Upload
petronel-simoni
View
224
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
FLOTTAZIONE E SEPARAZIONE DELLE
POLVERI
Elementi di tecnologie chimiche
Prof.ssa Silvia Recchia
Febbraio 2007 2
Considerazioni teoriche sulla flottazione
• Processo che separa solidi finemente suddivisi portandone uno a galleggiare su un liquido e l’altro a sprofondare nel liquido stesso
• È il metodo di concentrazione (arricchimento) più utilizzato
SOSPENSIONE DEL MISCUGLIO SOLIDO
IN ACQUA
SOSPENSIONE DEL MISCUGLIO SOLIDO
IN ACQUA+ FASE GASSOSA
(ARIA)FASE GASSOSA
(ARIA)
Febbraio 2007 3
Considerazioni teoriche sulla flottazione
VANTAGGI DELLA FLOTTAZIONE• capacita di trattamento di grandi quantita di materiale;• bassi costi d'investimento e di esercizio relativamente;• disponibilita di un'ampia varieta di macchinari ed
attrezzature appositamente create e collaudate;• disponibilita di un'ampia varieta di prodotti chimici specifici;• relativa semplicita di attuazione e di controllo del processo;• Separazione di sospensioni con particelle disperse
dlel’ordine di pochi micron• Non ha quasi nessuna limitazione nella separazione dei
minerali (grazie all’impiego di opportuni agenti chimici)
Febbraio 2007 4
Considerazioni teoriche sulla flottazione
• Per le differenti caratteristiche chimico-fisiche delle superfici dei due solidi:
Particelle che adsorbono l’ACQUA
Particelle che adsorbono l’ACQUA
Particelle che adsorbono l’ARIA
Particelle che adsorbono l’ARIA
SI CIRCONDANO DI BOLLICINE
E GALLEGGIANO
SI CIRCONDANO DI BOLLICINE
E GALLEGGIANO
SI BAGNANO E SPROFONDAN
O
SI BAGNANO E SPROFONDAN
O
AEROFILE/LIOFOBE
IDROFILE/LIOFILE
minerali metallici(solfuri)
Silicati, ossidi e carbonati (ganga)
Febbraio 2007 5
Considerazioni teoriche sulla flottazione
• La flottazione separa i solidi di una miscela perché le forze di adsorbimento e la tensione superficiale prevalgono sulla gravita.
• In pratica sfrutta la differente BAGNABILITA’ DELLE SUPERFICI dei materiali da separare– Un liquido bagna la superficie solida quando la
tensione di adesione solido-liquido è maggiore della coesione delle particelle liquide
(TSL > TLL)– Un liquido non bagna la superficie solida
quando
(TSL < TLL)
Febbraio 2007 6
Considerazioni teoriche sulla flottazione
• La stabilita dell’unione bolla-particella è misurata dall’angolo tra la tangente alla fase solida (superficie della particella) e la tangente alla fase gassosa (bolla d’aria), detto
ANGOLO DI CONTATTO
Maggiore è l’angolo di contatto, maggiore è la flottabilità del materiale
Febbraio 2007 7
Angolo di contatto
0° < < 180°
= 0° perfetta adesione SL
massima bagnabilita
massimo grado di IDRATAZIONE
= 180° perfetta adesione SA
minima bagnabilita
massimo grado di IDROFOBICITA’
ARIA
ARIA
Febbraio 2007 8
Considerazioni teoriche sulla flottazione
Tensione sup.
Forza peso
Ts > Fp
Il granello tende a non bagnarsi
LIQUIDO CONCAVO
AEROFILI
(molecole apolari)
Fp > Ts
Il granello tende a bagnarsi
LIQUIDO CONVESSO
IDROFILI
(molecole polari)
Febbraio 2007 9
Controllo chimico dei fenomeni fisici associati alla flottazione
• Preparazione delle torbide mediante reagenti chimici per fornire alla superficie del minerale una potenziale flottabilita , cioè capacita di aderire selettivamente alle bolle d'aria nell'ambiente della cella.
• Per migliorare la flottabilita si aggiungono alle torbide gli AGENTI DI FLOTTAZIONE, sostanze solide o liquide, totalmente o parzialmente solubili in acqua, che realizzano condizioni chimiche più vantaggiose per il processo.
• Gli agenti di flottazione modificano le caratteristiche superficiali dei grani del materiale a contatto con l'aria o con l'acqua
• si possono suddividere in due grandi classi, a seconda della funzione svolta:
– Collettori – Modificatori
Febbraio 2007 10
Agenti di flottazione
COLLETTORI
• aumentano l'angolo di contatto, quindi rendono aerofili () i materiali da flottare.
• contengono due parti: una non polare ed una polare. Formano una pellicola idrofoba sulla superficie del solido interagendo con la superficie polare del materiale ed esponendo la loro parte apolare
• la loro schiuma è untuosa e difficile da rompere • 500 g/tonn
– la quantità ottimale di reagente è una questione delicata che deve essere valutata attraverso numerose prove di laboratorio caso per caso
Febbraio 2007 11
Agenti di flottazioneMODIFICATORI
• Se ci sono più materiali sensibili allo stesso collettore i modificatori consentono l’adsorbimento selettivo del collettore su uno solo dei materiali.
– Sono composti in grado di controllare la selettivita e di modificare le condizioni fisico-chimiche del solido o del liquido, per favorire o impedire l’adsorbimento dei collettori (CuSO4, Ca(OH)2, NaOH).
• I modificatori possono essere suddivisi in diverse categorie:
– ATTIVANTI (facilitano l’ads del collettore)– DISATTIVANTI (prevengono o fanno regredire la reazione di
attivazione)– DEPRIMENTI (ostacolano l’ads del collettore, mantenendo la
sup idrofila)– REGOLATORI DI pH (la variazione di pH influenza la
flottazione)
Febbraio 2007 12
SCHIUMOGENI• Garantiscono la PERSISTENZA DELLE SCHIUME,
cioè evitano che le bollicine d’aria in superficie formino bolle più grosse (riducono la tens. sup. dell’acqua) che possono collassare riportando il materiale da flottare verso il basso.
• (25-150 g/tonn)
PROMOTORI• Come i collettori sono sostanze organiche con
funzioni polari; formano una pellicola idrofoba sulla superficie del solido ()
• (20-70 g/tonn)
Agenti di flottazione
Febbraio 2007 13
Apparecchi per flottazione
• Sospensione in acqua (torbida) del materiale finemente suddiviso (0,3 mm)
• Tre fasi principali:– Condizionamento– Schiumeggiamento– Separazione meccanica della schiuma
TORBIDATORBIDA MESCOLATOREMESCOLATORE
AGENTI FLOTTAN
TI
AGENTI FLOTTAN
TI
CELLA DI FLOTTAZIONE
CELLA DI FLOTTAZIONE
CondizionamentoCondizionamento
Separazione
Febbraio 2007 14
CELLA PNEUMATICA
PROCESSO DISCONTINUO
INGRESSO ARIA(1,25 atm)
SCHIUMA
SFIORATORE (uscita schiuma con
residuo aerofilo flottato)
uscita residuo idrofilo
uscita ARIA
Manicotto forato(facilita la formazione della schiuma)
Febbraio 2007 15
BATTERIA DI CELLE IN SERIE
PROCESSO CONTINUO
INGRESSO TORBIDA
SCHIUMASFIORATORE (uscita schiuma
con residuo aerofilo flottato)
uscita residuo idrofilo
ingresso ARIA
Lunga vasca compartimentata
Febbraio 2007 16
CELLA AD AGITAZIONE MECCANICA
INGRESSO TORBIDA
SCHIUMA
SFIORATORE (uscita schiuma
con residuo aerofilo flottato)
uscita residuo idrofilo
Contatto tra sospensione e ARIA
Cella singola o elemento di batteria
AGITATORE
Camera di deposito