Lfull RPDS 17-18 2ndpart - uni-sofia.bg · вискозитет на средата, наличие...

Разделителни процеси в дисперсни системи, 2017/18 уч. г. Екохимия VII сем.

http://www.dce.uni-sofia.bg/shares/km/Eco_RPDS/ 84

XI. Флотация

Флотацията е широко-използван метод за обогатяване на полезни изкопаеми и за

пречисване на индустриални води. Процесът е особено ценен за обогатяване на руди на

цветни и редки метали. В тези случаи една от основните задачи е да се постигне висока

селективност на процеса (да се отделят ценните частици от общата минерална маса и да се

разделят ценните компоненти един от друг).

XI.1. Същност и видове флотационни процеси.

При флотацията става разделяне на частиците в зависимост от тяхното омокряне:

частици, които не се мокрят добре се закрепват на междуфазова граница (обикновено

вода-въздух, но може и вода-масло), докато тези, които се мокрят потъват в обема на

течността.

Поради това, най-основните физико-химични характеристики на процеса са свързани

със взаимодействията (хидродинамични и повърхностни) между частиците, които трябва

да се извлекат и флуидната повърхност.

Видове:

(а) Ципова флотация:

минералните зърна се подават на тънък слой директно върху повърхността на водна

фаза, при което хидрофобните частици се закрепват за повърхността, а хидрофилните

потъват. Използвала се е на времето за обогатяване на медни, златни и оловни руди.

(б) Маслена флотация.

Исторически това е първият приложен флотационен процес (1860 год.), но сега почти

не се използва, защото е свързан с голяма загуба на масло. При този метод рудните

частици се разбъркват заедно с маслото (в количество 10-20 % от теглото на рудата), при

което маслените капки залепват специфично за ценните частици (например медни

сулфиди) и се образуват едри омаслени агрегати. Минералните частици не се омокрят от

маслото и остават хидрофилни. Хидрофобните частици остават на повърхността на воден

контейнер, откъдето могат да бъдат събрани, а хидрофилните потъват на дъното на

контейнера. Накрая маслото се регенерира чрез центрофугиране или промиване с вода.

Методът се характеризира със слаба селективност, големи загуби на масло и ниска

производителност, поради което не намира приложение в съвременните обогатителни

технологии.

(в) Пенна флотация:

Частиците се закрепват за повърхността на мехурчета и се събират в пяната, която се



образува при изплуване на мехурчетата (froth flotation). Това е най-широко използваният

метод, защото е най-ефективен и подлежи на контрол и оптимизация. Използва се за

обогатяване на руди на самородни метали (злато, мед, платина) и редки елемeнти (Mo, W,

Sn, Hg, Ta, Nb, Be), сулфидни медни и медно-никелови руди, полиметални руди (Pb, Zn,

Cu, Fe, Au, Ag), неметални полезни изкопаеми (графит, сяра, талк, BaSO4, CaF2), въглища,

а също и за пречистване на протеини, за разделяне на смеси от вещества.

Според метода за получаване на мехурчетата различаваме:

обикновена пенна флотация (засмукване на въздух при разбъркване или подаване на

сгъстен въздух) - за обогатяване на руди;

вакуумна флотация, компресионна флотация (чрез отделяне на предварително

разтворени в течността газове) - за обогатяване на въглища и за пречистване на води;

химическа флотация (образуване на мехурчета в резултат на химическа реакция; напр.

киселина и карбонати) - за обогатяване на сфалерит (ZnS);

електрофлотация (мехурчетата се образуват в резултат на електролиза и големината им

се регулира чрез промяна в силата на тока) - при йонна флотация за отделяне на йони

или молекули на органични вещества;

флотация при кипене (образуване на мехурчета от пари при кипене) - за обогатяване на

графитови руди (вече не се използва);

пенна сепарация (пулпата се изсипва отгоре на пяната или върху повърхността на

аерирана течност) - за минерали чиито частици са твърде големи, за да бъде ефективна

обикновената флотация.

XI.2. Термодинамика на закрепването на частица към междуфазова граница

(а) Трифазен контактен ъгъл

Равновесният трифазен контактен ъгъл, Е, е количествена характеристика за

умокрянето (а оттам за закрепването и флотируемостта) на частицата от водната фаза.

Големината на Е зависи от специфичните енергии на междуфазовите граници (уравнение

на Нойман-Юнг):

S/WS/AEW/A cos (XI.1)

W/A

S/WS/AEcos

(XI.2)

Енергиите на междуфазовите граници и стойността на контактния ъгъл, много силно



зависят от наличието на адсорбирани повърхностно-активни вещества (ПАВ). Колкото по-

лошо се мокри повърхността на частицата от водата, толкова по-голям е контактният ъгъл

и съответно, закрепването на частицата към границата вода-въздух е по-силно. В повечето

случаи флотацията се осъществява при равновесни контактни ъгли на частиците между 30

и 90.

Трифазният контактен ъгъл, който се реализира на практика при твърди повърхности,

може съществено да се отклонява от равновесната стойност (необходимо е много дълго

време за достигане на пълно равновесие). Това явление се нарича хистерезис на

контактния ъгъл. Различаваме ъгъл на настъпване, А, и ъгъл на отстъпване на водния

менискус, R (А > Е > R).

Големината на хистерезиса се характеризира с разликата

AR coscos h (XI.3)

която се нарича хистерезис на умокрянето.

(б) Изменение на енергията на системата при закрепване на частица към мехурче.

Показател на флотируемостта.

Здравината на закрепване на частицата към повърхността на газово мехурче се

характеризира с промяната на енергията на системата отнесена към площта на контакт:

S/AS

EF

(XI.4)

ES/AW/AW/AW/A

S/AS/WS/AW/AW/AW/A

S/AS/AS/WS/WS/WW/AW/AW/A

S/WS/WS/AS/AW/AW/A

S/WS/WW/AW/A

21

cos

SSS

SSS

SSSSS

SSS

SS

EEE

(XI.5)

E

S/A

W/AW/AW/A

S/A

cosS

SS

S

EF (XI.6)



F се нарича "показател на флотируемост". Необходимо (но не достатъчно) условие,

за да премине системата от състояние 1 в състояние 2 е F > 0. Ако разглеждаме закрепване

на малки минерални частици към мехурчета с много по-големи размери, т.е.

1

S/A

W/AW/A

S

SS, то показателя на флотируемост може да се запише като:

W/A E

S/A

cosE

FS

1 (XI.7)

откъдето се вижда, че колкото по-голям е контактният ъгъл, E, толкова по-голям е

показателят на флотируемостта.

По подобен начин може да се изчисли F при по-сложни системи - например, когато

частичката предварително е покрита с малки мехурчета (получени в резултат на

хетерогенно зародишообразуване) или при закрепване на частицата към мехурче с

разтечен слой от масло на границата вода-въздух (коалесцентен механизъм на закрепване).

(в) Адсорбция на органичните молекули на повърхността на частиците.

Адсорбцията на молекули ПАВ на повърхността на твърдата частица променя

повърхностния заряд и хидрофобност, а оттам и повърхностната енергия и условията за

прилепване на частицата към мехурчето. Самият процес на адсорбция силно зависи от

собствения заряд на минералната повърхност (при наличие на повърхностни йоногенни

групи) - катионогенни ПАВ се адсорбират преференциално върху отрицателно заредени

повърхности и обратно.

(г) Разтичане на органична течност на границата вода-въздух

Обикновено за подобряване на ефективността и селективността на процеса на

флотация се използват и различни неполярни (въглеводороди) или полярни (дълговериж-

ни алкохоли, мастни киселини или амини) молекули, които се добавят към системата като

малки капчици. Поведението на органичната фаза на границата вода-въздух се определя от

стойността на коефициента на разтичане, S:

O/AO/WW/A S (XI.8)



За повечето от използваните при флотация органични течности S е положителна

величина и те спонтанно се разтичат на повърхността на въздушните мехурчета под

формата на тънка ципа. След насищане на фазите, обаче, често става накъсване на

получената ципа на малки лещи, контактуващи с мономолекулен адсорбционен слой от

органичните молекули. При закрепване на твърдата частица към мехурчето, излишъкът от

органична течност обикновено се концентрира около трифазната контактна линия частица-

вода-газ. Адсорбционните слоеве съществено намаляват междуфазовото напрежение на

границата вода-въздух, което от своя страна променя условията за закрепване на твърдата

частица.

Адсорбираните молекули могат да променят заряда на водната повърхност, а оттам и

характера на взаимодействието частица-мехурче.

XI.3. Фактори определящи вероятността за осъществяване на флотацията.

Процесът на флотация включва няколко последователни стадия. Общата вероятност

за осъществяване на успешна флотация за даден тип частици може да се представи като

произведение от вероятностите за осъществяване на отделните етапи:

fkCFL a (XI.9)

където отделните вероятности отчитат:

C – вероятност за среща на частиците с мехурчетата; може да се изчисли като масата на частиците сблъскали се с мехурчета за единица време към общата маса на всички частици в сепаратора;

a – вероятност за закрепване на частиците при удар с мехурче; представлява отношението на масата на закрепилите се частици към масата на частиците, които са се сблъскали с мехурчета;

k – вероятност за съхранение на контакта частица-мехурче, докато мехурчето достигне пенния стълб; равна е на отношението на масата на частиците достигнали до пяната, към общото количество захванати частици;

f – вероятност за задържане на частица в пяната; представлява отношението на масата на частиците извлечени в концентрата, към общата маса на частици попаднали в пяната.

Колкото е по-голяма вероятността за всеки един от тези процеси, толкова по-голяма е

общата ефективност на флотационния процес. Тези етапи се определят от различни

фактори и съществуват различни подходи за тяхното теоретично описание, които

позволяват моделиране и оптимизиране на процесите.

(а) Вероятност за среща на частица с мехурче (далечно хидро-динамично

взаимодействие)

Изчисляването на вероятността за среща на частицата с мехурче е трудна задача,

защото трябва да се отчете хидродинамичното взаимодействие между тях. Последното

зависи по сложен начин от редица фактори като размер, плътност и форма на частицата,



вискозитет на средата, наличие на ПАВ и др. Като количествена мярка на този процес се

използва т.н. "коефициент на захващане" E:

22

2

2

rR

l

rR

lE

(XI.10)

Експериметални изследвания и теоретични пресмятания показват, че Е расте с

увеличаването на размера и плътността на частиците, ако те са много по-малки от

мехурчетата. Ако размерът на частиците стане близък до размера на мехурчетата,

ефективността на захващане намалява.

Уместно е да се раглеждат отделно случаите на потенциално обтичане на мехурчето

(Re >>1) и на Стоксово обтичане (Re < 1), където Re е числото на Рейнолдс

UR2UR2

=Re (XI.11)

R е радиусът на мехурчето, U е скоростта на изплуване, а =/ е кинематичният

вискозитет на средата. За мехурчета във вода Re = 1 при радиус R=80 мкм.

За потенциално обтичане (големи мехурчета) коефициентът Е може да се оцени с

формулата на Съдерланд:

R

rE 3po (XI.12)

За Стоксово обтичане (малки мехурчета) може да се използва формулата на Фукс,

която отчита и приноса на гравитацията:

RrR

rE t /1

12

32

s (XI.13)

е разликата в масовите плътности на частицата и водата.

(б) Вероятност за закрепване на частицата към мехурчето (близко хидродинамично

R

граничнатраектория

r

l



взаимодействие и влияние на повърхностните сили)

Тази вероятност зависи главно от хидродинамичните и повърхностните

взаимодействия в тънкия филм, който се образува между частицата и повърхността на

мехурчето. За големите частици съществено значение играят инерционните сили, които

притискат частицата към мехурчето (оптималната скорост на относително движение на

частицата и мехурчето е около 5 см/с). По-малките частици могат да се закрепят по време

на прихлъзването на частицата по повърхността на мехурчето. В този случай най-

съществено значение имат повърхностните сили (ван дер Ваалсови, електростатични,

хидрофобни и др.) между мехурчето и частицата. При малките частици закрепването може

да се осъществи или чрез образуване на равновесен филм, или чрез скъсване на филма при

някаква критична дебелина и образуване на трифазна контактна линия. По правило,

големите частици се закрепват само по втория механизъм (трифазен контакт). Микронните

и подмикронни частици могат да достигнат повърхността и да се закрепят още

благодарение на Брауновото си движение или в резултат на завихряне на течността около

изплуващото мехурче, ако скоростта му е достатъчно голяма.

Взаимодействието между частицата и мехурчето през тънкия филм може да се

характеризира количествено със зависимостта на разклинящото налягане от дебелината на

филма, (h), или със специфичната енергия на взаимодействие във филма, f(h). Трябва да

се имат предвид следните особености:

филмът е асиметричен, което означава, че ван дер Ваалсовото взаимодействие може да е на отблъскване, а електростатичното на привличане;

хидрофобното взаимодействие може да играе много съществена роля и даже да бъде определящо за закрепването на частицата;

може да се образува равновесен филм с ненулева дебелина, а може и филмът да се скъса при някаква критична дебелина, така че частицата да се закрепи с образуване на истинска трифазна контактна линия. Обикновено във втория случай закрепването е много по-здраво;

често процесите протичат толкова бързо, че може да имаме неравновесно разпределение на компонентите в системата (неравновесни ефекти);

- вискозно триене

- повърхностни сили

- критична дебелина

- равновесна дебелина



Оптималният размер на частиците за процеса на закрепване е около 50-100 мкм. По-

малките частици нямат достатъчно кинетична енергия, за да преодолеят бариера дължащ

се на хидродинамичните и повърхностни сили, а по-големите частици имат прекалено

голяма кинетична енергия и отскачат еластично от мехурчето или даже могат да се

откъснат от него след като е бил скъсан водния филм.

Малките частици се флотират много по-добре, ако въздушните мехурчета се

образуват на повърхността на частиците при вакуумна или компресионна флотация.

При несферични частици имат значение формата и ориентацията на частицата.

Обикновено "ръбатите" частици се закрепват с по-голяма вероятност от сферичните при

еднакви други условия.

(в) Вероятност за запазване на контакта частица-мехурче

Тази вероятност зависи от силата на закрепване на частицата (контактен ъгъл,

размер, форма, и др.) и силите, които се стремят да откъснат частицата (гравитация,

инерционни сили и т.н.).

Отчитането само на гравитационните и капилярните сили води до следния израз:

pg FFF (XI.14)

sin2 W/AcrF (XI.15)

gVF wppg (XI.16)

RrPrF cccp

W/A22 2 (XI.17)

R

2sin2 W/A2

W/A

cwppc rgVr (XI.18)

С други думи, теглото на частицата (вкл. Архимедовата сила) и капилярното

налягане ще се стремят да откъснат частицата от мехурчето, а повърхностното напрежение

действащо по трифазната контактна линия ще се стреми да я задържи. Ако вземем

типични стойности за параметрите на флотационни системи се оказва, че гравитационната

сила е обикновено пренебрежимо малка в сравнение с двете капилярни сили (от

капилярното налягане и от повърхностното напрежение). Колкото е по-голямо мехурчето,

толкова по-ниско е капилярното налягане и съответно, толкова по-големи частици ще

могат да се задържат на повърхността му. Големината на повърхностното напрежение

няма значение в случая, тъй като то фигурира като множител и при двете капилярни сили.

По подобен начин може да се отчетат и инерционните сили. Колкото по-голямо е

ускорението на което се подлага комплекса мехурче-частица (ускорението зависи от

конкретната конструкция на флотационния сепаратор), толкова по-малък е критичният



размер на частиците, които могат да се извлекат. Следователно, от тази гледна точка

трябва да се стремим да избягваме големи ускорения в сепаратора.

(г) Вероятност за задържане на частицата в пенния стълб.

В реалните флотационни сепаратори тази вероятност е между 20 и 60 %. Значителна

част от частиците изпадат при удара на мехурчето в дъното на пенния стълб, в резултат на

коалесценцията на мехурчетата в пяната или при движението на пяната към колектора.

XI.4. Кинетично уравнение на флотационния процес. Оптимизация на

хидродинамичните параметри на флотационните системи.

(а) Връзка между ефективността на ударите между частиците и мехурчетата, и

кинетиката на флотация

Флотацията обикновено се провежда при голям излишък на мехурчета спрямо

концентрацията на частиците. Поради това кинетиката на флотацията се описва с

уравнение съответстващо на реакция от първи порядък

CKtd

Cd (XI.19

където C(t) е концентрацията на частиците в пулпа, а K е константа характеризираща

интензивността на флотационния процес. Степента на извличане = (C0-C)/C0 се получава

след интегриране на горното уравнение

tK exp1 (XI.20)

Може да се покаже, че константата K се изразява чрез коефициента на захващане на

частиците от мехурчетата, E, (виж уравнения XI.10, XI.12, XI.13) по следния начин:

R

EqK

4

3 (XI.21)

където q е скоростта на барботиране на въздуха (обем на газа пропускан за единица

време през единица сечение на флотационната камера). Следователността, интензивността

на разделянето е пряко свързана с ефективността на захващане и може да бъде изчислена

теоретично.

На практика K се мени в известни граници по време на флотацията. Най-често

скоростната константа спада с времето, защото първо (и най-бързо) се извличат частиците,

които имат оптимален размер.

(б) Оптимален размер на мехурчетата за флотация.

Числените оценки на различните процеси показват, че оптималният размер за

мехурчетата е от порядъка на 1-3 мм. При това, минерализираните мехурчета изплуват с



оптимална скорост от около 10 см/с. За дадена проба е уместно да се потърси оптимално

отношение между размерите на частиците и мехурчетата, тъй като съществува ясно

изразен максимум на скоростта на флотационния процес при определен размер на

частиците и мехурчетата. Качествено, скоростта на флотационния процес зависи по

следния начин от размерите на частиците и мехурчетата:

(в) Мерки за повишаване размера на флотируемите частици

Стремежът е да флотират колкото може по-големи частици, защото това значително

поевтинява цялостното производство (спестява средства за раздробяване на рудата, а след

това за сгъстяване, филтриране и сушене на концентрата). За тази цел се използват

следните способи:

използват се флотационни машини с малка турбулентност и ускорения;

подаване на пулпата отгоре върху пяната (пенна сепарация);

повишаване здравината на пяната чрез прибавяне на ПАВ и полимери; използване на

специални устройства за регулярно отнемане на пяната с възможно най-малки

сътресения;

създаване на условия за прикрепване на няколко мехурчета към една частица (обилна

аерация, умерено разбъркване, хидрофобизация на повърхността с реагенти).

При оптимални условия се достига до размери около 2-3 мм за минерални частици и

5-15 мм за въгленови частици, които могат да се флотират.



XI.5. Използване на реагенти за контрол на флотационния процес.

(а) предназначение на флотационните реагенти

пенообразуватели - различни ПАВ (алифатни спиртове, карбоксилови киселини с 5-12

въглеродни атома, така че разтворимостта има да бъде около 1 г/л);

събиратели - органични вещества, които се закрепват за повърхността на частиците и

повишават тяхната флотируемост;

депресанти - вещества, подтискащи флотируемостта на тези минерали, които не

искаме да бъдат извлечени в концентрата (основи, цианиди, течно стъкло, разтворими

сулфиди, хромати и бихромати, фосфати);

активатори - спомагат за закрепването на събирателите към повърхността на

частиците и така подпомагат флотацията (киселини, основи, соли на алкалоземните и

тежките метали, комплексообразуватели);

регулатори на средата - електролити, буфери и други вещества, които поддържат

оптимални характеристики на водната фаза (вар, сода, фосфати, йони на тежки метали,

H2O2, перманганат, NaOH, H2SO4);

Едно и също вещество може да изпълнява различни функции. Към реагентите се

поставят редица изисквания като ниска цена, нетоксичност, селективност на действието,

добра разтворимост, устойчивост при съхранение и т.н.

Често при очистване на води от фино диспергирани замърсявания флотацията се

предхожда от процес на коагулация на частиците. За тази цел се използват неорганични

коагуланти (Al2(SO4)3 и FeCl3 в тесен интервал от pH стойности на средата) или органични

полимерни молекули (флокуланти).

(б) Основни типове събиратели

аполярни въглеводороди (керосин, смазочни масла, нефтени фракции) - използват се

главно за хидрофобни материали като сяра, графит, талк, въглен; разходът е от 0.3 до 2

кг за тон руда;

с неопределен химичен състав (смеси от аполярни и хетерополярни вещества); те са

сравнително евтини, но все по-рядко се използват, защото имат редица недостатъци -

голям разход, трудно се поддават на контрол, токсични са;

хетерополярни вещества (нейоногенни, анионогеннни и катионогенни; оксихидрилни и

сулфхидрилни събиратели):



Основни представители на нейоногенните хетерополярни събиратели:

- диксантогениди:

- тионокарбамати:

тиоанхидриди на ксантогенови киселини:

естери на ксантогенови киселини:

Основни представители на оксихидрилните нейоногенни събиратели:

(използват се главно за несулфидни минерали)

карбоксилни киселини и техните соли:

алкил (арил) сулфати и сулфонати:

алкил (арил) фосфорни киселини и техните соли:

фосфонови и фосфинови киселини:

Сулфхидрилни събиратели:

(за сулфидни минерали, самородна мед, благородни метали)

ксантогенати (соли на дитиовъглената киселина):

дитиофосфати:

меркаптани и тиофеноли:



дитиокарбамати:

Основни представители на катионогенните събиратели:

органични амини:

Оптималната дължина на въглеводородния радикал зависи от характера на полярната

група и се увеличава с нарастването на полярността й. Например, сулфхидрилните

събиратели обикновено съдържат 2-5 атома въглерод, а карбоновите киселини се избират с

12-18 въглеродни атома.

XI.6. Флотационни схеми в добивната промишленост.

Обикновено в резултат на първата флотационна операция (наричана основна) не се

получават достатъчно чист концентрат и необходимата степен на извличане на ценния

компонент от отпадъчната фракция. Затова тези две фракции се подлагат на допълнителна

(повторна) флотация. Повторната флотация на концентрата се нарича пречиствателна

флотация, а тази на отпадъчната фракция се нарича контролна флотация:

Броят на последователните пречиствателни и контролни флотации зависи от

конкретната система (изисквания към продуктите, ефективност на разделянето, цена), но

обикновено е от 2 до 4. Съвкупността от основната, пречиствателните и контролните

флотации за даден компонент се нарича цикъл на флотацията. Цикълът носи името на

концентрата, който се получава (меден цикъл, цинков цикъл, оловен цикъл и т.н.). Циклите



се комбинират в обща флотационна схема за извличане на всички ценни компоненти от

рудата. Примерна тристадийна флотационна схема за извличане на оловен, меден и цинков

концентрати е показана на фигурата:

Целите на по-сложните схеми са: (1) да не се раздробяват излишно ненужните

минерали и (2) да не се раздробяват излишно ценните компоненти - печалба в

икономическо и в технологично отношение.

XI.7. Особености на флотационните техники за третиране на отпадни води.

Отпадните води, както от бита така и от различни производства, съдържат

значителна фракция частици с нанометрови и микронни размери, за чието очистване най-

често се прилага коагулация или преципитация и последващо утаяване. За много вещества

обаче, тази техника се оказва скъпо струваща и не много ефективна. Пенната флотация е

значително по-евтин метод, който успешно се развива и прилага в последните 20 години за

пречистването на отпадните води, и особено много за очистване на маслени (вкл. нефт) и

протеинови замърсявания. Предвид разликите в размерите и концентрацията на частиците

при минералната флотация и в отпадните води, флотационните установки се различават

съществено. Както се вижда от обобщените данни в Таблица XI.1, най-съществените

разлики произтичат от размера и концентрацията на частиците, които трябва да се

флотират: те са значително по-малки в отпадните води. Освен това, в отпадните води често

трябва да се флотират рехави агрегати от частици. Поради тази причина най-подходящи са

голяма концентрация мехурчета с микронни размери, за чието генериране се използват

специални техники.



Таблица XI.1. Основни разлики между флотацията на минерали и за третиране на отпадни

води:

Параметър Флотация на минерали Флотация на отпадни води

Съдържание на замърсявания

(тегл. %) 25 – 40 <4

Типичен размер на

флотируеми частици (m) 10 – 150

1 – 50 без флокуланти

1 – 5000 с флокуланти

Типичен размер на мехурчета

(m) 600 – 2 000 30 – 100

Брой мехурчета (cm-3) 200 – 10 000 10 000 – 100 000 000

Площ на мехурчета (cm2cm-3) 30 – 100 100 – 4 000

Най-често използваните техники са следните:

- електро-флотация;

- пенна флотация с адаптирана система за диспергиране на въздух, напр. със

струйник и разбъркване с голяма скорост;

- компресионна флотация - чрез отделяне на предварително разтворени в течността

газове (DAF – dissolved air flottation);

В последните години към тези се добавят центрофужна флотация, циклонна

флотация, кавитационна флотация, и др.

XI.8. Флотационни установки.

По начина за въвеждане на газ в системата флотационните установки (ФУ) се делят

на апарати за: механична (обикновена), напорна (компресионна), електрическа,

пневматична, пневмо-механична, вакуумна, химическа и биологическа флотация.

Различаваме конструкции тип "вана", "колона" и "камера".

Според размера на използваните мехурчета имаме флотация с малки мехурчета (до

200 мкм в диаметър), със средни по размер мехурчета (200-800 мкм) и с големи по размер

мехурчета (над 800 мкм). Разграничаването на тези размери е свързано с хидродинамиката

на изплуване на съответните мехурчета (различни числа на Рейнолдс). Малките мехурчета

се получават в установките за напорна, химическа и електрическа флотация. Средни по

големина мехурчета се получават в апаратите за вакуумна флотация. Големи мехурчета се

получават в механичните и пневматичните флотационни машини.

Апаратите могат да бъдат еднокамерни (използват се при големи мехурчета) или

двукамерни (най-често се използват при флотация с малки мехурчета). Във втория случай

минерализацията на мехурчетата (закрепването на частиците) се извършва в първата

камера, а отделянето на пяната се извършва във втората камера.

Съществено значение за процеса има и посоката на движение на течността във



флотационната установка (възходящо, низходящо, хоризонтално, ъглово).

(а) Технологични схеми за напорна (компресионна) флотация.

Напорната флотация намира най-голямо приложение при очистването на води. При

този метод мехурчетата се отделят след предварително пресищане на течността с въздух

при повишено налягане. На практика се използват четири технологични схеми за напорна

флотация:

1 - центробежна помпа, 2 - сатуратор, 3 - редукционен клапан, 4 - флотационен

апарат. I - вода за пречистване, II - въздух, III - пречистена вода, IV - рециркулационен

поток от пречистена вода, V - работна течност

а) насища се с въздух целия поток от водата за пречистване

б) насища се с въздух част от водата за пречистване

в) насища се с въздух част от пречистената вода, която се рециркулира

г) насища се с въздух друг (работен) поток от вода.

Коя от горните схеми ще се използва зависи от обема вода, който трябва да се

пречисти и от характера на замърсяванията. Ако се използват коагулиращи или

флокулиращи реагенти, то за предпочитане са схеми (в) и (г), тъй като образуваните

агрегати лесно се разпадат в процеса на газонасищане при реализацията му в схеми (а) и

(б). Ако имаме частици, които не са склонни към разпадане, то схеми (а) и (б) са за

предпочитане, защото флотацията се осъществява от мехурчета, образуващи се на

повърхността на частиците. Често се използва и допълнително (напр. пневматично)

вкарване на въздух, така че в системата се получават два типа мехурчета: големи (в

резултат на инжектирането на въздух) и малки (в резултат на кондензацията на

разтворения въздух).



(б) установки за електрическа флотация

Електрическата флотация се смята за много перспективен метод за водопречистване,

тъй като се използват много малки мехурчета (голяма междуфазова повърхност), което в

много случаи позволява да се извърши пречистване без да се слагат никакви допълнителни

реагенти. Друго предимство е това, че концентрацията на мехурчетата може да нараства

практически неограничено за разлика от напорната флотация, където количеството на

мехурчетата е ограничено от пределната разтворимост на въздуха при използваните

налягания за насищане. Трето предимство на метода е възможността за импулсно (с

прекъсвания) подаване на газовите мехурчета във флотатора. В някои случаи е възможно

да се проведат едновременно процеси на електрокоагулация и електрофлотация, което

допълнително повишава ефективността на пречистването.

Примерна конструкция на електрохимични газогенератори за електрофлотация:

1 - пяна, 2 - течност,

3- грубодисперсна суспензия

а) с хоризонтални електроди

б) с наклонени електроди

в) с електроди във формата на призми

г) с вертикални електроди

Използват се

еднокамерни и

двукамерни

електрофлотационн

и апарати.

(в) Установки за пневматична флотация.

Този тип установки се използват главно за пречистване на води от ПАВ,

нефтопродукти и масла. В този случай въздухът се подава под налягане през порести

материали (керамика, тъкани и др.), сопла или перфорирани пластини. Обикновено

мехурчетата са големи (3-4 мм) и се използват еднокамерни установки с голяма дълбочина

(до 3-4 м), за да има достатъчно време за прилепване на частиците към бързо изплуващите

мехурчета.



(а) с низходящо движение на течността

(б) с наклонено движение

(в) с хоризонтално движение

1 - вода за пречистване; 2 - въздушен поток; 3 - порест материал; 4 - отвеждане на утайката; 5 - отвеждане на пречистената вода 6 - механизъм за отделяне на пяната; 7 - изход за изхвърляне на пяната

(г) Установки за механично диспергиране на газа (обикновена флотация).

Използват се главно за обогатяване на полезни изкопаеми. Мехурчетата са

обикновено с големина 0.5-1.5 мм. Въздухът постъпва в установката в резултат на

понижено налягане, което се получава при въртенето на ротора.

1 - тръба за подаване на въздух

2 - разделителна колона

3 - прегради

4 - статор

5 - ротор

6 - у-во за обиране на пяната

7 - приемник на пяната

XI.9. Приложение на флотацията за пречистване на води от дисперсни

замърсявания.

(а) природни води - реагентна напорна флотация, пневматична флотация

(б) градски сточни води (за предварително очистване или за доочистка на вода, която

предварително е била биологично третирана) - безреагентна или реагентна напорна

флотация, вакуумна флотация, електрокоагулация-флотация

(в) интензификация на биологичното пречистване на отпадни води (отделяне на

активните микроорганизми от пречистената вода и концентриране на клетъчната

суспензия за включване в следващия пречиствателен цикъл) - напорна флотация.

Lfull RPDS 17-18 2ndpart - uni-sofia.bg · вискозитет на средата, наличие...

Documents

Transcript of Lfull RPDS 17-18 2ndpart - uni-sofia.bg · вискозитет на средата, наличие...