Проблеми флотації та їх вирішення

Вступ

Вода – невід'ємна основна частина всього живого, не представляючи ні якої живильної цінності, універсальний розчинник хімічних речовин – основна роль води в житті живих істот.

Для існування живого організму необхідно постійне утримання води в певній кількості. Зміна кількості споживаної води та її складу може призвести до порушень в процесах травлення, засвоєння їжі, кровотечі. Вода регулює теплообмін організму з навколишнім середовищем, підтримує температуру тіла. Правильний баланс води в організмі передбачає, що кількість отриманої та виділеної води однаково. При порушенні балансу можуть відбутися порушення процесу життєдіяльності.

У практично будь-якої води живуть всілякі мікроорганізми (бактерії, віруси, найпростіші, водорості, грибки). Серед мікроорганізмів зустрічаються як нешкідливі, так і небезпечні для здоров'я людини.

Основна проблема для здоров'я пов'язана з питною водою – наявність хвороботворних мікроорганізмів у воді. Пов'язано це з тим, що інфекції та вірусні захворювання відразу вражають організм людини, а різні органічні і неорганічні сполуки негативно впливають на організм після тривалого вживання забрудненої води.

Правильне очищення води – не тільки застава здоров'я людського організму, а й «життєдіяльності» промислового виробництва. Існує цілий ряд сучасних методів очищення води.

Механічне очищення води або освітлення

Може здійснюється різними способами: у полі відцентрових сил, відстоюванням, флотацією, фільтр, звуковим фільтр. Найбільшу застосування знаходить процес фільтрування через сітки, тканини, пористі матеріали, що фільтрує середу. Обумовлено це низькою вартістю обладнання і простотою експлуатації. Очищення води сріблом. Іони срібла мають бактеріостатичну та бактерицидну властивості. При концентраціях 50–100 мкг/л іони срібла володіють бактериостатическим дією і мають властивості. Очищення води від заліза. Обеззалізювання – одна з найскладніших завдань в водопідготовки. Навіть з елементарного огляду методів очищення води від заліза видно, що одного універсального економічно виправданого методу очищення, який можна було б застосувати в усіх випадках для будь-якої води, не існує.

Вибір конкретного методу знезалізнення залежить від досвіду фахівців компанії, яка робить водопідготовку, і від спектру обладнання, яке використовується даною компанією при очищенні води. Метод очищення води за допомогою іонообмінних смол. Іонний обмін за допомогою іонообмінних смол застосовується у водоочистці з середини минулого століття. Іонообмінна смола – складається з дрібних (близько міліметра) кульок з полімерних матеріалів. Кульки смоли вловлюють і вбирають з води іони різних забруднень, міняючи їх на звичайні іони інших речовин. Тобто здійснюється іонний обмін, тому називаються іонообмінні смоли або іоніти.

Обеззалізювання за допомогою іонного обміну. Іонний обмін – це процес поглинання іонітів (іонообмінні смоли) позитивних чи негативних іонів «забруднень» в обмін на еквівалентну кількість іонів іоніти.

Зниження жорсткості води. Пом'якшення води – процес зниження жорсткості води, тобто зменшення концентрації іонів кальцію і магнію. Жорсткість води – це властивість води, обумовлене наявністю у воді солей двовалентних катіонів, як правило кальцію (Са2+) та магнію (Mg2+).

Зворотний осмос. Сам процес зворотного осмосу, як спосіб очищення води, що використовується з початку 60-х років. Первісне застосування було для опріснення морської води. Сьогодні за принципом зворотного осмосу в світі виробляються сотні тисяч тонн питної води на добу.
Ультрафіолетові установки для знезараження води. Знезараження води – процес знищення мікроорганізмів. Значна частина бактерії і вірусів затримується в процесі очищення води (макрофільтрація) до 98%. Частина мікроорганізмів може містити патогенні організми (див. мікроорганізми в воді), тому для їх знищення потрібно знезараження води.

Рисунок 1. – Флотаційний цех на збагачувальній фабриці

Флотація (від фр. Flottation) – спосіб розділення сумішей твердих дрібних частинок, що належать різним речовинам, а також виділення крапель дисперсної фази з емульсій, заснований на їх різній змочуваності і здатності накопичуватися на поверхні розділу фаз. Флотація можлива тільки при неповному змочуванні поверхні частинок, що виділяються рідиною. Зазвичай це досягається шляхом додавання невеликих кількостей спеціальних речовин – флотореагентів. Продукти флотації: пінний продукт і камерний продукт.

Області застосування

·           Збагачення корисних копалин (руд кольорових металів, рідкісних і розсіяних елементів, вугілля, самородної сірки);

·           Розділення мінералів комплексних руд;

·           Розділення солей;

Очищення стічних вод, зокрема для виділення крапель масел і нафтопродуктів.

Види флотації

Сьогодні відомі такі способи флотації: плівкова флотація, пінна флотація, вакуумна флотація, компресійна флотація, адгезійна сепарація, йонна флотація, хімічна флотація, електрофлотація, пінна сепарація, йонна флотація, соляна флотація, масляна флотація і флотація з носієм.

Найпоширенішою є пінна флотація:

·           Пінна – при якій через суміш частинок з водою пропускають дрібні бульбашки повітря, частинки певних мінералів збираються на поверхні розділу фаз «повітря-рідина», прилипають до бульбашок повітря і виносяться з ними на поверхню у складі трифазної піни, яку надалі згущують і фільтрують. Як рідина найчастіше використовується вода, рідше насичені розчини солей (розділення солей, що входять до складу калійних руд) або розплави (збагачення сірки). Цей метод застосовується найширше;

Флотореагенти

Існує декілька типів флоторегантів, що відрізняються принципом дії:

·           Збирачі – реагенти, що вибірково сорбуються на поверхні мінералу, який необхідно перевести в піну, і що додають частинкам гідрофобні властивості. В якості збирачів використовують речовини, молекули яких мають дифильну будову: гідрофільна полярна група, яка закріплюється на поверхні частинок, і гідрофобний вуглеводневий ланцюг. Найчастіше збирачі є іонними з'єднаннями; залежно від того, який іон є активним розрізняють збирачі анионного і катионного типів. Рідше застосовуються збирачі, що є неполярними з'єднаннями, не здатними до дисоціації. Типовими збирачами є: ксантогенати і дитіофосфати – для сульфідних мінералів, натрієві мила і аміни – для несульфідних мінералів, гас – для збагачення вугілля. Витрата збирачів складає сотні грамів на тонну руди;

·           Регулятори – реагенти, в результаті виборчої сорбції яких на поверхні мінералу, останній стає гідрофільним і не здатним до флотації. Як регулятори застосовують солі неорганічних кислот і деякі полімери;

·           Піноутворювачі – призначені для поліпшення диспергування повітря і додання стійкості мінералізованим пінам. Піноутворювачами служать слабкі поверхнево-активні речовини.

Витрата піноутворювачів складає десятки грамів на тонну руди.

Відомо вже декілька тисяч різних флотореагентів.

Схеми флотації

Схема флотації може включати декілька послідовних операцій: основну, перечисну, контрольну.

Основна флотація – перша операція у кожному циклі, її основна мета – максимально можливе вилучення корисного компоненту. В результаті здійснення операції основної флотації не вдається отримати кондиційний концентрат і відвальні хвости внаслідок близькості флотаційних властивостей розділюваних мінералів, недостатнього розкриття зростків, недосконалості флотаційних апаратів. Тому отримані бідні концентрати і багаті хвости (іноді після додаткового подрібнення) направляють в операцію повторної (перечисної) флотації.

Перечисна флотація

Перечисна флотація – повторна флотація концентрату попередньої операції. Основною метою перечисної флотації є підвищення якості концентрату до кондиційної.

Контрольна флотація – повторна флотація відходів з метою остаточного вилучення корисного компоненту і отримання бідних відвальних хвостів.

Схема флотації будь-якого компоненту звичайно включає основну флотацію, одну або декілька перечисних флотацій концентрату і одну або декілька контрольних флотацій. Число перечисних і контрольних флотацій залежить від якості руди і вимог до концентратів. Якщо вміст корисного компоненту в руді малий, кондиції на вміст корисного компоненту у концентраті високі і мінерал легко флотується, то схеми включають велике число перечисних операцій концентрату (напр., для молібденових руд число перечищень концентрату досягає 6–8). При протилежних умовах число перечищень зменшується. В схемах обробки корисних копалин з дуже високим вмістом корисного компоненту (напр., вугілля) перечисних операцій може не бути зовсім. Для звичайних умов флотації число перечищень коливається від 2 до 4. Число контрольних операцій, як правило, не перевищує 2–3, але частіше за все схеми включають тільки одну контрольну флотацію.

Промислове очищення стічних вод припускає застосування в системах очищення різних технологій. Типова зливова каналізація використовує очисні споруди картріджного типу фільтрації і викликає ускладнення у зв′язку з частотою заміни наповнювача.

Ці системи водовідведення на відміну від типових систем водоочистки стоків включають модульні установки флотацій очищення стічних вод типу «АФ», призначені для очищення виробничих, оборотних і зливових стоків (дощових і талих вод) від жирів, нафтопродуктів, суспензій і інших забруднювачів, що знаходяться в стоках.

Рисунок 2 – Очисна установка типу «АФ»

В процесі роботи очисної установки типу «АФ» вода багато разів циркулює по контуру. Завдяки цьому вдається досягти максимального ступеня водоочистки і виключити можливість «проскакування» забруднюючих речовин (нефтешлама).

Після очищення промислових і зливових стоків на першому ступені системи очищення стоків методом флотації вода, при необхідності, може бути додатково очищена на адсорбційному фільтрі, що дозволяє проводити скидання очищеної води в міський каналізаційний колектор.

Циркуляційна місткість дозволяє організувати оборотний цикл використання води («водооборотка») і звести до мінімуму скидання очищеної води в каналізацію. При організації системи водовідведення з оборотним циклом достатньо очищення методом флотації, що дозволяє піти від використання витратних матеріалів (фільтр-сорбентов), різко скорочує кількість відходів.

Водоочисні установки напірної флотації типу «АФ»

Водоочисні споруди типу «АФ» є компактні модулі напірної флотації, що транспортуються, які можуть бути використані як локально, так і у складі існуючих систем водоочисних споруд для підвищення їх ефективності.

Установки очищення стоків типу «АФ» працюють при температурі навколишнього повітря не нижче +5°С, тому для цілорічної експлуатації можуть використовуватися тільки в опалювальних приміщеннях, що забезпечують вказаний вище температурний режим або в утепленому контейнері.

Основні переваги:

невеликі капітальні і експлуатаційні витрати

мінімальні витрати на будівництво – вмонтовується на наперед підготовлений фундамент

компактність

можливість до нарощування продуктивності

висока стійкість до коливань навантажень

проста і надійна експлуатація

легко обслуговувана апаратура флотатора – для обслуговування Установки типу «АФ» необхідний один оператор.

безперервність процесу

високий ступінь очищення

широкий діапазон застосування

значно велика швидкість процесу в порівнянні з відстоюванням

селективність виділення домішок

відсутність запаху

отримання шламу нижчої вологості (90–95%)

можливість рекуперації речовин

що видаляються

автономна каналізація

низьке енергоспоживання

Ступінь очищення:

стоків по нафтопродуктах не більше 0,05 міліграма/л

стоків по зважених речовинах не більше 10 міліграма/л

Промислове очищення стоків із застосуванням установок типу «АФ» дозволяє нарощувати потужності, враховуючи кредитоспроможність підприємства.

Сучасний рівень розвитку суспільства, промислового виробництва, екологічний стан навколишнього середовища зумовили підвищені вимоги до якості стічних вод що скидаються у водні об’єкти. Традиційні технології біологічного очищення в аеротенках або на біофільтрах вже не забезпечують очищених стічних вод сучасних вимог, що пред’являються до якості.
Це викликає необхідність будівництва дорогих додаткових стадій глибокої доочистки біологічно очищених стічних вод, вартість яких складає до 30% вартості всього комплексу очисних споруд.

При широкому використанні біотехнологій для очищення стічних вод вони поки лише в обмеженому масштабі використовуються для очищення природних вод із-за низьких питомих швидкостей окислення і зростання мікроорганізмів і неможливості в цих умовах утримати біомасу в реакторі.

Широке впровадження біотехнологій в області очищення природних вод і підготовки питної води, особливо для видалення розчинених органічних і неорганічних домішок (з’єднань азоту, сірководня, заліза, кольоровості, СПАВ і ін.), які складно видаляти физико-хімічними методами, є вельми актуальним, але таким, що важко реалізовується на базі традиційних технологій завданням.

Корінне поліпшення техніко-економічних характеристик біотехнологій очищення природних і стічних вод перспективно у напрямі створення гібридних біомембранних технологій, які дозволяють максимально використовувати потенційні можливості біотехнологій і мембранного фільтрування, і виключити їх недоліки.

Із-за високої вартості протилежно осмотичних, мембран ультрафильтраційних і мікрофільтрацій, їх низької продуктивності і високих витрат енергії при фільтруванні, застосування мембранних технологій для очищення природних і стічних вод носило вельми обмежений характер.

Висновок

В даній роботі «Проблеми флотації та їх вирішення» було досліджено види флотацій, схеми їх будови Види методи, прилади очищення зливних дощових та талих виробничих стоків, доцільність використання цих приладів при очищені виробничих стоків при водоочисці. Широке впровадження біотехнологій в області очищення природних вод і підготовки питної води, особливо для видалення розчинених органічних і неорганічних домішок (з’єднань азоту, сірководню, заліза, кольоровості, СПАВ і ін.), які складно видаляти фізико-хімічними методами, є вельми актуальним, але таким, що важко реалізовується на базі традиційних технологій завданням. Отже треба вдосконалювати види та методи флотацій які використовуються у виробництві і обраховувати економічні, екологічні перспективи використання.

Перелік посилань

1. Гірничий енциклопедичний словник: в 3 т. / За ред. В.С. Білецького. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2001–2004.

2. Смирнов В.О., Білецький В.С. Флотаційні методи збагачення корисних копалин. Донецьк: Східний видавничий дім, НТШ - Донецьк – 2010. – 496 с.