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Flotation ist eine Trenntechnik, bei der mithilfe von Luftblasen wertvolle Mineralpartikel aus einem wasserbasierten Brei gesammelt werden. Wenn Sie fragen, wofür Flotation verwendet wird, lautet die direkte Antwort, dass Flotation dazu dient, wertvolle Mineralien vom Abfallgestein zu trennen, Erze vor dem Schmelzen und Auslaugen aufzuwerten und feine Partikel zurückzugewinnen, die durch Schwerkraftprozesse nicht verarbeitet werden können. Über den Bergbau hinaus wird das gleiche Prinzip beim Papierrecycling, der Kunststofftrennung, der Bodensanierung und der ölhaltigen Abwasserbehandlung angewendet.
Der Prozess basiert auf der Oberflächenchemie. Reagenzien machen das Zielmineral hydrophob, Luftblasen lagern sich an diesen Partikeln an und ein stabiler Schaum trägt sie an die Oberfläche, wo sie als Konzentrat entfernt werden. In den folgenden Abschnitten werden die Hauptanwendungen der Flotation, die Schritte in einem Konzentrator, die beteiligten Geräte und Chemikalien sowie die Variablen erläutert, die über Gewinnung und Gehalt entscheiden.
Was ist Flotation und wie funktioniert sie?
Flotation, manchmal auch Schaumflotation genannt, ist eine physikalisch-chemische Trennmethode. Es wandelt Unterschiede in der Oberflächenbenetzbarkeit in unterschiedliche Geschwindigkeiten der Blasenanlagerung um. In einer Flotationszelle wird der Zellstoff belüftet, sodass sich die durch Reagenzien hydrophobierte Zielmineraloberfläche an Luftblasen bindet. Das Blasen-Partikel-Aggregat steigt an die Oberfläche; Die Schaumschicht wird abgekratzt, eingedickt und filtriert, um das Endkonzentrat zu erhalten.
Drei Grundvoraussetzungen müssen erfüllt sein:
- Das wertvolle Mineral muss von der Gangart befreit werden, die durch die richtige Vermahlung entsteht.
- Die Zieloberfläche muss selektiv hydrophob sein, was auf die Kollektorchemie zurückzuführen ist.
- Die Zelle muss kleine und stabile Blasen produzieren, die vom Laufrad und der Düse stammen.
Diese Bedingungen erklären auch, warum die Flotation bei so vielen Materialien angewendet wird: Immer wenn ein selektiver Unterschied in der Hydrophobie erzeugt werden kann, kann ein Flotationsprozess darauf aufbauend konzipiert werden. Weitere Informationen zum Schaltungsbetrieb finden Sie im Hauptprinzip der Flotationsausrüstung bei der Aufbereitung .
Hauptanwendungen der Flotation in der Industrie
Der sichtbarste Einsatzbereich der Flotation ist der Metallabbau, die Technologie ist aber auch in die chemische Verarbeitung, das Recycling und die Umweltbehandlung eingebettet. Die folgende Tabelle fasst die typischen Feeds und Ziele zusammen.
| Anwendungsgebiet | Typisches Futter oder Material | Hauptziel |
|---|---|---|
| Flotation von Sulfiderz | Kupfer-, Blei-, Zink-, Nickel-, Molybdänerz | Ein Sulfidkonzentrat zum Schmelzen herstellen |
| Edelmetallflotation | Golderz, silberhaltiges Erz | Gewinnen Sie feines freies Gold und goldhaltige Sulfide |
| Umkehrflotation von Eisenerz | Hämatit, Magnetiterz | Senken Sie den Siliciumdioxidgehalt und erhöhen Sie den Eisengehalt |
| Industrielle Mineralflotation | Phosphatgestein, Fluorit, Graphit | Werten Sie Mineralien für den Einsatz als Düngemittel und Chemikalien auf |
| Kaliflotation | Sylvinit, Salzseesole | Trennen Sie Kaliumchlorid von Natriumchlorid |
| Recycling und Sanierung | Altpapier, gemischte Kunststoffe, kontaminierter Boden | Tinte entfernen, Kunststoffe sortieren, Schwermetalle zurückgewinnen |
| Wasseraufbereitung | Industrieabwasser, ölhaltiges Abwasser | Schwebstoffe, Öl und Fett entfernen |
Aufbereitung von Metallerzen
Der größte Teil der Flotationskapazität ist in Basismetallkonzentratoren installiert. Sulfiderze reagieren gut auf Xanthat-Sammler, weshalb Kupfer-, Zink-, Blei- und Nickelwerke nach der Mahlung fast immer einen Flotationskreislauf nutzen. Durch die Flotation werden auch Molybdän und Silber zurückgewonnen, wenn sie zusammen mit Kupfersulfiden auftreten, und sie wird zur Gewinnung von Gold aus pyritischen Erzen vor der Zyanidlaugung eingesetzt.
Hydrometallurgie und Salzseeverarbeitung
In hydrometallurgischen Anlagen wird die Flotation zur Gewinnung von Metallwerten aus Schlacken, Steinen und Rückständen eingesetzt. Beispielsweise wird Kupferschmelzschlacke gemahlen und flotiert, um Restkupfer in die Schmelze zurückzuführen. In der Salzseechemie ist die Flotation ein Standardschritt bei der Kaliproduktion und hilft dabei, Halit und Ton aus Kaliumchlorid zu entfernen.
Recycling, Sanierung und Wasseraufbereitung
Das gleiche Prinzip der Oberflächenchemie löst auch Umweltprobleme. Durch die Flotation wird Recyclingpapier entfärbt, Kunststoffe mit unterschiedlichem Benetzungsverhalten abgetrennt und schwermetallhaltige Partikel aus kontaminiertem Boden und Baggersediment entfernt. Bei der Abwasserbehandlung hebt die Flotation mit gelöster Luft Öl, Fett und leichte Schwebstoffe aus industriellen Abwässern an. Diese Anwendungen nehmen zu, da der Druck, Materialien aus Sekundärressourcen zurückzugewinnen, zunimmt.
Wie ein Flotationskreislauf organisiert ist
Ein Flotationskreislauf besteht aus einer Abfolge von Maschinen und Prozessschritten und nicht aus einem einzelnen Tank. Die Anordnung hängt von der Erzart und der Endproduktspezifikation ab, es sind jedoch immer mehrere Stufen vorhanden.
- Durch Zerkleinern und Mahlen wird das wertvolle Mineral aus der Gangart freigesetzt.
- Bei der Konditionierung wird das Fruchtfleisch mit Sammlern, Schäumern und pH-Modifikatoren vermischt.
- Eine grobere Flotation sammelt ein erstes Konzentrat aus dem Futterbrei.
- Die Scavenger-Flotation behandelt die groberen Rückstände, um die verbleibenden Werte zurückzugewinnen.
- Bei der saubereren Flotation wird das gröbere Konzentrat erneut flotiert, um den Gehalt zu erhöhen.
- Durch die Nachmahlung werden eingeschlossene Partikel gelöst und in den Kreislauf zurückgeführt.
- Durch die Entwässerung wird dem Konzentrat Wasser für den Transport oder die Weiterverarbeitung entzogen.
In einem typischen Kupferkonzentrator wird das Erz auf eine Größe gemahlen, bei der 70 bis 80 Prozent 74 Mikrometer passieren, bevor es in das rauere Ufer gelangt. In einer goldhaltigen Pyritanlage kann derselbe Kreislauf zur Herstellung eines großen Sulfidkonzentrats verwendet werden, das dann erneut gemahlen wird, um das Gold für die Zyanidlaugung freizulegen. Die Prozessschritte sehen ähnlich aus, das Reagenzienschema und die Verweilzeiten sind jedoch recht unterschiedlich.
Flotationsausrüstung und Maschinentypen
Die Flotationsausrüstung reicht von kleinen Laborzellen bis hin zu Industrietanks mit Volumina über 300 Kubikmetern. Die grundlegende Klassifizierung erfolgt nach Luftversorgungsmethode: mechanische Selbstbelüftungsmaschinen und Luftaufblasmaschinen.
Selbstbelüftete Maschinen
Maschinen wie die Flotationsmaschine vom Typ BF werden als selbstbelüftet eingestuft, da das Laufrad beim Rotieren Luft in den Zellstoff zieht. Diese Zellen kommen häufig in mittleren und kleinen Anlagen vor, insbesondere dort, wo kein separates Druckluftsystem verfügbar ist.
Selbstbelüftete BF-Flotationsmaschine für kleine und mittlere Anlagen Eine mechanische Rührzelle, die mit einem geschlossenen Doppelkegellaufrad auf natürliche Weise Luft ansaugt, ideal für Standorte ohne Druckluft. Es kombiniert Saug- und Flotationsfunktion, um die Einrichtung des Kreislaufs zu vereinfachen. Produkt anzeigen → Luftaufblasmaschinen
Luftaufblaszellen wie die XCF- und KYF-Typen nutzen eine externe Luftzufuhr und ermöglichen so eine unabhängige Steuerung von Belüftung und Rühren. Die Typen XCF und KYF werden häufig in einer Bank kombiniert: Eine XCF-Zelle am Kopf der Bank fungiert als Saugtank, während die übrigen Zellen Luftaufblaszellen sind. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Schlammpumpe zwischen den Flotationsstufen.
XCF/KYF-Luftaufblas-Flotationsmaschinenkombination Verwendet externe Luftzufuhr zur unabhängigen Belüftungssteuerung und kombiniert eine XCF-Saugzelle mit KYF-Direktflusszellen, um Schlammpumpen zwischen den Stufen zu vermeiden. Geeignet für mittlere und große Kreisläufe. Produkt anzeigen → Große Flotationsmaschinen
Große Flotationszellen haben die Wirtschaftlichkeit der Verarbeitung minderwertiger Erze verändert. Eine einzelne große Zelle kann mehrere kleinere ersetzen und so den Energieverbrauch, die Stellfläche und den Wartungsaufwand senken. Die Hauptanforderung ist ein stabiles Luftverteilungssystem und ein Schaumausstoßdesign, das in der Tiefe funktioniert.
Das Laufrad, die Tanktiefe, das Schaumkegeldesign und das Luftregelventil müssen zur Zellstoffdichte und Partikelgrößenverteilung des Futters passen.
Flotationsreagenzien, die in kommerziellen Kreisläufen verwendet werden
Die Reagenzienchemie verändert die Mineraloberfläche, sodass der Flotationsprozess zwischen Partikeln unterscheiden kann, die einer Schwerkrafttrennung ähneln. In der folgenden Tabelle sind die drei Hauptreagenztypen aufgeführt.
| Reagenzklasse | Hauptfunktion | Beispiele aus der Industrie |
|---|---|---|
| Sammler | Adsorbieren Sie am Zielmineral und machen Sie es hydrophob | Xanthate, Dithiophosphate, Fettsäuren |
| Schäumer | Stabilisieren Sie die Blasen und bilden Sie eine Schaumschicht auf der Fruchtfleischoberfläche | MIBC, Kiefernöl, Polyglykolether |
| Regulierungsbehörden | Senken Sie die Gangart, aktivieren Sie Mineralien oder kontrollieren Sie den pH-Wert der Pulpa | Kalk, Soda, Natriumsilikat, Kupfersulfat |
Ein praktisches Reagensschema für ein Kupfer-Zink-Erz beginnt mit Kalk zur Unterdrückung von Pyrit und anschließend mit einem Kupfersammler zur Flotation von Chalkopyrit, während Zink zurückgehalten wird. Nach der Kupferentfernung wird Kupfersulfat zugesetzt, um Sphalerit zu aktivieren, und ein Sammler wird erneut dosiert, um Zink zu flotieren. Der gleiche Zyklus wird in Reinigungsstufen mit geringerer Fruchtfleischdichte und milderem Schaum wiederholt.
Faktoren, die die Flotationswiederherstellung beeinflussen
Viele Variablen bestimmen, ob eine Flotationsanlage ihr Rückgewinnungsziel erreicht. Normalerweise überwachen Betreiber diese sechs.
- Partikelgröße: grobe Partikel sind schwer und lösen sich von Blasen; Sehr feine Partikel verfehlen die Blasenoberfläche. Ein mittlerer Größenbereich bietet die beste Erholung.
- Zellstoffdichte: ein zu dickes Fruchtfleisch verringert die Schaumqualität; Ein zu dünner Brei erhöht den Wasser- und Energieverbrauch.
- Reagenzdosierung: Eine Unterdosierung führt zu Wertverlusten in den Rückständen. Eine Überdosierung senkt den Konzentratgehalt.
- Belüftungsrate: passt die Blasenoberfläche an; Eine zu hohe Luftrate kann den Schaum zusammenbrechen lassen.
- pH-Wert und Zellstoffpotenzial: Standardmäßige Sulfidflotationen werden in alkalischem Zellstoff durchgeführt, um Kollektorfilme zu schützen und Eisenmineralien zu reduzieren.
- Verweilzeit: Wenn das Fruchtfleisch die Zellen zu schnell verlässt, gehen langsam schwebende Mineralien verloren; bleibt es zu lange, wird Gangart in das Konzentrat eingetragen.
Das folgende Diagramm zeigt eine typische Beziehung zwischen Partikelgröße und Flotationsausbeute für ein Sulfiderz.
Typische Flotationsrückgewinnung im Verhältnis zur Partikelgröße
Die genauen Werte unterscheiden sich je nach Erz, aber die Form der Kurve ist bei Basismetallanlagen gleich. Wenn der Rückgewinnungsabfall eher grob ist, erhöht die Anlage normalerweise die Kollektordosierung oder die Schaumtiefe. Wenn der Tropfen eher fein ist, benötigt die Anlage möglicherweise ein Flockungsmittel, einen stärkeren Kollektor oder ein anderes Zellendesign.
Auswahl von Flotationsgeräten für reale Projekte
Die Auswahl der richtigen Flotationsmaschine für eine neue Anlage oder eine Modernisierung ist ein schrittweiser Prozess. Die geplante Futtermenge bestimmt das Gesamtzellvolumen. Die Erzmineralogie bestimmt das Reagenzienschema und die Anzahl der Reinigungsstufen. Die Partikelgröße des Futters und die erforderliche Konzentratqualität bestimmen den Zelltyp und die Zelltiefe.
Ein relevantes Beispiel ist das technische Reformprojekt für die Flotation im Zinkbetrieb von Yunnan Jinding Zinc Industry mit einer Kapazität von 3.000 Tonnen pro Tag. In dieser Anlage konnten die vorhandenen Zellen nicht genügend feines Sphalerit zurückgewinnen, und die Lösung bestand darin, die Maschinenkonfiguration zu ändern, anstatt den Mahlbereich umzubauen. Der Grundriss dieses Projekts erklärt, wie die neue Flotationsanordnung die Gewinnung steigerte und gleichzeitig den Konzentratgehalt innerhalb der Schmelzanforderungen hielt. In Kupfer- und Schmelzanlagen mit hoher Tonnage führt die gleiche Art der Analyse normalerweise zu großen Flotationsmaschinen, die die Zellzahl und den Energieverbrauch reduzieren.
Flotationsmaschinen mit großer Kapazität für Anlagen mit hoher Tonnage Entwickelt, um große Erzmengen zu bewältigen und die Ausbeute zu steigern, während gleichzeitig Energie und Platzbedarf eingespart werden. Diese Zellen werden in Größen von bis zu 200 m³ angeboten und eignen sich für Kupfer-, Phosphat- und feuerfeste Erzbetriebe. Produkt anzeigen → Für Anlagen, die Phosphatgestein, Kali oder feuerfeste Erze verarbeiten, gilt die gleiche Auswahllogik, aber die Schaumbelastung und die Reagenzstabilität werden wichtiger. Die Maschine muss den Schaum lange genug halten, damit die Reinigungsschritte ihre Arbeit verrichten können, und die Zellform muss der höheren Viskosität einiger Mineralbrei standhalten.
Häufig gestellte Fragen zur Flotation
Wofür wird die Schaumflotation im Bergbau eingesetzt?
Mithilfe der Schaumflotation werden wertvolle Mineralien nach dem Mahlen vom Ganggestein getrennt. Es wird hauptsächlich auf Sulfiderze aus Kupfer, Zink, Blei und Nickel angewendet, aber auch auf Gold, Molybdän, Phosphat, Fluorit und Kali.
Kann Flotation für nichtmineralische Materialien eingesetzt werden?
Ja. Das gleiche Prinzip wird bei der Entfärbung von Recyclingpapier, bei der Trennung gemischter Kunststoffe und bei der Entfernung schwermetallhaltiger Partikel aus kontaminiertem Boden angewendet. Bei der Wasseraufbereitung wird die Flotation mit gelöster Luft zur Entfernung von Öl, Fett und Schwebstoffen eingesetzt.
Was ist der Unterschied zwischen Flotation und Sedimentation?
Durch die Sedimentation werden Partikel nach Dichte getrennt und das Material kann sich unter der Schwerkraft absetzen. Bei der Flotation erfolgt eine Trennung aufgrund der Oberflächenhydrophobie und der Transport der Partikel mit Luftblasen nach oben. Durch Flotation können daher Partikel abgetrennt werden, die nahezu die gleiche Dichte, aber unterschiedliche Oberflächenchemie haben.
Was macht eigentlich eine Flotationsmaschine?
Eine Flotationsmaschine mischt den Zellstoff, verteilt Luft in kleine Blasen und hält die Schaumschicht stabil genug für die Sammlung. Der Laufradmechanismus und die Tankgeometrie definieren den Größenbereich der Partikel, die die Maschine effizient verarbeiten kann.
Warum ist die Partikelgröße bei der Flotation so wichtig?
Grobe Partikel sind zu schwer für Blasen und feine Partikel kollidieren nicht häufig genug mit Blasen. Jedes Erz hat einen optimalen Größenbereich, in dem die Gewinnung am höchsten ist. Wenn Sie diesen Bereich verlassen, verringert sich die Wiederherstellung, selbst wenn die Reagenzrezeptur korrekt ist.
