KOLOIDALNE
KOLOIDALNE
METODY
METODY
WZBOGACANIA
WZBOGACANIA
Koagulacja
Koagulacja
Flokulacja
Flokulacja
KOLOIDALNE
KOLOIDALNE
METODY
METODY
WZBOGACANIA
WZBOGACANIA
Koagulacja
Koagulacja
Flokulacja
Flokulacja
czas
czas
koagulacja
koagulacja
Koagulacja
Koagulacja
polega na łączeniu się
polega na łączeniu się
drobnych ziarn w większe zespoły,
drobnych ziarn w większe zespoły,
zwane
zwane
koagulami
koagulami
, opadające na dno
, opadające na dno
naczynia
naczynia
zawiesina
zawiesina
flokulacja
flokulacja
Flokulacja jest procesem, w którym
Flokulacja jest procesem, w którym
drobne ziarna, zdyspergowane w wodzie
drobne ziarna, zdyspergowane w wodzie
lub innej cieczy, ulegają agregacji za
lub innej cieczy, ulegają agregacji za
pośrednictwem związku zaadsorbowanego
pośrednictwem związku zaadsorbowanego
na powierzchni ziarna.
na powierzchni ziarna.
Związek ten o strukturze
Związek ten o strukturze
wielkocząsteczkowej nazwano
wielkocząsteczkowej nazwano
flokulantem
flokulantem
flokuły
flokuły
flokulant
flokulant
1
m 10m 100m 1000m 1cm 10cm
1
10
100
1 000
10 000
100 000
Wielkość ziarna,
m
Separatory strumieniowo-zwojowe
Płuczki strumieniowe, stożki Reicherta
Stoły powietrzne
(węgiel)
(rudy)
Stoły szlamowe
Stoły koncentracyjne
węgiel
Hydrocyklony
(węgiel)
Separator Bartles-Mozley
Sep. Tasmowy Bartles
Flotacja
(węgiel)
Floculacja selektywna
Mokra separacja magnetyczna LI
Mokra separacja magnetyczna HI (wysokie natężenie)
Sucha separacja magnetyczna LI
Separacja elektryczna
Wychwytywanie
Osadazarki
wêgiel
os.
promieniowe
Sortowanie (przebieranie)
Rospuszczalność
Hydrocyklony
Separatory głębokie Separatory płytkie
Przewodnictwo elektrycz.
Gęstość i wielkość ziarn
podatność magnetyczna
własności powierzchniowe
Kolor, postać
Gęstość (ciecze ciężkie)
Wielkość ziarn
Mokre Przesiewanie Suche
Klasyfikacja hydrauliczna
Metody koloidalne rozdziału ziarn
Metody koloidalne rozdziału ziarn
mineralnych stosuję się głównie w
mineralnych stosuję się głównie w
przypadku
przypadku
konieczności rozdrabniania
konieczności rozdrabniania
surowców mineralnych do rozmiarów
surowców mineralnych do rozmiarów
koloidalnych
koloidalnych
Wzbogacanie zawiesin mineralnych
Wzbogacanie zawiesin mineralnych
metodami koloidalnymi znalazło
metodami koloidalnymi znalazło
zastosowanie przede wszystkim dla ziaren
zastosowanie przede wszystkim dla ziaren
o rozmiarach ~ < 0,02 mm,
o rozmiarach ~ < 0,02 mm,
w tym dla ziarn < 0,005 mm i <0,001 mm
w tym dla ziarn < 0,005 mm i <0,001 mm
Wzbogacanie zawiesin mineralnych
Wzbogacanie zawiesin mineralnych
metodami koloidalnymi polega na
metodami koloidalnymi polega na
sedymentacyjnym rozdziale ziarn
sedymentacyjnym rozdziale ziarn
mineralnych łączących się ze sobą w
mineralnych łączących się ze sobą w
większe zespoły, nazywane agregatami
większe zespoły, nazywane agregatami
(koagulacja, flokulacja, aglomeracja) od
(koagulacja, flokulacja, aglomeracja) od
ziarn pojedynczych tworzących nadal
ziarn pojedynczych tworzących nadal
stabilną zawiesinę.
stabilną zawiesinę.
Do metod koloidalnych zalicza się:
Do metod koloidalnych zalicza się:
selektywną koagulację,
selektywną koagulację,
selektywną flokulację
selektywną flokulację
aglomerację olejową
aglomerację olejową
rozdział w procesie
rozdział w procesie
elektroforezy
elektroforezy
•
Cząstki ciała stałego w wodzie są zwykle
Cząstki ciała stałego w wodzie są zwykle
obdarzone ładunkiem elektrycznym.
obdarzone ładunkiem elektrycznym.
•
Ładunek ten wynika ze stężenia jonów
Ładunek ten wynika ze stężenia jonów
potencjało-twórczych,
potencjało-twórczych,
•
dla większości minerałów są to jony H
dla większości minerałów są to jony H
+
+
i
i
OH
OH
.
.
•
Na elektryczny ładunek powierzchni
Na elektryczny ładunek powierzchni
wpływ mogą mieć również pozostałe jony
wpływ mogą mieć również pozostałe jony
obecne w układzie poprzez udział w
obecne w układzie poprzez udział w
procesie dysocjacji grup
procesie dysocjacji grup
powierzchniowych:
powierzchniowych:
MOH + A
+
B
MOA
+ H
+
B
•
Oddzia
Oddzia
ły
ły
wania mi
wania mi
ę
ę
dzy dwoma obiektami
dzy dwoma obiektami
,
,
w tym
w tym
mi
mi
ędzy ziarnem mineralnym i pęcherzykiem gazu,
ędzy ziarnem mineralnym i pęcherzykiem gazu,
lub pomiędzy dwoma ziarnami (niezależnie czy się
lub pomiędzy dwoma ziarnami (niezależnie czy się
stykają) mają charakter elektryczny.
stykają) mają charakter elektryczny.
•
Wprowadzenie do wody jakiejkolwiek substancji
Wprowadzenie do wody jakiejkolwiek substancji
stałej, ciekłej czy gazowej powoduje zmiany na
stałej, ciekłej czy gazowej powoduje zmiany na
granicy faz. Dochodzi do wytworzenia się
granicy faz. Dochodzi do wytworzenia się
elektrycznej warstwy podwójnej
elektrycznej warstwy podwójnej
(ewp)
(ewp)
:
:
•
na powierzchni ciała
na powierzchni ciała
znajdującego się w
znajdującego się w
wodzie tworzy się warstwa ładunku
wodzie tworzy się warstwa ładunku
elektrycznego, która jest neutralizo-wana w
elektrycznego, która jest neutralizo-wana w
drugiej warstwie - bezpośrednio sąsiadującej z tą
drugiej warstwie - bezpośrednio sąsiadującej z tą
pierwszą, ale znajdującej się już w otaczającej
pierwszą, ale znajdującej się już w otaczającej
wodzie.
wodzie.
Budowa elektrycznej warstwy
Budowa elektrycznej warstwy
podwójnej
podwójnej
woda
woda
woda
woda
woda
woda
ziarno
ziarno
Potencjał
Potencjał
potencjał
potencjał
Galvaniego
Galvaniego
0
0
potencjał
potencjał
dzeta
dzeta
potencjał
potencjał
powierzchni
powierzchni
0
0
stężenie kationu
stężenie kationu
stężenie anionu
stężenie anionu
+ - + -
+ - + -
- + - +
- + - +
+ - + -
+ - + -
+ - + -
+ - + -
+ - + -
+ - + -
- + - +
- + - +
- + - +
- + - +
- + - +
- + - +
- + - +
- + - +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
naładowana
naładowana
warstwa
warstwa
powierzchniowa
powierzchniowa
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
np. [OH] = [OH]
np. [OH] = [OH]
r
r
exp
exp
RT
RT
)
)
np. [H] = [H]
np. [H] = [H]
r
r
exp
exp
RT
RT
)
)
warstwa dyfuzyjna
warstwa dyfuzyjna
(neutralizujaca ładunek warstwy
(neutralizujaca ładunek warstwy
powierzchniowej)
powierzchniowej)
warstwa
warstwa
dyfuzyjna
dyfuzyjna
Zależność ładunku elektrycznego
Zależność ładunku elektrycznego
powierzchni od pH roztworu i stężenia
powierzchni od pH roztworu i stężenia
elektrolitu w roztworze. p.z.c. -
elektrolitu w roztworze. p.z.c. -
punkt
punkt
zerowego ładunku
zerowego ładunku
, wartość
, wartość
charakterystyczna dla danego minerału
charakterystyczna dla danego minerału
•
Cząstki (ziarna) tego samego minerału,
Cząstki (ziarna) tego samego minerału,
obdarzone w roztworze wodnym ładunkiem
obdarzone w roztworze wodnym ładunkiem
elektrycznym o tym samym znaku, są od siebie
elektrycznym o tym samym znaku, są od siebie
odpychane siłami elektrostatycznymi.
odpychane siłami elektrostatycznymi.
•
Z drugiej strony pomiędzy ziarnami występują
Z drugiej strony pomiędzy ziarnami występują
dyspersyjne siły przyciągania.
dyspersyjne siły przyciągania.
•
Zderzenie się ziarn ze sobą w wyniku ich ruchu
Zderzenie się ziarn ze sobą w wyniku ich ruchu
(sedymentacja, mieszanie lub ruchy Browna,
(sedymentacja, mieszanie lub ruchy Browna,
dla ziarn bardzo małych) może prowadzić do ich
dla ziarn bardzo małych) może prowadzić do ich
łączenia się w większe zespoły, gdy siły
łączenia się w większe zespoły, gdy siły
odpychania nie są zbyt duże
odpychania nie są zbyt duże
•
Gdy ziarna nie posiadają ładunku
Gdy ziarna nie posiadają ładunku
elektrycznego lub gdy jest on całkowicie
elektrycznego lub gdy jest on całkowicie
równoważony przez siły przyciągania, to każde
równoważony przez siły przyciągania, to każde
zderzenie ziarn prowadzi do powstania
zderzenie ziarn prowadzi do powstania
agregatów. Proces taki nazywa się koagulacją
agregatów. Proces taki nazywa się koagulacją
W stabilnej zawiesinie, składającej się z
W stabilnej zawiesinie, składającej się z
dwu lub kilku minerałów, możliwe jest
dwu lub kilku minerałów, możliwe jest
wywołanie takiej zmiany potencjału
wywołanie takiej zmiany potencjału
powierzchni jednego
powierzchni jednego
z
z
minerałów,
minerałów,
że
że
nastąpi jego koagulacja, podczas gdy
nastąpi jego koagulacja, podczas gdy
ziarna drugiego minerału będą nadal
ziarna drugiego minerału będą nadal
tworzyły stabilną zawiesinę. Może więc
tworzyły stabilną zawiesinę. Może więc
wtedy dojść do rozdziału i
wtedy dojść do rozdziału i
proces
proces
ten
ten
nazwano
nazwano
selektywną koagulacją
selektywną koagulacją
Zależność potencjału elektrokinetycznego
Zależność potencjału elektrokinetycznego
kwarcu i hemaytu od pH
kwarcu i hemaytu od pH
Wpływ pH na trwałość zawiesin kwarcu i hematytu (A)
Wpływ pH na trwałość zawiesin kwarcu i hematytu (A)
oraz na zawiesinę zawierającą w 50% kwarc i w 50%
oraz na zawiesinę zawierającą w 50% kwarc i w 50%
hematyt (B)
hematyt (B)
uziarnienie: 0,2 - 0,5
uziarnienie: 0,2 - 0,5
m
m
zawiesina
zawiesina
flokulacja
flokulacja
Flokulacja jest procesem, w którym
Flokulacja jest procesem, w którym
drobne ziarna, zdyspergowane w wodzie
drobne ziarna, zdyspergowane w wodzie
lub innej cieczy, ulegają agregacji za
lub innej cieczy, ulegają agregacji za
pośrednictwem związku zaadsorbowanego
pośrednictwem związku zaadsorbowanego
na powierzchni ziarna.
na powierzchni ziarna.
Związek ten o strukturze
Związek ten o strukturze
wielkocząsteczkowej nazwano
wielkocząsteczkowej nazwano
flokulantem
flokulantem
flokuły
flokuły
flokulant
flokulant
W procesie FLOKULACJI łączenie
W procesie FLOKULACJI łączenie
indywidualnych ziarn ze sobą dokonuje się
indywidualnych ziarn ze sobą dokonuje się
poprzez
poprzez
polijony lub policząsteczki
polijony lub policząsteczki
flokulanta
flokulanta
, który swoimi segmentami
, który swoimi segmentami
adsorbuje się na różnych ziarnach.
adsorbuje się na różnych ziarnach.
Adsorpcja flokulanta jest uzależniona od
Adsorpcja flokulanta jest uzależniona od
własności powierzchniowych minerału, a
własności powierzchniowych minerału, a
nie od rozmiarów jego ziarn, a zatem
nie od rozmiarów jego ziarn, a zatem
selektywność flokulacji zależy od
selektywność flokulacji zależy od
selektywności adsorpcji
selektywności adsorpcji
wielkocząsteczkowego polimeru.
wielkocząsteczkowego polimeru.
Koagulacja prowadzi do powstawania
Koagulacja prowadzi do powstawania
bardzo zwięzłych osadów, podczas gdy w
bardzo zwięzłych osadów, podczas gdy w
wyniku flokulacji powstają osady luźne,
wyniku flokulacji powstają osady luźne,
porowate, ale o dość dużej wytrzymałości
porowate, ale o dość dużej wytrzymałości
mechanicznej, a zatem dobrze filtrowalne
mechanicznej, a zatem dobrze filtrowalne
CH
2
– CH
COOH
[ ]
n
–CH
2
– CH–
I
C=O
I
NH
2
n
Flokulanty:
Flokulanty:
Kwas poliakrylowy
Kwas poliakrylowy
poliakryloamid
poliakryloamid
Schemat procesu selektywnej flokulacji
Schemat procesu selektywnej flokulacji
Metody koloidalne separacji
Metody koloidalne separacji