Пенная сепарация отходов
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО
Московский государственный
технический университет МАМИ
Кафедра экологии и безопасности
жизнедеятельности
Курсовая работа
на тему:
ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ ОТХОДОВ
Москва 2011
Оглавление
Введение
1. Что такое пенная сепарация
1.2 Пенное фракционирование и
пенная флотация
2. Процесс пенной сепарации
2.1 Установки пенной
сепарации
3. Применение пенной
сепарации при обогащении золото- и серебросодержащих руд
Введение
Жизнедеятельность человека и животных, любая технологическая деятельность
неизбежно приводят к образованию различных видов отходов, оказывающих то или
иное воздействие на окружающую среду. Одна из задач инженерной экологии -
сделать так, чтобы это воздействие было по возможности умеренным и не вызвало
бы необратимые пагубные изменения в природе.
Многие виды отходов представляют повышенную опасность для окружающей
среды, городского и сельского населения из-за высокой токсичности. Даже их
складирование или захоронение без соблюдения соответствующих предупредительных
мер безопасности может привести к серьезным последствиям для природы и людей,
экологическому ущербу. Особенно это относится к радиоактивным, взрывоопасным
отходам, легколетучим отравляющим веществам.
В то же время некоторые отходы по своему химическому составу и
физическому состоянию являются безвредными, их можно закапывать, затоплять в
морях и океанах.
Проблемы образования и использования отходов многогранны. Отходы
производства и потребления могут являться ценные видами вторичных материальных
и энергетических ресурсов. Для их "добычи" нет необходимости
производить специальные геологические изыскания, строить горнодобывающие
предприятия, транспортировать технологическое и энергетическое сырье на большие
расстояния. Вторичные материальные и энергетические ресурсы в наибольшей
степени образуются как раз в крупных промышленных центрах, где имеются
принципиальные возможности для их повторного применения.
Радикальное решение проблем охраны окружающей среды от негативного
воздействия промышленных объектов возможно при широком применении безотходных и
малоотходных технологий. Использование очистных устройств и сооружений не
позволяет полностью локализовать токсичные выбросы, а применение более
совершенных систем очистки всегда сопровождается экспоненциальным ростом затрат
на осуществление процесса очистки даже в тех случаях, когда это технически
возможно. Так например, очистка сточных вод крупного машиностроительного
предприятия с эффективностью до 90% обеспечивается сравнительно легко, на
каждый последующий процент дает рост затрат, взмывающий вверх по
экспоненциальной кривой. Стопроцентная очистка теоретически возможна, но
практически неосуществима из-за громоздкости очистных сооружений и их
колоссальной стоимости. Следовательно, нужно искать альтернативное решение, а
именно - внедрять малоотходную и ресурсосберегающую технологию.
В настоящее время в соответствии с решением ЕЭК ООН (Европейская
экономическая комиссия Организации Объединенных Наций) и Декларацией о
малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов принята следующая
формулировка безотходной технологии «Безотходная технология есть практическое
применение знаний, методов и средств, с тем чтобы в рамках потребностей
человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и
энергии и защитить окружающую среду».
Под безотходной технологией, безотходным производством, безотходной
системой понимают не просто технологию или производство того или иного продукта
(или продуктов), а принцип организации и функционирования производств,
региональных промышленно-производственных объединений,
территориально-производственных комплексов народного хозяйства в целом. При
этом рационально используются все компоненты сырья и энергия в замкнутом цикле
(первичные сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые
ресурсы), т. е. не нарушается сложившееся экологическое равновесие в биосфере.
Малоотходная технология является промежуточной ступенью при создании
безотходного производства. При малоотходном производстве вредное воздействие на
окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными органами, но по
техническим, экономическим организационным или другим причинам часть сырья и
материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или
захоронение.
Основой безотходных производств является комплексная переработка сырья с
использованием всех его компонентов, поскольку отходы производства - это по тем
или иным причинам неиспользованная или недоиспользованная часть сырья. Большое
значение при этом приобретает разработка ресурсосберегающих технологий.
Для удовлетворения потребностей народного хозяйства ежегодно в расчете на
душу населения в хозяйственный оборот вовлекается до 20 т природного сырья. В
промышленности 70% затрат приходится на сырье, материалы, топливо и энергию. В
этой связи в условиях постоянно нарастающего дефицита природных ресурсов важную
роль играет рациональное, комплексное и экономическое их использование,
снижение металлоемкости и энергоемкости промышленного производства. При
создании безотходных и малоотходных производств необходимо постоянно
совершенствовать существующие и разрабатывать принципиально новые
технологические процессы и схемы, при реализации которых существенно снижается
количество образующихся отходов или они практически ликвидируются.
Такое производство включает и переработку отходов производства и
потребления с получением товарной продукции или любое полезное их использование
без нарушения экологического равновесия.
Целью работы является: ознакомление с системами, устройствами и
применением пенной сепарации.
1. Что
такое пенная сепарация
Пенная сепарация (ПС) - физико-химический процесс, заключающийся в
избирательной поверхностно-активных компонентов жидких систем на поверхности
пузырьков воздуха. Пенная сепарация подразделяется на пенное
фракционирование и пенную флотацию (п.1.2) [5].
Концентрирование суспензий или растворов этим методом основано на
использовании пузырьков газа для увеличения подъемной силы, действующей на
отделяемой частице. Газовые пузырьки «прилипают» к частицам, понижая при этом
их эффективную плотность до величины меньшей, чем плотность воды.
Газовые пузырьки могут образовываться несколькими методами. В зависимости
от способа создания пузырьков воздуха в жидкой среде пенная сепарация
подразделяется на механическую и пневматическую, а так же сепарацию с
выделением растворенного в жидкости воздуха за счет снижения давления.
При механической ПС образования пузырьков воздуха происходит при
механическом взаимодействии воздуха и воды, создаваемом с помощью специальных
турбин - импеллеров. Полученные механическим способом пузырьки воздуха имеют
большие размеры, что снижает эффективность сепарации.
При пневматической ПС образование пузырьков воздуха происходит за счет
диспергирования сжатого воздуха в пористых или перфорированных аэраторах. Этот
способ сепарирования так же недостаточно эффективен из-за сложности получения
мелких пузырьков воздуха.
Более эффективным является создание пузырьков воздуха при снижении
давления. При этом способе воздух растворяется в жидкости при повышенном
давлении, а пузырьки выделяются при его снижении в системе до атмосферного, так
как снижение давления приводит к уменьшению растворимости воздуха. Это наиболее
частый используемый способ, так как он позволяет получать большее число
пузырьков малого размера (30-120 мкм). Такой способ ПС получил название
напорной флотации.
На
результат пенной сепарации влияют:
· факторы,
определяющие равновесное распределение компонентов между раствором и
поверхностным слоем, поверхностная активность компонента, температура,
концентрация раствора;
· факторы,
влияющие на скорость распределения компонентов между раствором и поверхностным
слоем в стационарных условиях, размеры пузырьков, распределение их по размерам
в растворе, газосодержание раствора, высота столба раствора и пены, величина
возврата части продукта, полученного разрушением пены.
Проще говоря, эффективность пенной сепарации зависит от устойчивости и
дренажной способности пены (т.е. способность к влагоотдаче). Дренажная
способность зависит от содержания жидкости внутри слоя, размера пузырьков,
вязкости и поверхностного натяжения стенок пузырька.
На устойчивость пены влияют концентрация водородных ионов (рН),
температура, размер пузырьков, объемная концентрация растворенного вещества.
Степень отделения зависит и от соотношения жидкости и газа, площади поверхности
пузырька, высоты слоев жидкости и пены и её долговечности.
Пенная сепарация нашла применение сравнительно недавно, но получает все
большее распространение. Это обусловлено тем, что при относительно небольших
капитальных и эксплуатационных затратах, простом аппаратурном оформлении она
позволяет решать весьма широкий круг задач, связанных с очисткой воды от
диспергированных или растворенных примесей [5].
1.2 Пенное
фракционирование и пенная флотация
Пенным фракционированием называется выделение из растворов растворенных в них
веществ [1].
При пенном фракционировании (рис.1.2.1) гидрофобная часть
поверхностно-активных молекул веществ перемещается к поверхности раздела газа и
жидкости, и молекулы принимают устойчивое положение относительно пузырька
воздуха. Гидрофильные концы молекул остаются в водной фазе, а гидрофобные
проникают в газовую фазу. При непрерывном процессе пузырьки всплывают на
поверхность жидкости и образуют слой пены. Растворенные вещества с низкой
способностью к образованию пены могут быть подвергнуты пенному фракционированию
путем добавления в жидкость пенообразующего агента. В качестве пенообразующих
веществ используют масла, жирные кислоты и их соли, дитиокарбонаты,
алкилсульфаты, амины и другие соединения.
Рис.1.2.1 Механизм пенного фракционирования:
1 - водная фаза; 2 - поверхность раздела; 3 - пузырек
воздуха; 4 - гидрофильный конец молекулы; 5 - гидрофобный конец молекулы
Фракционирование пеной используется для очистки промышленных и бытовых
сточных вод. Оно находит применение и при обработке промышленных отходов для
удаления некоторых ПАВ. Метод может быть использован при очистке отходов
пищевых и текстильных предприятий, а так же сточных вод целлюлозно-бумажного
производства.
Пенной флотацией называется выделение нерастворимых веществ из дисперсных
систем.
Удаление нерастворенного взвешенного вещества методом пенной флотации
происходит следующим образом (рис.1.2.2). Мельчайшие пузырьки воздуха,
образующиеся при его подачи в жидкость в сжатом состоянии, скапливают вокруг
себя гидрофобные взвешенные частицы. Благодаря разницы плотностей эта агрегация
частиц и пузырька устремляется к поверхности жидкости, и взвешенное вещество
концентрируется в слое пены. Затем пена вместе с взвешенными частицами
удаляется.
Рис.1.2.2 Механизм пенной флотации:
- смесь жидкости и твердых частиц; 2 - воздушный пузырек; 3 - гидрофобные
частицы; 4 - гидрофильные частицы
Пенная флотация применяется для обработки загрязненных металлом сточных
вод (очистка смазывающе-охлаждающих жидкостей), улавливание масел из отходов
нефтепереработки, при очистке воды, используемой для мойки автомобилей, и в других
целях.
Процесс флотации можно регулировать, воздействуя на поверхность частиц
различными веществами, делающими ее более гидрофильной или гидрофобной,
усиливающими устойчивость пены, меняющими другие свойства системы. В
зависимости от выполняемых функций эти вещества (флотационные реагенты) делят
на собиратели, пенообразователи, депрессоры, активаторы и регуляторы.
Собиратели действуют на границе раздела минеральная частица - вода,
повышая гидрофобность твердой поверхности. Они делятся на анионные (ксантогенаты),
катионные (высшие алифатические амины) и аполярные (масляные). Аполярные
собиратели в настоящее время имеют ограниченное применение, но используются в
качестве пенообразователей [4].
Пенообразователи действуют на границе раздела жидкость-воздух и относятся
к поверхностно-активным веществам (ПАВ), уменьшающим поверхностное натяжение,
что облегчает образование более мелких воздушных пузырьков в пульпе, замедляет
их слияние в более крупные, т.е. способствует образованию прочной и устойчивой
пены. Наиболее распространены масляные пенообразователи (сосновое и пихтовое
масло) и высшие алифатические спирты.
Собиратели и пенообразователи редко позволяют выделить какой-либо один
минерал и обычно способствуют коллективной флотации группы минералов. Чтобы получить
ценный минерал в виде отдельного продукта, дополнительно применяют другие
реагенты в рамках селективной флотации.
Депрессоры (подавители) избирательно увеличивают смачиваемость
поверхности определенного минерала и препятствуют воздействию собирателей на
поверхность. В качестве подавителей более распространены цианиды, известь.
Активаторы, например медный купорос и серная кислота, восстанавливают
флотируемость депрессированных материалов.
Регуляторы применяют для создания среды с определенными физическими и
химическими свойствами, прежде всего оптимального рН, при котором возможно
наилучшее действие флотационных реагентов. Обычно для регулирования щелочности
или кислотности пульпы применяют известь, соду и серную кислоту.
Один и тот же реагент может принадлежать нескольким из указанных групп,
выполняя, например, одновременно роль собирателей и пенообразователей (многие
масла и органические растворимые соединения). Известь может быть и подавителем,
в частности для пирита, и регулятором.
В результате флотации получают концентраты, содержащие несколько
извлекаемых минералов (коллективный концентрат) или по преимуществу только один
(селективный концентрат). Соответствующие схемы флотации получили название
коллективной и селективной схем.
2. Процесс
пенной сепарации
В технологическую линию для осуществления процесса пенной сепарации
входят нагнетательный насос, устройство для подачи воздуха, флотационная
камера, где происходит насыщение жидкости воздухом, и выделительная камера.
Исходное сырье и воздух поступают в камеру, где происходит насыщение суспензии
воздухом, и затем в выделительную камеру. Твердые частицы всплывают, образуя
слой на поверхности жидкости, и удаляются скребками. Осветленная жидкость
отводится из аппарата с помощью регулируемого водослива.
Пропускная способность флотационных установок по жидкости, как правило,
больше, чем гравитационных, так как скорость подъема частиц при флотации обычно
превышает скорость их оседания в гравитационном поле.
Преимущества флотационных установок перед гравитационными при
концентрировании активного ила заключается в более высокой концентрации твердой
фазы в выходящем потоке, лучшем улавливании твердых частиц, более высокой
пропускной способности и более низких капитальных затратах. Эксплуатационные
затраты на флотацию обычно выше, так как включают стоимость вспомогательных
химических агентов и энергии на подготовку и подачу воздуха и воды в аппарат
для насыщения.
Многочисленные конструкции флотационных установок можно разделить по их
устройству на горизонтальные, вертикальные, радиальные, многокамерные,
колонные.
2.1
Установки пенной сепарации
Для исследования процесса пенной сепарации были разработаны различные
конструкции лабораторных сепараторов, которые, как правило, содержали узлы
первых машин, предложенных Госгорхимпроектом в конце 60-х годов. Рассмотрим
одну из таких моделей, которая может использоваться как для лабораторных
опытов, так и в схемах укрупненных непрерывно действующих стендовых установок
производительностью до 0,5 т/ч для отработки технологических режимов.
Сепаратор (рис. 2.1.1) состоит из камеры 2 с дном в форме
перевернутой пирамиды, и загрузочной коробки 4 с несколькими наклонными
деками 3. Сползая по декам и козырьку 5, обводненный материал
равномерно распределяется по краю козырька и поступает на поверхность пены б,
создаваемой аэраторами 8, набранными из отрезков перфорированных
резиновых полувакуумных трубок, к которым через коллектор подводится сжатый
воздух. Трубки соединены в две-три секции для обеспечения повышенной аэрации
под козырьком, т.е. в зоне подачи материала на пену. Число отверстий на 1
кв.см. поверхности трубки достигает шестидесяти.
Толщину слоя пены регулируют высотой расположения сливного порога 7,
который может перемещаться по вертикали на 20-25 мм. Закрепившиеся в пене
частицы переливаются через порог в приемник для концентрата. Расстояние между
передней и задней стенками сепаратора, определяющее его производительность,
обычно колеблется от 50 до 150 мм.
Опыты проводят в следующем порядке. В камеру сепаратора заливают водный
(или солевой) раствор пенообразователя, обеспечивают подачу сжатого воздуха и
последующее создания слоя пены необходимой толщины (20 мм и более) подают
питание в виде сравнительно плотной пульпы, предварительно обработанной
собирателями для избирательной гидрофобизации поверхности частиц разделяемых
минералов. По окончании опыта осевший камерный продукт выпускают через
разгрузочное отверстие 1 в дне камеры.
Рассмотренная
конструкция моделирует работу промышленных монокамерных машин ФПС-16, одним из
недостатков которых является однократное прохождение материала через слой пены.
Рис.2.1.1 Схема лабораторного пенноrо сепаратора Госгорхим проекта
Для многократного возврата камерного продукта на пенный слой и повышения
полноты разделения частиц при сепарации в Госгорхимпроекте были разработаны две
модификации машины: с механическим и аэролифтным пульпаподъемниками. На базе
последней была создана промышленная машина ФП-16.
Рис.2.1.2 Схема лабораторного пенного сепаратора ЛПС-2
с аэролифтом и обезвоживающим струнным грохотом
При выявлении причин неудовлетворительной работы ФП-16 оказалось, что
основной из них является повышенная обводненность возвращаемого в пену
продукта. Этот вывод был экспериментально обоснован при помощи лабораторного
сепаратора ЛПС-2 (рис.2.1.2). Передняя и задняя стенки глубокой камеры ЛПС-2
вместимостью 20 л для повышения жесткости конструкции изготовлены из
плексигласа толщиной 12 мм. Перемещением вставленных в нее перегородок,
удерживаемых силами трения, можно изменять конфигурацию внутренней камеры,
высоту и наклон ее боковых стенок, ограничивающих объем жидкости над
аэраторами. С помощью таких перегородок можно создавать или гасить различные
циркуляционные потоки, хорошо видимые в проходящем свете, и проверять их
влияние на результаты сепарации. Получаемый пенный продукт, переливаясь через
порог 8, расположенный благодаря державке 7 на фиксированном
выбранном уровне, поступает в правую часть камеры 9, где пена на
поверхности воды быстро разрушается, частицы концентрата собираются в приемник 12,
а жидкость вместе с водорастворимыми реагентами возвращается через нижний канал
10 в аэрационную часть сепаратора. В связи с этим при работе сепаратора
исключается необходимость подачи свежей воды для поддержания неизменного уровня
жидкости и компенсации ее убыли с пенным продуктом, вследствие чего не
изменяется и концентрация водорастворимых реагентов в пульпе.
Сепаратор снабжен аэролифтом 2 ивставленным в камеру струнным
грохотом 4 для регулирования степени обводнения питания, подаваемого на
пену. Благодаря возможности изменения наклона и высоты расположения сита 5
грохота питание можно подавать на пену, в пену или под нее. Угол подачи
материала на пену изменяют поворотом козырька 6. Степень обезвоживания
питания регулируют прижатием шарнирно закрепленной на грохоте заслонки 3,
покрытой поролоном. (Положение заслонки, прижатой к струнному ситу грохота,
показано на рис. 2.1.2 пунктиром).
Наличие аэролифта позволяет непрерывно возвращать в сепаратор и подавать
на пену несфлотировавшиеся частицы для их повторного прохождения через нее. В
зависимости от задач исследования в питание сепаратора можно возвращать и
сфлотированные частицы. Для этого приемник концентрата 12 соединяют с
краном 1 для выпуска жидкости из сепаратора. Изменяя положение заслонки
грохота, можно многократно пропускать через слой пены один и тот же материал и
оценивать влияние степени его обводненности на прочность закрепления частиц в
пене. Для расширения возможностей экспериментальных исследований сепаратор
снабжен двумя пробковыми кранами 11, выточенными из блочного
плексигласа. Вместо них можно также использовать резиновые патрубки с зажимами,
например, для дробного отбора продуктов сепарации.
В сепаратор подавали частицы крупностью около 3 мм с различной степенью
гидрофобности поверхности. Из установленных зависимостей (рис.2.1.3) следует,
что обводненность питания снижает выход частиц в пенный продукт, причем это
снижение особенно заметно для менее гидрофобных частиц каменного угля, которые
хотя и естественно гидрофобны, но уступают по этому параметру частицам с
парафинированной поверхностью. Частицы минералов с искусственно
гидрофобизированной поверхностью собирателем, как правило, менее гидрофобны, чем
частицы неокисленного коксующегося угля, поэтому при обводненности питания их
выход в концентрат будет еще ниже.
Отрицательное влияние транспортной воды на эффективность закрепления
частиц в пене легко показать при подаче на пену гидрофобных зерен каменного
угля крупностью 3 мм. Черный цвет зерен делает их хорошо видимыми в отраженном
свете на белом фоне пены. При открытой заслонке у струнного грохота
транспортная вода проходит через сито грохота и на пену поступает обезвоженный
материал, частицы которого хорошо закрепляются на пузырьках пены (в ней заметно
много черных точек).
Если заслонку закрыть, то питание не обезвоживается, частицы с потоком
воды проходят сквозь пену, не задерживаясь в ней, и затем (при данной крупности
материала) в нее не возвращаются.
Рис. 2.1.3 Зависимость выхода пенного продукта у от обводненности
питания Ж: Т и интенсивности его подачи Q:
- частицы с предельно гидрофобной парафинированной поверхностью; 2-
естественно гидрофобные частицы угля марки К
Более того, если в практически черную от частиц пену подавать
необезвоженное питание, то пена быстро обводняется и из нее начинают выпадать
даже те частицы, которые до этого уже достигли сливного порога. Таким образом,
для более эффективного удержания частиц в пене на нее необходимо подавать
малообводненный материал. С учетом этого для повышения эффективности работы
машины ФПС-16 было предложено заменить делитель Джонса на бункер с щелевой
разгрузкой в нижней части и применить специальный гребешок, закрепленный у
загрузочного козырька в плоскости поверхности пены. Материал поступает на
ромбаобразные в сечении зубья гребешка, сделанного из полиуретана, и,
перемешаясь вдоль сужающихся к концу зубьев длиной до 150 мм, обезвоживается
пеной и плавно поступает между зубьями или в зависимости от крупности частиц в
конце зубьев на поверхность пены.
Анализ работы лабораторных и промышленных сепараторов показал, что
эффективность разделения частиц несколько возрастает при заглублении аэраторов.
В связи с этим в сепараторах типа изображенного на рис.2.1.1 аэраторы следует
располагать не на глубине 40-60 мм, как это обычно делается, а значительно ниже
(будет меньшее волнение пены). Кроме того, поскольку в каждом сепараторе
одновременно осуществляются разделение частиц в слое пены и процесс обычной
пенной флотации из аэрированной жидкости, расположенной между аэраторами и
слоем пены, увеличение ее объема с заглублением аэраторов повышает
эффективность флотации.
Таким образом, для проведения опытов по пенной сепарации в оптимальных
условиях расстояние между нижним уровнем пены и аэраторами должно быть не менее
100 мм. Приемник для концентрата следует помещать в камере сепаратора, т.е.
так, как это сделано в сепараторе, изображенном на рис.2.1.2.
Установки
для пенной сепарации состоят из одной или нескольких (в случае многоступенчатых
установок) однотипных ячеек для разделения смеси. Принципиальная схема ячейки
для пенной сепарации обычно включает узлы, показанные на рис.2.1.4. Основной
узел ячейки - разделительный аппарат 1, в котором контактируют потоки
газа и жидкой смеси. В резервуаре 2 находится исходная смесь, в
резервуаре 3 находится раствор реактивов, используемых при разделении
(они обеспечивают переход выделяемых веществ в поверхностный слой и удержание
остальных веществ в растворе, а также образование устойчивой пены). Узел 4
- источник газа. В пределах этого узла газ проходит очистку и насыщение парами
обрабатываемого раствора. В узле 5 происходит обработка пены - ее дренаж
и разрушение с целью получения концентрата выделяемого вещества. Часто узел 5
объединен с аппаратом 1. Оставшаяся после обработки часть смеси в виде
потока е поступает в сборник 6 или в след. ступень очистки.
Исходная
смесь может вводиться в аппарат 1 либо непосредственно, либо после
смешения с потоком к.-л. реактива (поток в'). Последний вариант
применяют в случае, когда при разделении используют медленные химические
реакции. Потоков может быть несколько: растворы пенообразователя,
комплексообразователя, кислоты, щелочи или осадителя. Поток образующейся пены г
и поток д, возникающий в результате естественного дренажа или принудит,
разрушения пены, могут протекать вне или внутри аппарата 1.
Для
промышленной практики обычно применяют установки непрерывного действия.
Установки могут быть без возврата и с возвратом части пенного продукта (в виде
потока д, рис.2.1.4). Применение возврата позволяет повысить
концентрацию отбираемого пенного продукта. Одноступенчатые установки для пенной
сепарации (процесс проводят в одну стадию) состоят из одной элементарной ячейки
типа, показанного на рис.2.1.4. Многоступенчатые установки (для многостадийных
процессов) состоят из нескольких элементарных ячеек. В них многократной
обработке подвергают либо пенный продукт первой ячейки, либо выходящий из нее
раствор в зависимости от того, что хотят получить - концентрат ценной примеси
или очищенный от примеси раствор. Возможно и сочетание в одной установке обоих
процессов.
Рисунок 2.1.4
В
лаб. условиях чаще всего используют барботажный метод, в промышленных - обычно
остальные. Механический метод прост технически, но не обеспечивает хорошей
очистки вследствие низкой дисперсности. Пересыщение жидкости газом под
давлением эффективно при выделении коллоидных и грубодисперсных частиц, па
поверхности которых выделяются пузырьки газа из пересыщенного раствора.
Достоинства электролитич. установок - их простота, возможность управлять
размером пузырьков, изменяя потенциал на электроде, возможность получать
системы с высокой дисперсностью газовых пузырьков. Основной недостаток этих
установок - загрязнение обрабатываемых растворов гидроксидами металлов,
образующимися при растворении электродов.
При
необходимости регулируемого возврата пенного продукта в аппарат (напр., при
выделении радиоактивных или ценных элементов из разбавленных растворов)
используют колонные аппараты (рис.2.1.5). Если же цель процесса - очистка
стока, то регулируемый возврат не требуется и используют аппараты типа ванны
(рис.2.1.6).
Рисунок 2.1.5
В
колонне исходную смесь вводят противотоком по отношению к газу либо в жидкость,
либо в пену. Из разрушителя пены пенный продукт удаляется полностью или
частично. В последнем случае часть продукта возвращают в колонну. При работе с
ванной исходная смесь вводится через патрубок 1, а выходит из патрубка 4.
Газ поступает в ванну через барботеры 3. Образующаяся пена удаляется
(газом или скребками) в сборник пены, а затем в отстойник 5. Разрушение
стойкой пены производят периодическим впрыскиванием пеногасителя. Для снижения
турбулентности и увеличения времени контакта газа с жидкостью вдоль потока
пузырьков и поперек потока жидкости устанавливают вертикальные пластины.
Рисунок 2.1.6
В
пневмомеханической флотационной машине (рис.2.1.7) диспергирование газа в
камере осуществляют путем вращения ротора с коническим аэратором. В
компрессионной установке для пенной сепарации.
Рисунок 2.1.7
(Рис.2.1.8)
исходный раствор из емкости 1 подается на очистку насосом 2 в
камеры 4 многокамерного аппарата для пенной сепарации. В камере
насыщения 7 происходит насыщение очищенного раствора рабочим газом,
который начинает вследствие снижения давления самопроизвольно десорбироваться
после поступления раствора через аэраторы 5 в камеры аппарата 4.
Рисунок 2.1.8
примесь пенный флотация сепарация
3.
Применение пенной сепарации при обогащении золото- и серебросодержащих руд
Возможности использования машин пенной сепарации при обогащении золото- и
серебросодержащих руд обусловлены незначительными силами отрыва частиц от
пузырька. В зависимости от вещественного состава руд пенную сепарацию
испытывали для изучения возможности: полной замены флотационного процесса,
пенной сепарации песков и флотации шламов при одностадиальных схемах
измельчения, пенной сепарации продукта I стадии измельчения с последующим
доизмельчением хвостов и их флотацией. Пенные сепараторы устанавливали как в
открытом цикле измельчения, так и в замкнутом с возвращением на пенный слой
продуктов классификации хвостов пенной сепарации. Полупромышленные испытания
пенной сепарации проводили на Балейской опытной фабрике, промышленные - на
Березовской и др. На одной фабрике процесс внедрен в схему переработки руды
[2].
На действующей обогатительной фабрике Березовского рудника руду обогащают
по гравитационно-флотационной схеме. Рудоподготовка представлена трехстадиальным
дроблением и однотадиальным измельчением (до 15% класса +0,42 мм). В качестве
собирателя используют бутиловый ксантогенат калия (90 г/т руды), а в качестве
вспенивателя Т-66 (30 г/т руды).
Значительная крупность конечного продукта измельчения и низкое содержание
золота в хвостах флотации послужили основанием для проверки возможности
повышения крупности измельчения руды и испытания пенной сепарации этого
продукта. Пенный сепаратор установлен в схеме цепи аппаратов после одной из
шаровых мельниц, работающих в замкнутом цикле с грохотом. На грохоте
устанавливали шпальтовую сетку с шириной щели 1,7 мм. Нижний продукт грохочения
обесшламливался в гидроциклоне, слив которого объединялся со сливами
классификаторов других мельниц и подавался на флотацию. Пески гидрациклона
направлялись на основную сепарацию.
Для сепарации была установлена двухкамерная машина ФПС-16, одна из камер
использовалась для основной сепарации, другая - для контрольной. Концентрат
контрольной сепарации поступал на перечистку в отсадочную машину. Перед
основной сепарацией контактирование пульпы с реагентами осуществлялось в
мельнице, перед контрольной - в лопастном смесителе. Расход реагентов, г/т
руды: БКК- 150, Т-66-60, смесь мазута с дизельным топливом при отношении 2: 1 -
100. Аполярный реагент подавали в контрольную сепарацию с целью извлечения в
пенный продукт крупных сульфидов и сростков.
В ходе промышленных испытаний средняя производительность мельницы
возросла от 20 до 33 т/ч благодаря повышению крупности измельчения руды от 15
до 40% класса +0,42 мм. Потери золота с хвостами сепарации идентичны фабричным
потерям, извлечение золота повысилось на 1,8%, концентрат сепарации аналогичен
по выходу и качеству концентрату флотации.
Внедрение пенной сепарации позволило перейти на безотходную технологию,
получая из хвостов два строительных продукта - щебень и песок.
На опытной фабрике рудника «Балей» с целью проверки влияния
самоизмельчения на показатели обогащения была испытана схема переработки руды в
двух вариантах: флотация и полная пенная сепарация с гравитационным обогащением
в начале процесса. При сопоставлении результатов испытаний вариантов
технологических схем выявлено, что показатели обогащения материала крупностью
-2 мм пенной сепарацией аналогичны показателям флотационного обогащения
продукта, содержащего 15 % класса +0,4 мм. Пенная сепарация позволяет получать
более богатые по содержанию золота концентраты, более проста в эксплуатации и
снижает расход электроэнергии.
На одной из фабрик страны, где начали перерабатывать руды с поиижеиным
содержанием золота, испытана схема с применением пенной сепарации при
повышенной крупности измельчения, что позволило увеличить объем переработки и
сохранить выпуск металла на достигнутом уровне. Технология переработки руды на
действующей фабрике предусматривает: двустадиальное дробление в открытом цикле
с ручной сортировкой руды после I стадии дробления; одностадиальное измельчение
с отсадкой слива мельниц; сгущение и флотацию слива спиральных классификаторов.
На флотацию поступает продукт, содержащий 18-22 % класса +0,1 мм и 25-30%
твердого. Флотация в течение 19 мин осуществляется в нейтральной среде при
расходе реагентов, г/т руды: БКК- 100, Т-66-90. Установку для пенной сепарации
монтировали на сливах классификаторов. Она предусматривала основную и две
контрольные операции в однокамерных машинах ФПС-16 с перемешиванием реагентов
перед основной сепарацией в мельницах, перед контрольными- в барабанных
смесителях конструкции Иргиредмета. Хвосты второй контрольной сепарации
направляли в отвал.
Для повышения крупности измельчения руды в цикле измельчение -
классификация использовали спиральные классификаторы. Для этого у
классификаторов убирали пороги, поднимали на определенную высоту спирали,
уменьшали расход подрешетной воды в отсадочные машины и ход диафрагм. Повышение
содержания твердого в сливе классификаторов от 18 до 50 % позволило увеличить
крупность измельченного продукта (от 18 до 45% класса +0,1 мм) и
производительность мельниц (в 1,4 раза). В период промышленных испытаний пенной
сепарации сравнивали показатели обогащения руды флотацией и пенной сепарацией.
Пенную сепарацию применяли в течение 5 мес. Средние показатели обогащения
при ее использовании оказались выше, чем на действующей фабрике при
флотационном обогащении, - технологическое извлечение золота возросло на 2%.
Концентрация золота в конечном концентрате повысилась в среднем на 20 г/т при
снижении потерь металла с хвостами фабрики от 0,5 до 0,3 г/т. Повышение
производительности мельниц позволило отказаться от ручной сортировки руды.
На основе контрольного опробования пенная сепарация была рекомендована к
внедрению в схему обогащения фабрики. Реальный экономический эффект за 5 мес
эксплуатации составил 50 тыс. руб. Вместе с тем из-за систематического
повышения в перерабатьшаемой руде тонкодисперсного золота и сульфидов начали
возрастать потери золота с хвостами. Общее извлечение Au упало на 5%.
По рекомендации Иргиредмета с целью снижения потерь металла с отвальными
хвостами на фабрике было введено двустадиальное измельчение. При этом пенную
сепарацию использовали как межцикловую операцию после I стадии измельчения, что
позволило благодаря повышению крупности руды до 0,8 мм высвободить мельницы для
последующего доизмельчения хвостов пен ной сепарации (до 96-98% класса -0,074
мм) и сохранить плановую производительность фабрики. Дополнительная флотация
хвостов пенной сепарации (по данным лабораторных исследований) позволит
сохранить прежний уровень извлечения. Промышленные испытания предложенной
технологии полностью подтвердили результаты лабораторных исследований.
Вовлечение в переработку серебряных руд со сложным вещественным составом
предопределяет необходимость изыскания эффективной технологии и оборудования с
целью получения высоких технологических показателей при снижении трудовых и
материальных затрат.
Первое освоение пенной сепарации в схеме обогащения серебросодержащей
руды осуществлено на одной из фабрик ВПО «Союззолото». Руда, поступающая в
переработку, относится к разряду труднообогатимых и представлена образцами
кварцполевошпатового и кварцродонитового состава с тонкой вкрапленностью
серебросодержащих минералов и незначительным содержанием сульфидов со степенью
окисления по сере около 50%.
Практически все рудные и породообразующие минералы содержат серебро в
форме тонких выделений сложных и изменчивых соединений.
Таблица 3.1
Распределение серебра по классам крупности в питании и концентрате пенной
сепарации
В схеме цепи аппаратов на пенные сепараторы (ФПС-16П) поступают хвосты
винтовой сепарации слива классификатора I стадии измельчения. Пенные сепараторы
работают в замкнутом цикле измельчения и классификации, хвосты сепарации после
до измельчения направляются на флотацию.
В период освоения пенной сепарации определены факторы, влияющие на
показатели обогащения руды со сложной вкрапленностью ценных компонентов. Одним
из основных факторов, обуславливающих эффективность процесса, является удельная
производительность по питанию. Увеличение последней за счет циркулирующей
нагрузки (пески гидроциклонирования хвостов пенной сепарации после
доизмельчения) способствует повышению извлечения серебра и золота на 15-20%.
Из данных, приведенных в табл.3.1, следует, что в пенный продукт
извлекаются минералы флотационной крупности (92,6% металла находится в классе
-0,16 мм), извлечение серебра в классах -0,16+0,074 мм и -0,074 мм составляет
соответственно 27,2 и 65,4%.
При увеличении содержания класса -0,074 мм в питании пенной сепарации от
23,8 до 61,8% извлечение серебра возрастает более чем в 2 раза при
незначительном изменении выхода и качества концентрата. При более крупном
питании (26,1-27,4% класса -0,074 мм) извлечение серебра понижается до
33,8-39,5% вследствие неполного вскрытия серебросодержащих минералов. Такая
закономерность, не типичная для пенной сепарации вообще (в практике пенной
сепарации обычно обогащают обесшламленные продукты крупностью -2 +0,44 мм),
объясняется смешанной вкрапленностью серебросодержащих минералов, требующей
более тонкого измельчения.
Перерабатываемые на фабрике руды характеризуются различиями вещественного
состава и значительными колебаниями содержания серебра. При поступлении с
плановым содержанием металла пенный продукт получается требуемого качества при
его выходе от руды 2,5-3 %. При снижении содержания серебра в руде концентрат,
при сохранении его выхода, направляется на перечистную флотацию. Эффективность
перечистки высока (97-98%) , так как в концентрат пенной сепарации извлекаются
легкофлотируемые минералы благородных металлов с применением в качестве
собирателя БКК и вспенивателя Т-66.
В период освоения процесса установлено, что пенной сепарацией из хвостов
гравитационного обогащения извлекается до 40% серебра и до 30% золота в форме
легко обогатимых минералов. Это создает благоприятные условия для флотации
окисленных минералов. Пенная сепарация сокращает необходимое время флотации, в
случае исключения сепарации из схемы для достижения аналогичных качественных
показателей фронт флотации должен быть увеличен на 35%.
По результатам исследований пенная сепарация предусмотрена в проекте
строительства нового предприятия. Однако следует отметить, что промышленное
серийное производство пенных сепараторов в СССР не налажено. Выпускаемые по
индивидуальным заказам пенные сепараторы ФП-2,5 и ФП-6,5 не оснащены системой
автоматического контроля, а узел аэрации (резиновые диспергаторы) является
слабым звеном в конструкции машины. Эти обстоятельства затрудняют широкое
промышленное освоение пенной сепарации.
Обогащение руд пенной флотацией
Заключение
Пенная сепарация находит все большее распространение за счет
экономичности и простоты в аппаратурном оформлении.
Пенная сепарация или флотация позволяет решать большой круг задач как в
экологическом так и в промышленном формате.
Благодаря пенной сепарации можно решить вопрос очистки воды от
диспергированных или растворенных примесей, а так же повысить
производительность золото и серебро добывающей промышленности.
Список
литературы
1. Б.Б.
Бобович Переработка промышленных отходов: Учебник для вузов - М.: СП ИНТЕРМЕТ
ИНЖИНИРИНГ, 1999. - 449с.
2.
Пенная сепарация и колонная флотация / Ю.Б. Рубинштейн, В.И. Мелик-Гайзакян,
Н.В. Матвиенко, С.Б. Леонов. - М.: Недра, 1989. - 304 с
.
А.И. Русанов, С.А. Левичев, В.Т. Жаров Поверхностное разделение веществ. Теория
и методы - Л.: 1981.
.
А.Г. Ветошкин Защита литосферы от отходов. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во
Пенз. гос. ун-та, 2005. - 189 с.
.
Б.Б. Бобович Процессы и аппараты переработки промышленных отходов: Учебное
пособие - М.: МГТУ «МАМИ», 2008. - 116 с.
. XuMuK.ru - сайт о химии. [Электронный ресурс]: ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ. URL:
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3211.html