Флотация (франц. flottation, от flotter – плавать), процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При Флотация пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.
Флотация – один из основных методов обогащения полезных ископаемых , применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности. В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода – масло – газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества ) различают несколько видов Флотация
Первой была предложена масляная Флотация, на которую в 1860 В. Хайнсу (Великобритания) был выдан патент. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается. В России масляная Флотация графита была осуществлена в 1904 в г. Мариуполе (ныне Жданов, УССР).
Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов плёночной Флотация, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.
Увеличение объёмов и расширение области применения Флотация связано с пенной Флотация, при которой обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей. Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Флотация Элмор, Великобритания, 1906) – вакуумная Флотация, энергичное перемешивание пульпы, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.
Для проведения пенной Флотация производят измельчение руды до крупности 0,5–1,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1–0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На Флотация влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему Флотация, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего Флотация разделяются зёрна размером 0,1–0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мк ухудшают Флотация более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1–3 мм) частицы при Флотация отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для Флотация крупных частиц (0,5–5 мм) в СССР разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости. Это – гораздо более производительные процессы, чем масляная и плёночная Флотация
Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 50-х гг. был разработан метод ионной Флотация, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной Флотация отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для Флотация из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.
Широкое использование Флотация для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10–30 м3), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.
В СССР и за рубежом благодаря Флотация вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов . В ряде случаев хвосты Флотация не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.
В развитии теории Флотация сыграли важную роль работы рус. физикохимиков – И. С. Громека , впервые сформулировавшего в конце 19 в. основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича , разработавшего в начале 20 в. положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории Флотация оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), сов. учёных П. А. Ребиндера , А. Н. Фрумкина , И. Н. Плаксина , Б. В. Дерягина и др.
Лит.: Мещеряков Н. Флотация, Флотационные машины, М., 1972; Глембоцкий В. А., Классен В. И., Флотация, М., 1973; Справочник по обогащению руд, М., 1974.
В. И. Классен, Л. А. Барский.