sahip olduklarından (sırasıyla yaklaşık 0.135, 0.143 nm), amonyum merkezleri KCl partikülleri üzerindeki yüzey potasyum bölgeleri ile yer değiştirir, ancak NaCl partikülleri üzerinde değişmez. Uzun alkil zincirleri daha sonra parçacıklara köpük oluşturmalarını sağlayan hidrofobiklik kazandırır.

sülfür cevherleri
  • Kurşun-Çinko-Demir  
  • Bakır-Kurşun-Çinko-Demir  
  • Altın gümüş  
  • Oksit Bakır ve Kurşun  
  • Nikel-Bakır  
Sülfürsüz cevherler

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma