Пенная сепарация

ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ (а. foam separation; н. Schaumschwimmaufbereitung; ф. separation par ecume, separation а mousse; и. separacion соn espuma) — процесс разделения частиц минералов по смачиваемости при их прохождении сверху вниз сквозь слой движущейся пены, образованный на поверхности аэрированной жидкости. Гидрофобные частицы концентрируются в верхних слоях пены, а гидрофильные — вымываются из пены потоками жидкости, поступающей на пену с пульпой сверху. В пене создаются условия противоточного движения частиц и пузырьков, интенсифицирующие процесс разделения. Способ подачи питания на слой двухфазной пены как новый процесс и термин "пенная сепарация" предложен в 1961 в CCCP В. А. Малиновским (применительно к горизонтально перемещающемуся тонкому слою пены).

При пенной сепарации разделение определяется различной скоростью прохождения частиц через пену в зависимости от свойств поверхности частиц (природной или создаваемой реагентами). Крупность материала, извлекаемого в процессе пенной сепарации составляет, например, для фосфорита от 0,2 до 1,2 мм, марганцевых минералов от 0,2 до 2,5 мм, сильвина от 1 до 5 мм, сульфидов тяжёлых металлов от 0,3 до 2,5 мм, серы самородной и угля от 0,5 до 5 мм. Высокая скорость разделения в процессе пенной сепарации определяется небольшим временем и расстоянием движения свободных частиц навстречу пузырькам, снижением длины пути минерализованных пузырьков до их вывода в концентратный жёлоб. Особенность кинетики пенной сепарации связана и с тем, что извлечение ценного компонента из единицы объёма пульпы при последовательных операциях пенной сепарации меняется незначительно, несмотря на постоянное снижение содержания извлекаемого компонента в питании аппаратов.

Время разделения минералов в пенном слое зависит от скорости удаления из пены гидрофильных частиц, причём крупные частицы выпадают в 4-5 раз быстрее, чем мелкие. Кинетика пенной сепарации во многом определяется несущей способностью пены, т.е. величиной силы, с которой выталкиваются вверх гидрофобные частицы, помещённые на пену или в пену. Она зависит от ряда факторов, среди которых основными являются поверхностные свойства частиц. Процесс пенной сепарации имеет общие с флотацией физико-химические основы, но отличается гидродинамическим режимом в зоне образования комплекса "минерал-пузырёк". При движении пульпы через пену создаются благоприятные условия для столкновения и закрепления частиц на воздушных пузырьках благодаря увеличению вероятности их соударения и минерализации, отсутствию центробежных и инерционных сил отрыва частицы от пузырька в пене. Крупность извлекаемых частиц в 5-10 раз выше, чем при флотации. Это позволяет снизить расход электроэнергии на операцию разделения и на подготовительные операции измельчения отдельных видов сырья. Вследствие уменьшения времени разделения в 10-20 раз уменьшаются капиталовложения на изготовление технологического оборудования и зданий для его установки.

Отмеченные достоинства процесса пенной сепарации послужили толчком к интенсивному развитию исследований в области создания и применения аппаратов для пенной сепарации. Первая конструкция пенного сепаратора разработана в CCCP в 1965, а с 1985 выпускаются 5 промышленных типоразмеров машин пенной сепарации с ёмкостью камер от 0,2 до 6,3 м³ и производительностью по потоку пульпы от 0,4 до 10 м³/мин, которые работают на фабриках, перерабатывающих калийные, фосфоритовые, марганцевые, алмазе- и золотосодержащие апатит-нефелиновые руды, а также при обогащении углей, кварцитов, золота и других видов минерального сырья, а также для очистки сточных и оборотных вод. Машина состоит из загрузочно-распределительного устройства и разделительной камеры с размещёнными в ней наклонными деками, щелевыми эрлифтами и диспергаторами воздуха, выполненными из перфорированных резиновых трубок. Под эрлифтами находится воздухораспределительное устройство, над камерой воздухоотделительная коробка (рис.).

Пульпа, обработанная реагентами, подаётся в загрузочный карман. Относительно мелкие частицы с основной массой жидкости проходят над аэраторами, крупные и тяжёлые опускаются по направляющим пластинам вниз и подаются эрлифтом на пенный слой камеры. Это позволяет совмещать в одной машине несколько операций пенной сепарации и дополнительно активировать пульпу, до поступления на поверхность пены. Хвосты сепарации выпускаются через разгрузочный карман. Опыт эксплуатации пенных сепараторов выявил их преимущества перед флотационными машинами (механического типа): значительное повышение крупности извлекаемых частиц, сокращение времени флотации в 10-20 раз, энергозатрат в 4-5 раз, удельного расхода металла в 6-8 раз, капиталовложений на единицу объёма переработки.