EN
Flotatie is een scheidingstechniek waarbij luchtbellen worden gebruikt om waardevolle minerale deeltjes uit een pulp op waterbasis te verzamelen. Als je vraagt waar flotatie voor wordt gebruikt, is het directe antwoord dat flotatie wordt gebruikt om waardevolle mineralen uit afvalgesteente te scheiden, om ertsen op te waarderen vóór het smelten en uitlogen, en om fijne deeltjes terug te winnen die zwaartekrachtprocessen niet aankunnen. Naast de mijnbouw wordt hetzelfde principe gebruikt bij papierrecycling, plasticscheiding, bodemsanering en de behandeling van oliehoudend afvalwater.
Het proces is gebaseerd op oppervlaktechemie. Reagentia maken het doelmineraal hydrofoob, luchtbellen hechten zich aan deze deeltjes en een stabiel schuim voert ze naar het oppervlak, waar ze als concentraat worden verwijderd. In de volgende paragrafen worden de belangrijkste toepassingen van flotatie uitgelegd, de stappen in een concentrator, de betrokken apparatuur en chemicaliën, en de variabelen die de terugwinning en kwaliteit bepalen.
Wat is flotatie en hoe werkt het?
Flotatie, ook wel schuimflotatie genoemd, is een fysisch-chemische scheidingsmethode. Het zet verschillen in oppervlaktebevochtigbaarheid om in verschillende mate van belaanhechting. In een flotatiecel wordt de pulp belucht, zodat het doelmineraaloppervlak, dat door reagentia hydrofoob is gemaakt, zich aan luchtbellen bindt. Het bellendeeltjesaggregaat stijgt naar de oppervlakte; de schuimlaag wordt eruit geschraapt, ingedikt en gefilterd om het uiteindelijke concentraat te verkrijgen.
Er moet aan drie basisvoorwaarden worden voldaan:
- Het waardevolle mineraal moet worden vrijgemaakt uit het ganggesteente, dat ontstaat door correct malen.
- Het doeloppervlak moet selectief hydrofoob zijn, wat voortkomt uit de collectorchemie.
- De cel moet kleine en stabiele belletjes produceren, die afkomstig zijn van de waaier en de schuimer.
Deze omstandigheden verklaren ook waarom flotatie op zoveel materialen wordt toegepast: wanneer er een selectief verschil in hydrofobiciteit kan worden gecreëerd, kan er een flotatieproces omheen worden ontworpen. Voor een nadere blik op de werking van het circuit, zie de belangrijkste principe van flotatieapparatuur ter verrijking .
Belangrijkste toepassingen van flotatie in de industrie
Het meest zichtbare gebruik van flotatie vindt plaats in de metaalwinning, maar de technologie is ook ingebed in chemische verwerking, recycling en milieubehandeling. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de typische feeds en doelstellingen.
| Toepassingsgebied | Typisch voer of materiaal | Hoofddoel |
|---|---|---|
| Flotatie van sulfide-erts | Koper, lood, zink, nikkel, molybdeenerts | Produceer een sulfideconcentraat voor het smelten |
| Edelmetaalflotatie | Gouderts, zilverhoudend erts | Win fijn vrij goud en goudhoudende sulfiden terug |
| Omgekeerde beursgang van ijzererts | Hematiet, magnetieterts | Verlaag het silicagehalte en verhoog het ijzergehalte |
| Industriële minerale beursgang | Fosfaatgesteente, fluoriet, grafiet | Upgrade mineralen voor kunstmest en chemisch gebruik |
| Potas beursgang | Sylviniet, zoutmeerpekel | Scheid kaliumchloride van natriumchloride |
| Recycling en sanering | Oud papier, gemengde kunststoffen, verontreinigde grond | Inkt verwijderen, plastic sorteren, zware metalen terugwinnen |
| Waterbehandeling | Industrieel afvalwater, olieachtig afvalwater | Verwijder zwevende deeltjes, olie en vet |
Verrijking van metaalerts
Het grootste deel van de flotatiecapaciteit is geïnstalleerd in concentrators voor basismetalen. Sulfide-ertsen reageren goed op xanthaatcollectoren. Daarom gebruiken koper-, zink-, lood- en nikkelfabrieken na het malen bijna altijd een flotatiecircuit. Door beursgang worden ook molybdeen en zilver teruggewonnen wanneer deze voorkomen bij kopersulfiden, en het wordt gebruikt om goud terug te winnen uit pyritische ertsen voordat cyanide uitloogt.
Hydrometallurgie en verwerking van zoutmeren
In hydrometallurgische fabrieken wordt flotatie gebruikt om metaalwaarden terug te winnen uit slakken, mattes en residuen. Kopersmeltslakken worden bijvoorbeeld gemalen en gedreven om het resterende koper terug te voeren naar de smelterij. In de chemie van zoutmeren is flotatie een standaardstap bij de productie van potas, waardoor haliet en klei uit kaliumchloride worden verwijderd.
Recycling, sanering en waterbehandeling
Hetzelfde oppervlaktechemieprincipe lost ook milieuproblemen op. Flotatie ontinkt gerecycled papier, scheidt kunststoffen met verschillend bevochtigingsgedrag en verwijdert zware metaalhoudende deeltjes uit verontreinigde grond en baggerspecie. Bij de behandeling van afvalwater tilt de flotatie van opgeloste lucht olie, vet en licht gesuspendeerde vaste stoffen uit het industriële afvalwater. Deze toepassingen groeien naarmate de druk om materialen uit secundaire hulpbronnen terug te winnen toeneemt.
Hoe een flotatiecircuit is georganiseerd
Een flotatiecircuit is een opeenvolging van machines en processtappen, niet één enkele tank. De regeling is afhankelijk van het ertstype en de eindproductspecificatie, maar er zijn altijd meerdere fasen aanwezig.
- Breken en malen bevrijdt het waardevolle mineraal uit het ganggesteente.
- Door conditionering wordt de pulp gemengd met verzamelaars, opschuimers en pH-modificatoren.
- Bij een ruwere flotatie wordt een eerste concentraat uit de voerpulp verzameld.
- Scavenger flotatie behandelt de ruwere residuen om de resterende waarden terug te winnen.
- Schonere flotatie laat het ruwere concentraat weer drijven om de kwaliteit te verhogen.
- Door het herslijpen worden de vergrendelde deeltjes geopend en teruggevoerd naar het circuit.
- Door te ontwateren wordt water uit het concentraat verwijderd voor transport of verdere verwerking.
In een typische koperconcentrator wordt het erts gemalen tot een formaat waarbij 70 tot 80 procent de 74 micron passeert voordat het de ruwere oever binnengaat. In een goudhoudende pyrietfabriek kan hetzelfde circuit worden gebruikt om een bulksulfideconcentraat te produceren, dat vervolgens opnieuw wordt gemalen om het goud bloot te stellen aan cyanide-uitloging. De processtappen lijken op elkaar, maar het reagensschema en de verblijftijden zijn behoorlijk verschillend.
Flotatieapparatuur en machinetypen
Flotatieapparatuur varieert van kleine laboratoriumcellen tot industriële tanks met volumes van meer dan 300 kubieke meter. De basisclassificatie is gebaseerd op de luchttoevoermethode: mechanische zelfbeluchtende machines en luchtopblaasmachines.
Zelfbeluchtende machines
Machines zoals de flotatiemachine van het BF-type worden geclassificeerd als zelfbeluchtend omdat de waaier tijdens het roteren lucht in de pulp zuigt. Deze cellen komen veel voor in middelgrote en kleine installaties, vooral waar geen afzonderlijk persluchtsysteem beschikbaar is.
Zelfbeluchtende BF-flotatiemachine voor kleine en middelgrote planten Een mechanische roercel die op natuurlijke wijze lucht aanzuigt met een gesloten waaier met dubbele kegel, ideaal voor locaties zonder perslucht. Het combineert zuigkracht en flotatie om de circuitopstelling te vereenvoudigen. Bekijk Product → Machines voor luchtinflatie
Luchtinflatiecellen zoals de XCF- en KYF-typen maken gebruik van een externe luchttoevoer, waardoor onafhankelijke controle over de beluchting en roering mogelijk is. De typen XCF en KYF worden vaak gecombineerd in één bank: één XCF-cel aan de kop van de bank fungeert als zuigtank, terwijl de rest luchtopblaascellen zijn. Hierdoor is er geen slurrypomp meer nodig tussen de flotatiefasen.
XCF / KYF luchtinflatie-flotatiemachinecombinatie Maakt gebruik van externe luchttoevoer voor onafhankelijke beluchtingsregeling en combineert een XCF-zuigcel met KYF-cellen met directe stroom om mestpompen tussen fasen te elimineren. Geschikt voor middelgrote en grote circuits. Bekijk Product → Grote flotatiemachines
Grote flotatiecellen hebben de economie van laagwaardige ertsverwerking veranderd. Eén enkele grote cel kan meerdere kleinere cellen vervangen, waardoor het energieverbruik, het vloeroppervlak en het onderhoudswerk worden verminderd. De belangrijkste vereiste is een stabiel luchtverspreidingssysteem en een schuimafvoerontwerp dat op diepte werkt.
De waaier, de tankdiepte, het schuimkegelontwerp en de luchtregelklep moeten overeenkomen met de pulpdichtheid en de deeltjesgrootteverdeling van het voer.
Flotatiereagentia gebruikt in commerciële circuits
De reagenschemie verandert het mineraaloppervlak zodat het flotatieproces onderscheid kan maken tussen deeltjes die lijken op scheiding door zwaartekracht. In de onderstaande tabel worden de drie belangrijkste reagenstypen vermeld.
| Reagens klasse | Belangrijkste functie | Industriële voorbeelden |
|---|---|---|
| Verzamelaars | Adsorbeer op het doelmineraal en maak het hydrofoob | Xanthaten, dithiofosfaten, vetzuren |
| Frothers | Stabiliseer belletjes en vorm een schuimlaag op het pulpoppervlak | MIBC, pijnboomolie, polyglycolethers |
| Regelgevers | Druk het ganggesteente in, activeer mineralen of controleer de pH van de pulp | Kalk, natriumcarbonaat, natriumsilicaat, kopersulfaat |
Een praktisch reagensschema voor een koper-zinkerts begint met kalk om pyriet te deprimeren, en vervolgens een koperen collector om chalcopyriet te laten drijven terwijl zink wordt tegengehouden. Na koperverwijdering wordt kopersulfaat toegevoegd om sphaleriet te activeren, en wordt er opnieuw een collector gedoseerd om zink te laten drijven. Dezelfde cyclus wordt herhaald in schonere stadia, met een lagere pulpdichtheid en met een mildere schuimvorming.
Factoren die het herstel van de flotatie beïnvloeden
Veel variabelen bepalen of een flotatie-installatie zijn hersteldoel bereikt. Operators houden deze zes doorgaans in de gaten.
- Deeltjesgrootte: grove deeltjes zijn zwaar en breken los van belletjes; zeer fijne deeltjes missen het beloppervlak. Een middelgroot bereik geeft het beste herstel.
- Pulpdichtheid: een te dikke pulp vermindert de schuimkwaliteit; een te dunne pulp verhoogt het water- en energieverbruik.
- Dosering reagens: onderdosering zorgt voor waarde in residuen; overdosering verlaagt de kwaliteit van het concentraat.
- Beluchtingssnelheid: past het beloppervlak aan; Een te hoge luchtsnelheid kan het schuim doen inzakken.
- pH en pulppotentieel: standaard sulfideflotatie wordt uitgevoerd in alkalische pulpsoorten om collectorfilms te beschermen en ijzermineralen te verlagen.
- Verblijftijd: als de pulp de cellen te snel verlaat, gaan langzaam drijvende mineralen verloren; als het te lang blijft zitten, wordt gangsteen in het concentraat opgenomen.
De onderstaande grafiek toont een typisch verband tussen deeltjesgrootte en flotatieherstel voor een sulfide-erts.
Typisch flotatieherstel versus deeltjesgrootte
De exacte waarden verschillen per erts, maar de vorm van de curve is consistent in basismetaalfabrieken. Als de hersteldaling aan de grove kant is, verhoogt de plant meestal de collectordosering of schuimdiepte. Als de druppel aan de fijne kant is, heeft de plant mogelijk een vlokmiddel, een sterkere collector of een ander celontwerp nodig.
Flotatieapparatuur kiezen voor echte projecten
Het selecteren van de juiste flotatiemachine voor een nieuwe fabriek of een upgrade is een stapsgewijs proces. Het geplande voertonnage definieert het totale celvolume. De ertsmineralogie definieert het reagensschema en het aantal reinigingsfasen. De voerdeeltjesgrootte en de vereiste krachtvoerkwaliteit bepalen het celtype en de diepte.
Een relevant voorbeeld is het technische hervormingsproject voor de flotatie bij de 3.000 ton/dag zinkoperatie van Yunnan Jinding Zinc Industry. In die fabriek konden de bestaande cellen niet genoeg fijn sphaleriet terugwinnen, en de oplossing was om de machineconfiguratie te veranderen in plaats van de maalsectie opnieuw op te bouwen. De schets van dit project legt uit hoe de nieuwe flotatieregeling de terugwinning verhoogde, terwijl de concentraatkwaliteit binnen de vereisten van de smelter bleef. In koper- en smeltfabrieken met een hoog tonnage leidt hetzelfde soort analyse meestal tot grote flotatiemachines, die het aantal cellen en het energieverbruik verminderen.
Flotatiemachines met grote capaciteit voor installaties met een groot tonnage Ontworpen om omvangrijke ertstoevoer te verwerken en de terugwinning te vergroten, terwijl er energie en vloeroppervlak wordt bespaard. Deze cellen worden aangeboden in afmetingen tot 200 m³ en zijn geschikt voor koper-, fosfaat- en vuurvaste ertsactiviteiten. Bekijk Product → Voor installaties die fosfaatgesteente, potas of vuurvaste ertsen verwerken, geldt dezelfde selectielogica, maar worden de schuimbelasting en de stabiliteit van de reagentia belangrijker. De machine moet het schuim lang genoeg vasthouden zodat de reinigingsfasen hun werk kunnen doen, en de celvorm moet bestand zijn tegen de hogere viscositeit van sommige minerale pulpsoorten.
Veelgestelde vragen over beursgang
Waar wordt schuimflotatie voor gebruikt in de mijnbouw?
Schuimflotatie wordt gebruikt om na het malen waardevolle mineralen uit gangsteen te scheiden. Het wordt vooral toegepast op sulfide-ertsen van koper, zink, lood en nikkel, maar ook op goud, molybdeen, fosfaat, fluoriet en potas.
Kan flotatie worden gebruikt voor niet-minerale materialen?
Ja. Hetzelfde principe wordt gebruikt om gerecycled papier te ontinkten, gemengde kunststoffen te scheiden en zware metaalhoudende deeltjes uit verontreinigde grond te verwijderen. Bij waterbehandeling wordt opgeloste luchtflotatie gebruikt om olie, vet en zwevende deeltjes te verwijderen.
Wat is het verschil tussen flotatie en sedimentatie?
Sedimentatie scheidt deeltjes op basis van dichtheid en laat materiaal bezinken onder invloed van de zwaartekracht. Flotatie scheidt zich door hydrofobiciteit van het oppervlak en transporteert deeltjes met luchtbellen naar boven. Flotatie kan daarom deeltjes scheiden die bijna dezelfde dichtheid hebben maar een verschillende oppervlaktechemie.
Wat doet een flotatiemachine eigenlijk?
Een flotatiemachine mengt de pulp, verspreidt de lucht in kleine belletjes en houdt de schuimlaag stabiel genoeg om op te vangen. Het waaiermechanisme en de tankgeometrie bepalen het groottebereik van de deeltjes die de machine efficiënt kan verwerken.
Waarom is de deeltjesgrootte zo belangrijk bij flotatie?
Grove deeltjes zijn te zwaar voor bellen, en fijne deeltjes botsen niet vaak genoeg met bellen. Elk erts heeft een optimaal groottebereik waar de terugwinning het hoogst is; als u buiten dat bereik komt, wordt het herstel verlaagd, zelfs als het reagensrecept correct is.
