FLOTTAZIONE E SEPARAZIONE DELLE

POLVERI

Elementi di tecnologie chimiche

Prof.ssa Silvia Recchia

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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)

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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)

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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)

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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)

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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

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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

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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)

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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

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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

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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)

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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

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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

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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)

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BATTERIA DI CELLE IN SERIE

PROCESSO CONTINUO

INGRESSO TORBIDA

SCHIUMASFIORATORE (uscita schiuma

con residuo aerofilo flottato)

uscita residuo idrofilo

ingresso ARIA

Lunga vasca compartimentata

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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