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 10m 100m 1000m 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