EN
Tuyển nổi là một kỹ thuật phân tách sử dụng bọt khí để thu thập các hạt khoáng chất có giá trị từ bột giấy gốc nước. Nếu bạn hỏi tuyển nổi được sử dụng để làm gì thì câu trả lời trực tiếp là tuyển nổi được sử dụng để tách các khoáng chất có giá trị khỏi đá thải, nâng cấp quặng trước khi nấu chảy và lọc, cũng như thu hồi các hạt mịn mà quá trình trọng lực không thể xử lý được. Ngoài khai thác mỏ, nguyên tắc tương tự còn được sử dụng trong tái chế giấy, tách nhựa, xử lý đất và xử lý nước thải nhiễm dầu.
Quá trình này được xây dựng trên bề mặt hóa học. Thuốc thử làm cho khoáng chất kỵ nước, bọt khí bám vào các hạt này và tạo bọt ổn định mang chúng lên bề mặt, nơi chúng được loại bỏ dưới dạng cô đặc. Các phần sau đây giải thích các ứng dụng chính của quá trình tuyển nổi, các bước bên trong máy cô đặc, thiết bị và hóa chất liên quan cũng như các yếu tố quyết định độ thu hồi và cấp độ.
Tuyển nổi là gì và nó hoạt động như thế nào?
Tuyển nổi, đôi khi được gọi là tuyển nổi bọt, là một phương pháp tách lý hóa. Nó chuyển đổi sự khác biệt về độ thấm ướt bề mặt thành tốc độ bám dính bong bóng khác nhau. Trong thiết bị tuyển nổi, bột giấy được thông khí để bề mặt khoáng vật mục tiêu, được tạo ra bằng chất phản ứng kỵ nước, liên kết với bọt khí. Tập hợp hạt bong bóng nổi lên trên bề mặt; lớp bọt được cạo ra, làm đặc và lọc để thu được chất cô đặc cuối cùng.
Ba điều kiện cơ bản phải được đáp ứng:
- Khoáng chất có giá trị phải được giải phóng khỏi gangue, xuất phát từ quá trình nghiền đúng cách.
- Bề mặt mục tiêu phải kỵ nước có chọn lọc, xuất phát từ hóa học thu gom.
- Tế bào phải tạo ra các bong bóng nhỏ và ổn định, xuất phát từ cánh quạt và bộ tạo bọt.
Những điều kiện này cũng giải thích tại sao quá trình tuyển nổi được áp dụng cho nhiều vật liệu đến vậy: bất cứ khi nào có thể tạo ra sự khác biệt về tính kỵ nước có chọn lọc, thì quy trình tuyển nổi có thể được thiết kế xung quanh nó. Để có cái nhìn sâu hơn về hoạt động của mạch, hãy xem phần nguyên tắc chính của thiết bị tuyển nổi trong việc làm giàu .
Công dụng chính của tuyển nổi trong công nghiệp
Công dụng rõ ràng nhất của tuyển nổi là khai thác kim loại, nhưng công nghệ này cũng được áp dụng trong xử lý hóa chất, tái chế và xử lý môi trường. Bảng dưới đây tóm tắt các nguồn cấp dữ liệu và mục tiêu điển hình.
| Trường ứng dụng | Thức ăn hoặc nguyên liệu điển hình | Mục tiêu chính |
|---|---|---|
| Tuyển nổi quặng sunfua | Quặng đồng, chì, kẽm, niken, molypden | Sản xuất chất cô đặc sunfua để nấu chảy |
| Tuyển nổi kim loại quý | Quặng vàng, quặng chứa bạc | Thu hồi vàng tự do và sunfua chứa vàng |
| Tuyển nổi ngược quặng sắt | Quặng hematit, magnetit | Giảm hàm lượng silica và nâng cao chất lượng sắt |
| tuyển nổi khoáng sản công nghiệp | Đá photphat, fluorit, than chì | Nâng cấp khoáng sản để sử dụng phân bón và hóa chất |
| tuyển nổi kali | Sylvinite, nước muối hồ muối | Tách kali clorua khỏi natri clorua |
| Tái chế và khắc phục | Giấy thải, nhựa hỗn hợp, đất ô nhiễm | Tẩy mực, phân loại nhựa, thu hồi kim loại nặng |
| Xử lý nước | Nước thải công nghiệp, nước thải nhiễm dầu | Loại bỏ chất rắn lơ lửng, dầu mỡ |
Làm giàu quặng kim loại
Phần lớn nhất của công suất tuyển nổi được lắp đặt trong các máy tập trung kim loại cơ bản. Quặng sunfua phản ứng tốt với các chất thu gom xanthate, đó là lý do tại sao các nhà máy đồng, kẽm, chì và niken hầu như luôn sử dụng mạch tuyển nổi sau khi nghiền. Tuyển nổi cũng thu hồi molypden và bạc khi chúng xuất hiện cùng với sunfua đồng, và nó được sử dụng để thu hồi vàng từ quặng pyritic trước khi lọc xyanua.
Thủy luyện và chế biến hồ muối
Trong các nhà máy thủy luyện kim, tuyển nổi được sử dụng để thu hồi các giá trị kim loại từ xỉ, chất kết dính và cặn. Ví dụ, xỉ luyện đồng được nghiền và thả nổi để trả lại đồng còn sót lại cho lò luyện. Trong hóa học hồ muối, tuyển nổi là một bước tiêu chuẩn trong sản xuất kali, giúp loại bỏ halit và đất sét khỏi kali clorua.
Tái chế, xử lý và xử lý nước
Nguyên lý hóa học bề mặt tương tự cũng giải quyết được các vấn đề môi trường. Tuyển nổi khử mực giấy tái chế, tách nhựa có đặc tính làm ướt khác nhau và loại bỏ các hạt chứa kim loại nặng khỏi đất bị ô nhiễm và trầm tích nạo vét. Trong xử lý nước thải, tuyển nổi không khí hòa tan sẽ loại bỏ dầu, mỡ và chất rắn lơ lửng nhẹ ra khỏi nước thải công nghiệp. Các ứng dụng này đang phát triển khi áp lực thu hồi vật liệu từ các nguồn tài nguyên thứ cấp ngày càng tăng.
Mạch tuyển nổi được tổ chức như thế nào
Mạch tuyển nổi là một chuỗi các máy móc và các bước xử lý chứ không phải một bể chứa đơn lẻ. Việc sắp xếp phụ thuộc vào loại quặng và đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm cuối cùng, nhưng luôn có một số giai đoạn.
- Nghiền và nghiền giải phóng khoáng chất có giá trị khỏi gangue.
- Điều hòa trộn bột giấy với các chất thu gom, tạo bọt và điều chỉnh độ pH.
- Tuyển nổi thô hơn thu thập chất cô đặc đầu tiên từ bột thức ăn.
- Tuyển nổi chất thải xử lý các chất thải thô hơn để thu hồi các giá trị còn lại.
- Tuyển nổi sạch hơn sẽ làm nổi lại chất cô đặc thô hơn để tăng cấp độ.
- Việc mài lại sẽ mở các hạt bị khóa và đưa chúng trở lại mạch điện.
- Khử nước sẽ loại bỏ nước khỏi chất cô đặc để vận chuyển hoặc xử lý tiếp.
Trong một máy cô đặc đồng điển hình, quặng được nghiền đến kích cỡ mà 70 đến 80 phần trăm vượt qua 74 micron trước khi đi vào lớp thô hơn. Trong nhà máy pyrit chứa vàng, mạch tương tự có thể được sử dụng để sản xuất tinh quặng sunfua số lượng lớn, sau đó được nghiền lại để tách vàng ra khỏi xyanua. Các bước của quy trình trông giống nhau nhưng sơ đồ thuốc thử và thời gian lưu lại khá khác nhau.
Thiết bị tuyển nổi và các loại máy
Thiết bị tuyển nổi bao gồm từ phòng thí nghiệm nhỏ đến bể công nghiệp có thể tích trên 300 mét khối. Phân loại cơ bản theo phương pháp cấp khí: máy tự nạp khí cơ học và máy bơm hơi.
Máy tự sục khí
Các máy như máy tuyển nổi loại BF được phân loại là tự sục khí vì cánh quạt hút không khí vào bột giấy khi nó quay. Những tế bào này phổ biến ở các nhà máy vừa và nhỏ, đặc biệt là những nơi không có hệ thống khí nén riêng.
Máy tuyển nổi BF tự sục khí cho nhà máy vừa và nhỏ Một tế bào khuấy cơ học hút không khí một cách tự nhiên bằng cánh quạt hình nón đôi khép kín, lý tưởng cho những nơi không có khí nén. Nó kết hợp lực hút và tuyển nổi để đơn giản hóa việc thiết lập mạch. Xem sản phẩm → Máy thổi khí
Các buồng bơm khí như loại XCF và KYF sử dụng nguồn cung cấp không khí bên ngoài, cho phép kiểm soát sục khí và khuấy trộn độc lập. Loại XCF và KYF thường được kết hợp trong một ngân hàng: một tế bào XCF ở đầu ngân hàng đóng vai trò như một bể hút, còn lại là các tế bào bơm hơi. Điều này loại bỏ sự cần thiết của máy bơm bùn giữa các giai đoạn tuyển nổi.
Kết hợp máy tuyển nổi lạm phát không khí XCF/KYF Sử dụng nguồn cung cấp không khí bên ngoài để kiểm soát sục khí độc lập và ghép một tế bào hút XCF với các tế bào dòng chảy trực tiếp KYF để loại bỏ máy bơm bùn giữa các giai đoạn. Thích hợp cho các mạch vừa và lớn. Xem sản phẩm → Máy tuyển nổi lớn
Các tế bào tuyển nổi lớn đã thay đổi tính kinh tế của việc chế biến quặng cấp thấp. Một tế bào lớn có thể thay thế nhiều tế bào nhỏ hơn, cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng, không gian sàn và công việc bảo trì. Yêu cầu chính là hệ thống phân tán không khí ổn định và thiết kế xả bọt hoạt động ở độ sâu.
Cánh quạt, độ sâu bể, thiết kế hình nón bọt và van điều khiển không khí phải phù hợp với mật độ bột giấy và phân bổ kích thước hạt của nguyên liệu.
Thuốc thử tuyển nổi được sử dụng trong mạch thương mại
Hóa chất thuốc thử làm thay đổi bề mặt khoáng chất để quá trình tuyển nổi có thể phân biệt giữa các hạt trông giống như sự phân tách trọng lực. Bảng dưới đây liệt kê ba loại thuốc thử chính.
| Lớp thuốc thử | Chức năng chính | Ví dụ công nghiệp |
|---|---|---|
| Người sưu tầm | Hấp phụ vào khoáng chất mục tiêu và làm cho nó kỵ nước | Xanthates, dithiophosphates, axit béo |
| anh em | Ổn định bong bóng và tạo thành lớp bọt trên bề mặt bột giấy | MIBC, dầu thông, ete polyglycol |
| Bộ điều chỉnh | Giảm gangue, kích hoạt khoáng chất hoặc kiểm soát độ pH của bột giấy | Vôi, tro soda, natri silicat, đồng sunfat |
Một sơ đồ thuốc thử thực tế cho quặng đồng-kẽm bắt đầu bằng vôi để làm giảm pyrit, sau đó dùng chất thu đồng để làm nổi chalcopyrit trong khi kẽm được giữ lại. Sau khi loại bỏ đồng, đồng sunfat được thêm vào để kích hoạt sphalerit và chất thu gom được định lượng lại để làm nổi kẽm. Chu trình tương tự được lặp lại ở các giai đoạn sạch hơn với mật độ bột giấy thấp hơn và tạo bọt nhẹ hơn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến việc phục hồi tuyển nổi
Có nhiều biến số quyết định liệu một nhà máy tuyển nổi có đạt được mục tiêu phục hồi hay không. Các nhà khai thác thường theo dõi sáu điều này.
- Kích thước hạt: các hạt thô nặng và vỡ ra khỏi bong bóng; các hạt rất mịn bỏ lỡ bề mặt bong bóng. Phạm vi kích thước trung bình mang lại sự phục hồi tốt nhất.
- Mật độ bột giấy: bột giấy quá dày làm giảm chất lượng bọt; bột giấy quá mỏng sẽ làm tăng tiêu thụ nước và năng lượng.
- Liều lượng thuốc thử: giá trị lá dưới liều lượng trong chất thải; dùng quá liều làm giảm mức độ cô đặc.
- Tốc độ sục khí: điều chỉnh diện tích bề mặt bong bóng; tốc độ không khí quá cao có thể làm vỡ bọt.
- pH và tiềm năng bột giấy: tuyển nổi sunfua tiêu chuẩn chạy trong bột giấy kiềm để bảo vệ màng thu gom và khử khoáng sắt.
- Thời gian cư trú: nếu cùi rời khỏi tế bào quá nhanh, các chất khoáng trôi chậm sẽ bị mất đi; nếu để quá lâu, gangue sẽ được đưa vào chất cô đặc.
Biểu đồ dưới đây cho thấy mối quan hệ điển hình giữa kích thước hạt và khả năng thu hồi tuyển nổi đối với quặng sunfua.
Thu hồi tuyển nổi điển hình so với kích thước hạt
Các giá trị chính xác khác nhau giữa các loại quặng, nhưng hình dạng của đường cong là nhất quán ở các nhà máy kim loại cơ bản. Nếu mức thu hồi giảm ở phía thô, nhà máy thường tăng liều lượng thu gom hoặc độ sâu bọt. Nếu giọt nước ở phía mịn, cây có thể cần chất kết tụ, chất thu gom mạnh hơn hoặc thiết kế tế bào khác.
Lựa chọn thiết bị tuyển nổi cho dự án thực tế
Việc lựa chọn máy tuyển nổi phù hợp cho nhà máy mới hoặc nâng cấp là một quá trình từng bước. Trọng tải thức ăn theo kế hoạch xác định tổng khối lượng tế bào. Khoáng vật học quặng xác định sơ đồ thuốc thử và số giai đoạn làm sạch. Kích thước hạt thức ăn và cấp độ cô đặc cần thiết xác định loại tế bào và độ sâu.
Một ví dụ có liên quan là dự án cải cách kỹ thuật tuyển nổi tại nhà máy kẽm công suất 3.000 tấn/ngày của Công nghiệp Kẽm Vân Nam Jinding. Trong nhà máy đó, các tế bào hiện tại không thể phục hồi đủ sphalerite mịn, và giải pháp là thay đổi cấu hình máy thay vì xây dựng lại bộ phận nghiền. Đề cương của dự án này giải thích cách sắp xếp tuyển nổi mới đã nâng cao khả năng thu hồi trong khi vẫn giữ được cấp độ cô đặc trong yêu cầu của nhà máy luyện kim. Trong các nhà máy luyện đồng và luyện kim có công suất lớn, loại phân tích tương tự thường dẫn đến các máy tuyển nổi lớn, làm giảm số lượng tế bào và mức tiêu thụ năng lượng.
Máy tuyển nổi công suất lớn cho các nhà máy có trọng tải lớn Được thiết kế để xử lý nguồn cấp quặng cồng kềnh và tăng khả năng thu hồi đồng thời cắt giảm năng lượng và không gian sàn. Được cung cấp với kích thước lên tới 200m³, những ngăn này phù hợp với hoạt động khai thác quặng đồng, phốt phát và vật liệu chịu lửa. Xem sản phẩm → Đối với các nhà máy xử lý đá photphat, kali cacbonat hoặc quặng chịu lửa, logic lựa chọn tương tự được áp dụng, nhưng lượng bọt và độ ổn định của thuốc thử trở nên quan trọng hơn. Máy phải giữ bọt đủ lâu để các giai đoạn làm sạch thực hiện công việc của chúng và hình dạng tế bào phải xử lý được độ nhớt cao hơn của một số loại bột khoáng.
Câu hỏi thường gặp về tuyển nổi
Tuyển nổi bọt được sử dụng trong khai thác mỏ là gì?
Tuyển nổi bọt được sử dụng để tách các khoáng chất có giá trị khỏi gangue sau khi nghiền. Nó được áp dụng chủ yếu cho quặng sunfua của đồng, kẽm, chì và niken, mà còn cho vàng, molypden, phốt phát, fluorit và kali.
Tuyển nổi có thể được sử dụng cho các vật liệu phi khoáng sản?
Đúng. Nguyên tắc tương tự được sử dụng để khử mực giấy tái chế, tách nhựa hỗn hợp và loại bỏ các hạt chứa kim loại nặng khỏi đất bị ô nhiễm. Trong xử lý nước, tuyển nổi không khí hòa tan được sử dụng để loại bỏ dầu, mỡ và chất rắn lơ lửng.
Sự khác biệt giữa tuyển nổi và lắng đọng là gì?
Quá trình lắng đọng tách các hạt theo mật độ và để vật liệu lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực. Quá trình tuyển nổi phân tách bằng tính kỵ nước bề mặt và mang các hạt lên trên bằng bọt khí. Do đó, quá trình tuyển nổi có thể tách các hạt có mật độ gần như nhau nhưng bề mặt hóa học khác nhau.
Máy tuyển nổi thực sự làm gì?
Một máy tuyển nổi trộn bột giấy, phân tán không khí thành các bong bóng nhỏ và giữ cho lớp bọt đủ ổn định để thu gom. Cơ cấu cánh quạt và hình dạng bể xác định phạm vi kích thước của các hạt mà máy có thể xử lý một cách hiệu quả.
Tại sao kích thước hạt rất quan trọng trong tuyển nổi?
Các hạt thô quá nặng đối với bong bóng và các hạt mịn không va chạm với bong bóng đủ thường xuyên. Mỗi quặng có phạm vi kích thước tối ưu trong đó khả năng phục hồi là cao nhất; di chuyển ra ngoài phạm vi đó sẽ làm giảm khả năng hồi phục ngay cả khi công thức thuốc thử đúng.
