Flotacja

Flotacja - proces selektywnego rozdzielania składników mieszaniny mający na celu wyodrębnienie produktów wzbogaconych w składniki bardziej użyteczne od pozostałych; wykorzystywany w praktyce przemysłowej do wyodrębniania np. rud miedzi, cynku, ołowiu, siarki, fosforu [A. Ostrowski 1994, s. 53]. Na skalę przemysłową proces flotacji opracowano po 1924r., a obecnie jest najpowszechniej stosowanym procesem ekstrakcji wielu minerałów z rud [Britannica Edycja Polska, tom 12, s267]. Flotacja jest oparta na wyzyskaniu różnic w zwilżalności ciał stałych przez ciecze do rozdzielania mieszanin niejednorodnych ciał stałych. Przed flotacją ruda musi być silnie rozdrobniona, tak aby zarówno użyteczne składniki rudy, jak i skała płonna występowały w postaci oddzielonych cząstek (ziarna poniżej 0.5mm, a czasami nawet poniżej 0.1mm); zmieloną rudę dodaję się porcjami do flotownika (aparatu flotacyjnego) w którym następuje intensywne mieszanie wody z dodatkiem odczynników flotacyjnych: pianotwórczych, zbierających (tj. kolektorów, które zmniejszają zwilżalność ziaren niektórych minerałów) i ewentualnie innych. Cząstki składników rudy, odznaczające się małą zwilżalnością przez wodę, przyczepiają się do banieczek piany i są unoszone do odstojników koncentratu, natomiast łatwo zwilżalne składniki rudy opadają na dno maszyny, skąd są usuwane jako odpady; ten rodzaj flotacji, przy której otrzymuję się jedną frakcję (jeden rodzaj) koncentratu nazywa się flotacją kolektywną.

Flotacją selektywną nazywa się flotacja rud polimetalicznych, połączoną z oddzielaniem od siebie poszczególnych na zasadzie wykorzystywania różnic zdolności zwiększania napięcia powierzchniowego wody przez różne składniki; w wyniki flotacji selektywnej uzyskuję się więc kilka frakcji koncentratu. Przy flotacji selektywnej do wody dodaje się oprócz odczynników pianotwórczych i zbierających, również tzw. odczynniki regulujące, tj. depresory (zwiększające zwilżalność niektórych składników) i aktywatory (zmniejszające tą zdolność). W wyniku flotacji uzyskuje się stopień wzbogacenia 20-30 (zawartość składnika użytecznego w koncentracie 20-30 razy większa niż w kopalinie); większy stopień wzbogacenia można uzyskać przez flotację wielokrotną, przy której występują jednak większe straty składnika użytecznego. Zdolność poszczególnych minerałów do flotacji, tj. do unoszenia się na powierzchni wody wraz z pianą, nazywa się zdolnością flotacyjną lub flotacyjnością. Oddział huty w którym jest przeprowadzana flotacja, nosi nazwę flotowni. W XIX w. opatentowano tzw. flotację olejową, w której czynnikiem unoszącym użyteczne cząstki był dodawany do wody olej mineralny [Wielka Encyklopedia Powszechna PWN, Tom 3, 1964, s. 741-742]

TL;DR

Flotacja to proces rozdzielania składników mieszaniny w celu wyodrębnienia bardziej użytecznych produktów. Stosowany jest w przemyśle do wyodrębniania minerałów z rud. Może być kolektywna (jedna frakcja koncentratu) lub selektywna (kilka frakcji koncentratu). Elektroflotacja jest procesem elektrochemicznym stosowanym w oczyszczaniu wody. Stosuje się go do rozdzielenia fazy stałej od fazy ciekłej. Proces flotacji stosuje się zamiast sedymentacji w celu eliminacji zawiesin lekkich i trudno sedymentujących. Odpady flotacyjne powstające z flotacji urobku węglowego są charakteryzowane przez drobne uziarnienie, wysoką wilgotność i zawartość substancji węglowej. Flotacja ma zastosowanie w diagnozowaniu chorób pasożytniczych, zapobieganiu zanieczyszczeń olejowych mórz, odbarwianiu papieru, segregacji odpadów i oczyszczaniu ścieków.

Etapy procesu flotacji

• Wytworzenie pęcherzyków w układzie heterogenicznym
• Kontakt pęcherzyków gazu i cząstek lub kropel oleju zawieszonych w wodzie
• Przyłączanie się cząstek lub kropel oleju do pęcherzy gazu
• Unoszenie pęcherzyków z przyłączonymi cząstkami do powierzchni gdzie flotowany materiał może zostać zgarnięty

Elektroflotacja

Elektroflotacja to proces elektrochemiczny stosowany w inżynierii środowiska, używany często zamiast sedymentacji. Możliwe jest to wtedy, gdy usuwane cząstki stałe mają gęstość mniejszą od wody lub różnica gęstości zawiesin i wody jest niewielka. Czynnikiem, który powoduje rozdzielenie faz i wyniesienie fazy stałej na powierzchnię mogą być pęcherzyki gazu i wtedy mamy do czynienia z flotacją gazową. W tym procesie źródłem pęcherzyków gazu jest elektroliza wody [D. Lipińska 2016 s. 25]

Cel

Celem flotacji stosowanej w oczyszczaniu wody jest rozdział fazy stałej (cząstek zawieszonych) od fazy ciekłej (wody). Jednak ze względu na spore koszty elektroflotacja stosowana jest jedynie przy oczyszczaniu niewielkich ilości ścieków oraz wody. Ilość zużywanej energii elektrycznej bywa niewspółmiernie duża w stosunku do uzyskiwanych efektów oczyszczania. Proces flotacji w uzasadnionych technologicznie warunkach stosuje się zamiast sedymentacji. Zwykle poprzedzony jest on koagulacją i zalecany jest do eliminacji z wody zawiesin lekkich i trudno sedymentujących. Zastosowana przed flotacją koagulacja powinna zapewnić maksymalną destabilizację koloidów. Badania przebiegu i skuteczności flotacji przeprowadzone w urządzeniach modelowych oraz technicznych wykazały, iż parametry procesu zależały od składu oczyszczanej wody, a głównie charakteru usuwanych zawiesin [A. L. Kowal 2003, s. 156]

Odpady flotacyjne

Odpady flotacyjne powstają z flotacji drobnych frakcji urobku węglowego. Ich cechą charakterystyczną jest bardzo drobne uziarnienie (mniej niż 1mm) oraz wysoka wilgotność. Po odwodnieniu w prasach filtracyjnych zawierają one około 20% wody. Zawartość substancji węglowej w odpadach flotacyjnych jest zróżnicowana i wynosi od kilku do prawie 30%, a zawartość siarki z reguły przekracza 1%. Odpady te w stanie mokrym (roboczym) charakteryzują się znaczną tiksotropią, przez co w trakcie transportu na większe odległości rozpływają się w jednolitą masę utrudniającą rozładunek [Cz. Rosik-Dulewska 2015 s. 293]

Zastosowanie

• Diagnozowanie chorób pasożytniczych przewodu pokarmowego
• Zapobieganie zanieczyszczeń mórz olejami pochodzących z eksploatacji mechanizmów i urządzeń okrętowych
• Odbarwianie papieru
• Segregacja odpadów
• Oczyszczanie ścieków

Flotacja — artykuły polecane

Polistyren — Poliwęglany — Polietylen — Paliwa alternatywne — Celuloid — Poli (metakrylan metylu) — Paliwa kopalne — Galwanizacja — Polipropylen

Bibliografia

• Duda I. (red.) (1995), Słownik pojęć towaroznawczych, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków
• Grzesiak K. (red.) (1999), Britannica - Edycja Polska, Wydawnictwo Kurpisz, Poznań
• Kowal A., Świderska-Bróż M. (2003), Oczyszczanie wody, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Lipińska D. (2016), Podstawy inżynierii środowiska, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź
• Marciniak-Kowalska J., Wójcik-Osip E. (2009), Badania procesu flotacji wielostrumieniowej węgla, Górnictwo i Geoinżynieria, Zeszyt 4
• PWN (1965), Wielka Encyklopedia Powszechna, PWN, Warszawa
• Rosik-Dulewska C. (2018), Podstawy gospodarki odpadami, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa

Autor: Kunecki Arkadiusz, Izabela Nosek