Флотация

Флотация (франц. flottation, англ. flotation, - плавание на поверхности воды) - разделение мелких твердых частиц и выделение капель дисперсной фазы из эмульсий. Основана на различии смачиваемости частиц (капель) жидкостью (преимущественно водой) и на их избирательном прилипании к поверхности раздела, как правило, жидкость - газ (очень редко твердые частицы - жидкость). Осуществляют флотацию с использованием специальных веществ - флотационных реагентов (флотореагентов).

Пенная флотация - наиболее распространенный способ флотации. Флотация осуществляется в трехфазной среде "твердые частицы -жидкость - газ", называемой пульпой. Твердая фаза представлена частицами размером 0,1-3,0 мм. Жидкая фаза содержит воду, флотореагенты, растворенные газы, коллоидные частицы и т. д. Газовая фаза состоит из пузырьков (размеры от десятков мкм до 1-2 мм), образующихся при прохождении воздуха через диспергирующее устройство (аэратор).

Сущность флотации заключается в следующем. При сближении в водной среде пузырька газа и гидрофобной поверхности минеральной частицы, разделяющая их водная прослойка при достижении некоторой критической толщины становится неустойчивой и самопроизвольно прорывается. Этот этап завершается полным смачиванием частицы, обеспечивающим прочное слипание пузырька и частицы. В случае превышения подъемной силы пузырька над весом частички, они всплывают на поверхность и образуют пенный минерализованный слой, который удаляется из флотационной установки (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Взаимодействие пузырька с частицей

Принцип действия простейшего пенного флотатора представлен на рис. 2.23. Загрязненная вода через механический фильтр непрерывно поступает во флотатор. Воздух из компрессора подается в распылитель, после чего в виде большого количества мелких пузырьков поднимается к поверхности воды. На поверхности пузырьков происходит адсорбция, главным образом, органических веществ. На поверхности флотатора образуется пена, которая задерживается пеноуловителем и выносится в емкость для сбора загрязнений. Очищенная вода подается в другие очистительные устройства. Флотационную очистку хорошо проводить перед ее биологической фильтрацией.

Рис. 2.23. Схема пенного флотатора (1-компрессор, 2-, 3-пеноуловитель)

Известно несколько модификаций пенной флотации: вакуумная, флотогравитация, ионная, электрофлотация и др.

Вакуумная флотация. По этому способу, предложенному Ф. Элмором (Великобритания, 1906), жидкость, содержащая твердые частицы, насыщается газом, который при понижении давления выделяется из нее в виде мелких пузырьков на поверхности гидрофобных частиц.

Флотогравитация - комбинированный процесс, совмещающий флотацию и разделение мелких твердых частиц под действием силы тяжести или в поле центробежных сил. Процесс проводят в специальных аппаратах (концентрационные столы, винтовые сепараторы, ленточные шлюзы, концентраторы, осадочные машины). В них благодаря обработке пульпы флотореагентами и введению в нее пузырьков воздуха образуются таэрофлокулы частиц, имеющие меньшую плотность, чем частицы, не взаимодействующие с воздушными пузырьками. Создаваемое при этом различие в плотности способствует более эффективному разделению частиц.

Ионная флотация разработана в 50-х гг. 20 в. (Ф. Себба, ЮАР) для очистки воды. Отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотореагентами-собирателями, обычно катионного типа, и извлекаются пузырьками газа в пену либо пленку на поверхности раствора.

Электрофлотация. Для ее проведения используют поверхность пузырьков водорода и кислорода, выделяющихся при электролитическом разложении воды.

Флотацию применяют для очистки воды от органических веществ (нефти, масел и др.), тонкодисперсных осадков солей и шламов, для выделения и разделения бактерий и т. д. Эффективность флотационной очистки воды можно оценить по данным, представленным в табл. 2.3.

Для повышения эффективности использования флотаторов возникает необходимость определения:

- числа потребных флотаторов данного размера (по времени флотации и общей производительности);

- возможной производительности (по количеству флотаторов и их размерам);

- времени флотации (по количеству и размеру флотаторов и общей производительности).

Таблица 2.3

Эффект флотационной очистки сточных вод

Наименование показателей	Содержание в сточной воде	Эффект флотационной очистки, %
без реагентов	с реагентами
Температура	5 - 50°С
Нефтепродукты (гексаноизвлекаемые)	40 - 400 мг/л	до 60	до 98
pH	6 - 8
Взвешенные вещества	30 - 400	до 60	до 95
ХПК	300 - 600	до 20	до 70
БПК5	150 - 400	до 15	до 50
ПАВ	10 - 15	до 40	до 70

Основным показателем, необходимым для расчета, является оптимальное время флотации (для каждой ее операции). В каждом конкретном случае это время определяется путем проведения специальных опытов в лабораторных и полупромышленных условиях.

Все определяемые параметры связаны общей формулой:

,

где W_F – объемный расход суспензии, поступающей на разделение, м³/ч;

τ- время данной флотации, определенное заранее, с;

V_К – геометрический объем камеры;

K_зап – коэффициент заполнения камеры суспензией,

Дата добавления: 2015-05-07