Flotationin Benefizierung
Die Flotation maximiert den Wert von Erzen, indem sie wertvolle Mineralien durch die gezielte Trennung von Gangartmineralien mittels physikalischer und chemischer Unterschiede in der Mineralaufbereitung trennt. Ob es sich um Nichteisenmetalle, Eisenmetalle oder nichtmetallische Mineralien handelt – die Flotation spielt eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung hochwertiger Rohstoffe.
1. Flotationsverfahren
(1) Direkte Flotation
Die direkte Flotation bezeichnet die Trennung wertvoller Mineralien aus einer Suspension, indem diese sich an Luftblasen anlagern und an die Oberfläche steigen, während die Gangart in der Suspension zurückbleibt. Dieses Verfahren ist entscheidend für die Aufbereitung von Nichteisenmetallen. Beispielsweise erreicht die Erzaufbereitung bei Kupfererz nach dem Brechen und Mahlen die Flotationsphase. Hierbei werden spezifische anionische Sammler zugesetzt, um die Hydrophobie zu verändern und die Adsorption an der Oberfläche der Kupfermineralien zu ermöglichen. Die hydrophoben Kupferpartikel lagern sich dann an Luftblasen an und steigen auf, wobei sich eine kupferreiche Schaumschicht bildet. Dieser Schaum wird zur Vorkonzentrierung der Kupfermineralien aufgefangen und dient als hochwertiges Rohmaterial für die weitere Aufbereitung.
(2) Umkehrflotation
Bei der umgekehrten Flotation werden die Gangartminerale abgetrennt, während die Wertminerale in der Suspension verbleiben. Beispielsweise werden bei der Eisenerzaufbereitung mit Quarzverunreinigungen anionische oder kationische Sammler eingesetzt, um die chemische Umgebung der Suspension zu verändern. Dadurch wandelt sich der hydrophile Charakter des Quarzes in hydrophob um, sodass er sich an Luftblasen anlagern und aufschwimmen kann.
(3) Bevorzugte Flotation
Wenn Erze zwei oder mehr wertvolle Komponenten enthalten, werden diese mittels selektiver Flotation nacheinander anhand von Faktoren wie Mineralaktivität und wirtschaftlichem Wert getrennt. Dieses schrittweise Flotationsverfahren gewährleistet die Gewinnung jedes wertvollen Minerals mit hoher Reinheit und Ausbeute und maximiert so die Ressourcennutzung.
(4) Massenflotation
Bei der Flotation werden mehrere wertvolle Mineralien gemeinsam aufgefangen und zu einem Mischkonzentrat aufgeschwommen, das anschließend getrennt wird. Beispielsweise ermöglicht die Flotation von Kupfer-Nickel-Erzen, bei denen Kupfer- und Nickelminerale eng miteinander vergesellschaftet sind, mithilfe von Reagenzien wie Xanthaten oder Thiolen die simultane Flotation von sulfidischen Kupfer- und Nickelmineralen zu einem Mischkonzentrat. Durch nachfolgende komplexe Trennverfahren, etwa mit Kalk und Cyanid, werden hochreine Kupfer- und Nickelkonzentrate gewonnen. Dieses Verfahren – erst sammeln, dann trennen – minimiert den Verlust wertvoller Mineralien in den Anfangsphasen und verbessert die Gesamtausbeute komplexer Erze deutlich.
2. Flotationsprozesse: Eine schrittweise Präzisionsanleitung
(1) Stufenflotationsverfahren: Inkrementelle Veredelung
Bei der Flotation wird die Verarbeitung komplexer Erze durch die Unterteilung des Flotationsprozesses in mehrere Stufen gesteuert.
Beispielsweise wird bei einem zweistufigen Flotationsverfahren das Erz einer Grobmahlung unterzogen, wodurch wertvolle Mineralien teilweise freigesetzt werden. In der ersten Flotationsstufe werden diese freigesetzten Mineralien als Vorkonzentrate gewonnen. Die verbleibenden, nicht freigesetzten Partikel durchlaufen eine zweite Mahlstufe zur weiteren Zerkleinerung, gefolgt von einer zweiten Flotationsstufe. Dadurch wird sichergestellt, dass die restlichen wertvollen Mineralien vollständig abgetrennt und mit den Konzentraten der ersten Stufe vermischt werden. Dieses Verfahren verhindert eine Übermahlung in der ersten Stufe, reduziert Ressourcenverschwendung und verbessert die Flotationsgenauigkeit.
Für komplexere Erze, beispielsweise solche mit mehreren seltenen Metallen und eng gebundenen Kristallstrukturen, kann ein dreistufiges Flotationsverfahren eingesetzt werden. Der Wechsel zwischen Mahl- und Flotationsschritten ermöglicht eine sorgfältige Siebung und gewährleistet die Gewinnung jedes wertvollen Minerals mit maximaler Reinheit und Ausbeute. Dies bildet eine solide Grundlage für die Weiterverarbeitung.
3. Schlüsselfaktoren bei der Flotation
(1) pH-Wert: Das subtile Gleichgewicht der Säure in der Suspension
Der pH-Wert der Suspension spielt eine entscheidende Rolle bei der Flotation und beeinflusst maßgeblich die Oberflächeneigenschaften der Mineralien sowie die Wirksamkeit der Reagenzien. Liegt der pH-Wert über dem isoelektrischen Punkt eines Minerals, ist dessen Oberfläche negativ geladen; liegt er darunter, ist sie positiv geladen. Diese Änderungen der Oberflächenladung bestimmen die Adsorptionswechselwirkungen zwischen Mineralien und Reagenzien, ähnlich der Anziehung oder Abstoßung von Magneten.
Unter sauren Bedingungen beispielsweise profitieren Sulfidminerale von einer erhöhten Sammleraktivität, wodurch die Anreicherung der Ziel-Sulfidminerale erleichtert wird. Umgekehrt begünstigen alkalische Bedingungen die Flotation von Oxidmineralen, indem sie deren Oberflächeneigenschaften so verändern, dass die Reagenzienaffinität erhöht wird.
Verschiedene Mineralien benötigen für die Flotation spezifische pH-Werte, was eine präzise Steuerung erfordert. Beispielsweise lässt sich Quarz bei der Flotation von Quarz-Calcit-Gemischen bevorzugt flotieren, indem der pH-Wert der Suspension auf 2–3 eingestellt und Amin-basierte Sammler verwendet werden. Calcit hingegen wird in alkalischen Bedingungen mit Fettsäure-basierten Sammlern bevorzugt. Diese präzise pH-Wert-Einstellung ist entscheidend für eine effiziente Mineraltrennung.
(2) Reagenzienregime
Das Reagenzienregime steuert den Flotationsprozess und umfasst die Auswahl, Dosierung, Herstellung und Zugabe der Reagenzien. Die Reagenzien adsorbieren selektiv an den Oberflächen der Zielminerale und verändern deren Hydrophobie.
Schäumer stabilisieren Blasen in der Suspension und erleichtern das Aufschwimmen hydrophober Partikel. Gängige Schäumer sind Kiefernöl und Kresolöl, die stabile, gut dimensionierte Blasen für die Partikelanhaftung bilden.
Modifikatoren aktivieren oder hemmen die Oberflächeneigenschaften von Mineralien und passen die chemischen oder elektrochemischen Bedingungen der Suspension an.
Die Dosierung von Reagenzien erfordert Präzision – zu geringe Mengen verringern die Hydrophobie und senken die Ausbeute, während zu hohe Mengen zu Reagenzienverschwendung, höheren Kosten und einer Beeinträchtigung der Konzentratqualität führen. Intelligente Geräte wie …Online-Konzentrationsmessgerätermöglicht eine präzise Steuerung der Reagenziendosierung.
Zeitpunkt und Art der Reagenzienzugabe sind ebenfalls entscheidend. Einstellmittel, Depressiva und einige Sammler werden häufig bereits während des Mahlvorgangs zugegeben, um das chemische Milieu der Suspension frühzeitig vorzubereiten. Sammler und Schäumer werden typischerweise im ersten Flotationstank zugegeben, um ihre Wirksamkeit zu den kritischen Zeitpunkten zu maximieren.
(3) Belüftungsrate
Die Belüftungsrate schafft optimale Bedingungen für die Anlagerung von Mineralien an Luftblasen und ist daher ein unverzichtbarer Faktor bei der Flotation. Unzureichende Belüftung führt zu zu wenigen Blasen, wodurch Kollisions- und Anlagerungsmöglichkeiten eingeschränkt und die Flotationsleistung beeinträchtigt werden. Übermäßige Belüftung hingegen führt zu starker Turbulenz, wodurch Blasen platzen und anhaftende Partikel abgelöst werden, was die Effizienz verringert.
Ingenieure nutzen Methoden wie Gasanalyse oder anemometergestützte Luftstrommessung, um die Belüftungsrate präzise einzustellen. Bei groben Partikeln verbessert eine erhöhte Belüftung zur Erzeugung größerer Blasen die Flotationseffizienz. Bei feinen oder leicht aufschwimmenden Partikeln gewährleisten sorgfältige Anpassungen eine stabile und effektive Flotation.
(4) Schwimmzeit
Die Flotationszeit stellt ein sensibles Gleichgewicht zwischen Konzentratgehalt und Ausbeute dar und erfordert daher eine präzise Kalibrierung. In den frühen Phasen lagern sich wertvolle Mineralien schnell an die Blasen an, was zu hohen Ausbeuten und Konzentratgehalten führt.
Mit der Zeit, wenn wertvollere Mineralien aufgeschwommen werden, können auch Gangartminerale aufsteigen und die Reinheit des Konzentrats verringern. Bei einfachen Erzen mit grobkörnigen und leicht aufschwemmbaren Mineralien genügen kürzere Flotationszeiten, um hohe Ausbeuten ohne Einbußen beim Konzentratgehalt zu gewährleisten. Bei komplexen oder schwer aufschließbaren Erzen sind längere Flotationszeiten erforderlich, um den feinkörnigen Mineralien ausreichend Zeit für die Interaktion mit Reagenzien und Blasen zu geben. Die dynamische Anpassung der Flotationszeit ist ein Kennzeichen präziser und effizienter Flotationstechnologie.
Veröffentlichungsdatum: 22. Januar 2025
