Флотационный метод — Справочник химика 21

    Флотационный метод обогащения является наиболее перспективным, так как дает хороший выход продукта и осуществляется в простой аппаратуре при относительно малом числе операций. Руду измельчают и обрабатывают во флотационной машине, продувая воздух через пульпу в присутствии крахмала, соды, соснового масла и флотационного реагента. Примеси собирают в пене, а обогащенная руда оседает на дно. Концентрат обезвоживают и сушат (рис. 238). [c.526]
    Существуют два метода производства хлорида калия из сильвинита флотационный и галургический (избирательное растворение с раздельной кристаллизацией). В настоящее время флотационным методом вырабатывают около 80% всего хлорида калия. В зависимости от метода производства хлорид калия выпускают в виде продукта марки К (получаемый кристаллизацией из растворов) и продукта марки Ф (получаемый флотационным обогащением калийных руд). [c.254]

    По методу Фраша серу расплавляют в буровых скважинах месторождении перегретой до 170 водой и затем сжатым воздухом в 19—29 ат. подают на поверхность земли. Выплавленная таким путем сера содержит до 99,5% последней и не нуждается в очнсткс. Флотационный метод получения серы основан на обогаш,ении природных руд до 75—85. й-ного содержания серы. Процесс флотации ведут в две стадии в первой — измельченную серную руду подвергают обработке скипидаром, льняным илн сосновым маслом и вспенивают во второй стадии вспененную руду обрабатывают керосином пли каменноугольным дегтем — при этом сера вспливаст, а пустая порода осаждается. [c.42]

    Решение практической задачи повышения эффективности физико-химической очистки нефтесодержащих стоков является неотъемлемым требованием оптимизации функционирования комплекса промышленных водоочистных систем в целом. В большинстве случаев это позволит осуществить возврат в оборотные системы водоснабжения, либо, что немаловажно, снизить нагрузку на сооружения последующей, к примеру, биологической очистки и доочистки перед сбросом в водоем. Наиболее распространенным решением являются флотационные методы. Эксплуатируемые на 

[c.237]

    Исследования по флотационному методу производства хлорида калия из сильвинита были начаты в 1952—53 гг. По их результатам в 1963—64 гг. были введены в строй фабрики на Урале и в Солигорске. В процессе изучения физико-химических закономерностей флотации сложных солевых систем были найдены оптимальные условия и подобраны реагенты процесса флотации, разработаны технологические схемы производства. На их основе в 1966—73 гг. были введены в эксплуатацию новые флотационные фабрики по получению хлорида калия в Солигорске, Березняках, Соликамске по технологической схеме с трехстадийным удалением шлама, позволившие обеспечить потребность народного хозяйства в калийных минеральных удобрениях. [c.248]

    Флотационный метод основан на различной смачиваемости поверхности минералов водой. Тонко измельченную руду обрабатывают водой, к которой добавлено небольшое количество флотационного реагента, усиливающего различие в смачиваемости частиц рудного минерала и пустой породы. Через образующуюся смесь энергично продувают воздух при этом его пузырьки прилипают к зернам тех минералов, которые хуже смачиваются. Эти минералы выносятся вместе с пузырьками воздуха на поверхность и таким образом отделяются от пустой породы. [c.334]

    Медные руды, как правило, содержат большое количество пустой породы, так что непосредственное получение из них меди экономически невыгодно. Поэтому в металлургии меди особенно важную роль играет обогащение (обычно флотационный метод), позволяющее использовать руды с небольшим содержанием меди. [c.534]

    В практике очистки сточных вод флотация нашла применение сравнительно недавно, но получает все бол

Метод флотации | Животный мир

Флотация кала – копрологический метод, используемый чаще всего. С помощью этого метода проводят полное паразитологическое исследование кала на паразитозы протозойного и гельминтозного характера. Он основан на принципе использования флотационных растворов, у которых более высокая удельная плотность, чем у паразитов. Таким образом, при исследовании образца кала разные стадии биологического цикла паразита всплывают на поверхность содержимого пробирки и концентрируются в поверхностном слое.

Запас флотационного раствора готовится в лаборатории. Для плотоядных рекомендуется использовать в качестве флотационной среды раствор Шеатера – раствор сахара с удельной плотностью 1,15 г/см³. Его использование особенно подходит для протозойных возбудителей (ооцисты кокцидий, цисты лямблий и т. п.), потому что он более доступен и в нём не происходит деформации поверхностных структур паразита. В поверхностном слое находят как яйца гельминтов, так и фрагменты ленточных гельминтов, а также можно использовать этот раствор для общего паразитологического исследования.

Раствор Шеатера готовится нагреванием 500 мл воды и 750 г свекольного сахара. Таким образом, получают насыщенный раствор сахара. Приготовленный таким образом раствор можно хранить в холодильнике длительное время. Нужное количество разбавляют водой, хорошо перемешивают и одновременно используют ареометр для достижения необходимой удельной плотности, то есть 1,15 г/см³. К приготовленному подобным образом раствору добавляют 0,7 мл фенола на 100 мл раствора для предотвращения роста плесени. Раствор переливают в бутылку и хранят при комнатной температуре или в холодильнике.

Ещё один часто используемый флотационный раствор – раствор Бреза, удельная плотность которого 1,25 – 1,30 г/см³. Его использование может способствовать деформации тонких оболочек, особенно у простейших. Поэтому приготовленные образцы исследуют, как можно, быстрее, потому что со временем деформация оболочек увеличивается и делает невозможной правильную постановку диагноза.

Для приготовления раствора Бреза готовят насыщенный раствор сульфата магния, который получают растворением 1 кг MgSO₄ в 1 литре горячей воды и небольшой избыток оставляют выкристаллизовываться на ночь. Насыщенный раствор тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) получают при разведении 2 кг соли в 1 литре горячей воды. Для приготовления собственно флотационного раствора смешивают 3 части насыщенного раствора сульфата магния с тремя частями раствора тиосульфата натрия и 1 частью воды. Можно также использовать другой метод: в 1 литре воды растворяют 725 г MgSO₄, а в 1 литре воды – 1425 г Na₂S₂O₃. Растворы нагревают до кипения и оставляют охладиться. На следующий день растворы фильтруют. После смешивания растворов в соотношении 1:1 разбавляют водой для получения необходимой удельной плотности 1,25 – 1,30 г/см

3.

Для исследования кала флотационным методом отбирают образец размером с грецкий орех, заливают водой в ступке и растирают до кашицеобразной консистенции. Процеживают через марлю в химический стакан, стараясь максимально отфильтровать примеси. Наливают в центрифужные пробирки, и центрифугируют 2 – 3 минуты при 1500 – 2000 об/мин. Потом сливают надосадочную жидкость и к осадку добавляют выбранный флотационный раствор. Содержимое пробирки тщательно перемешивают и встряхивают. Центрифугируют ещё раз 2 – 3 минуты при 1500 – 2000 об/мин. Пробирку ставят в штатив на 10 – 15 минут, после чего поверхностный слой аккуратно переносят петлёй на предметное стекло и микроскопируют. При исследовании образец не должен засыхать.

Начинают просматривать под малым увеличением (объектив, увеличивающий в 4 – 10 раз), а потом переводят на среднее увеличение (х 16 – 20). Использование большего увеличения (х 40 – 45) нужно, прежде всего, для диагностики простейших, стадии которых при малом увеличении не заметны. Для точного определения отдельных паразитов необходимо использовать окуляр с линейкой. Можно, правда, составить сравнительную таблицу и ориентироваться по ней, однако всегда есть риск неточной идентификации. Если взять за основу обычное и относительно часто встречающееся яйцо рода

Toxocara размером 90 мкм, потом вывести приблизительный размер (например, половину или треть). Однако необходимо также помнить меняющуюся величину объектов при различных увеличениях. Сравнивают только ориентировочно, а при малых увеличениях высока опасность ложной идентификации (например, у кошек надо быть осторожным при диагностике Isosporarivolta и Toxoplasma gondii!).

Флотация — это… Что такое Флотация?

Флота́ция (фр.  flottation, от flotter — плавать) — один из методов обогащения полезных ископаемых. Процесс основан на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов 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. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.

История вопроса

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы рус. физикохимиков — И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), советских учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина, профессора В. Р. Кривошеина и других.

Методы флотации

В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества) различают несколько видов флотации.

• Масляная флотация была предложена первой, на которую В. Хайнсу (Великобритания) в 1860 году был выдан патент. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается. В России масляная флотация графита была осуществлена в 1904 году в Мариуполе.

• Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

• Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).

Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Великобритания, 1906) — вакуумная флотация, энергичное перемешивание пульпы, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных 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. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы. 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 флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мкм 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) в СССР были 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.

Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.

• Электрофлотация — перспективный метод для применения в химической промышленности, заключается во всплытии на поверхности жидкости дисперсных загрязнений за счет выделения электролитических газов и флотационного эффекта.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10-30 м³), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.

Области применения

В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных 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. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.

Флотореагенты

Существует несколько типов флотореагентов, отличающихся принципом действия:

• Собиратели — реагенты, избирательно сорбирующиеся на поверхности минерала, который необходимо перевести в пену, и придающие частицам гидрофобные свойства. В качестве собирателей используют вещества, молекулы которых имеют дифильное строение: гидрофильная полярная группа, которая закрепляется на поверхности частиц, и гидрофобный углеводородный радикал. Чаще всего собиратели являются ионными соединениями; в зависимости от того, какой ион является активным различают собиратели анионного и катионного типов. Реже применяются собиратели, являющиеся неполярными соединениями, не способными к диссоциации. Типичными собирателями являются: ксантогенаты и дитиофосфаты — для сульфидных минералов, натриевые мыла́ и амины — для несульфидных минералов, керосин — для обогащения угля.
  Расход собирателей составляет сотни граммов на тонну руды;
• Регуляторы — реагенты, в результате избирательной сорбции которых на поверхности минерала, последний становится гидрофильным и не способным к флотации. В качестве регуляторов применяют соли неорганических кислот и некоторые полимеры;
• Пенообразователи — предназначены для улучшения диспергирования воздуха и придания устойчивости минерализованным пенам. Пенообразователями служат слабые поверхностно-активные вещества.
  Расход пенообразователей составляет десятки граммов на тонну руды.

Литература

• Мещеряков Н. Ф., Флотационные машины, М., 1972
• Глембоцкий В. А., Классен В. И., Флотация, М., 1973
• Справочник по обогащению руд, М., 1974.
• Классен В. И., Барский В. И. Лекции проф. Кривошеина В. Р.

Ссылки

Современные способы флотации

Сейчас самым распространенным методом обогащения руд является пенная флотация. Она относительно дешева и очень эффективна. Этим способом обогащают более двадцати разных типов руд, перерабатывая около миллиарда тонн в год. Впервые это метод был разработан в 1877-м году для получения графитового концентрата.

Пенная флотация осуществляется в пульпе — трехфазной смеси, состоящей из твердых частиц, газа и жидкости. Для начала горную породу с полезным содержанием измельчают, делая твердую фазу смеси; чем тяжелее порода, тем сильнее измельчение. Жидкая фаза состоит из воды, специально добавленных флотирующих реагентов и различных растворенных в воде примесей. Газовая фаза — это пузырьки воздуха или газа, принудительно подаваемые в смесь и образующиеся в результате химических реакций.

Метод пенной флотации основан на способности пузырьков газа плотно прилипать к гидрофобным (отталкивающим воду) частичкам горной породы. При этом плотность частички с прилипшими пузырьками оказывается меньше, чем плотность жидкой среды и частичка всплывает (флотирует) вверх. Таким образом образуется верхний слой частичек породы, который в дальнейшем собирается или удаляется.

Существует несколько видов пенной флотации

• Вакуумная флотация. Жидкость насыщают газом настолько, чтобы при понижении давления из нее начинали выделяться пузырьки. Эти пузырьки слипаются с несмачиваемыми частичками и поднимают их на поверхность.
• Гравитационная флотация. Процесс, использующий непосредственно флотацию и действие гравитационных или центробежных сил. Метод позволяет работать с очень мелкими пылеобразными частицами, которые в обычных условиях только мешают и не поддаются разделению.
• Ионная флотация. Применяется для очистки промышленных стоков и выделения полезных веществ из сильно разбавленных растворов. Для этого используют химические флотореагенты. Они вступают в реакцию с веществами раствора или мелкодисперсионными примесями и поднимают минеральные или коллоидные частички с помощью пузырьков газа в пену или пленку.
• Электрофлотация. Пузырьки газа получают в результате разложения воды на кислород и водород под действием электротока.
• Процесс с выделением углекислого газа. В качестве газовой среды применяется углекислый газ, получающийся в результате химического взаимодействия.

Различают флотацию прямую и обратную. В прямом процессе с поверхности пульпы удаляют полезные вещества, а отходы собираются на дне. При обратном процессе отходы всплывают и удаляется, а полезные минералы собираются со дна флотационной машины.

Флотирующие реактивы

Флотирующие реагенты добавляются в смесь для селективного разделения тонко измельченной горной породы. С помощью различных химических веществ, добавляемых в пульпу, регулируют процессы взаимодействия пузырьков и частиц породы: какие частицы станут гидрофобными в данной жидкости, а какие — гидрофильными (хорошо смачиваемыми). Добавляя различные реагенты, увеличивают или понижают поверхностное натяжение на границе раздела жидкость-газ, стабилизируют пену и размер пузырьков, усиливают или ослабляют адсорбцию. В результате удается добиться разделения сложных многокомпонентных руд с близкими показателями плотности отдельных минералов, и получать из одной руды сразу несколько концентратов.

Флотирующие вещества добавляются в очень небольших количествах, от нескольких граммов до нескольких килограммов на одну тонну руды. Вода обычно очищается и вовлекается во вторичный оборот.

В качестве флотирующих реагентов используются вещества различного происхождения и назначения:

• ПАВ, пенообразователи и пеногасители;
• уменьшающие или увеличивающие способность частичек смачиваться жидкостью вещества;
• углеводороды;
• вещества, содержащие аминогруппы, гидроксильные и карбоксильные группы;
• сульфгидрильные, оксигидрильные реактивы и многие другие.

Для выделения нужных компонентов из породы используются полиэтиленгликоли, производные изопропиловых, пентиловых и этиловых соединений, крахмал, алифатические первичные и вторичные амины, жидкое стекло, карбоновые кислоты, аммониевые соли, производные нефти, жиры и сложные эфиры, высшие жирные кислоты и мыла, одноатомные алифатические и терпеновые спирты, кислоты, щелочи, соли.

Метод и процесс флотации. Напорная флотация. Флотация

Проблема очистки сточных вод остается актуальной на протяжении многих десятилетий. Сложность заключается в устаревании методик и оборудования, а также появлении новых химикатов в бытовой химии и на производстве, требующих совершенно новых подходов к их удалению из стоков. Один из универсальных методов очистки сточных вод — это флотация. В зависимости от особенностей загрязнителя, он требует лишь замены реагентов и коррекции условий осуществления процесса.

Очистка сточных вод

Этот метод успешно применяется для очистки стоков, содержащих волокна, нефтепродукты, масла и жиры, а также другие малорастворимые в воде вещества. Предварительно сточные воды переводят в суспензию и эмульсию с использованием специальных веществ.

Процесс флотации основывается на способности газовых пузырьков закрепляться на частицах, помогая им всплывать на поверхность жидкости.

Общие принципы метода

Простейшим актом флотации считается прикрепление нерастворимых частиц (например, минеральных, масляных или каких-либо других) к пузырькам воздуха. Успешность проведения очистки зависит от того, с какой скоростью образуется связь между частицей и пузырьками, от прочности этой связи и от длительности существования этого комплекса. Что в свою очередь определяется природой частиц, склонностью к смачиванию водой и особенностям взаимодействия их с реагентами. Таким образом, флотация — это процесс, который зависит от множества факторов.

Элементарный акт может осуществляться по одному из следующих механизмов:

• пузырьки образуются сразу во взвешенных частицах;
• частицы взвеси прикрепляются к газовому пузырьку при столкновении с ним;
• на поверхности частицы образуется маленький пузырек, который объединяется с другим при столкновении и увеличивается в объеме.

Комплекс, который образуется в процессе флотации, в практически неподвижной среде может всплыть только при условии, что подъемная сила газового пузырька больше веса частицы. Это приведет к образованию пенного слоя на поверхности очищаемой воды.

Кроме того, площади поверхностей пузырьков и частиц в месте соприкосновения должны находится в определенном соотношении. Силы адгезии возрастают пропорционально размеру частиц в квадрате, поскольку периметр их соединения ограничивается размером наибольшей из их граней. А сила отрыва напрямую зависит от массы загрязняющей частицы (т.е. ее линейных размеров в кубе). Таким образом, при достижении некоторого размера частиц силы отрыва превышают силы прилипания. Значит, для успешной очистки стоков методом флотации важен не только характер связи взвеси с пузырьками, но и их размеры.

Способы насыщения воды пузырьками

Существует немало приемов, которые обеспечивают появление в сточных водах газовых пузырьков. Основные способы, используемые при проведении флотации, это:

• Компрессионный (или же напорный) способ, основанный на повышении растворимости воздуха в воде при увеличении давления.
• Механический способ, основанный на интенсивном перемешивании жидкости с воздухом.
• Пропускание сточных вод через пористые материалы, что приводит к их диспергированию.
• Электрический способ, основанный на процессе электролиза воды, сопровождающимся появлением пузырьков газа.
• Химический способ, обуславливающий образование пузырьков в ходе химических реакций определенных реагентов с компонентами сточных вод.
• Вакуумный способ, характеризующийся снижением давления.

Напорная флотация

Является наиболее эффективной для извлечения мелкодисперсных и коллоидных взвесей низкой концентрации. Очищаемую воду насыщают воздухом под давлением до 7 МПа в специальном реакторе — сатураторе. После выхода воды из него давление резко снижается до нормального (атмосферного), что провоцирует интенсивный процесс выделения пузырьков воздуха.

Для того чтобы значительно повысить эффективность очистки вод, флотацию сочетают с коагуляцией и флокуляцией. Оба этих приема способствуют увеличению размера нерастворенных частиц. Коагулянтами являются как неорганические соединения, обычно соли трехвалентного железа или алюминия, так и некоторые органические вещества. Флокулянтами являются особые полимеры, молекулы которых в водной среде образуют заряженную сетку, способную притягивать загрязняющие частицы, что приводит к появлению хлопьевидных агрегатов.

Установки и технологические схемы

Установки, которые осуществляют напорную флотацию, могут размещаться не только в помещениях, но и вне их. Так, первые подходят для небольших объемов, если расход воды составляет не более 20 м³/ч, а вторые имеют гораздо большую производительность. Часто устраивается комбинированное размещение сооружений, когда крупные объекты, например, сатуратор и флотокамера, находятся под открытым небом, а насосы в помещении.

В случае размещения установок в условиях возможного понижения температуры воздуха до отрицательных значений нужно предусмотреть систему подогрева пены. Классическая установка для проведения компрессионной флотации состоит из следующего оборудования:

• Насоса для подачи жидкостей.
• Компрессора для подвода воздуха (или какого-либо газа) в систему водоочистки.
• Сатуратора (другое его название — напор­ный бак), в котором производится растворение воздуха в сточных водах.
• Флотокамеры, если процессом предусмотрена стадия укрупнения частиц взвеси.
• Реагентное устройство, включающее приспособления для дозирования и смешивания реагентов с очищаемой жидкостью.
• Систему контроля процесса очистки.

Техноло­гические схемы, предусматривающие очистку сточных вод методом флотации с повышением давления, могут быть:

1. Прямоточными, когда полный объем очищаемой жидкости проходит через сатуратор.
2. Рециркуляционными, когда через сатуратор проходит лишь 20 — 50 % осветленной жидкости.
3. Частично прямоточными, когда порядка 30 -70 % неочищенных вод поступает в сатуратор, а остальная их часть подается сразу во флотокамеру.

При выборе одной из этих схем берут во внимание физико-химические свойства очищаемых стоков, требования к степени очистки, местные условия и экономические показатели.

Электрофлотация

Этот метод стали использовать во второй половине 20-го века. Тогда обнаружилось, что электролизные газы гораздо эффективнее, чем инертные или воздух, увеличивают интенсивность флотации. Это позволяет выделять нерастворимые в водах нефтепродукты, смазочные масла, малорастворимые соединения тяжелых и цветных металлов, которые образуют в стоках устойчивые эмульсии. Но помимо электролизных газов на удаление некоторых примесей влияет искусственно созданное электрическое поле, в котором заряженные частицы движутся к противоположно заряженным электродам.

Существенным недостатком электрофлотации является малая производительность, высокая стоимость электродов, их износ и загрязнение, а также взрывоопасность.

Метод пенного фракционирования

Сводится он к адсорбции растворенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) на газовых пузырьках, поднимающихся вверх сквозь раствор. При этом интенсивно образуется пена, обогащенная адсорбированным веществом.

Важная область применения такой разновидности флотации — это очистка вод от моющих средств, применяемых в прачечных. Также он подходит для выделения активного ила, который образуется при биохимической очистке.

Обогащение руд

Процесс флотации успешно применяется при первичной переработке всевозможных руд, позволяющий отделить ценную фракцию с повышенным содержанием металла или его соединений. Основывается он на различиях свойств поверхности разделяемых минералов.

Флотация руды представляет собой трехфазный процесс:

• твердая фаза представляет собой измельченное полезное ископаемое;
• жидкой фазой является пульпа;
• газовую фазу образуют пузырьки воздуха, пропускаемые через пульпу.

Флотация бывает пенной, пленочной или масляной — в зависимости от формы продукта, образующегося на поверхности жидкой фазы.

Флотация — метод очистки сточных вод

Флотация сточных вод

Флотация сточных вод

Общепринятая схема очистных сооружений как локального, так и централизованного общегородского типа в обязательном порядке включает в себя этап осаждения. Отстоянные стоки чаще всего поступают на ступень биологической очистки.

Возможно, Вас заинтересует информация-анализ сточных вод

Однако отстойники справляются с удалением только крупных взвесей, которые тяжелее воды. Многие микрочастицы и вещества в коллоидной форме легче водной среды, поэтому не подвергаются осаждению. Эту проблему решают при помощи ступени флотационной очистки, основанной на сложном физико-химическом процессе. Именно о флотации пойдет речь в нашей статье.

Что такое флотация?

Содержание статьи

В переводе с английского языка флотацию дословно можно обозначить как плавание на поверхности воды. В области очистки сточных вод флотация применяется в качестве метода выделения мелких твердых частиц, коллоидных взвесей, некоторых растворенных веществ. В основе процесса лежит индивидуальная способность различных соединений к смачиванию и поведение на границе раздела фаз жидкость-газ. Несмачиваемыми водой являются гидрофобные вещества. Гидрофильные соединения обладают хорошей способностью к смачиванию.

Обобщенно и упрощенно флотацию можно описать следующим образом:

• в очищаемую воду подают диспергированный воздух;
• гидрофобные частицы приближаются к пузырьку воздуха;
• водная прослойка между гидрофобной частицей и воздушным пузырем постепенно истончается и разрывает в связи с тем, что сила взаимодействия между молекулами воды больше чем сила адгезивного контакт вода-частица;
• образуется комплекс гидрофобной частицы с пузырьком газа;
• этот флотирующий комплекс всплывает на поверхность стоков, так как он менее плотный чем гетерогенная система, в которой он находится.

Так на поверхности стоков образуется пенный слой, который постепенно удаляется специальным механизмом.

Отчего зависит эффективность флотации для очистки воды

На процесс флотации может повлиять многое. Но наиболее сильное воздействие оказывают описанные ниже факторы.

1. Чем выше гидрофобность частиц, тем лучше происходит их взаимодействие с пузырьком воздуха и образование флотационного комплекса. Однако не все примеси являются строго гидрофобными часть из них гидрофильные, другие могут иметь как гидрофобные, так и гидрофильные группы. По этой причине зачастую необходимо добавлять в стоки специальные флотирующие реагенты, направленные на повышение гидрофобности загрязнителей.
2. Кроме того, пузырьки должны обладать устойчивостью к разрушению.

   Пенный слой флотации

3. Эффективность удаления загрязнений методом флотации зависит от размера пузырьков воздуха. Они должны быть достаточно крупными, чтобы поднять к поверхности воды загрязнители. Но очень большие пузырьки воздуха будут всплывать, не успев проконтактировать с частичками загрязнителя.
4. Важную роль в процессе флотационной очистки воды оказывает общее число пузырьков воздуха и то, насколько равномерно они будут распределены в объеме стоков.

Область применения флотации

Флотация позволяет очистить воду от взвесей, не подвергающихся осаждению, в связи с тем, что они имеют близкую к воде плотность. Флотационный процесс применяют для удаления из воды ПАВ, нефтепродуктов, волокнистых загрязнителей, жиров и т. п., а также некоторых растворенных веществ, в последнем случае очистка называется пенной сепарацией. Кроме того, флотацию применяют для удаления из стоков взвесей активного ила.

Преимущества и недостатки очистки стоков флотацией

Флотация является одним из самых популярных способов очистки сточных вод. Без флотационного процесса редко обходятся очистные промышленные и ливневые сооружения. Все связано с рядом преимуществ флотационной очистки стоков.

1. Относительно небольшие затраты в процессе эксплуатации.
2. Простота оборудования.
3. Возможность выделения определенных загрязнителей.
4. Скорость процесса флотационной очистки от некоторых взвесей выше скорости оседания.
5. Возможность удаления таких загрязнителей как нефтепродукты.
6. Продуктом флотации является шлам с не очень высоким содержанием воды.

С особенностью самого флотационного процесса связаны и его минусы.

1. Так как флотация зависит от гидрофобности вещества, применять ее можно для удаления не всех загрязняющих компонентов.
2. Зачастую приходится использовать реагенты для повышения гидрофобности загрязнителей и устойчивости полученной пены.
3. Необходимо точно производить настройку оборудования, подающего воздух с целью получения пузырьков определенного диаметра.

Виды флотационной очистки сточных вод

В основе разделения на виды очистки сточных вод методом флотации лежит способ насыщения стоков воздухом и механизм его диспергирования.

Выделение воздушных пузырьков из раствора

Из раствора пузырьки воздуха определенного размера выделяют методом напорной и вакуумной флотации. В первом случае в воду под давлением нагнетают воздух, после этого резко понижают давление в системе, в результате чего в толще сточной воды выделяются воздушные пузырьки.

Схема напорного флотатора

Вакуумная флотация по принципу схожа с напорной, но исполнение отличается. Сначала вода поступает в аэрационную камеру (1), где контактирует с воздухом и насыщается им, после этого в дезаэраторе (2) удаляется нерастворившийся в воде воздух. Потом вода поступает в камеру флотации (3), где происходит понижение давления в сточной воде, в результате чего образуются воздушные пузырьки.

Вакуумная флотация

Оба способа прекрасно подходят для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнителей.

Механическое насыщение воды диспергированным воздухом

Обогащение воды пузырьками воздуха можно произвести механическим путем. Для этого могут применяться 3 метода: перемешивание воды при помощи небольшой турбины (импеллерные установки), колесом, соединенным с центробежным насосом (безнапорная флотация) или введением воздуха через форсунки труб, уложенных на дне флотационной камеры (пневматическая установка). Во время перемешивания образуются завихрения, благодаря которым стоки насыщаются пузырьками воздуха.

Импеллерная флотация

Импеллеры позволяют получить пузырьки небольшого диаметра и применяются для удаления нефтепродуктов и жиров. Этот метод дает возможность регулировать объем пузырьков: чем выше скорость вращения турбины, тем мельче пузырьки. Безнапорные установки позволяют получать более крупные пузырьки, которые не эффективны для удаления мелких взвесей. Безнапорную флотацию применяют для удаления жировых загрязнений, а также частиц шерсти и волокон. Пневматическая флотация используется в том случае, когда необходимо очистить воды, являющиеся агрессивными для таких механических конструкций как импеллер или колесо насоса.

Пропускание воздушных масс через материал с порами

Простым способом диспергирования воздушного потока является пропускание его перед подачей через пористые материалы (на рисунке обозначен цифрой 2), например, пластины с щелевидными прорезями. Чем меньше отверстие, тем меньше диаметр пузырьков.

Флотация с использованием пористых материалов

Получение пузырьков газа из раствора путем электролиза

При этом способе в сточные воды помещают 2 электрода, через которые пропускают ток. Это приводит к выделению возле электродов газовых пузырьков кислорода и водорода. Кроме того, часто используют электроды из алюминия или железа. Соединения этих металлов выделяются в сточную воду и представляют собой коагулянты, приводящие к объединению взвешенных загрязнителей в хлопья. Хлопьевидные частицы контактируют с воздушными пузырьками и поднимаются на поверхность стоков.

Реагенты, применяемые во флотационной очистке

В процессе очистки методом флотации могут применяться реагенты, действие которых различается по двум основным направлениям: повышение гидрофобности и стабилизация пены.

Так как многие загрязнители могут содержать как гидрофобную, так и гидрофильную группу, то их способность к смачиванию снижена, поэтому флотация затруднена. В этом случае прибегают к добавлению в сточные воды реагентов, которые называют собирателями. Они также содержат гидрофильную (полярную) и гидрофобную (неполярную) группы. Взаимодействие между собирателем и загрязнителем происходит на уровне полярных концов. Гидрофобная группа реагента остается свободной.

В качестве собирателей в очистке сточных вод применяют поверхностно-активные вещества: нефтепродукты, масла, меркаптан, аммонийные соли и т.п.

Другой группой флотационных реагентов являются пенообразователи. Они защищают пузырек от разрушения, таким образом повышая эффективность удаления загрязняющей частицы. К стабилизаторам пены относятся масло сосны, крезол, фенолы и др.

Заключительное слово

Флотация при всех своих положительных характеристиках не является самостоятельной очисткой. Это одно из звеньев очистных сооружений, позволяющее удалить их воды те вещества, которые не удалось убрать отстаиванием. Именно поэтому флотаторы устанавливаются зачастую после отстойников.

Видео – Работа электрофлотатора

Флотация с использованием пористых материалов

Импеллерная флотация

Вакуумная флотация

Схема напорного флотатора

Пенный слой флотации

Флотация сточных вод

преимущества и недостатки этого способа очистки

Очистка сточных вод, в первую очередь, включает в себя этап прохождения отстойника как в локальных очистных сооружения, так и в общегородских. Отставание воды очищает воду только от крупных взвесей, которые осаждаются на дно, являясь тяжелее воды. Но как быть с теми частицами, которые легче воды и не подвержены осаждению? Существует метод для выделения и таких сложных загрязнителей, который называют флотацией.

Флотационная очистка применяется как одна из ступеней очистки сточных вод от таких примесей.

Подробнее о флотации

Флотация — это один из способов, применяемых для очистки сточных вод. Буквально слово «флотация» (англ. flotation) переводится как «плаванье на поверхности воды», поэтому и напоминает слово флот. Но если говорить об очистке флотацией, то ее целью является вывести на поверхность различные взвеси и другие вещества, которые имеют плотность близкую воде и не способны оседать.

В толще воды плавают различные мелкие твердые частицы, коллоидные взвеси и другие примеси, которые не оседают. Флотацию применяют для очищения сточных вод от ПАВ, нефтепродуктов, жиров, волокнистых веществ и взвесей активного ила. Также флотационный процесс по типу пенной сепарации способен удалить некоторые растворенные в воде вещества.

Физико-химические законы флотации

В основу флотационной очистки заложены сложные физико-химические процессы. Главным образом рассматривается понятие смачиваемости, то есть индивидуальной способности тех или иных веществ к смачиванию. Эта способность напрямую определяет поведение этих соединений на границе раздела фаз жидкости и газа. Существует два типа веществ:

• Гидрофильные — характеризуются хорошей способностью к смачиванию;
• Гидрофобные – несмачиваемые.

В зависимости от того, к какому типу относится то или иное вещество, оно хорошо убирается при помощи флотационной очистки или же, наоборот, не поддается выделению таким способом.

Этапы флотации

Процесс флотации несложен для понимания, его можно описать следующим образом:

1. В воду, которая подвергается очистке, подают диспергированный воздух;

2. Гидрофобные частицы устремляются к воздушным пузырькам;
3. Постепенно уменьшается и разрывается прослойка воды, разделяющая гидрофобные частицы и воздушные пузырьки. Это объясняется тем, что сила притягивающая молекулы воды друг к другу больше адгезии между водой и этими частицами;
4. Образуется флотирующий комплекс из пузырьков воздуха и гидрофобных частиц, который напоминает пену;
5. Этот флотирующий комплекс плавает на поверхности сточных вод, поскольку он легче той гетерогенной системы, в которой находится.

В итоге на поверхности воды образуется пенная субстанция. Полученную пену удаляют специальным приспособлением — это конечный продукт флотации или шлам.

Эффективность процесса флотации

Те или иные факторы могут понижать или повышать эффективность флотации, как способа очистки сточных вод. Наиболее значимое влияние оказывают приведенные ниже факторы:

• Степень гидрофобности частиц.

  Чем выше гидрофобность частиц вещества, тем они активнее вступают во взаимодействие с воздушными пузырьками, образуя значительные флотационные комплексы. Очевидно, что не все примеси являются абсолютно гидрофобными, существуют и гидрофильные составные. А некоторые имеют двоякую структуру, содержа в составе гидрофобные и гидрофильные группы. Чтобы повысить гидрофобность загрязняющих воду примесей, в нее добавляют специальные флотирующие добавки или реагенты;
• Размер и прочность пузырьков пены. Флотационный процесс должен образовывать пузыри воздуха такого размера, чтобы они поднимались на поверхность воды. Но слишком крупные пузыри будут всплывать раньше времени, не успев захватить достаточно частиц загрязняющих примесей. К тому же эти пузырьки должны быть прочными, имея минимальный процент потерь вследствие разрушения;
• Равномерность пенообразования. Важным фактором эффективности флотации является равномерность распределения в воде воздушных пузырьков и их общее количество.

На эти факторы можно оказать воздействие с помощью специальных реагентов, которые будут описаны далее.

Реагенты для улучшения флотации

Как описано выше, флотация зависит от качества пенообразования и гидрофобности частиц. Существуют специальные добавки, которые направлены на повышение качества пены и увеличения гидрофобности примесей. Реагенты можно разделить на две основные группы:

• Собиратели;
• Пенообразователи.

Реагенты собиратели

Наиболее часто встречаемый вид загрязнителей имеет в своем составе частицы с двоякими качествами, имеющими часть гидрофобных и часть гидрофильных групп. Их способность смачивания недостаточна для связывания с пузырьками воздуха, поэтому флотация малоэффективна. Чтобы решить эту проблему, в стоки добавляют так называемые добавки-собиратели, которые также имеют двоякую структуру, состоящую из гидрофильных (полярных) и гидрофобных (неполярных) групп. Полярные гидрофильные концы загрязнителя и собирателя слепляются между собой, а гидрофобные концы остаются свободными.

Собирателями для усиления флотации выступают поверхностно-активные вещества:

• Аммонийные соли;
• Нефтепродукты;
• Масла;
• Меркаптан

Реагенты пенообразователи

Качество пени играет одну из ключевых ролей в эффективности флотации. Существует группа добавок, которые направлены на улучшение пенообразования. Они предохраняют пузыри воздуха от разрушения, делая их упругими и значительно стабилизируя пенную массу. Это дает возможность удалить как можно больше загрязнителей из сточных вод. Такими стабилизаторами для пены являются:

• Масло сосны;
• Крезол;
• Фенолы и много других веществ

Виды флотационной очистки стоков

Процесс флотации кратко описан как насыщение сточных вод воздухом с его диспергированием. То есть главная задача флотации заключается в получении пузырьков нужного диаметра в толщах сточных вод. Как именно это осуществляется описано ниже.

Выделение пузырьков воздуха из раствора

Чтобы выделить воздушные пузырьки из раствора, используют напорную и вакуумную флотацию. Напорная флотация представляет собой нагнетание воздуха, а затем резкое снижение давления в системе, что провоцирует выделение пузырьковой массы в толще воды.

Вакуумная флотация несколько схожа с напорной, но ее реализуют иначе. Первым этапом является прохождение воды через камеру аэрации, где она насыщается воздухом. После этого она поступает в дизаэратор, где удаляется нерастворенный воздух. Последним этапом является прохождение камеры флотации, в которой давление понижается , что вызывает бурное образование пузырьков.

Такими способами весьма успешно удаляются мелкодисперсные примеси.

Пропускание воздуха через пористые материалы

Это один из простейших способов с точки зрения физики для получения диспергированного воздушного потока. Перед попаданием воздуха в сточные воды, его пропускают через материалы с порами, такие как пластины со сквозными щелями. Диаметр пузырьков регулируется размером данных пор.

Электролизная флотация

Этот способ воплощают помещением в воду двух электродов, через которые пускают ток. Во время электролиза вода вокруг электродов расщепляется на пузырьки водорода и кислорода. Наиболее часто используемый материал для электродов: алюминий и железо. Эти металлы выделяют в воду коагулянты, которые связывают взвеси и превращают их в подобие хлопьев. Эти хлопья соединяются с воздушными пузырьками и выходят на поверхность сточных вод в вид пены.

Механическое диспергирование

Кроме образования пузырьков воздуха в воде при помощи смены давления, также применяют механические способы. Для этого также существует несколько путей:

• Импеллерная установка

  перемешивает водную массу с использованием турбины. При этом пузырьки получаются небольшого размера, что подходит для удаления нефтепродуктов и жиров. Скорость турбины позволяет регулировать размер пузырьков – чем выше скорость, тем меньше диаметр образуемых пузырьков;
• Безнапорная флотация, представляющая собой применение колеса, которое соединяют с центробежным насосом. Пузырьки, которые получают в результате этого процесса, крупные и пригодны для удаления жиров, волокнистых частиц, таких как, например, шерсть;
• Пневматическая флотация осуществляется насыщением воздухом через форсунки труб, которые уложены на дно камеры. Такой способ применяют для очистки агрессивных стоков, которые могут повредить флотационным установкам – импеллеру и колесу.

Пузырьки в этих трех способах образуются в результате вихревого процесса, который стимулируется перемешиванием.

Флотация – преимущества и недостатки способа

На сегодня флотация является одним из наиболее часто используемых приемов очистки стоков. Его применяют и промышленные очистительные сооружения и городские. Причиной этому служит целый ряд факторов, которые говорят в пользу флотации.

Преимущества флотационной очистки:

1. Невысокая стоимость применяемого метода очистки;

2. Простое оборудование;
3. Такой способ для некоторых взвесей намного быстрее, нежели скорость их оседания при отстаивании;
4. Выделение из сточных вод определенных загрязняющих веществ, в том числе нефтепродуктов;
5. В процессе флотации остается шлам с низким содержанием воды (малые потери воды).

Безусловно, как и любой метод, флотация связана и с некоторыми отрицательными моментами.

Недостатки флотационной очистки:

1. Она удаляет далеко не все загрязнители, поскольку ее эффективность зависит от гидрофобности вещества;
2. Часто приходится нести дополнительные затраты на внесение реагентов, которые улучшают качество пены и усиливают гидрофобность загрязнителей;
3. К каждому виду загрязнителя нужен свой подходи, а, значит, нет универсального метода для удаления всех взвесей.

Выводы о флотации

Сколько бы преимуществ ни имела флотация, она не является самостоятельной и окончательной очисткой сточных вод. Это лишь один из этапов сложнейшего процесса, который позволяет удалить из воды большую часть нежелательных веществ. Флотационная очистка позволяет избавить воду от нефтепродуктов и масел, которые невозможно удалить другими способами, а также волокнистые составляющие стоков. Обычно флотационную очистку используют после этапа отстойников, чтобы удалить те вещества, которые не подвержены осаждению.