Доклад на тему флотация

Обновлено: 07.05.2024

Флотация представляет собой метод обогащения полезных ископаемых на промышленных предприятиях. Этот способ основан на способности одних частиц – гидрофильных - легко смачиваться жидкостью и отделяться от других частиц – гидрофобных. Процесс происходит в жидкой среде, которая аэрируется воздухом или в которую вводятся капельки масла.

Разделение руды на элементы происходит на границе двух разных средств. Во флотационной установке гидрофобные частички прилипают к пузырькам газа или масла и поднимаются на поверхность, в то время как гидрофильные элементы оседают на дне емкости. Этот процесс имеет высокую эффективность и экономичность.

Полная автоматизация позволяет уменьшить себестоимость технологических операций на обогатительной фабрике и в гидрометаллургии.

Более подробно о том, что это такое – флотация, а также в каких сферах она используется, читайте далее.

Методы флотации

В зависимости от того, каким образом создается межфазная граница между средами, используются четыре разных способа флотации:

Масляная. Используется для добычи сульфидных минералов, которые смачиваются в руде маслом и всплывают на поверхность воды, в то время как порода оседает вниз.
Пленочная. Принцип работы этого оборудования основан на способности мелких гидрофобных частиц удерживаться на поверхности воды.
Пенная. В установках через смесь руды в воде пропускаются маленькие пузырьки воздуха, которые всплывают на поверхность и собираются с нее. Помимо воды, в качестве флотационной жидкости могут использоваться другие вещества.
Электрофлотация. Всплытие на поверхность жидкости частиц осуществляется за счет выделения электролитических газов в жидкости.

Где применяется флотация

Благодаря универсальности и эффективности метода технология флотации используется при добыче таких полезных ископаемых6

Серы;
Золота (обработка золотосодержащих руд);
Угля (обогащение угольных шламов);
Железных руд;
Меди (обогащение медной руды).

Способы использования флотационных устройств

Рассматриваемая обогатительная технология в зависимости от типа используемого устройства позволяет решить несколько различны задач:

Получение концентрата полезного ископаемого из руды, в которой содержится минимальное количество металла. Таким образом производится добыча меди, золота, титана, графита, песка для производства стекла и известняка для изготовления цемента.
Разделение пульпы на несколько компонентов, которые затем используются для производства. Таким образом сортируют руду и выделяют из нее несколько разных видов полезных ископаемых.

Помимо перечисленных задач, флотационные устройства могут применяться для выделения солей из перенасыщенного раствора, для очистки каучука естественного происхождения от посторонних примесей, а также очистки бытовых и промышленных канализационных стоков.

Разновидности оборудования

Для обогащения руд методом флотации используются такие типы и виды оборудования:

Механические установки – перемешивание пульпы, а также диспергирование воздуха производится с помощью импеллера. Он создает водяной вихрь, который распределяет засасываемый воздух на пузырьки.
Пневматическое оборудование – насыщение воды воздухом производится с помощью аэраторов. Для разделения на пузырьки воздушный поток пропускается сквозь поры.
Комбинированное – В этом случае воздух распределяется на пузырьки с помощью сит, а перемешивание обрабатываемого материала и распределение пузырьков по емкости осуществляется с помощью импеллера.

При покупке оборудования необходимо обращать внимание на объем камеры, пропускную способность установки, мощность привода импеллера, удельный расход воздуха и другие характеристики.

Флотация — метод отделения диспергированных и коллоидных примесей от воды, основанный на способности частиц прилипать к воздушным (газовым) пузырькам и переходить вместе с ними в пенный слой. Сущность этого процесса заключается в специфическом действии молекулярных сил, вызывающих слипание частиц примесей с пузырьками высокодиспергированного в воде газа (воздуха) и образованию на поверхности пенного слоя, содержащего извлеченные вещества. При сближении в воде газового пузырька с гидрофобной поверхностью частицы примеси разделяющий их тонкий слой становится неустойчивым и разрывается. Вследствие кратковременности контакта частицы и пузырька при их столкновении вероятность слияния определяется кинетикой образования краевого угла смачивания.

Очевидно, что для успеха протекания процесса масса флотируемых частиц не должна превышать силы их прилипания к газовым пузырькам и их подъемной силы. Оптимальная крупность извлекаемых примесей находится в пределах 10-5-10-3 м, дисперсность пузырьков газа— 15*10-6-30*10-6 м, а поверхностное напряжение воды не должно превышать 0,06—0,065 н/м. С понижением поверхностного натяжения эффект очистки воды флотацией повышается в отличие от отстаивания и фильтрования.

Интенсификация процесса флотации достигается гидрофобизацией поверхности извлекаемых примесей реагентами, которые, избирательно сорбируясь на поверхности частиц, понижают их смачиваемость, что улучшает процесс слипания дисперсий и коллоидов с пузырьками газа. В водоподготовке в качестве гидрофобизирующих реагентов применяют обычные коагулянты и флокулянты. После флотационной обработки осадок отработанных гидроксидов занимает значительно меньший объем и влажность его ниже, чем осадка, образующегося в отстойниках.

Известно много способов насыщения воды пузырьками газа (воздуха), среди которых по размерам диспергирования газа следует указать следующие: флотация с выделением воздуха из воды — напорные, эрлифтные и вакуумные установки; флотация с механическим введением воздуха — безнапорные (пенные), импеллерные и пневматические аппараты; фротация с подачей воздуха через пористые материалы; электрофлотация.

В пневматических установках насыщение воды воздухом осуществляют воздухом, выделяющимся из нее в результате понижения давления, в механических — турбиной насосного типа. Пневматические установки могут быть напорными и вакуумными.

Обработку воды флотацией рекомендуется применять при ее мутности до 150 мг/л и цветности до 200 град. Это позволяет уменьшить объем водоочистных сооружений вследствие ускорения в 3 . 5 раз, процесса выделения взвеси из воды, отказаться от микрофильтров, улучшить санитарное состояние очистных сооружений.

В последние годы в России и за рубежом для очистки поверхностных вод умеренной мутности с большим содержанием органических соединений или планктона применяют напорную флотацию, при которой выделение взвеси из воды производится с помощью пузырьков газа, получаемых из перенасыщенного водовоздушного раствора. Принцип этого метода заключается в том, что 8. 10% исходной воды, в которой под давлением 0,6 . . . 0,8 МПа растворен воздух, распределяют в обрабатываемой воде, попадая в зону меньшего давления из насыщенной воздухом воды выделяются мельчайшие его пузырьки, необходимые для флотации легкой взвеси. Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду, в зависимости от состава взвеси в исходной воде. Флотация — это процесс, основанный на слиянии отдельных частиц примесей под действием молекулярных сил с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха, всплывании образующихся при этом агрегатов и образовании на поверхности флотатора пены. Флотируемость частиц различной крупности зависит от размеров пузырьков воздуха, которые определяются поверхностным натяжением на границе вода — воздух. С понижением поверхностного натяжения эффективность очистки воды флотацией повышается в отличие от отстаивания и фильтрования. При предварительном коагулировании примесей воды эффект флотации повышается.

При напорной флотации время пребывания воды в напорном контактном резервуаре принимают до 2 мин, объем вводимого воздуха 0,9. 1,2%, от объема обрабатываемой воды. Объем флотатора рассчитывают на 20. 60-е минутное пребывание воды, удельную нагрузку принимают 6. 8 м3/(м2*ч). При пневматическом диспергировании принимают до 7,0 м3/(м2*ч).

Вид содержащихся в воде загрязнений определяет характер флотационной обработки: одним воздухом или воздухом в сочетании с различными реагентами и прежде всего коагулянтами. Использование коагулянтов позволяет значительно повысить эффективность флотационной очистки и удалять загрязнения, находящиеся в воде в виде стойких эмульсий и взвесей, а также в коллоидном состоянии. В практике применяют две схемы флотационной очистки, показанные на рис. 11.1. В первом случае (рис. 11.1, а), для насыщения воздухом используют исходную неочищенную воду, а во втором (рис. 11.1,6) — воду, прошедшую очистку. В отечественной практике рекомендуется второй вариант.

Рис. 11.1. Схемы напорной флотации при насыщении воздухом исходной (а) и очищенной (б) воды.

1,7 — подача исходной и отвод очищенной воды; 2 — смеситель; 3 —подача реагентов; 4 — камера хлопьеобразования; 5 — распределительное устройство; 6 — флотатор; 8 — подача водовоздушной смеси; 9 — ввод воздуха; 10 — бак для растворения воздуха в воде

Недостатком первой схемы является то, что при использовании для насыщения воздухом неочищенной воды возможно засорение крупными примесями аппаратуры и распределительной системы. Во втором случае возможность засорения аппаратуры уменьшается, но необходимо увеличивать объем флотационной камеры на величину расхода воды, необходимого для приготовления водовоздушного раствора. Вторая схема, несмотря на некоторое удорожание, является более надежной.

При флотации в жидкости происходит ряд процессов: растворение и выделение воздуха, приклеивание воздушных пузырьков к частицам взвеси и всплывание их на поверхность с образованием пены. Условия протекания этих процессов оказывают существенное влияние на эффект обработки воды. Важное значение имеют также условия и способы удаления пены. Поэтому интересно будет рассмотреть принцип действия и конструктивные особенности всех основных элементов схемы: узла подготовки водовоздушного раствора, устройств для выделения воздуха из водовоздушного раствора, флотационной камеры и устройств для сбора и отведения пены.

Закономерности растворение воздуха в воде и аппаратура для подготовки водовоздушной смеси. Воздух представляет собой смесь газов. Растворимость газов в воде подчиняется закону Генри, из которого следует, что при постоянной температуре растворимость каждого из компонентов газовой смеси в данной жидкости прямо пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависит от общего давления газовой смеси и общего содержания других компонентов. Количество воздуха, которое может быть растворено в воде, зависит от давления, температуры, времени насыщения и способа их взаимодействия. Эта зависимость выражается уравнением

Q = pB [1— ехр(— kT )], (1)

гдеq — количество воздуха, растворенного в воде, мг/л; р — давление насыщения, Па; В — растворимость воздуха в воде, мг/л; k— константа скорости растворения, 1/мин; Т — время насыщения, мин.

Давление оказывает влияние не только на количество воздуха, которое может быть растворено в воде, но и на размер выделяющихся затем пузырьков. По данным исследователей, это давление колеблется в широких пределах от 3*105 до 9* 105 Па адекватно характеристике выделяемой взвеси.

В химической технологии для растворения газов в жидкостях широко используют емкостные аппараты, размеры которых зависят от продолжительности их контакта. Время контакта, в свою очередь, связано со значением константы скорости растворения £. Так, при простом барботаже воды воздухом величина £=0,35 1/мин и время, необходимое для полного растворения, 7=8. 10 мин. При введении воздуха с помощью эжектора £=0,8. 1,0 1/мин и время сокращается до 7=3. 4 мин. Существуют аппараты, в которых £=1,5. 1,8 1/мин.

В условиях очистки природных вод (работа под давлением, наличие труднорастворимой смеси газов, большая производительность и др.) наиболее целесообразно применение насадочных абсорберов. Насадка подвешивается или опирается на решетку, в которой имеются отверстия для прохода газа и стока жидкости. Газ поступает в колонну снизу вверх противотоком по отношению к жидкости. Подаваемая на насадку жидкость равномерно распределяется по сечению аппарата с помощью распределительного устройства. Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость. В качестве насадки применяют листовые, хордовые из досок, кольцевые керамические и кусковые материалы.

В напорных абсорберах применяют высокие давления, поэтому подачу воздуха в них осуществляют компрессорами. Следовательно, при подготовке водовоздушного раствора для флотационных установок очистки природных вод перспективным является применение абсорберов с насадкой и подачей воздуха в них компрессорами.

Условия введения и распределения водовоздушного раствора в обрабатываемой воде. Растворенный воздух выделяется из воды при понижении давления, что и используется в установках напорной флотации. Минимальный размер пузырьков воздуха, образующихся при понижении давления,

(2)

где Rmin— минимальный радиус пузырьков воздуха, см; аГж.— поверхностное натяжение на границе раздела газ — жидкость, Н-м; р\—р2 — перепад давления, Па.

Из формулы (2) следует, что размер образующихся пузырьков тем меньше, чем меньше поверхностное натяжение на границе воздух — вода и чем больше пересыщение воды воздухом или больше перепад давления при выпуске водовоздушного раствора в обрабатываемую воду. Поверхностное натяжение зависит от свойств очищаемой воды и наличия в ней поверхностно-активных веществ. Учитывая это, можно было бы предусмотреть введение дополнительных реагентов, уменьшающих поверхностное натяжение, однако это крайне нежелательно. Более приемлемым является получение мелких пузырьков воздуха путем увеличения перепада давления, т. е. путем насыщения воды воздухом под повышенным давлением и последующим его резким понижением до атмосферного.

Исследования В.И. Классена, И.И. Демина показали, что возникновение пузырьков воздуха из перенасыщенного раствора происходит практически мгновенно. Для определения образующихся пузырьков можно воспользоваться формулой

(3)

где К — константа Генри. Па; С—Сi— величина пересыщения водовоздушного раствора; Н/м2; р —плотность газа в. пузырьках, Н/м3; Я —линейная скорость роста пузырьков, см/с.

Формула (3) показывает, что увеличение степени пересыщения воды воздухом способствует не только уменьшению размеров пузырьков воздуха, но также и выделению большего их количества. Изучение кинетики выделения воздуха из водовоздушного раствора показало, что при увеличении давления насыщения с 1,5-105 до 5,0-105 Па количество выделяющегося воздуха увеличивается с 21 до 100%.

По Л.И. Шмидту, количество пузырьков и их размеры зависят от скорости выхода водовоздушного раствора из отверстий распределительного устройства. Им рекомендуется определять количество выделяемых пузырьков воздуха в зависимости от скорости истечения по формуле

(4)

Благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонко вкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.

Содержание

1 теоретическая основа.

3 оборудование ( флотомашины ).

4 список используемой литературы.

Работа содержит 1 файл

флотация.docx

1 теоретическая основа.

3 оборудование ( флотомашины ).

4 список используемой литературы.

Руды, добываемые из недр земли, часто не удовлетворяют требованиям металлургического производства не только по крупности, но и в первую очередь по содержанию основного металла и вредных примесей, а потому нуждаются в обогащении.

Под обогащением руд понимают процесс обработки полезных ископаемых , целью которого является повышение содержания полезного компонента путем отделения рудного минерала от пустой породы или отделения одного ценного минерала от другого. В результате обогащения получают готовый продукт – концентрат, более богатый по содержанию определенного металла, чем исходная руда, и остаточный продукт – хвосты, более бедный, чем исходная руда. Все применяемые на практике способы обогащения руд основаны на использовании различий в физических и физико-химических свойствах слагающих руду минералов. При хорошей размываемости водой применяют промывку, при различной плотности - гравитационное обогащение, при магнитной восприимчивости – магнитное обогащение, на использовании различных физико-химических поверхностых свойств основана флотация. Выбирая оптимальный способ обогащения, оценивают также экономическую эффективность того или иного способа.

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы рус. физикохимика – И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце 19 в. основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале 20 в. положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), сов. учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина и др.

Флотация (франц. flottation, от flotter – плавать) - процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Применяя флотационные реагенты, можно искусственно изменять смачиваемость минеральной поверхности. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности, образуя минерализованную пену, а гидрофильные частицы не прилипают к пузырькам и остаются в объеме пульпы.

Флотационный метод обогащения заключается в разделении компонентов измельченной руды, основанный на различной способности их удерживаться на границе раздела фаз в жидкой среде. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего при флотации разделяются зёрна размером 0,1–0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мк ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1–3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц (0,5–5 мм) разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости. Это – гораздо более производительные процессы, чем масляная и плёночная флотации. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы.

Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Различают три основных вида флотации – пленочную, масляную и пенную.

При пленочной флотации, разделение минералов происходит на плоской поверхности раздела фаз вода-воздух. При этом измельченная руда, подлежащая разделению, насыпается с небольшой высоты на поверхность воды. Не смачиваемые частицы остаются на поверхности и выделяются во флотационный продукт, смачиваемые переходят в водную фазу. Из-за низкой производительности этот процесс не получил широкого применения. Однако эффект пленочной флотации используется при флотогравитационном способе получения крупнозернистого хлористого калия.

Масляная флотация заключается в избирательном смачивании частиц минерала диспергированным в воде жидким маслом. Образующиеся при этом агрегаты частиц, заключенные в масляные оболочки, всплывают на поверхность пульпы. Вследствие незначительной подъемной силы капли масла могут нести лишь небольшой груз частиц, а расход масла при этом очень велик. Поэтому масляная флотация не получила промышленного распространения.

При пенной флотации пульпа насыщается пузырьками газа, обычно воздуха.Флотирующиеся частицы (гидрофобные) закрепляются на пузырьках и выносятся ими на поверхности пульпы, образуя слой минерализованной пены. Гидрофильные частицы остаются в пульпе. В зависимости от способна насыщения пульпы пузырьками газа пенная флотация подразделяется:

-на обычную пенную флотацию, где в качестве газа используется воздух, причем аэрация пульпы обеспечивается или засасыванием воздуха из атмосферы и диспергированием его в пульпе специальными механическими аэраторами, или же вдуванием в пульпу сжатого воздуха.

-вакуум-флотацию, где аэрация пульпы осуществляется за счет выделения воздуха из раствора (согласно закону Генри), так как находящаяся под атмосферным давлением вода содержит некоторое количество растворенного воздуха.

-химическую флотацию, или газовую флотацию, где пузырьки газа образуются в результате химического взаимодействия. Например, к руде, содержащей кальций или магнезит, добавляют серную кислоту или кислую соль. При этом на выделяющихся пузырьках углекислого газа флотируются не смачиваемые минералы.

-флотацию кипячением, где процесс идет за счет образующихся пузырьков пара и пузырьков выделяющегося растворенного газа. Этот процесс применялся некоторое время для обогащения графитовых руд.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5–1,0 мм в случае природно гидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1–0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора.

Первая особенность заключается в том, что в отличие от других методов обогащения, не существует принципиальных ограничений ее использования для разделения любых минералов. Если гравитационными процессами нельзя разделять минералы с одинаковыми или близкими удельными весами, а магнитной сепарацией нельзя обогащать руды, в которых минералы имеют одинаковую или близкую магнитную восприимчивость, то флотация принципиально применима для обогащения любых полезных ископаемых.

а) Удельная поверхностная энергия минералов зависит как от их химического состава, так и от строения решетки минералов. Поскольку различные минералы обязательно отличаются один от другого или составом, или строением решетки, то они должны отличаться и по величине поверхностной энергии на границах раздела минерал - газ и минерал - жидкость.

б) Если различие в удельных поверхностных энергиях недостаточно для хорошего разделения минералов, то его можно увеличить нанесением на поверхность минералов тончайших покрытий с помощью реагентов. Например покрытие поверхности сульфидных частиц пленкой ксантогената плотностью 15-30% от сплошного мономолекулярного слоя резко меняет их поверхностную энергию. При использовании других процессов различия между свойствами минералов (например разницу в удельных весах разделяемых минералов или разницу в магнитной восприимчивости) нельзя увеличить простыми и дешевыми средствами. Практика подтверждает положение с принципиальной возможности применения флотации для разделения любых минералов.

Вторая особенность - возможность применения его только для разделения мелких частиц, у которых потенциальная энергия значительно меньше поверхностной. Обычной пенной флотацией полезные минералы с плотностью больше 5 г/см3 практически не флотируются при крупности зерен, превышающей 0.2-0.3 мм. Минералы с малой плотностью (каменный уголь, самородная сера) при пенной флотации могут флотироваться при крупности до 0.6 мм. В специальных флотационных процессах крупность флотируемого материала может быть значительно повышена. Так, при обогащении калийных сильвинитовых руд крупность частиц крупно зернистого концентрата находится в пределах от 0.3 до 0.8 мм.

Совокупность и последовательность операций переработки отражают на графических схемах обогащения. В зависимости от назначения, схемы могут быть качественными, количественными, водно - шламовыми и т.п. Кроме указанных схем, обычно составляют схемы цепей аппаратов.

В качественной схеме обогащение изображается движением руды и продуктов обогащения последовательно по операциям, указываются некоторые данные о качественных изменениях руды и продуктов обогащения, например крупности. Схема дает представление о стадиях процесса, количестве операций, концентратов и контрольных перечисток хвостов, о виде процесса, способе обработки промпродуктов и количестве конечных продуктов обогащения. Если на качественной схеме указать количество перерабатываемой руды, получаемых на отдельных операциях продуктов и содержание в них ценных компонентов, то такая схема уже будет называется количественной, или качественно- количественной. Выход продуктов по операциям определяют в процентах от исходной руды, или в т/сут. и в т/ч. Если в схеме имеются данные о количестве воды на отдельных операциях и в продуктах обогащения, о количестве добавляемой воды, то схема называется водно - шламовой.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Процессы и аппараты обогащения. Флотация. Презентация на заданную тему содержит 77 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Флотация Единственный производительный процесс обогащения тонковкрапленных руд Флотация позволяет выделить из полезных ископаемых свыше 100 минералов. С ее применением связано получение в промышленных масштабах примерно 70 % химических элементов Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Процесс извлечения твердых минеральных частиц (реже жидких) из тонкодисперсных трехфазных систем, основан на различиях разделяемых частиц по смачиванию водой. Плохо смачиваемые водой (гидрофобные) частицы при столкновении с воздушными пузырьками концентрируются на поверхности раздела фаз Ж- Г и выводятся из пульпы в пену.

Подготовка руды к флотации Измельчение до минус 0,1 мм Разбавление водой до содержания твердого (% тв.) – 25-40 %

Факт 1. Отделенные частицы собираются в виде пены (флотопродукт) на поверхности жидкости

В противоположность отстаиванию флотация представляет собой процесс разделения фаз жидкость - твердое вещество или жидкость-жидкость, применяемый в отношении частиц, плотность которых меньше плотности содержащей их жидкости.

Флотацию называют естественной, если разность между природной плотностью агрегатов частиц и плотностью воды достаточна для их разделения.

Принудительной флотацией называют процесс, в котором для улучшения отделения частиц, обладающих природной флотируемостью (но имеющих недостаточную скорость разделения), используются различные внешние средства (воздух или воздух и различные реагенты).

Флотацию называют спровоцированной, если плотность частицы, превышающая плотность жидкости, искусственно снижается для обеспечения ее флотации. При этом используется способность некоторых твердых частиц (или жидкостей) прилипать к пузырькам газа (как правило, воздуха) с образованием пар твердая частица - газ, имеющих меньшую плотность, чем жидкость, в которой они диспергированы. Таким образом, действующий процесс имеет трехфазную природу (газ - жидкость - твердая фаза) и зависит от физико-химических характеристик всех трех фаз, и в первую очередь от характера их межфазных поверхностей (большая или меньшая гидрофобность).

Пузырьки газа обычно классифицируют по их размеру: средние (2-4 мм), мелкие (от сотен микрометров до 1 мм)-и микропузырьки (40-70 мкм).

В горно-обогатительной и нефтяной промышленности для обозначения флотации с использованием воздуха или иного газа, диспергированного до состояния мелких пузырьков диаметром 0,2-2 мм, используется термин механическая флотация (в англоязычных странах применяются термины IAF — Induced Air Flotation или IGF — Induced Gas Flotation (принудительная флотация воздухом или газом)).

Факт 2. Восходящая скорость микропузырька газа в воде в ламинарном режиме описывается уравнением Стокса

При увеличении диаметра пузырька его восходящая скорость возрастает и увеличивается турбулентность течения вокруг него, вследствие чего его движение перестает подчиняться закону Стокса. Поэтому для расчета восходящей скорости пузырьков размерами 20-20 ООО мкм (рис. 1) последовательно применяются законы Стокса, Аллена и Ньютона.

Результаты расчета показывают (см. рис. 1 и 2), что:

пузырьки размером 50 мкм имеют скорость порядка 6 м/ч при 30 ‘С и 4 м/ч при 10 о С;
пузырьки диаметром порядка 1 мм имеют примерно в 100 раз большую скорость подъема.

Рисунок 1. Восходящая скорость пузырьков воздуха в воде

Рисунок 2. Восходящая скорость микропузырьков воздуха в воде

О размере пузырьков

Для отделения флокул целесообразно использовать микропузырьки, поскольку пузырек диаметром 1,2 мм заключает в себе в 8000 раз больше воздуха, чем микропузырек размером 60 мкм. Из этого следует:

если при необходимости получения равномерного распределения пузырьков по всему сечению аппарата будут использоваться пузырьки диаметром несколько миллиметров, то это потребует гораздо большего расхода воздуха, чем в случае микропузырьков, при этом большое количество воздуха приведет к возникновению турбулентных течений, обладающих весьма значительным возмущающим действием;
увеличение концентрации пузырьков повышает вероятность встречи частиц с пузырьками. Кроме того, невысокая восходящая скорость микропузырьков в массе жидкости обеспечивает более надежное их прилипание к столь хрупким частицам, какими являются флокулы;
сцепление пузырьков значительно облегчается, если их диаметр заметно меньше диаметра взвешенной флокулы.

В тех случаях, когда целью обработки является увеличение скорости естественной флотации и удержание на поверхности воды образовавшейся пены, для отделения крупных, рыхлых, более легких, чем вода, частиц, обладающих гидрофобностью, можно использовать пузырьки больших размеров. Именно это имеет место при отделении жиров.

Факт 3. Выделяют два основных типа флотации – естественную и принудительную

Естественная флотация

Процесс флотации широко используется для предварительного извлечения жиров, хотя, как правило, соответствующие аппараты не называют флотаторами. Перед такой двухфазной флотацией может производиться коалесценция (позволяющая микрокапелькам сливаться друг с другом) в целях получения размеров капель, благоприятствующих отделению жиров от воды.

Принудительная флотация воздухом без использования реагентов

В данном случае мы имеем дело с естественной флотацией, для проведения которой сквозь массу жидкости продувают пузырьки воздуха. Ее преимущественно применяют для отделения диспергированных жиров (частицы гидрофобны, вследствие чего воздух с легкостью прилипает к их поверхности).

При обычном извлечении жиров воздух подается через диффузоры пузырьками средних размеров (2-4 мм), создающими турбулентность, что позволяет также отделять тяжелые частицы (как минеральные, так и органические), прилипшие к жирам.

Рисунок 3. Растворимость воздуха в воде при 20 о С

Для более глубокого извлечения жиров на стадии предварительной обработки ГСВ воздух подается мелкими пузырьками (от сотен микрометров до 1 мм) с помощью погружного механического аэратора. Таким образом реализуется процесс квазифлотации, состоящий в аккумулировании плавающих веществ и удержании их на поверхности жидкости.

Принудительная флотация с использованием реагентов (механическая флотация, или вспенивание)

Принудительная флотация этого типа протекает в условиях, весьма отличающихся от характерных для напорной флотации: другие плотность и размеры твердых частиц, размеры пузырьков воздуха, условия смешивания. Для изменения поверхностного натяжения используются специальные реагенты.

Факт 4. Напорная флотация наилучшим образом отвечает условиям извлечения достаточно хрупких флокул, обладающих относительно невысокой плотностью, обусловленной их составом (гидроксиды и/или ОВ)

Формирование микропузырьков предварительным насыщением

Рисунок 4. Различные типы напорной флотации

Предварительное насыщение под давлением является наиболее распространенным способом формирования микропузырьков.

Контакт воды с воздухом происходит в закрытом сосуде под давлением в несколько бар; воздух растворяется в воде в соответствии с законом Генри (на рис. 3 показана зависимость концентрации воздуха, растворенного в насыщенной воде при 20 "С, от давления).

В качестве жидкости, подвергаемой предварительному насыщению воздухом, используют либо исходную воду (частично или полностью) — прямое насыщение, либо часть рециркулируемой обработанной воды — косвенное насыщение (рис. 4).

При осветлении поверхностных вод или ПСВ, как правило, применяют косвенное насыщение; расход насыщенной воздухом воды составляет от 5 до 50 % расхода обрабатываемой воды; давление 4-6 бар. На практике используют воду, содержащую растворенный воздух в количествах, отвечающих 70-95%-му насыщению воды при данном давлении. Расход сжатого воздуха существенно изменяется в зависимости от области применения напорной флотации.

Рисунок 5. Микропузырьковое молоко (напорная флотация)

При сгущении осадка (гидроксидные осадки или избыточный активный ил) насыщение осуществляется прямым способом, поскольку с учетом концентрации флотируемых ВВ (2-6 г/л) требуется гораздо большее количество воздуха.

Пузырьки воздуха образуются при уменьшении давления в специальном устройстве; на рис. 36 показана зависимость от температуры объема воздуха, высвобождающегося в форме микропузырьков для случая 100%-го насыщения воды воздухом и 100%-го снятия давления. Конструкция устройства, в котором происходит процесс снятия давления, определяет качество (размеры и однородность) образующихся пузырьков.

Отметим, что один пузырек диаметром 2 мм заключает в себе столько же воздуха, сколько его содержится в 106 микропузырьков размером по 20 мкм. Кроме того, крупные пузырьки создают турбулентные потоки, опасные для нормального перемешивания, т. е. формирования смеси так называемой белой воды (микропузырьковое молоко) со сфлокулированной водой (рисунок 5 — вид струи молочно-белой воды, в которой практически отсутствуют пузырьки крупных размеров).

Все установки напорной флотации содержат:

зону флокуляции — на начальной стадии обработки воды;
зону смешивания флокул с водой после снятия давления — непосредственно после появления микропузырьков;
флотационную камеру, с поверхности которой образовавшаяся пена удаляется гребками-пеногонами или отводится гидравлически (переливом);
зону отвода обработанной воды из нижней части флотационной камеры через перегородку.

При обработке сточных вод не всегда удается сфлотировать все ВВ. Неизбежно, что в конце концов часть наиболее тяжелых частиц оседает на дно установки. Вследствие этого флотомашины, используемые для обработки ПСВ или ГСВ, обычно оснащаются системой удаления осадка со дна (днище, имеющее значительный наклон, или скребки-осадкоудалители).

Напорная флотация при обработке вод применяется для различных целей:

отделение сфлокулированных веществ при осветлении (для воды, содержащей небольшое количество ВВ, но обогащенной ОВ, водорослями и/или сильно окрашенной, например воды многих озер и водохранилищ);
отделение и извлечение волокон из сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности;
отделение и извлечение жиров и белковых веществ из сточных вод предприятий аграрно-пищевой промышленности;
отделение нефтепродуктов из сточных вод нефтеперерабатывающих и металлургических заводов, аэропортов и т. п.;
отделение гидроксидов металлов или пигментов;
осветление растворов активных илов вместо отстойников (довольно редкий случай);
третичная физико-химическая обработка воды;
сгущение избытка осадка, образующегося при биологической обработке сточных вод или при осветлении питьевой воды, включая осадки от промывки фильтров и биофильтров.

Подробную информацию о насосах-флотаторах производства НПЦ "ПромВодОчистка" вы можете найти в соответствующем разделе нашего каталога: Насосы флотаторы

Читайте также: