Основи на флотацията на пяна
От началото на 20 век процесите на преработка и обогатяване на минерални суровини непрекъснато се подобряват. Един от най-важните етапи беше развитието на метода на пенлива флотация. Работата по тази технология отне много време, нещо беше направено погрешно, но в крайна сметка тя придоби сегашния си вид и се превърна в неразделна част от съвременния добив.
Методът на флотация с пяна играе важна роля за обогатяването на основни и благородни метали; неговите разновидности могат да бъдат намерени в хранително-вкусовата промишленост, в производството на хартия. Въпреки че химията на флотацията на пяна е сложна, основите не са толкова трудни за разбиране, така че си струва да разгледаме по-отблизо основните принципи на тази технология.
Процесът на флотация на пяна се основава на характерните свойства на минералите: по своята същност някои от тях лесно се омокрят с вода (хидрофилна), докато други, имащи естествена мазна повърхност, я отблъскват (хидрофобна).
Печелившите са били добре запознати с тези различия още в началото на 20-ти век. Те ги взеха предвид и ги използваха при разработването на метод за обогатяване, който трябваше ефективно да отдели минералите от благородни метали от останалите в рамките на един депозит. В крайна сметка е наречен пяна флотация.
Основната идея зад метода на флотация с пяна е добре позната и позната на всеки търсач, който някога е имал възможността да наблюдава как фините златни частици се събират на повърхността на водата (златото е донякъде хидрофобно). Поради тази причина тавата трябва да бъде добре почистена от мазнини, наличието на които допринася за флотация. Днешните тави рядко се използват за готвене, но преди са били използвани от миньорите за различни цели. Поради тази причина тавата трябваше да се поддържа чиста, в противен случай миньорът може да загуби фино злато при измиване на пясъка.
Друг пример за практическо използване на хидрофобните свойства на някои минерали са мастните маси за извличане на диаманти от кимберлитови руди. Диамантите отблъскват водата и поради това се улавят в мазнините, докато други минерали се овлажняват и стават донякъде олеофобни. Този принцип е отдавна известен, но разработването на подходящо и ефективно оборудване беше доста бавно.
За ефективно разделяне на минералите те трябва да бъдат достатъчно смлени. Почти е невъзможно да се извлекат малките сулфидни частици на масата. По време на флотация хидрофобните частици се прикрепят към въздушните мехурчета (и обратно) и се издигат с тях до повърхността на пяната. Повърхността на минералите, които взаимодействат по-добре с водата (например „стъклен“ калцит, кварц и други силикати) е напълно навлажнена, предотвратявайки прилепването към мехурчета, които в този случай просто се движат, а празните минерали се утаяват на дъното.
Мехурчетата се прилепват по-ефективно към хидрофобните сулфидни минерали, когато на тяхната (метална) повърхност присъстват определени видове масла, които допълнително увеличават хидрофобността на минералните частици. Следователно, когато смес от хидрофилни и хидрофобни минерали с определен размер се смесва в пяната с достатъчен прием на въздух, нейните мехурчета се прикрепват към частици с метална повърхност, която отблъсква водата. Те ги карат (частици), въпреки тяхната висока плътност, плуват и празни частици, лесно овлажнявани от вода, се утаяват на дъното. След това ценните компоненти се събират от повърхността на пяната, сгъстяват се и се съхраняват като концентрат. Отпадъците от своя страна се отстраняват от дъното на флотационната клетка.
Характеристиките на омокряемостта на различни минерали са различни, поради което те трябва да бъдат обработвани по различни начини. По принцип по-тежките силикати, например родонит или гранат, не се овлажняват, както и леките - кварц, ортоклаз. За контрол на поведението на минералите по време на флотация са разработени специални химикали. Например, някои киселини намаляват адхезията на маслото към празни частици, без обаче да пречат на ефекта на маслото и въздуха върху металните сулфиди. По този начин, чрез регулиране на използваните реагенти, нивото на рН в суспензията, както и някои други фактори, миньорът може сам да определи кои минерали ще бъдат събрани от пяната. Също така е възможно да се отдели един сулфиден минерал от друг, като по този начин се получат два различни концентрата, например олово и цинк (при обработка на материал, богат на двата метала).
Химикалите, използвани за контрол на флотацията, се класифицират в няколко вида: пенообразуватели, колектори, активатори и депресанти.
Пенообразуващите агенти (или просто разпенващи агенти) се използват за образуване на стабилен слой пяна във флотационната клетка. В този случай слоят трябва да се задържи достатъчно дълго, за да може ефективно да извлече ценните минерали. Най-често срещаните разпенващи агенти са сложни алкохоли като метил изобутил карбинол (MIBC).
В миналото естествените реагенти като масло от ела или крезолова киселина са били използвани като разпенващи агенти. Те са богати на повърхностноактивни вещества, които стабилизират мехурчетата и обикновено са много ефективни като разпенващи агенти. Такива вещества обаче не са много чисти химически: те съдържат широк спектър от компоненти, които оказват неблагоприятно влияние върху флотационните свойства. Някои от тези съединения могат да действат като колектори, прикрепяйки се към повърхността на минерални частици. Освен това те изпълняват функциите на слаби колектори, поради което е нежелателно да се използват за разделяне на различни сулфидни минерали в отделни продукти, тъй като те не са в състояние да осигурят адекватно ниво на контрол върху процеса.