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La flottazione è una tecnica di separazione che utilizza bolle d'aria per raccogliere preziose particelle minerali da una pasta a base d'acqua. Se chiedi a cosa serve la flottazione, la risposta diretta è che la flottazione viene utilizzata per separare minerali preziosi dalle rocce di scarto, per migliorare i minerali prima della fusione e della lisciviazione e per recuperare particelle fini che i processi gravitazionali non sono in grado di gestire. Oltre all’estrazione mineraria, lo stesso principio viene utilizzato nel riciclaggio della carta, nella separazione della plastica, nella bonifica del suolo e nel trattamento delle acque reflue oleose.
Il processo si basa sulla chimica della superficie. I reagenti rendono il minerale bersaglio idrofobo, le bolle d'aria si attaccano a queste particelle e una schiuma stabile le trasporta in superficie, dove vengono rimosse come concentrato. Le sezioni seguenti spiegano gli usi principali della flottazione, i passaggi all'interno di un concentratore, le attrezzature e le sostanze chimiche coinvolte e le variabili che determinano il recupero e la qualità.
Cos'è la flottazione e come funziona?
La flottazione, a volte chiamata flottazione con schiuma, è un metodo di separazione fisico-chimico. Converte le differenze nella bagnabilità della superficie in diversi tassi di attaccamento delle bolle. In una cella di flottazione, la polpa viene aerata in modo che la superficie minerale bersaglio, resa idrofobica dai reagenti, si leghi alle bolle d'aria. L'aggregato di particelle di bolle sale in superficie; lo strato di schiuma viene raschiato, addensato e filtrato per ottenere il concentrato finale.
Devono essere soddisfatte tre condizioni fondamentali:
- Il prezioso minerale deve essere liberato dalla ganga, che deriva da una corretta macinazione.
- La superficie target deve essere selettivamente idrofobica, il che deriva dalla chimica del collettore.
- La cella deve produrre bolle piccole e stabili, che provengono dalla girante e dall'ugello.
Queste condizioni spiegano anche perché la flottazione viene applicata a così tanti materiali: ogni volta che è possibile creare una differenza di idrofobicità selettiva, è possibile progettare un processo di flottazione attorno ad essa. Per uno sguardo più attento al funzionamento del circuito, vedere il principio fondamentale delle attrezzature di galleggiamento in arricchimento .
Principali usi della flottazione nell'industria
L’uso più visibile della flottazione è nell’estrazione dei metalli, ma la tecnologia è integrata anche nella lavorazione chimica, nel riciclaggio e nel trattamento ambientale. La tabella seguente riassume i feed e gli obiettivi tipici.
| Campo di applicazione | Mangime o materiale tipico | Obiettivo principale |
|---|---|---|
| Flottazione del minerale solforato | Minerali di rame, piombo, zinco, nichel, molibdeno | Produrre un concentrato di solfuro per la fusione |
| Flottazione di metalli preziosi | Minerale d'oro, minerale contenente argento | Recupero dell'oro fino libero e dei solfuri auriferi |
| Flottazione inversa del minerale di ferro | Ematite, minerale di magnetite | Abbassa il contenuto di silice e aumenta il grado di ferro |
| Flottazione minerale industriale | Roccia fosfatica, fluorite, grafite | Migliorare i minerali per uso fertilizzante e chimico |
| Flottazione del potassio | Silvinite, salamoia del lago salato | Separare il cloruro di potassio dal cloruro di sodio |
| Riciclaggio e bonifica | Carta straccia, plastiche miste, terreno contaminato | Rimuovere l'inchiostro, smistare la plastica, recuperare i metalli pesanti |
| Trattamento dell'acqua | Effluenti industriali, acque reflue oleose | Rimuovere i solidi sospesi, olio e grasso |
Arricchimento di minerali metallici
La quota maggiore della capacità di flottazione è installata nei concentratori di metalli comuni. I minerali di solfuro rispondono bene ai collettori di xantato, motivo per cui gli impianti di rame, zinco, piombo e nichel utilizzano quasi sempre un circuito di flottazione dopo la macinazione. La flottazione recupera anche molibdeno e argento quando si verificano con solfuri di rame e viene utilizzata per recuperare l'oro dai minerali piritici prima della lisciviazione del cianuro.
Idrometallurgia e lavorazione dei laghi salati
Negli impianti idrometallurgici, la flottazione viene utilizzata per recuperare i valori metallici da scorie, matte e residui. Le scorie della fusione del rame, ad esempio, vengono macinate e fatte galleggiare per restituire il rame residuo alla fonderia. Nella chimica dei laghi salati, la flottazione è un passaggio standard nella produzione di potassio, poiché aiuta a rimuovere salgemma e argilla dal cloruro di potassio.
Riciclo, bonifica e trattamento delle acque
Lo stesso principio della chimica delle superfici risolve anche i problemi ambientali. La flottazione disinchiostra la carta riciclata, separa la plastica con diverso comportamento di bagnatura e rimuove le particelle contenenti metalli pesanti dal terreno contaminato e dai sedimenti dragati. Nel trattamento delle acque reflue, la flottazione ad aria disciolta solleva olio, grasso e solidi leggeri sospesi dagli effluenti industriali. Queste applicazioni stanno crescendo man mano che aumenta la pressione per recuperare materiali da risorse secondarie.
Come è organizzato un circuito di galleggiamento
Un circuito di flottazione è una sequenza di macchine e fasi di processo, non un singolo serbatoio. La disposizione dipende dal tipo di minerale e dalle specifiche del prodotto finale, ma sono sempre presenti diverse fasi.
- La frantumazione e la macinazione liberano il prezioso minerale dalla ganga.
- Il condizionamento mescola la polpa con collettori, schiumatori e modificatori del pH.
- La flottazione più grossolana raccoglie un primo concentrato dalla polpa del mangime.
- La flottazione con scavenger tratta gli sterili più grossolani per recuperare i valori rimanenti.
- La flottazione più pulita fa galleggiare nuovamente il concentrato più grossolano per aumentare la qualità.
- La riaffilatura apre le particelle bloccate e le reimmette nel circuito.
- La disidratazione rimuove l'acqua dal concentrato per il trasporto o l'ulteriore lavorazione.
In un tipico concentratore di rame, il minerale viene macinato a una dimensione in cui il 70-80% passa 74 micron prima di entrare nel banco più grezzo. In un impianto di pirite contenente oro, lo stesso circuito può essere utilizzato per produrre un concentrato di solfuro in massa, che viene poi macinato nuovamente per esporre l'oro alla lisciviazione con cianuro. Le fasi del processo sembrano simili, ma lo schema dei reagenti e i tempi di permanenza sono piuttosto diversi.
Attrezzature di galleggiamento e tipi di macchine
Le attrezzature di flottazione spaziano dalle piccole celle da laboratorio ai serbatoi industriali con volumi superiori a 300 metri cubi. La classificazione di base è in base al metodo di fornitura dell'aria: macchine autoaeranti meccaniche e macchine per il gonfiaggio dell'aria.
Macchine autoareanti
Macchine come la flottatrice di tipo BF sono classificate come autoaeranti perché la girante aspira aria nella pasta mentre ruota. Queste celle sono comuni negli impianti medi e piccoli, soprattutto dove non è disponibile un sistema separato di aria compressa.
Flottatrice BF Autoareante per Impianti Piccoli e Medi Cella di agitazione meccanica che aspira l'aria in modo naturale con girante doppio cono chiusa, ideale per siti senza aria compressa. Combina aspirazione e flottazione per semplificare la configurazione del circuito. Visualizza il prodotto → Macchine per il gonfiaggio dell'aria
Le celle di gonfiaggio dell'aria come i tipi XCF e KYF utilizzano un'alimentazione d'aria esterna, offrendo un controllo indipendente dell'aerazione e dell'agitazione. I tipi XCF e KYF sono spesso combinati in un unico banco: una cella XCF in testa al banco funge da serbatoio di aspirazione, mentre il resto sono celle di gonfiaggio dell'aria. Ciò elimina la necessità di una pompa per liquami tra le fasi di flottazione.
Combinazione macchina di galleggiamento per gonfiaggio aria XCF / KYF Utilizza l'alimentazione d'aria esterna per il controllo indipendente dell'aerazione e accoppia una cella di aspirazione XCF con celle a flusso diretto KYF per eliminare le pompe dei liquami tra gli stadi. Adatto a circuiti medi e grandi. Visualizza il prodotto → Grandi macchine per la flottazione
Le grandi celle di flottazione hanno cambiato l’economia della lavorazione dei minerali di bassa qualità. Una singola cella di grandi dimensioni può sostituire diverse celle più piccole, riducendo il consumo di energia, l'ingombro e i lavori di manutenzione. Il requisito principale è un sistema di dispersione dell'aria stabile e un design di scarico della schiuma che funzioni in profondità.
La girante, la profondità del serbatoio, il design del cono di schiuma e la valvola di controllo dell'aria devono corrispondere alla densità della polpa e alla distribuzione delle dimensioni delle particelle del mangime.
Reagenti di flottazione utilizzati nei circuiti commerciali
La chimica dei reagenti modifica la superficie minerale in modo che il processo di flottazione possa distinguere tra particelle che sembrano simili alla separazione per gravità. La tabella seguente elenca i tre principali tipi di reagenti.
| Classe del reagente | Funzione principale | Esempi industriali |
|---|---|---|
| Collezionisti | Adsorbire sul minerale bersaglio e renderlo idrofobo | Xantati, ditiofosfati, acidi grassi |
| Fratelli | Stabilizzare le bolle e formare uno strato di schiuma sulla superficie della polpa | MIBC, olio di pino, eteri poliglicolici |
| Regolatori | Deprime la ganga, attiva i minerali o controlla il pH della polpa | Calce, carbonato di sodio, silicato di sodio, solfato di rame |
Uno schema pratico di reagenti per un minerale di rame-zinco inizia con la calce per deprimere la pirite, quindi un collettore di rame per far galleggiare la calcopirite mentre lo zinco viene trattenuto. Dopo la rimozione del rame, viene aggiunto solfato di rame per attivare la sfalerite e viene nuovamente dosato un collettore per far galleggiare lo zinco. Lo stesso ciclo viene ripetuto in fasi più pulite con una densità di polpa inferiore e con un ugello più delicato.
Fattori che influenzano il recupero della flottazione
Molte variabili determinano se un impianto di flottazione raggiunge il suo obiettivo di recupero. Gli operatori solitamente monitorano questi sei.
- Dimensione delle particelle: le particelle grossolane sono pesanti e si staccano dalle bolle; le particelle molto fini non raggiungono la superficie della bolla. Un intervallo di dimensioni medie offre il miglior recupero.
- Densità della polpa: una polpa troppo densa riduce la qualità della schiuma; una polpa troppo sottile aumenta il consumo di acqua ed energia.
- Dosaggio dei reagenti: il sottodosaggio lascia valore negli sterili; il sovradosaggio abbassa la qualità del concentrato.
- Tasso di aerazione: regola la superficie della bolla; una portata d'aria troppo elevata può far crollare la schiuma.
- pH e potenziale della polpa: La flottazione standard al solfuro viene eseguita in paste alcaline per proteggere le pellicole del collettore e deprimere i minerali di ferro.
- Tempo di residenza: se la polpa lascia le cellule troppo velocemente si perdono i minerali che galleggiano lentamente; se rimane troppo a lungo, la ganga viene trasportata nel concentrato.
Il grafico seguente mostra una tipica relazione tra dimensione delle particelle e recupero per flottazione per un minerale solforato.
Tipico recupero mediante flottazione rispetto alla dimensione delle particelle
I valori esatti differiscono tra i minerali, ma la forma della curva è coerente negli impianti di metalli di base. Se il calo di recupero è grossolano, l'impianto di solito aumenta il dosaggio del collettore o la profondità della schiuma. Se la goccia è piuttosto fine, la pianta potrebbe aver bisogno di un flocculante, di un collettore più forte o di un design cellulare diverso.
Scelta dell'attrezzatura di galleggiamento per progetti reali
La scelta della macchina di flottazione giusta per un nuovo impianto o per un aggiornamento è un processo graduale. Il tonnellaggio di mangime pianificato definisce il volume totale delle cellule. La mineralogia dei minerali definisce lo schema dei reagenti e il numero di fasi di pulizia. La dimensione delle particelle di mangime e il grado di concentrato richiesto definiscono il tipo e la profondità delle cellule.
Un esempio rilevante è il progetto di riforma tecnica della flottazione presso l’impianto di zinco da 3.000 t/giorno della Yunnan Jinding Zinc Industry. In quell’impianto, le celle esistenti non riuscivano a recuperare una quantità sufficiente di sfalerite fine, e la soluzione è stata quella di modificare la configurazione della macchina anziché ricostruire la sezione di macinazione. Lo schema di questo progetto spiega come il nuovo sistema di flottazione abbia aumentato il recupero mantenendo la qualità del concentrato entro i requisiti della fonderia. Negli impianti di fusione e rame ad alto tonnellaggio, lo stesso tipo di analisi porta solitamente a grandi macchine di flottazione, che riducono il numero di cellule e il consumo di energia.
Macchine di flottazione di grande capacità per impianti ad alto tonnellaggio Progettato per gestire alimentazioni di minerali ingombranti e aumentare il recupero riducendo al contempo energia e spazio. Disponibili in dimensioni fino a 200 m³, queste celle sono adatte per operazioni su rame, fosfato e minerali refrattari. Visualizza il prodotto → Per gli impianti che lavorano rocce fosfatiche, potassa o minerali refrattari si applica la stessa logica di selezione, ma il carico di schiuma e la stabilità dei reagenti diventano più importanti. La macchina deve trattenere la schiuma abbastanza a lungo da consentire alle fasi di pulizia di svolgere il proprio lavoro e la forma della cella deve gestire la maggiore viscosità di alcune paste minerali.
Domande frequenti sulla flottazione
A cosa serve la flottazione con schiuma nelle miniere?
La flottazione con schiuma viene utilizzata per separare i minerali preziosi dalla ganga dopo la macinazione. Si applica principalmente ai minerali solforati di rame, zinco, piombo e nichel, ma anche a oro, molibdeno, fosfato, fluorite e potassa.
La flottazione può essere utilizzata per materiali non minerali?
SÌ. Lo stesso principio viene utilizzato per disinchiostrare la carta riciclata, per separare la plastica mista e per rimuovere le particelle contenenti metalli pesanti dal terreno contaminato. Nel trattamento dell'acqua, la flottazione ad aria disciolta viene utilizzata per rimuovere olio, grasso e solidi sospesi.
Qual è la differenza tra flottazione e sedimentazione?
La sedimentazione separa le particelle in base alla densità e consente al materiale di depositarsi per gravità. La flottazione separa per idrofobicità superficiale e trasporta le particelle verso l'alto con bolle d'aria. La flottazione può quindi separare particelle che hanno quasi la stessa densità ma diversa chimica superficiale.
Cosa fa effettivamente una macchina per la flottazione?
Una macchina di flottazione mescola la polpa, disperde l'aria in piccole bolle e mantiene lo strato di schiuma sufficientemente stabile per la raccolta. Il meccanismo della girante e la geometria del serbatoio definiscono la gamma di dimensioni delle particelle che la macchina può gestire in modo efficiente.
Perché la dimensione delle particelle è così importante nella flottazione?
Le particelle grossolane sono troppo pesanti per le bolle e le particelle fini non entrano in collisione con le bolle con sufficiente frequenza. Ciascun minerale ha un intervallo dimensionale ottimale in cui il recupero è massimo; lo spostamento al di fuori di tale intervallo riduce il recupero anche quando la ricetta del reagente è corretta.
