FLOTTAZIONE E SEPARAZIONE DELLE POLVERI

1. FLOTTAZIONE E SEPARAZIONE DELLE POLVERI Elementi di tecnologie chimiche Prof.ssa Silvia Recchia

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 FASE GASSOSA (ARIA) +

3. Considerazioni teoriche sulla flottazione VANTAGGI DELLA FLOTTAZIONE • capacità di trattamento di grandi quantità di materiale; • bassi costi d'investimento e di esercizio relativamente; • disponibilità di un'ampia varietà di macchinari ed attrezzature appositamente create e collaudate; • disponibilità di un'ampia varietà di prodotti chimici specifici; • relativa semplicità 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)

4. Considerazioni teoriche sulla flottazione • Per le differenti caratteristiche chimico-fisiche delle superfici dei due solidi: Silicati, ossidi e carbonati (ganga) SI CIRCONDANO DI BOLLICINE E GALLEGGIANO IDROFILE/LIOFILE Particelle che adsorbono l’ACQUA Particelle che adsorbono l’ARIA SI BAGNANO E SPROFONDANO AEROFILE/LIOFOBE minerali metallici(solfuri)

5. Considerazioni teoriche sulla flottazione • La flottazione separa i solidi di una miscela perché le forze di adsorbimento e la tensione superficiale prevalgono sulla gravità. • 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 nonbagna la superficie solida quando (TSL < TLL)

6. Considerazioni teoriche sulla flottazione • La stabilità 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

7. Angolo di contatto • 0° <  < 180° •  = 0° perfetta adesione SL  massima bagnabilità  massimo grado di IDRATAZIONE •  = 180° perfetta adesione SA  minima bagnabilità  massimo grado di IDROFOBICITA’ ARIA ARIA

8. Tensione sup. Forza peso Considerazioni teoriche sulla flottazione 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)

9. Controllo chimico dei fenomeni fisici associati alla flottazione • Preparazione delle torbide mediante reagenti chimici per fornire alla superficie del minerale una potenziale flottabilità, cioè capacità di aderire selettivamente alle bolle d'aria nell'ambiente della cella. • Per migliorare la flottabilità 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

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

11. Agenti di flottazione MODIFICATORI • 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 selettività 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)

12. Agenti di flottazione 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)

13. Apparecchi per flottazione • Sospensione in acqua (torbida) del materiale finemente suddiviso (0,3 mm) • Tre fasi principali: • Condizionamento • Schiumeggiamento • Separazione meccanica della schiuma CELLA DI FLOTTAZIONE TORBIDA MESCOLATORE AGENTI FLOTTANTI Separazione Condizionamento

14. CELLA PNEUMATICA INGRESSO ARIA (1,25 atm) PROCESSO DISCONTINUO SCHIUMA Manicotto forato (facilita la formazione della schiuma) SFIORATORE (uscita schiuma con residuo aerofilo flottato) uscita ARIA uscita residuo idrofilo

15. BATTERIA DI CELLE IN SERIE INGRESSO TORBIDA SCHIUMA SFIORATORE (uscita schiuma con residuo aerofilo flottato) ingresso ARIA uscita residuo idrofilo PROCESSO CONTINUO Lunga vasca compartimentata

16. CELLA AD AGITAZIONE MECCANICA AGITATORE SCHIUMA SFIORATORE (uscita schiuma con residuo aerofilo flottato) Contatto tra sospensione e ARIA Camera di deposito INGRESSO TORBIDA uscita residuo idrofilo Cella singola o elemento di batteria