Ашигт малтмал баяжуулах флотацийн аргын тухай ерөнхий ойлголт

1.      Флотацийн процессын үүсэл хөгжил ба флотацийн процессын тухай үндсэн ойлголт

Анх хүн төрөлхтөн ашигт эрдсүүд, үнэт чулуулгууд болон металлуудыг ялган авч ашиглахдаа хүдрийг буталж, тэдгээрийг хүдрээс өнгө, гялтгаар нь ялган авдаг байв. Цаашид эрдсүүдийн хувийн жингийн ялгаан дээр үндэслэн хориг, тунаах машин, хуримтлуулах ширээ зэргийг ашиглан хүдрийг угааж, баяжуулдаг болсон юм. Хүдрийг ингэж угаах явцад сульфидууд чулууны эрдсүүдээс усанд харьцангуй муу нордогийг ажиглажээ. Мөн үүний зэрэгцээ хүдэр олборлолтонд нэвтэрсэн уулын техникийн эд ангийг тосолдог тос болон нефтийн бүтээгдэхүүнүүд сульфидын гадарга дээр идэвхтэй наалддагийг ажигласан байна. Ийнхүү эрдсүүдийн гадаргуугийн физик химийн шинжийн ялгаан дээр үндэслэн флотацийн процесс үүсэн хөгжжээ.

Флотация гэдэг нь хөвөх гэсэн утгатай англи үг. Флотацийн процессын анхны патентыг 1860 онд Английн шинийг санаачлагч Хайнс гэдэг эрдэмтэн гаргасан.

      Флотацийн арга нь өөрийн хөгжлийн явцад тосон, хальсан ба хөөсөн флотаци гэсэн 3 үе шатыг дамжин хөгжиж ирсэн. Хамгийн боловсронгуй нь хөөсөн флотаци. Үүний патентыг 1877 онд Германы ах дүү хоёр Бессель гаргаж, хөөсөн флотаци үүсэн хөгжих эхийг тавьсан. Одоо хөөсөн флотаци нь хүдэр баяжуулалтын үндсэн аргуудын нэг болсон бөгөөд энэ аргаар 100 орчим эрдэс, Менделеевийн үелэх системийн 70 орчим элементийг ялган авч байна. Хөөсөн флотацийн аргаар өнгөт, ховор ба хар металлын хүдэр, чулуун нүүрс, фосфатын хүдэр, хүхэр, хээрийн  ба хайлуур жонш зэрэг хүдрийг баяжуулдаг. Ялангуяа өнгөт ба ховор металлын хүдрийг баяжуулахад маш өргөн хэрэглэдэг. Сүүлийн үед флотацийн 2 төрөл үүсэн хөгжиж байна: Ион ба молекулын флотаци,   Цахилгаан флотаци

Ион ба молекулын флотаци нь хийн бөмбөлгийн тусламжтайгаар явагддаг боловч хатуу эгэл хэсгүүдийг флотацладаггүй, уусмалаас үнэт бүрэлдэхүүнийг ион, эсвэл молекул хэлбэрээр ялган авдаг. Флотацийн энэ арга нь агаарын бөмбөлгийн гадаргууд бэхлэгдэх чадвар бүхий гадаргуу идэвхит нэгдлүүдийг уусмалд нэмж, улмаар тэд уусмалаас ялган авах үнэт бүрдүүлэгчдийн ионуудтай химийн нэгдлүүд үүсгэн ялгарахад үндэслэгддэг. Үнэт бүрдүүлэгчдийн ионууд гадаргуу идэвхит бодисуудтай нэгдэл хэлбэрээр агаарын бөмбөлгийн гадаргууд наалдан хөөсөн үед хөвөн гарч ирдэг.

      Цахилгаан флотаци нь усны электролизоор үүссэн устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн бөмбөлгийг ашиглахад үндэслэгдсэн байдаг. Цахилгаан флотацийг жижиг буюу маш жижиг эгэл хэсгүүдийг флотацлахад   ашигладаг.

      Флотацийн процесс нь ялган хувааж байгаа эрдсүүдийн эгэл хэсгүүдийн гадаргуугийн физик химийн шинжийн ялгаа буюу эрдсүүдийн усанд норох ба урвалж болон хийн бөмбөлөгтэй харилцан үйлчлэлцэх чадварын ялгаан дээр үндэслэгдэн явагддаг. Эдгээр ялгааны улмаас зарим эрдсүүдийн эгэл хэсгүүд агаарын бөмбөлгийн гадаргууд наалдаж, зарим нь бөмбөлгийн гадаргууд наалддаггүй. Өөрөөр хэлбэл, флотацийн процесс нь агааржуулагдсан нарийн нунтаг эрдсүүдийн усан суспенз буюу флотацийн булингад явагддаг ба усанд нордоггүй шинж бүхий эрдсүүдийн эгэл хэсгүүд нь агаарын бөмбөлөгтэй мөргөлдөх явцдаа түүнд бэхлэгдэн флотацийн булингын гадаргуу дээр хөвөн гарч ирж эрдэсжсэн хөөсөн давхарга үүсгэх ба энэ өөрийн урсгалаар, эсвэл тусгай зориулалтын хөөс хамагчаар хөөсөн бүтээгдэхүүн болон зайлуулагдана. Харин усанд сайн уусдаг эрдсүүд нь агаарын бөмбөлөгт бэхлэгдэхгүйгээр флотомашины камерт үлдэн камерын бүтээгдэхүүн болон зайлуулагддаг. Хөөсөн бүтээгдэхүүнд гол төлөв ашигт эрдсүүд ялгарах ба түүнийг баяжмал гэж нэрлэнэ. Хэрэв камерын бүтээгдэхүүнд хоосон чулуулгууд үлдсэн бол түүнийг хаягдал гэж нэрлэнэ.

      Баяжуулж байгаа хүдэрт хэд хэдэн ашигт эрдсүүд агуулагдаж байвал тэднийг хоосон чулуулгаас ялгахаас гадна өөр хооронд нь ялгаж салгах хэрэгтэй болдог. Энэ тохиолдолд хаягдал ба хэд хэдэн баяжмал гарган авдаг (ялган хуваах флотаци). Хүдрийг бүрдүүлж байгаа эрдсүүдийн усанд норох чадварын ялгаа хэдий чинээ их байна, төдий чинээ флотацийн процессын үр дүн сайн байна. Практикт хүдэрт агуулагдаж байгаа эрдсүүдийн байгалийн усанд норох чадварын ялгаа тэдний үр ашигтай ялгахад хангалттай биш байдаг тул флотацийн үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд флотацийн урвалжууд гэж нэрлэгдэх төрөл  бүрийн химийн урвалжуудыг нэмж өгдөг.

2.Флотацийн процессын ач холбогдол

Флотацийн процессыг практикт хэрэглэснээр улс ардын аж ахуйн нилээд

тулгамдсан эгзэгтэй асуудлуудыг шийдсэн.

1. Эрдсүүдийн нөөцийг өргөтгөх асуудал:

Флотацийн процессыг ашиглахаас өмнө зөвхөн баян мономинералын ба том шигтгээлэг полиминералын хүдрийн орд газруудыг ашигладаг байв. Флотацийн процессыг хэрэглэх болсноор ядуу ба нарийн шигтгээлэг, хүдрийг ашиглаж баяжуулдаг болов.

2. Хүдрийн иж бүрэн ашиглалтын асуудал:

Флотацийн процесс үүсэхээс өмнө, Ж/нь полиметаллын хүдрээс зөвхөн хамтын баяжмал авдаг байв. Ойролцоо физик химийн шинж чанартай эрдсүүдийг ялгаж чаддаггүй байв. Хамтын баяжмалыг металлургийн заводад хайлуулахад ашиг муу (Зарим нэг хэрэгцээт металл элемент хаягдаж байв) Флотаци хэрэглэснээр энэ асуудал шийдэгдэв.

3. Шламын баяжуулалт...

Мөн Флотацийн процессыг хүдэр баяжуулалтанд хэрэглэхээс гадна металлургид (нүүрс ба хөнгөн цагаанаас криолитыг салгах г.м) химийн үйлдвэрүүдэд (хлорт алемон ба бикарбанат натрийг салгах), биологиуд (төрөл бүрийн бактеруудыг ялгах), экологид (гүний ба хөрсний уснаас нефть, мазут, хорт бодисуудыг зайлуулах), хөдөө аж ахуйд (үр тариа ялгах), геологи, эмнэлэг зэрэг салбарт хэрэглэдэг.

      3.Флотацийн процессын мөн чанар

Ашигт малтмал баяжуулах бусад процессуудын нэгэн адил флотацийн процесс нь хүдрийг бүрдүүлэгч эрдсүүдийн гадаргуугийн физик-химийн шинжийн ялгаан дээр буюу эрдсүүдийн гадаргуугийн хувийн чөлөөт энергийн ялгаан дээр үндэслэн явагддаг.

Дурын систем дэх эгэл хэсгийн чөлөөт энерги нь түүний потенциал ба гадаргуугийн энергүүдээс бүрдэнэ. Потенциал энерги нь эгэл хэсгийн масс юмуу эзэлхүүнтэй (d³), гадаргуугийн энерги нь түүний гадаргуутай (d²) шууд хамааралтай байдаг. Иймд  эгэл хэсгийн размер багасах тусам түүний потенциал энерги нь гадаргуугийн энергээс олон дахин бага болдог. Флотацийн процесст ийм (гадаргуугийн энерги нь потенциалиасаа харьцангуй их байх) маш бага размертай эгэл хэсгүүд ордог. Тэдгээрийн бүхэллэгийн хэмжээ 0,6 мм-ээс ихгүй байдаг.

Флотацийн процессыг систем болгон авч үздэг. Флотацийн систем-гетергенная:           

                                    хатуу фаз – хүдрийг бүрдүүлэгч эрдсүүдийн эгэл хэсгүүд

                                    шингэн – ус

                                    хийн фаз – агаар гэсэн 3 үндсэн фазаас бүрдэнэ.

Эдгээр нь шингэн-хий (ш-хий), шингэн-хатуу (ш-хат), хатуу-хий (хат-хий) гэсэн гадаргуугийн зааг үүсгэнэ. Зааг тус бүр өөр өөрийн гадаргуугийн чөлөөт энергитэй (харилцан адилгүй). Гадаргуугийн чөлөөт энерги нь шүргэлцэж байгаа фазуудын гадаргуугийн молекулуудын таталцах хүчний ялгаанаас үүсдэг. Гадаргуугийн хувийн чөлөөт энергийн хэмжээ () шүргэлцэж буй фазуудын утгын ялгаанаас хамаарна. Өөрөөр хэлбэл хос фазуудад үйлчлэлцэж буй молекуляр хүчнүүдийн идэвхжилтийн ялгаанаас хамаарна. Туйлт 2 фазын зааг дээрх ба туйлгүй 2 фазын зааг дээрхи гадаргуугийн энерги бага, харин туйлт ба туйлгүй 2 фазын зааг дээрх гадаргуугийн энерги их байдаг.

            Эрдсийн гадаргуугийн ус ба агаартай харилцан үйлчлэлцэлийн энерги, эдгээр фазуудын нийлсэн зааг дээрх чөлөөт энерги нь нунтаглалт ба бутлалтын явцад эвдрэх атом, ион молекулуудын холбоогоор тодорхойлогдоно.

            Эрдсүүдийн кристалл торны бүтцийн элементүүд – атом, ион, молекулууд нь бие биетэйгээ тодорхой хууль зүйтэйгээр байрлах ба тэдгээрийн хоорондын холбоонууд нь өөрсдийн бат бэх чанараараа ялгагддаг. Бат бэх хүчтэй холбоо болох – ионы, ковалентын, металл зэрэг холбоонуудын хувьд энерги 80-800 кДЖ/моль байна. Молекул холбоо – хамгийн сул. Түүнийг эвдэхэд 0,088 кДЖ/моль энерги хэрэгтэй. Устөрөгчийн холбоо химийнхээс сул боловч молекул холбооноос бат бэх.

            Эрдсүүдийг бутлах, нунтаглах явцад хүчтэй туйлт холбоо тасарвал, гадаргуугийн усны туйлт молекултай үйлчлэлцэх энерги их (бага), харин туйлгүй молекул  (агаар)-тай үйлчлэлцэх энерги бага  байна. Энэ тохиолдолд усны молекул хатуу биеийн гадаргад татагдаж, түүнийг сайн норгох ба хатуу биеийн гадаргуу гидрофиль шинжтэй болно. Хэрэв сул холбоо тасарвал, үүсэж буй туйлгүй гадаргуу усны молекулыг сул татах ба агаарын молекултай харилцан хүчтэй үйлчлэлцэх ба гадаргуу гидрофоб шинжтэй болно. Эрдсийн гадаргуугийн молекулуудын хүрээлэн буй орчны молекулуудтай харилцан үйлчлэл нь ингэж холбоонуудын шинж чанараас хамаарахаас гадна, нунтаглалтын явцад эвдэрсэн холбооны тоо, эрдсийн гадаргуу дээрх ион буюу атомуудын байрлалаас хамаарна. Эрдэс тус бүр өөр хоорондоо найрлага, кристалл торны бүтэц зэргээрээ ялгагдах ба үүнтэй уялдаад эрдэс-хий ба эрдэс-шингэн фазуудын нийлсэн зааг дээрх гадаргуугийн хувийн чөлөөт энергийн хэмжээ харилцан адилгүй байна. Өөрөөр хэлбэл эрдэс тус бүрийн хос фазуудын нийлсэн зааг дээр бэхлэгдэх чадвар харилцан адилгүй байна. Энэ нь эрдсүүдийг (физик химийн шинжүүдээр) хуваагдах нөхцлийг бий болгодог. Хос фазуудын нийлсэн зааг дээр (эрдсүүдийн) бэхлэгдэх чадварын ялгаан дээр үндэслэгдэн, эрдсүүдийн ялгарах процессыг флотацийн процесс гэнэ. (Разумов К.А.)