نمایش مبدأ برای شناورسازی کف

{{ویکی‌سازی}}
{{تمیزکاری}}
[[پرونده:Flotation_cell.jpg|چپ|بندانگشتی|300x300پیکسل| تصویر شماتیک یک سلول شناور استوانه ای با دوربین و نور مورد استفاده در [[آنالیز تصویر|تجزیه و تحلیل تصویر]] از سطح آن.]]
'''شناورسازی کف''' یا '''فلوتاسیون''' فرایندی برای جداسازی مواد [[آب‌گریزی|آبگریز]] [[آب‌دوست|از آب دوست است]]. این فرایند در صنایع فرآوری مواد معدنی، [[بازیافت کاغذ]] و صنایع تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود. از نظر تاریخی، این فرایند اولین بار در صنعت معدن استفاده شد، جایی که یکی از فناوری‌های قدرتمند قرن بیستم بود. همچنین به عنوان "مهم‌ترین عملیات مورد استفاده برای بازیابی و ارتقاء [[سولفید|سنگ معدن سولفید]] " مورد استفاده قرار می‌گیرد.<ref>G J Jameson, "Flotation cell development," in: ''The AusIMM Annual Conference, Broken Hill, New South Wales, 17–21 May 1992'' (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 1992), 25–31.</ref> توسعه [[کف|شناورسازی کف]] باعث بهبود بازیابی [[کانی|مواد معدنی]] باارزش مانند [[مس|کانی‌های مس]] و [[سرب|سرب شده‌است]]. در کنار استخراج مکانیزه، امکان بازیابی اقتصادی فلزات با ارزش از سنگ معدنی با عیار بسیار پایین‌تر از گذشته فراهم شده‌است.

== تاریخچه ==
توضیحاتی در مورد استفاده از فرایند شناورسازی در ادبیات یونان باستان و فارسی یافت شده که نشان از قدمت آن دارد.<ref>{{Cite journal|last=Nelson|first=Michael|date=2012|title=From 10 Cubic Feet to 500 Cubic Meters--Observations on 100 Years of Flotation Technology|journal=Separation Technologies Book Edited by Courtney Young et al|publisher=Society of Mining, Metallurgy and Exploration|pages=539–546}}</ref> در اواخر قرن نوزدهم، مبانی این فرایند از طریق یک مرحله تکاملی آهسته کشف شد. در طول دهه اول قرن بیستم، بررسی سریع‌تر روغن‌هاو کف‌ها، به کاربردهای ثابت شده در محل کار، به‌ویژه در [[بروکن هیل]]، استرالیا، منجر شد که نوآوری معروف به «شناورسازی کف» را به ارمغان آورد. در اوایل قرن بیستم، شناورسازی کف فرآوری مواد معدنی را متحول کرد.

در ابتدا، مواد شیمیایی طبیعی مانند [[اسید چرب|اسیدهای چرب]] (در مبحث [[شیمی]] و به ویژه [[بیوشیمی]] ''اسید چرب'' یک [[اسید کربوکسیلیک]] است که دارای زنجیره بلند و خطی [[آلیفاتیک]] می‌باشد. این زنجیره ممکن است از جنس [[چربی اشباع شده]] یا [[چربی غیراشباع|چربی اشباع نشده]] باشد. اسید چرب می‌تواند به کوتاهی [[اسید بوتیریک]] (با ۴ کربن) باشد در حالی که اسیدهای چربی که از [[چربی]]ها و روغن‌های طبیعی ساخته می‌شوند حداقل دارای ۸ کربن می‌باشند مثل [[اسید کاپریلیک]]) و روغن‌ها به عنوان [[واکنش‌گر|معرف‌های]] شناورسازی در هارمونی مورد استفاده قرار گرفتند.

=== قرن ۱۹ ===
ویلیام هاینز انگلیسی در سال ۱۸۶۰ فرایندی را برای جداسازی [[سولفید|کانی‌های سولفید]] و گنگ با استفاده از نفت به ثبت رساند. نویسندگان بعدی به اختراع هاینز به عنوان اولین اختراع «شناورسازی نفت» اشاره کردند، اگرچه هیچ مدرکی مبنی بر آزمایش میدانی یا استفاده تجاری آن وجود ندارد. در سال ۱۸۷۷، برادران بسل (آدولف و اوت) فرایند شناورسازی روغن و کف خود را برای استخراج [[گرافیت]] معرفی کردند که توسط برخی، ریشه شناورسازی کف تلقی می‌شود. با این حال، فرایند بسل پس از کشف گرافیت با عیار بالا در [[سری‌لانکا|سریلانکا]] (نام رسمی ''جمهوری دموکراتیک سوسیالیستی سری‌لانکا'' جزیره‌ای است واقع در [[جنوب آسیا]]، [[اقیانوس هند]] و جنوب کشور [[هند]]. نام قدیمی آن سیلان (به فارسی قدیم سَراَندیب یا سراندیب) بود. پایتخت سیاسی آن [[سری جایاواردنپورا کوته]] و پایتخت تجاری آن شهر [[کلمبو]] است) غیراقتصادی شد و تا حد زیادی فراموش شد. {{Sfn|Fuerstenau|2007}}

در ۲۴ اوت ۱۸۸۶، کری اورسون حق اختراعی را برای فرایند خود دریافت کرد که به نفت [ها] نیاز داشت، اما همچنین یک اسید یا نمک، گام مهمی در تکامل تاریخچه فرایند داشت. تا سال ۱۸۹۰، آزمایش‌های فرایند اورسون در ''جورج تاون'' و ''سیلور کلیف''، ''کلرادو''، ''بیکر و اورگان'' انجام شد. او پس از مرگ شوهرش، و قبل از تکمیل یک فرایند تجاری موفق، کار را رها کرد. بعدها، در طول اوج اختلافات حقوقی بر سر اعتبار اختراعات مختلف در طول دهه ۱۹۱۰، اورسون اغلب به عنوان اختراع شناور اولیه معرفی شد - که به این معنی بود که این روند دوباره توسط شرکت کنندگان بعدی قابل ثبت نبود. بسیاری از سردرگمی‌ها اخیراً توسط مورخ دان بانیاک روشن شده‌است.<ref>{{Cite journal|last=Bunyak|first=Dawn|date=2005|title=The Inventor, the Patent, and Carrie Everson: Defining Success|url=https://www.mininghistoryassociation.org/Journal/MHJ-v12-2005-Bunyak.pdf|journal=Mining History Journal|pages=9–24}}</ref>

=== اولین فرایند شناورسازی تجاری ===
اولین فرایند شناورسازی تجاری موفق برای [[سولفید]]های ''معدنی'' توسط فرانک المور که به همراه برادرش استنلی که روی توسعه کار می‌کرد، اختراع شد. در سال ۱۸۹۷، برادران المور اولین فرایند شناورسازی تجاری با اندازه صنعتی را برای استخراج مواد معدنی در معدن گلاس دیر نصب کردند. این فرایند شناورسازی کف نبود، بلکه از روغن برای آگلومره کردن (ساخت گلوله‌های) سولفیدهای پودر شده و [[شناوری|شناور کردن]] آنها به سطح استفاده می‌شد و در سال ۱۸۹۸ این اختراع ثبت شد. در ۲۵ آوریل ۱۹۰۰، عملیات و فرایند ''معاملات'' مؤسسه معدن و متالورژی انگلستان شرح داده شد که در ۲۳ ژوئن ۱۹۰۰ با نظر در ''مجله مهندسی و معدن'' شهر نیویورک تجدید چاپ شد. در این زمان آنها اهمیت حباب‌های هوا را در کمک به روغن برای دور کردن ذرات معدنی درک کرده بودند.

باترز، متخصص در [[سیانیداسیون طلا|فرایند سیانید]]، یک کارخانه فرایند المور را در زیرزمین ساختمان دولتی شهر سالت لیک سیتی ساخت و فرایند نفت را بر روی سنگ معدن طلا در سراسر منطقه آزمایش کرد و باطله‌های کارخانه طلا در منطقه تینتیک را آزمایش کرد. به دلیل شهرت باترز و خبر شکست او، و همچنین تلاش ناموفق در معدن طلا، پیش از میلاد، فرایند Elmore در آمریکای شمالی نادیده گرفته شد.{{مدرک|date=January 2021}}

فرایند شناورسازی دیگری به‌طور مستقل در اوایل دهه ۱۹۰۰ در استرالیا توسط چارلز وینسنت پاتر و تقریباً در همان زمان توسط گیوم دانیل دلپرات اختراع شد.<ref>{{Cite web|url=http://www.austehc.unimelb.edu.au/guides/mine/historicalnote.htm|title=Historical Note|accessdate=2007-12-30|publisher=Minerals Separation Ltd}}</ref> این فرایند از نفت استفاده نمی‌کرد، بلکه بر شناورسازی توسط تولید گازی که با وارد کردن اسید به خمیر تولید می‌شد، متکی بود. در سال ۱۹۰۲، فرومنت شناورسازی نفت و گاز را با استفاده از اصلاح فرایند پاتر-دلپرات ترکیب کرد. در طول دهه اول قرن بیستم، بروکن هیل به مرکز نوآوری تبدیل شد که منجر به تکمیل فرایند شناورسازی کف توسط بسیاری از فن‌آوران شد که در آنجا از یکدیگر وام گرفتند و بر این موفقیت‌های اولیه بنا نهادند.{{مدرک|date=January 2021}}

فرایند دیگری در سال ۱۹۰۲ توسط آرتور سی. کاترمول ایجاد شد، که خمیر را با مقدار کمی روغن امولسیون (امولسیون (به [[زبان فرانسوی|فرانسوی]]: Émulsion) یا به پیشنهاد [[فرهنگستان زبان و ادب فارسی]] نامیزه نوعی [[کلوئید]] مایع در مایع است که در آن قطره‌های ریز یک مایع (مانند روغن) در مایعی دیگر (مانند آب) بی‌آنکه با یکدیگر درآمیزند، پراکنده‌است. یک امولسیون از دو مایع امتزاج ناپذیر (معمولاً روغن و آب) تشکیل شده‌است که یکی از آن‌ها به صورت قطرات ریز در دیگری پراکنده شده‌است) کرد، آن را در معرض هم زدن شدید قرار داد، سپس به آرامی هم زد که مواد معدنی هدف را منعقد کرد و به گره‌هایی تبدیل شد که توسط گرانش از خمیر جدا می‌شدند. این فرایند در کارخانه بروکن هیل در آن سال موفقیت‌آمیز بود. نکته قابل توجه در فرایند «شناورسازی کف» آنها استفاده از روغن کمتر از ۱٪ و یک مرحله هم زدن بود که حباب‌های کوچکی ایجاد می‌کرد که سطح بیشتری را برای جذب فلز و شناور شدن به صورت کف در سطح فراهم می‌کرد.

=== قرن بیستم ===
تحولات در ایالات متحده چندان چشمگیر نبود. شکست‌های باترز، و همچنین شکست‌های دیگر، پس از سال ۱۹۰۴، با فرایند استنلی مک کویستن اسکاتلندی (روشی مبتنی بر کشش سطحی)، که با موفقیت کمی در نوادا و آیداهو توسعه یافت، دنبال شد، اما در صورت وجود اسلایم، این کار نمی‌تواند کارساز باشد. وود از دنور فرایند شناورسازی خود را در امتداد همین خطوط با موفقیت‌هایی در سنگ معدن مولیبدن در سال ۱۹۰۷ توسعه داده بود، که در سال ۱۹۱۱ ثبت اختراع شد، با این حال، در بیشتر موارد، این‌ها تلاش‌های منفرد و بدون هیاهو بود.{{مدرک|date=January 2021}}

در سال ۱۹۱۱، جیمز ام. هاید، کارمند سابق مینیرال سپریشن. فرایند جداسازی مواد معدنی را اصلاح کرد و یک کارخانه آزمایشی را در Butte and Superior Mill در بیسن [[بیسن، مونتانا|مونتانا]] نصب کرد که اولین نصب از این قبیل در ایالات متحده بود. در سال ۱۹۱۲، او کارخانه روی Butte & Superior, Butte, Montana را طراحی کرد که اولین کارخانه بزرگ شناورسازی در آمریکا بود.<ref>Callow; 1916</ref> مینرال سپریشن، که دفتری در سانفرانسیسکو راه اندازی کرده بود، از هاید به دلیل تخلف و همچنین شرکت Butte & Superior شکایت کرد، هر دو پرونده در نهایت توسط این شرکت در دادگاه عالی ایالات متحده برنده شد. دانیل کوان جکلینگ و شرکای آن که Butte & Superior را کنترل می‌کردند، حق اختراع مینرال سپریشن را نیز رد کردند و نبردهای قانونی بعدی را که بیش از یک دهه به طول انجامید، تأمین مالی کردند. یکی از نتایج ناگوار این اختلاف، اختلافات حرفه ای در میان جامعه مهندسی معدن برای یک نسل بود.{{مدرک|date=January 2021}}

در سال ۱۹۱۳، مینرال سپریشن هزینه یک کارخانه آزمایشی برای شرکت Inspiration Copper (مس الهام بخش) در میامی، آریزونا را پرداخت کرد. این بنا که زیر نظر مدیر دفتر سانفرانسیسکو، ادوارد ناتر ساخته شد، موفقیت‌آمیز بود. مهندس Inspiration یک آسیاب غلظت گرانشی را پاره کرد و فرایند جداسازی مواد معدنی را جایگزین آن کرد، اولین استفاده عمده از این فرایند در یک معدن مس آمریکا بود. دارندگان عمده سهام Inspiration مردانی بودند که معدن بزرگ آناکوندای Butte را کنترل می‌کردند. آنها بلافاصله موفقیت Inspiration ساخت کارخانه دارای مجوز جداسازی مواد معدنی در Butte را در سال‌های ۱۹۱۵–۱۹۱۶ دنبال کردند که بیانیه ای مهم در مورد پذیرش نهایی فرایند ثبت اختراع جداسازی مواد معدنی بود.

جان ام. کالو، از مهندسی عمومی [[سالت لیک سیتی]]، شناورسازی را از مقالات فنی و معرفی در آسیاب Butte و Superior و در Inspiration Copper در آریزونا دنبال کرده بود و تشخیص داده بود که هم زدن مکانیکی نقطه ضعفی برای فناوری موجود است. کالو با معرفی یک آجر متخلخل با هوای فشرده و مکانیزم همزن مکانیکی، در سال ۱۹۱۴ برای ثبت اختراع درخواست کرد (برخی می‌گویند که کالو، یک پارتیزان جکلینگ، سلول خود را به عنوان وسیله ای برای جلوگیری از پرداخت حق امتیاز به مینرال سپریشن اختراع کرد، که شرکت‌ها از سلول او استفاده می‌کنند. این روش که به شناورسازی پنوماتیک معروف است، به عنوان جایگزینی برای فرایند جداسازی مواد معدنی غلظت فلوتاسیون شناخته شد.<ref>A detailed description of the history of flotation and this process can be found in Callows "Notes on Flotation" found in the ''Transactions of the American Institute of Mining Engineers''; Vol 53-54, originally presented in New York in February 1916.</ref> مؤسسه مهندسین معدن آمریکا در سال ۱۹۲۶ به کالو مدال طلای جیمز داگلاس را برای کمک‌هایش در زمینه شناورسازی اهدا کرد. در آن زمان، فناوری شناورسازی در حال تغییر بود، به‌ویژه با کشف استفاده از زانتات‌ها و دیگر معرف‌ها، که سلول کالو و فرایند او را منسوخ کرد.{{مدرک|date=January 2021}}

آنتوان مارک گاودین، استاد فناوری مونتانا، دوره اولیه شناورسازی را به عنوان فاز مکانیکی تعریف کرد در حالی که در اواخر دهه ۱۹۱۰ وارد فاز شیمیایی شد. اکتشافات در معرف‌ها، به‌ویژه استفاده از گزانتات‌های ثبت شده توسط کورنلیوس اچ. کلر، شیمی‌دان جداسازی مواد معدنی، نه آنقدر جذب مواد معدنی را از طریق فرایند افزایش داد، بلکه آن‌ها را در عملیات‌های روزمره بسیار قابل کنترل‌تر کرد. ثبت اختراعات شناورسازی اولیه مینرال سپریشن در سال ۱۹۲۳ به پایان رسید و موارد جدید برای فرایندهای شیمیایی موقعیت قابل توجهی را در دهه ۱۹۳۰ به آن بخشید. در این دوره، این شرکت همچنین فرایندهای شناورسازی آهن را از آزمایشگاه هیبینگ خود و فسفات را در آزمایشگاه فلوریدا توسعه داد و به ثبت رساند. مرحله سریع دیگری از نوآوری در فرایند شناورسازی تا پس از سال ۱۹۶۰ رخ نداد.{{مدرک|date=January 2021}}

در دهه ۱۹۶۰، روش شناورسازی کف برای جوهر زدایی [[بازیافت کاغذ|کاغذ بازیافتی]] اقتباس شد.{{مدرک|date=January 2021}}

موفقیت این فرایند با توجه به تعداد مدعیان به عنوان «کاشف» شناورسازی آشکار می‌شود. در سال ۱۹۶۱، مهندسان آمریکایی «۵۰ سال شناورسازی» را جشن گرفتند. در سال ۱۹۷۷، مهندسان آلمانی «صدمین سالگرد شناورسازی» را بر اساس پتنت برادران بسل در سال ۱۸۷۷ جشن گرفتند. سایت تاریخی معدن مس گلاس دیر، تورهای خود در ولز را به عنوان مکان «کشف شناور» بر اساس کار برادران المور تبلیغ می‌کند. نویسندگان اخیر، به دلیل علاقه به تجلیل از زنان در علم، قهرمان کری اورسون از دنور به عنوان مادر این فرایند، بر اساس حق اختراع ۱۸۸۵ او، هستند. مهندسان، متالوژیست‌ها و شیمیدانان که حداقل در دادگاه‌های آمریکا و استرالیا کنترل اختراعات شناورسازی کف و همچنین حق مدعی را به عنوان کاشف شناورسازی کف به دست آورده‌اند، از این لیست حذف شده‌اند. اما، همان‌طور که مورخ مارتین لینچ می‌نویسد، «تفکیک مواد معدنی در نهایت پس از ارائه پرونده به دادگاه عالی ایالات متحده [و مجلس اعیان] پیروز می‌شود و با این کار باعث انزجار صمیمانه بسیاری در دنیای معدن برای خود شد».

== صنایع ==
=== فرآوری مواد معدنی ===
[[پرونده:Froth_Flotation_Plant_at_Argonne.jpg|بندانگشتی| شناورسازی کف برای جداسازی پلاستیک‌ها، [[آزمایشگاه ملی آرگون]]]]
[[پرونده:FlotationFalconbridgeOnt.jpg|چپ|بندانگشتی| سلول‌های فلوتاسیون کف برای تغلیظ مواد معدنی سولفید مس و نیکل، فالکونبریج، انتاریو.]]
شناورسازی کف فرایندی برای جداسازی کانی‌ها از گنگ با استفاده از تفاوت در [[آب‌گریزی|آبگریزی ('''آب‌گریز''' یا '''هیدروفوب''' (به]] [[زبان انگلیسی|انگلیسی]]: Hydrophobe) در [[شیمی]] و زیست‌شناسی سلول کاربرد دارد و یک پدیدهٔ فیزیکی در مولکول‌ها است که از [[آب]] دوری می‌کنند) آنهاست. تفاوت آب گریزی بین مواد معدنی با ارزش و ضایعات با استفاده از سورفکتانت‌ها و عوامل مرطوب‌کننده افزایش می‌یابد. جداسازی انتخابی مواد معدنی، فرآوری کانه‌های پیچیده (یعنی مخلوط) را از نظر اقتصادی امکان‌پذیر می‌کند. فرایند شناورسازی برای جداسازی طیف وسیعی از [[سولفید]]ها، [[کربنات]]‌ها و [[اکسید]]ها قبل از پالایش بیشتر استفاده می‌شود. [[فسفات]]‌ها و [[زغال‌سنگ|زغال سنگ]] نیز با فناوری شناورسازی ارتقاء داده می‌شوند (تصفیه می‌شوند).{{مدرک|date=January 2021}}

قبل از سال ۱۹۰۷، تقریباً تمام مس استخراج شده در ایالات متحده از ذخایر رگه ای زیرزمینی به دست می‌آمد که به‌طور متوسط ۲٫۵ درصد مس بود.<ref name="Wills">{{Cite journal|last=Wills|first=B A|last2=Atkinson|first2=K|year=1991|title=The development of minerals engineering in the 20th Century|journal=Minerals Engineering|volume=4|issue=7–11|pages=643–652|doi=10.1016/0892-6875(91)90054-y}}</ref> تا سال ۱۹۹۱، میانگین عیار سنگ معدن مس استخراج شده در ایالات متحده به تنها ۰٫۶ درصد کاهش یافته بود.<ref name="Wills"/>

=== تصفیه فاضلاب ===
فرایند شناورسازی همچنین به‌طور گسترده در تصفیه خانه‌های فاضلاب صنعتی استفاده می‌شود، جایی که چربی، روغن، گریس و مواد جامد معلق را از فاضلاب حذف می‌کند. این واحدها، واحدهای شناور هوای محلول (DAF) نامیده می‌شوند. به‌طور خاص، واحدهای شناورسازی هوای محلول در حذف نفت از پساب فاضلاب [[پالایشگاه نفت|پالایشگاه‌های نفت]]، [[فراورده‌های پتروشیمی|کارخانه‌های پتروشیمی]] و [[کارخانه شیمیایی|شیمیایی]]، [[پالایشگاه گاز طبیعی|کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی]] و تأسیسات صنعتی مشابه استفاده می‌شوند.{{مدرک|date=January 2021}}

=== بازیافت کاغذ ===
شناورسازی کف یکی از فرایندهایی است که برای بازیابی [[بازیافت کاغذ|کاغذ بازیافتی]] استفاده می‌شود. در [[صنعت کاغذ و خمیرکاغذ|صنعت کاغذ]] ('''صنعت کاغذ و خمیرکاغذ''' (به [[زبان انگلیسی|انگلیسی]]: Pulp and paper industry) شامل شرکت‌هایی است، که با استفاده از [[چوب]] به‌عنوان [[ماده اولیه|مواد خام]] به تولید [[کاغذ]]، خمیرکاغذ و سایر محصولات بر پایه [[سلولز]] می‌پردازند.

این صنعت سال‌ها، در انحصار کامل [[ایالات متحده آمریکا]] قرار داشت، تا اینکه در سال ۲۰۰۹ [[جمهوری خلق چین]] در تولید کاغذ و خمیرکاغذ از آن پیشی گرفت) این مرحله مرکب زدایی یا فقط شناورسازی می‌گویند. هدف آزادسازی و حذف آلاینده‌های آبگریز از کاغذ بازیافتی است. آلاینده‌ها بیشتر مرکب و چسب هستند. به‌طور معمول راه اندازی یک سیستم دو مرحله ای با۳ ,۴ یا ۵ سلول شناور به صورت سری است.<ref>Voith EcoCell flotation plant {{Cite web|url=http://www.voithpaper.com/applications/productsearch/files/594_VPR-PB-07-0001-GB-07.pdf|title=Archived copy|accessdate=2009-01-08|archiveurl=https://web.archive.org/web/20090824075218/http://www.voithpaper.com/applications/productsearch/files/594_VPR-PB-07-0001-GB-07.pdf|archivedate=2009-08-24}}</ref>

== اصل عملیات ==
قبل از اینکه عملیات شناورسازی کف انجام شود، سنگ معدنی که باید تصفیه شود با خرد کردن به ذرات ریز تبدیل می‌شود تا کانی‌های مختلف به صورت دانه‌های جدا از هم وجود داشته باشند. این فرایند به عنوان ''رهایی'' کامل شناخته می‌شود. اندازه ذرات معمولاً کمتر از ۰٫۱ است میلی‌متر (۱۰۰ میکرومتر)، اما گاهی اوقات اندازه‌های کوچکتر از ۷–۱۰ است میکرومتر مورد نیاز است.<ref>D N Nihill, C M Stewart and P Bowen, "The McArthur River mine—the first years of operation," in: ''AusIMM ’98 – The Mining Cycle, Mount Isa, 19–23 April 1998'' (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 1998), 73–82.</ref> این تمایل وجود دارد که اندازه آزادسازی مواد معدنی در طول زمان کاهش یابد زیرا توده‌های سنگی با دانه‌های معدنی درشتی که می‌توان آنها را در اندازه‌های بزرگ‌تر جدا کرد، تهی می‌شود و با توده‌های سنگی جایگزین می‌شوند که قبلاً بسیار دشوار تلقی می‌شدند.{{مدرک|date=January 2021}}

در صنعت معدن، کارخانه‌هایی که شناورسازی برای تغلیظ [[کانسنگ|سنگ معدن ('''کانسنگ''' یا '''سنگ معدن''' گونه‌ای]] [[سنگ]] حاوی فلزات و عناصر ارزشمند و مهم است که از معدن استخراج می‌شود و سپس طی فرایندی عناصر مورد نیاز از آن گرفته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد) انجام می‌شود، عموماً به عنوان ''متمرکز کننده'' یا ''آسیاب'' شناخته می‌شوند رای شناورسازی کف یک دوغاب آبی، سنگ معدن آسیاب شده با عامل کف کننده تصفیه می‌شود. به عنوان مثال [[اتیل گزانتات سدیم|سدیم اتیل زانتات]] به عنوان یک جمع‌کننده در شناورسازی [[گالن]] (سولفید سرب) برای جداسازی آن از [[اسفالریت]] (سولفید روی) است. قسمت قطبی آنیون زانتات به ذرات سنگ معدن می‌چسبد و قسمت هیدروکربنی غیر قطبی یک لایه آبگریز تشکیل می‌دهد. ذرات توسط حباب‌های هوا به سطح آب می‌آیند. حدود ۳۰۰ گرم در تن سنگ معدن برای جداسازی کارآمد مورد نیاز است. راندمان عمل آبگریز افزایش می‌یابد، اما انتخاب‌پذیری نسبت به نوع سنگ با افزایش طول زنجیره هیدروکربنی در زانتات‌ها کاهش می‌یابد. این زنجیره از نظر اتیل زانتات سدیم کوتاه‌ترین است که آن را برای سنگ‌های مس، نیکل، سرب، طلا و روی بسیار انتخاب می‌کند. محلول‌های آبی (۱۰٪) با pH = ۷–۱۱ به‌طور معمول در فرایند استفاده می‌شود.<ref name="r5p13">Report 5 (1995) p. 13</ref> این دوغاب (که به درستی ''پالپ'' نامیده می‌شود) از ذرات آبگریز و ذرات آبدوست، سپس به مخازن معروف به ''سلول‌های شناورسازی وارد می‌شود'' که برای تولید حباب‌ها هوادهی می‌شوند. ذرات آبگریز به حباب‌های هوا می‌چسبند و به سطح می‌آیند و کف ایجاد می‌کنند.<ref name="linmahanglead">{{Cite journal|last=Williams|first=T.|title=The story of Lin Ma Hang lead mine, 1915-1962|journal=Geological Society of Hong Kong Newsletter|volume=9|pages=3–27}}</ref> کف از سلول خارج می‌شود و یک کنسانتره ('''کنسانتره''' (به [[زبان فرانسوی|فرانسوی]]: Concentrate) شکلی از ماده است که اکثر اجزای اصلی تشکیل‌دهنده یا [[حلال (محصولات غذایی)|حلال]] آن را حذف کرده‌اند. معمولاً با گرفتن آب موجود در یک [[محلول]] یا [[سوسپانسیون]]، مثلاً گرفتن آب موجود در [[آب‌میوه|آبمیوه]] و تبدیل آن به پودر یا [[عصاره]]، کنسانتره تشکیل می‌شود) از ماده معدنی مورد نظر تولید می‌شود.<ref>E V Manlapig, C Green, J W Parkinson and A S Murphy, "The technology and economic incentives for recovering coal from tailings impoundments," ''SME Annual Meeting, Denver, Colorado, 26–28 February 2001, Preprint 01-70'' (Society of Mining, Metallurgy and Exploration: Littleton, Colorado, 2001).</ref>

عوامل کف کننده، معروف به ''کف کننده''، ممکن است به پالپ وارد شوند تا تشکیل کف پایدار در بالای سلول شناورسازی را تقویت کنند.{{مدرک|date=January 2021}}

به مواد معدنی که در کف شناور نمی‌شوند، ''باطله های'' شناورسازی یا ''دم شناورسازی'' می‌گویند. این باطله‌ها همچنین ممکن است در معرض مراحل بعدی شناورسازی قرار گیرند تا ذرات ارزشمندی را که بار اول شناور نکرده‌اند بازیابی کنند. این به عنوان ''پاکسازی'' شناخته می‌شود. باطله‌های نهایی پس از جمع‌آوری معمولاً برای دفع به عنوان پر کردن معدن یا به تأسیسات دفع باطله برای ذخیره‌سازی طولانی مدت پمپ می‌شوند.{{مدرک|date=January 2021}}

راندمان شناورسازی کف با یک سری احتمالات تعیین می‌شود: احتمالات مربوط به تماس ذره-حباب، اتصال ذره-حباب، حمل و نقل بین خمیر و کف، و جمع‌آوری کف به داخل لباسشویی محصول.<ref name="Atkinson 1993">B W Atkinson, C J Conway and G J Jameson, [http://www.jamesoncell.com/EN/Downloads/technical%20papers/Fundamentals%20of%20Jameson%20Cell%20Operation%20including%20Size-Yield%20Respone%20-%20Atkinson%20Conway%20Jameson.pdf "Fundamentals of Jameson Cell operation including size–yield response,"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120317194906/http://www.jamesoncell.com/EN/Downloads/technical%20papers/Fundamentals%20of%20Jameson%20Cell%20Operation%20including%20Size-Yield%20Respone%20-%20Atkinson%20Conway%20Jameson.pdf|date=2012-03-17}} in: ''Sixth Australian Coal Preparation Conference, Mackay, Queensland, 6–9 September 1993'' (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 1993).</ref> در یک سلول متداول مکانیکی، کسر خالی (یعنی حجم اشغال شده توسط حباب‌های هوا) کم است (۵ تا ۱۰ درصد) و اندازه حباب معمولاً بزرگتر از ۱ میلی‌متر است.<ref name="Atkinson 1995"/> این منجر به یک ناحیه سطحی نسبتاً کم و احتمال کم تماس ذره-حباب می‌شود.<ref name="Atkinson 1995">B W Atkinson, C J Conway and G J Jameson, "High-efficiency flotation of coarse and fine coal," in: ''High-efficiency Coal Preparation: An International Symposium,'' (Society of Mining, Metallurgy and Exploration: Littleton, Colorado, 1995).</ref> در نتیجه، چندین سلول به صورت سری برای افزایش زمان ماندن ذرات مورد نیاز است، بنابراین احتمال تماس ذره-حباب افزایش می‌یابد.<ref name="Atkinson 1995"/>

شناورسازی معمولاً در چندین مرحله انجام می‌شود تا بازیابی کانی یا مواد معدنی مورد نظر و غلظت آن مواد معدنی در کنسانتره به حداکثر برسد و در عین حال انرژی ورودی به حداقل برسد.<ref name="Pease">J Pease, "[http://www.isamill.com/EN/Downloads/Downloaded%20Technical%20Papers/Joe_Pease.pdf Increasing the energy efficiency of grinding] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120320190950/http://www.isamill.com/EN/Downloads/Downloaded%20Technical%20Papers/Joe_Pease.pdf |date=۲۰ مارس ۲۰۱۲ }}," Presented at: ''Crushing and Grinding, Brisbane, September 2007.'' Accessed 24 May 2013.</ref>

=== مراحل شناورسازی ===
==== خشن کردن ====
''مرحله اول رافینگ'' نامیده می‌شود ''که کنسانتره زبرتری'' تولید می‌کند. هدف این است که حداکثر مقدار ماده معدنی با ارزش را با اندازه ذرات درشت حذف کنیم.<ref name="Pease"/> هرچه سنگ معدن ریزتر آسیاب شود، انرژی مورد نیاز بیشتر است، بنابراین منطقی است که فقط آن دسته از ذراتی را که به آسیاب ریز نیاز دارند آسیاب کنیم.<ref name="Pease"/> برای شناورسازی خشن تر، آزادسازی کامل لازم نیست، فقط آزادسازی کافی برای آزادسازی گنگ از ماده معدنی ارزشمند برای بازیابی بالا لازم است.<ref name="Pease"/>

هدف اولیه از خشن کردن، بازیابی هر چه بیشتر مواد معدنی با ارزش است، با تأکید کمتر بر کیفیت کنسانتره تولید شده.{{مدرک|date=January 2021}}

در برخی از تغلیظ‌ها، ممکن است یک ''مرحله پیش شناورسازی'' قبل از خشن کردن وجود داشته باشد.<ref name="Smith">T Smith, D Lin, B Lacouture and G Anderson, [http://www.jamesoncell.com/EN/Downloads/technical%20papers/Removal%20of%20Organic%20Carbon%20with%20a%20Jameson%20Cell%20at%20R.pdf "Removal of organic carbon with a Jameson Cell at Red Dog Mine,"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120317185725/http://www.jamesoncell.com/EN/Downloads/technical%20papers/Removal%20of%20Organic%20Carbon%20with%20a%20Jameson%20Cell%20at%20R.pdf |date=۱۷ مارس ۲۰۱۲ }} in: ''Proceedings of the 40th Annual Meeting of the Canadian Mineral Processors, Ottawa, Ontario, 22–24 January 2008''. Accessed 6 June 2013.</ref> این کار زمانی انجام می‌شود که برخی مواد نامطلوب مانند کربن آلی وجود داشته باشند که به راحتی شناور شوند.<ref name="Smith"/> برای جلوگیری از شناور شدن آنها در حین خشن کردن (و در نتیجه آلوده شدن کنسانتره زبرتر) ابتدا آنها را جدا می‌کنند.{{مدرک|date=January 2021}}

==== تمیز کردن ====
کنسانتره زبرتر معمولاً در معرض مراحل بعدی شناورسازی قرار می‌گیرد تا مواد معدنی نامطلوبی را که به کف گزارش شده‌است، دفع کند. ''در فرآیندی به نام تمیز کردن ،''<ref name="Pease"/> محصول تمیز کننده به عنوان ''کنسانتره پاک کننده'' یا ''کنسانتره نهایی شناخته می‌شود'' .{{مدرک|date=January 2021}}

هدف از تمیز کردن این است که تا حد ممکن عیار کنسانتره تولید شود.{{مدرک|date=January 2021}}

کنسانتره خشن تر اغلب به عنوان سنگ زنی بیشتر (معمولا به نام ''رجرندنج)'' برای به دست آوردن آزادی کامل تر از مواد معدنی با ارزش است.<ref name="Pease"/> از آنجا که جرم آن کوچکتر از سنگ معدن اصلی است، انرژی کمتری نسبت به مقدار لازم در صورت آسیاب مجدد کل سنگ معدن مورد نیاز است.<ref name="Pease"/> سنگ زنی مجدد اغلب در ''آسیاب های'' مخصوص آسیاب مجدد انجام می‌شود، مانند ایسا میل، که برای کاهش بیشتر انرژی مصرف شده در حین آسیاب کردن مجدد، به اندازه‌های ظریف طراحی شده‌است.{{مدرک|date=January 2021}}

==== پاکسازی ====
مرحله شناورسازی خشن‌تر اغلب با یک ''مرحله شناور رفتگر'' دنبال می‌شود که برای باطله‌های خشن‌تر اعمال می‌شود. هدف بازیابی هر یک از مواد معدنی مورد نظر است که در مرحله اولیه خشن بازیافت نشده‌اند. این ممکن است با تغییر شرایط شناور به منظور سخت‌تر کردن آن‌ها نسبت به خشن‌کاری اولیه حاصل شود، یا ممکن است مقداری آسیاب ثانویه برای آزادسازی بیشتر وجود داشته باشد.

کنسانتره از روبنده‌های خشن‌تر می‌تواند برای شناورسازی مجدد به خوراک خشن‌تر برگردانده شود یا به سلول‌های تمیزکننده ویژه ارسال شود.

به‌طور مشابه، مرحله تمیز کردن ممکن است با یک مرحله پاکسازی روی باطله‌های پاک کننده نیز دنبال شود.

== علم شناورسازی ==
برای مؤثر بودن بر روی یک دوغاب سنگ معدن معین، کلکتورها بر اساس [[ترشوندگی]] انتخابی آنها از انواع ذرات جداسازی شده، انتخاب می‌شوند. این نیاز ترمودینامیکی برای اتصال ذرات به سطح حباب را فراهم می‌کند. فعالیت مرطوب‌کنندگی یک سورفکتانت روی یک ذره را می‌توان با اندازه‌گیری [[زاویه تماس|زوایای تماسی]] که رابط مایع/حباب با آن ایجاد می‌کند، اندازه‌گیری کرد. یکی دیگر از معیارهای مهم برای اتصال حباب‌ها به ذرات، زمان القاء است. زمان القاء زمان لازم برای پاره شدن لایه نازک جداکننده ذره و حباب توسط ذره و حباب است. این گسیختگی توسط نیروهای سطحی بین ذره و حباب حاصل می‌شود.

مکانیسم اتصال حباب به ذره بسیار پیچیده‌است و از سه مرحله برخورد، اتصال و جدا شدن تشکیل شده‌است. برخورد با قرار گرفتن ذرات در لوله برخورد حباب حاصل می‌شود و این تحت تأثیر سرعت حباب و شعاع حباب است. لوله برخورد مربوط به منطقه ای است که در آن یک ذره با حباب برخورد می‌کند.

اتصال ذره به حباب توسط زمان القای ذره و حباب کنترل می‌شود. ذره و حباب نیاز به اتصال دارند و این در صورتی اتفاق می‌افتد که زمانی که ذره و حباب در تماس با یکدیگر هستند بزرگتر از زمان القاء مورد نیاز باشد. این زمان القایی تحت تأثیر ویسکوزیته سیال، اندازه ذرات و حباب و نیروهای بین ذره و حباب است.

جدا شدن یک ذره و حباب زمانی اتفاق می‌افتد که نیروی اعمال شده توسط کشش سطحی توسط نیروهای برشی و نیروهای گرانشی بیشتر شود. این نیروها پیچیده هستند و در درون سلول متفاوت هستند. برش بالا در نزدیکی پروانه یک سلول شناور مکانیکی و عمدتاً نیروی گرانشی در منطقه جمع‌آوری و تمیز کردن یک ستون شناور تجربه می‌شود.

مسائل مهمی در حباب ذرات ریز رخ می‌دهد زیرا این ذرات راندمان برخورد پایین و همچنین باریک شدن و تخریب سطوح ذرات را تجربه می‌کنند. ذرات درشت به دلیل آزادسازی کم و راندمان جداشدگی بالا، بازیابی کم ماده معدنی ارزشمند را نشان می‌دهند.

=== تئوری ===
==== چسبندگی انتخابی ====
شناورسازی کف به چسبندگی انتخابی حباب‌های هوا به سطوح معدنی در دوغاب معدنی/آب بستگی دارد. حباب‌های هوا به ذرات [[آب‌گریزی|آبگریز بیشتری می‌چسبند.]] اتصال حباب‌ها به سطح توسط انرژی‌های سطحی بین فازهای جامد، مایع و گاز تعیین می‌شود. این توسط [[ترشوندگی|معادله یانگ دوپر]] تعیین می‌شود:<ref>{{Cite web|last=Kawatra|first=S.K.|title=Flotation Fundamentals|url=http://www.chem.mtu.edu/chem_eng/faculty/kawatra/Flotation_Fundamentals.pdf|website=MTU Chemistry|accessdate=8 June 2015}}</ref>

<math> \gamma_{lv} \text{cos} \theta = (\gamma_{sv} - \gamma_{sl})</math>

به صورتی که:
* γ <sub>LV</sub> انرژی سطح رابط بخار / مایع است
* γ <sub>sv</sub> انرژی سطحی رابط جامد/بخار است
* γ <sub>sl</sub> انرژی سطح رابط جامد/مایع است،
* θ [[زاویه تماس|زاویه تماس است]]، زاویه ای که در محل اتصال بین فازهای بخار، جامد و مایع ایجاد می‌شود.

هدف جداسازی مواد معدنی ممکن است از نظر شیمیایی با کلکتورها اصلاح شوند تا آبگُریزتر باشند. کلکتورها نوعی [[ماده فعال سطحی|سورفکتانت ('''سورفکتانت‌ها''' یا '''مواد فعال سطحی''' (به]] [[زبان انگلیسی|انگلیسی]]: Surfactant) موادی هستند که هنگامی که به مقدار بسیار ناچیز استفاده می‌شوند کشش سطحی آب را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند. سورفکتانت‌ها ممکن است به عنوان [[مواد شوینده]]، مواد [[ترشوندگی|خیس کننده]]، [[امولسیون|امولسیفایر]]، [[مواد کف‌کننده]] و [[پراکنده کننده]]‌ها عمل کنند و این ترکیبات تقریباً مثل صابون و سایر سورفاکتانت‌ها عمل می‌کنند و بعد از تماس با آب حالت لزج پیدا می‌کنند) هستند که آب گریزی طبیعی سطح را افزایش داده و قابلیت [[فرایند جداسازی|تفکیک]] ذرات آبگریز و آبدوست را افزایش می‌دهند. کلکتورها یا از طریق جذب شیمیایی به ماده معدنی پیوند شیمیایی می‌دهند یا از طریق [[جذب فیزیکی]] روی سطح جذب می‌شوند.
[[پرونده:Collectors.png|بندانگشتی|انواع مختلف کلکتورها یا سورفکتانت‌ها که در فلوتاسیون کف استفاده می‌شوند.]]

==== صندوق بین‌المللی پول و نیروهای سطحی در برهمکنش‌های حباب-ذره ====
===== {{درشت|برخورد}} =====
نرخ برخورد ذرات ریز (۵۰ تا ۸۰ میکرومتر) را می‌توان با دقت مدل‌سازی کرد، اما هیچ تئوری فعلی وجود ندارد که به‌طور دقیق برخورد حباب-ذره را برای ذراتی به بزرگی ۳۰۰ میکرومتر که معمولاً در فرایندهای شناورسازی استفاده می‌شوند، مدل‌سازی کند.<ref>{{Cite journal|last=Nguyen|first=Anh V|date=12 June 1996|title=On modelling of bubble–particle attachment probability in flotation|journal=International Journal of Mineral Processing|volume=53|issue=4|pages=225–249|doi=10.1016/S0301-7516(97)00073-2}}</ref>

برای ذرات ریز، قانون استوکس احتمال برخورد را دست کم می‌گیرد در حالی که معادله پتانسیل مبتنی بر بار سطحی احتمال برخورد را بیش از حد تخمین می‌زند، بنابراین از یک معادله میانی استفاده می‌شود.<ref>{{Cite journal|last=Shahbazi|first=B.|year=2010|title=Bubble–particle collision and attachment probability on fine particles flotation|journal=Chemical Engineering and Processing: Process Intensification|volume=49|issue=6|pages=622–627|doi=10.1016/j.cep.2010.04.009}}</ref>

دانستن نرخ‌های برخورد در سیستم بسیار مهم است زیرا این مرحله قبل از جذب است که در آن یک سیستم سه فاز تشکیل می‌شود.

===== {{درشت|جذب (پیوست)}} =====
اثربخشی یک محیط برای جذب به یک ذره تحت تأثیر رابطه بین سطوح هر دو ماده است. عوامل متعددی وجود دارد که بر کارایی جذب در حوزه‌های شیمیایی، ترمودینامیکی و فیزیکی تأثیر می‌گذارد. این عوامل می‌توانند از انرژی سطحی و قطبیت گرفته تا شکل، اندازه و زبری ذره متغیر باشند. شناورسازی کف، جذب یک پیامد قوی از انرژی سطحی است، زیرا ذرات کوچک نسبت سطح اندازه بزرگی دارند و در نتیجه سطوح انرژی بالاتری برای ایجاد جاذبه با مواد جذبی ایجاد می‌کنند. حباب‌های هوا باید به‌طور انتخابی به مواد معدنی مورد نظر بچسبند تا آنها را به سطح دوغاب برسانند و در عین حال سایر مواد معدنی را خیس کرده و در محیط دوغاب آبی رها کنند.

به ذراتی که به راحتی توسط آب خیس می‌شوند، آب دوست می‌گویند، در حالی که به ذراتی که به راحتی توسط آب خیس نمی‌شوند، آبگریز می‌گویند. ذرات آبگریز تمایل به تشکیل فاز جداگانه در محیط‌های آبی دارند. در شناورسازی کف، اثربخشی حباب هوا برای چسبیدن به یک ذره بر اساس میزان آبگریز بودن ذره است. ذرات آبگریز به حباب‌های هوا میل دارند که منجر به جذب می‌شود. ترکیبات حباب-ذره به ناحیه کف که توسط نیروهای شناوری هدایت می‌شود، بالا می‌روند.<ref>{{Cite web|last=Kawatra|first=S.K.|title=Flotation Fundamentals|url=http://www.chem.mtu.edu/chem_eng/faculty/kawatra/Flotation_Fundamentals.pdf|website=MTU Chemistry|accessdate=8 June 2015}}</ref>

اتصال حباب‌ها به ذرات توسط انرژی‌های سطحی بین فازهای جامد، مایع و بخار، همان‌طور که توسط معادله یانگ/دوپر مدل شده‌است، تعیین می‌شود. انرژی‌های سطحی می‌تواند بر اساس ساختار طبیعی مواد یا افزودن درمان‌های شیمیایی باشد که می‌تواند سازگاری انرژی را بهبود بخشد.

کلکتورها مواد افزودنی اصلی هستند که برای بهبود سطوح ذرات استفاده می‌شوند. آنها به عنوان سورفکتانت برای جداسازی انتخابی و کمک به جذب بین ذرات مورد نظر و حباب‌هایی که از میان دوغاب بالا می‌روند، عمل می‌کنند. کلکتورهای رایج مورد استفاده در شناورسازی لیگاندهای گوگرد آنیونی هستند که دارای ساختار دو عملکردی با یک بخش یونی و یک بخش آبگریز مانند یک دنباله هیدروکربنی بلند است که با فلزات جاذبه مشترک دارد. این کلکتورها سطح ذره را با تک لایه ای از ماده غیر قطبی می‌پوشانند تا با کاهش حلالیت ذرات جذب شده در آب به جدا شدن از فاز آبی کمک کنند. لیگاندهای جذب شده می‌توانند میسل‌هایی را در اطراف ذرات و کلوئیدهای ذرات کوچک تشکیل دهند که باعث بهبود پایداری و جداسازی فاز بیشتر می‌شود.

===== {{درشت|دفع (جداشدگی)}} =====
جذب ذرات به حباب‌ها برای جداسازی مواد معدنی از دوغاب ضروری است، اما مواد معدنی باید از مواد افزودنی مورد استفاده در جداسازی، مانند کلکتورها، کف‌کننده‌ها و اصلاح‌کننده‌ها خالص شوند. محصول حاصل از تمیز کردن یا فرایند دفع، به عنوان کنسانتره پاک کننده شناخته می‌شود. جدا شدن یک ذره و حباب نیاز به برش پیوند جذبی دارد که توسط نیروهای برشی هدایت می‌شود. بسته به نوع سلول شناور، نیروهای برشی که توسط انواع سیستم‌های مکانیکی اعمال می‌شود، از جمله رایج‌ترین پروانه‌ها و میکسرها هستند. برخی از سیستم‌ها عملکردهای این اجزا را با قرار دادن آنها در مکان‌های کلیدی که می‌توانند در مکانیسم‌های شناور کف چندگانه شرکت کنند، ترکیب می‌کنند. سلول‌های پاک کننده همچنین از نیروهای گرانشی برای بهبود کارایی جداسازی بهره می‌برند. دفع، خود یک پدیده شیمیایی است که در آن ترکیبات فقط به صورت فیزیکی بدون داشتن پیوند شیمیایی به یکدیگر متصل می‌شوند.

==== محاسبات عملکرد ====
===== {{درشت|معادلات مربوطه}} =====
یک کمیت معمولی که برای توصیف کارایی جمع‌آوری فرایند شناورسازی کف استفاده می‌شود، ''بازیابی شناورسازی است('' <math>R</math>). این کمیت احتمال برخورد و اتصال ذرات به حباب‌های شناور گاز را در بر می‌گیرد. <math>R = \frac{N_c} {\left(\tfrac{\pi}{4}\right)\left(d_p+d_b\right)^2 Hc}</math>به صورتی که:
* <math>N_c = PN_c^i</math> که حاصل ضرب احتمال جمع‌آوری ذره است (<math>P</math>) و تعداد برخورد ذرات احتمالی (<math>N_c^i</math>)
* <math>d_p</math> قطر ذره است
* <math>d_b</math> قطر حباب است
* <math>H</math> یک ارتفاع مشخص در شناور است که در بازیابی محاسبه شده‌است
* <math>c</math> غلظت ذرات است

در زیر، چندین روش ریاضی اضافی وجود دارد که اغلب برای ارزیابی اثربخشی فرایندهای شناورسازی کف استفاده می‌شود. این معادلات ساده‌تر از محاسبه ''بازیابی شناور هستند''، زیرا آنها صرفاً بر اساس مقادیر ورودی و خروجی فرایندها هستند.<ref>Kawatra, S. K. "Froth Flotation – Fundamental Principles." (n.d.): n. pag. Web.</ref>

برای معادلات زیر:
* <math>F</math> درصد وزنی خوراک است
* <math>C</math> درصد وزنی کنسانتره است
* <math>T</math> درصد وزنی باطله است
* <math>c</math> ، <math>t</math> ، و <math>f</math> به ترتیب سنجش متالورژیکی کنسانتره، باطله و خوراک هستند

نسبت وزن خوراک به وزن کنسانتره <math>\tfrac {F}{C}</math> (بدون واحد): <math> \frac{F}{C} = \frac{c-t}{f-t}</math>

درصد فلز بازیافت شده (<math>\Chi_R</math>) در ''درصد'' وزنی: <math>\Chi_R = 100\left(\frac{c}{f}\right)\left(\frac{f-t}{c-t}\right)</math>

درصد فلز از دست رفته (<math>\Chi_L</math>) در ''درصد'' وزنی: <math>\Chi_L = 100 - \Chi_R</math>

درصد وزن بهبود یافته <math>\left(\Chi_W\right)</math> در ''درصد'' وزنی: <math>\Chi_W = 100\left(\frac{C}{F}\right) = 100\frac{f-t}{c-t}</math>
[[File:Shifts_in_Recovery_Curves.png|بندانگشتی|نمونه ای از روابط بازیابی درجه که در شناورسازی کف دیده می‌شود. تغییرات در منحنی‌ها نشان دهنده تغییرات در اثربخشی شناورسازی است.]]

===== {{درشت|منحنی‌های بازیابی درجه}} =====
منحنی‌های بازیابی درجه در عین حال نرخ بازیابی دو جنبه مهم شناورسازی کف را تا حد ممکن پایین نگه می‌دارند، این منحنی‌ها به صورت تجربی بر اساس فرایند شناورسازی کف یک گیاه خاص ایجاد می‌شوند. از آنجایی که منحنی‌ها در جهت x مثبت (به راست) و جهت y مثبت (به سمت بالا) جابه‌جا می‌شوند، عملکرد فرایند شناورسازی کف به عنوان بهبود در نظر گرفته می‌شود. نقطه ضعف این منحنی‌ها این است که آنها فقط می‌توانند روابط بازیابی درجه یک خوراک خاص و نرخ خوراک را مقایسه کنند. اگر یک شرکت در فرایند شناورسازی کف خود دارای واریانسی بین درجه‌ها و نرخ‌های خوراک مورد استفاده (یک اتفاق بسیار رایج) باشد، منحنی‌های بازیابی درجه برای هر جفت از درجه خوراک و نرخ بازیابی باید ساخته شود تا اطلاعات معنی‌داری از گیاه به شرکت‌ها ارائه شود.<ref>Neethling, S.j. , and J.j. Cilliers. "Grade-recovery Curves: A New Approach for Analysis of and Predicting from Plant Data." ''Minerals Engineering'' 36-38 (2012): 105-10. Web.</ref>

== تجهیزات شناورسازی ==
[[پرونده:FlCell.PNG|چپ|بندانگشتی|240x240پیکسل| نمودار سلول فلوتاسیون کف. مثلث‌های شماره دار جهت جریان جریان را نشان می‌دهند. مخلوطی از سنگ معدن و آب به نام پالپ [۱] از یک نرم‌کننده وارد سلول می‌شود و به سمت پایین سلول جریان می‌یابد. هوا [۲] یا نیتروژن از یک پروانه عمودی عبور می‌کند که در آن نیروهای برشی جریان هوا را به حباب‌های کوچک می‌شکند. کف کنسانتره معدنی از بالای سلول [۳] جمع‌آوری می‌شود، در حالی که پالپ [۴] به سلول دیگری جریان می‌یابد.]]
شناورسازی را می‌توان در سلول‌ها یا مخازن مکانیکی همزن مستطیلی یا استوانه ای، ستون‌های شناورسازی، سلول‌های جیمسون یا دستگاه‌های شناورسازی جوهر زدایی انجام داد. طبقه‌بندی بر اساس روش جذب هوا، منصفانه است، که دو گروه متمایز از تجهیزات شناور به‌وجود آمده‌اند: ماشین‌های پنوماتیک و مکانیکی. به‌طور کلی ماشین‌های پنوماتیک کنسانتره کم عیارتر و مشکلات عملیاتی کمی دارند.
[[پرونده:Jameson_Cells_pictured_adjacent_to_flotation_columns_at_the_Mount_Isa_lead-zinc_concentrator.png|راست|بندانگشتی| مقایسه اندازه ستون‌های شناورسازی و سلول‌های جیمسون با ظرفیت‌های مشابه.]]
سلول‌های مکانیکی از یک میکسر و مکانیزم پخش کننده بزرگ در پایین مخزن مخلوط کن برای وارد کردن هوا و ایجاد عمل اختلاط استفاده می‌کنند. '''ستون های''' شناورسازی از اسپارگرهای هوا برای وارد کردن هوا در پایین ستون بلند و در عین حال دوغاب در بالا استفاده می‌کنند. حرکت مخالف جریان دوغاب به سمت پایین و جریان هوا به سمت بالا عمل اختلاط را فراهم می‌کند. سلول‌های مکانیکی معمولاً دارای نرخ توان بالاتری هستند، اما موادی تولید می‌کنند که کیفیت پایین‌تری دارند، در حالی که ستون‌های شناور عموماً نرخ خروجی پایین‌تری دارند اما مواد با کیفیت‌تری تولید می‌کنند.

سلول جیمسون از پروانه‌ها و اسپارگرها استفاده نمی‌کند، در عوض دوغاب را با هوا ترکیب می‌کند.

== مکانیک شناورسازی ==
[[پرونده:FlCirc.PNG|چپ|بندانگشتی|300x300پیکسل]]
در مراحل زیر، زیر آسیاب کردن برای آزادسازی ذرات معدنی دنبال می‌شود:
# تهویه معرف برای دستیابی به بارهای سطحی آبگریز بر روی ذرات مورد نظر
# جمع‌آوری و انتقال به سمت بالا توسط حباب‌ها در تماس نزدیک با هوا یا نیتروژن
# تشکیل کف پایدار در سطح سلول شناورسازی
# جداسازی کف ماده معدنی از حمام (سلول شناور)

'''مدار شناورسازی ساده برای غلظت مواد معدنی:'''

معرف شناورسازی به مخلوطی از سنگ معدن و آب (به نام خمیر) در یک مخزن تهویه اضافه می‌شوند. سرعت جریان و اندازه مخزن طوری طراحی شده‌است که به مواد معدنی زمان کافی برای فعال شدن بدهد. خمیر نرم‌کننده [۱] از بانکی از سلول‌های خشن تر تغذیه می‌شود که اکثر مواد معدنی مورد نظر را به عنوان کنسانتره حذف می‌کند. پالپ زبرتر [۲] به بانکی از سلول‌های رفتگر می‌رود که در آنجا ممکن است معرف‌های اضافی اضافه شود. کف سلولی جاذب [۳] معمولاً برای درمان اضافی به سلول‌های خشن‌تر بازگردانده می‌شود، اما در برخی موارد ممکن است به سلول‌های پاک‌کننده ویژه‌ای فرستاده شود. خمیر لاشخور معمولاً آنقدر عقیم است که به عنوان دم دور انداخته می‌شود. مدارهای شناورسازی پیچیده‌تر، دارای چندین مجموعه از سلول‌های پاک‌کننده و پاک‌کننده‌تر و آسیاب مجدد خمیر یا کنسانتره هستند.

== مواد شیمیایی شناورسازی ==
[[پرونده:Prominenthill-flotation.jpg|بندانگشتی|فوم سولفید مس در سلول کف فلوتاسیون]]

=== کلکسیونرها ===
برای بسیاری از سنگ‌ها (به عنوان مثال آنهایی که از Cu, Mo, W، Ni)، جمع‌کننده لیگاندهای گوگرد آنیونی هستند. [[زانتات|نمک‌های زانتات]] از جمله پتاسیم آمیل زانتات (PAX)، ایزوبوتیل زانتات پتاسیم (PIBX)، [[پتاسیم اتیل زانتات]] (KEX)، ایزوبوتیل زانتات سدیم (SIBX)، ایزوپروپیل زانتات سدیم [[اتیل گزانتات سدیم|(SIPX)، اتیل]] گزانتات سدیم (SIPX) محبوب هستند. سایر کلکسیونرها شامل لیگاندهای مبتنی بر گوگرد هستند: [[سدیم دی‌تیوفسفات]]، [[دی‌تیوکربامات|دی تیوکاربامات‌ها]]. در گروه‌های دیگر [[تیوکربانیلید|جمع‌آوری‌کننده‌ها]] [[تیواوره]] ('''تیورآ''' با [[فرمول شیمیایی]] CH<sub>4</sub>N<sub>2</sub>S یک [[ترکیب شیمیایی]] با [[پاب‌کم|شناسه پاب‌کم]] ۲۷۲۳۷۹۰ است. که [[جرم مولی]] آن 76.12 g/mol می‌باشد. شکل ظاهری این ترکیب، جامد سفید است) مثل تیوکاربانیلید، [[اسید چرب|از اسیدهای چرب]] نیز استفاده شده‌است.

برای برخی از مواد معدنی (به عنوان مثال، سیلوینیت برای KCl)، آمین‌های چرب به عنوان جمع‌کننده استفاده می‌شود.

'''زانتات‌ها'''(به [[زبان انگلیسی|انگلیسی]]: Xanthate) به دسته‌ای از [[نمک (شیمی)|نمک‌های شیمیایی]] گفته می‌شود که دارای [[فرمول شیمیایی|فرمول]] کلی ROCS<sub>2</sub><sup>-</sup>M<sup>+</sup> (R = [[آلکیل]]; M+ = Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup>) است. این دسته از [[ترکیبات آلی گوگرد]] عمدتاً رنگی متمایل به زرد یا طلایی دارند و دلیل نامگذاری آنها نیز به زانتات همین است. (عبارت ξανθός [ksantʰós] در [[زبان یونانی]] به معنی رنگ زرد یا طلایی است)

=== کف کننده‌ها ===
ترکیبات مختلفی برای تثبیت فوم‌ها اضافه می‌شود. این افزودنی‌ها عبارتند از:

[[روغن کاج]] [[الکل|، الکل]]‌های مختلف ([[۴-متیل-۲-پنتانول|متیل ایزوبوتیل]] کاربینول (MIBC))، [[پلی‌اتیلن گلیکول|پلی]] گلیکول‌ها، زایلنول (اسید کرسیلیک).

=== اصلاح کننده‌ها ===
انواع ترکیبات دیگر برای بهینه‌سازی فرایند جداسازی اضافه می‌شود، این مواد افزودنی اصلاح کننده نامیده می‌شوند. معرف‌های اصلاح‌کننده با سطوح معدنی یا با کلکتورها و سایر یون‌های موجود در خمیر شناورسازی واکنش می‌دهند و در نتیجه واکنش، شناورسازی تغییر یافته و کنترل‌شده ایجاد می‌شود.
* [[پی‌اچ|pH برابر]] تغییر شکل [[اکسید کلسیم|آهک]] (به عنوان آهک کائو استفاده می‌شود، یا آهک معمولاً به عنوان هیدرات، دوغاب از کلسیم (OH) <sub>2)،</sub><ref>{{Cite journal|last=Zanin|first=M.|last2=Lambert|first2=H.|last3=du Plessis|first3=C. A.|date=2019-11-01|title=Lime use and functionality in sulphide mineral flotation: A review|journal=Minerals Engineering|language=en|volume=143|pages=105922|doi=10.1016/j.mineng.2019.105922|issn=0892-6875|doi-access=free}}</ref> [[سدیم کربنات|خاکستر سودا]] (سدیم <sub>2</sub> CO <sub>3)،</sub> [[سدیم هیدروکسید]] (سود)، [[سولفوریک اسید|سولفوریک]] و[[هیدروکلریک اسید]] (H <sub>2</sub> SO <sub>4</sub>، HCl) استفاده می‌شود.
* [[یون|اصلاح کننده‌های یونی]] شامل فسفات‌ها، سیلیکات‌ها و کربنات‌ها هستند.
* اصلاح کننده‌های آلی شامل غلیظ کننده‌های [[دکسترین]]، [[نشاسته]]، [[چسب]] و [[کربوکسی متیل سلولز|کربوکسی متیل سلولز هستند]].

=== ترکیبات شیمیایی برای جوهر زدایی کاغذ بازیافتی ===
'''سیلیکات''' (SiO<sub>۴</sub><sup>۴-</sup>) یک [[ترکیب شیمیایی]] با [[یون|بار منفی]] از [[سیلیسیم]] است بیشتر سیلیکات‌ها، [[اکسید|اکسیدی]] اند اما علاوه بر آن‌ها، [[هگزافلوئوروسیلیکات]] ([SiF<sub>۶</sub>]<sup>۲−</sup>) هم گونه‌ای دیگر از سیلیکات‌ها است. این دو دسته تنها گونه‌های سیلیکات‌ها نیستند. بیشتر سیاره‌های سنگی، [[ماه طبیعی|ماه‌های]] سنگی، [[سیارک]]‌ها و البته [[پوسته|پوستهٔ زمین]] از سیلیکات‌ها ساخته شده‌اند. [[ماسه]]، [[سیمان پورتلند]] و هزاران کانی در زمین نمونه‌هایی از این ماده‌اند.
* کنترل pH: سیلیکات سدیم و [[سدیم هیدروکسید]]
* منبع [[یون]] [[کلسیم]] [[: آب سخت]]، [[آهک]] یا [[کلسیم کلرید]]
* گردآورنده: [[اسید چرب]] [[امولسیون|، امولسیون]] اسید چرب [[صابون|، صابون]] اسید چرب یا سیلوکسان<ref>{{Cite patent|inventor-last=Nellesen|inventor-first=Bernhard|inventor2-last=Northfleet|inventor2-first=Christina|pubdate=2014-03-31|title=METHOD OF DEINKING|country=WO|number=2004011717}}</ref>

== کاربردهای خاص سنگ معدن ==
به عنوان مثال، فرایند شناورسازی برای خالص سازی [[پتاسیم کلرید]] از [[سدیم کلرید]] و مواد معدنی خاک رس، استفاده می‌شود. ماده معدنی خرد شده در حضور نمک‌های آمونیوم چرب، در آب نمک معلق می‌شود، زیرا گروه آمونیوم و K <sup>+</sup> دارای شعاع یونی بسیار مشابهی هستند (حدود ۰٫۱۳۵، ۰٫۱۴۳ برحسب نانومتر)، مراکز آمونیوم برای جایگاه‌های پتاسیم سطحی روی ذرات KCl، نه ذرات NaCl، مبادله می‌کنند. سپس زنجیره‌های بلند [[گروه آلکیل|آلکیل]] (اگر از [[مولکول]] [[آلکان]] یک [[اتم]] [[هیدروژن]] جدا کنیم، باقی‌مانده '''گروه آلکیل''' نام دارد. [[فرمول]] کلی آلکیل‌ها به صورت C<sub>n</sub>H<sub>2n+1</sub> است) آبگریزی را به ذرات می‌بخشد که آنها را قادر به تشکیل کف می‌کند.<ref name="Ullmann">Elizabeth R. Burkhardt "Potassium and Potassium Alloys" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2006. {{DOI|10.1002/14356007.a22_031.pub2}}</ref>
{|
| colspan="3" |'''سنگ معدن سولفید'''
|-
|
* مس (به [[استخراج مس]] مراجعه کنید)
|
* مس - [[مولیبدن]]<ref name="ullmann">Sebenik, Roger F. ''et al''. (2005) "Molybdenum and Molybdenum Compounds" in ''Ullmann's Encyclopedia of Chemical Technology''. Wiley-VCH, Weinheim. {{DOI|10.1002/14356007.a16_655}}</ref>
|
* [[سرب]] - [[روی]]<ref name="linmahanglead"/>
|-
|
* سرب-روی-آهن
|
* مس-سرب-روی-آهن
|
* طلا-نقره
|-
|
* اکسید مس و سرب
|
* [[نیکل]]
|
* نیکل-مس
|- align="center" bgcolor="#EEDDA0"
| colspan="3" |'''سنگ معدن غیر سولفیدی'''
|-
|
* [[فلئوریت|فلوریت]]
|
* [[تنگستن]]
|
* [[لیتیم|لیتیوم]]
|-
|
* [[تانتال|تانتالیوم]]
|
* [[قلع]]
|
* [[زغال‌سنگ|زغال سنگ]]
|}

== جستارهای وابسته ==
* [[بازیافت کاغذ]]
* [[آب‌گریزی|آب گریزی]]
* [[لخته‌سازی|لخته]]
* [https://www.sadrabco.com/مقاله/شناور-سازی-هوای-محلول-dissolved-air-floatation.html شناورسازی با هوای محلول]
* [[ترشوندگی]]

== منابع ==
{{پانویس}}
{{چپ‌چین}}
G J Jameson, "Flotation cell development," in: The AusIMM Annual Conference, Broken Hill, New South Wales, 17–2۱ مه ۱۹۹۲ (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 1992), 25–31.

Nelson, Michael (2012). "From 10 Cubic Feet to 500 Cubic Meters--Observations on 100 Years of Flotation Technology". Separation Technologies Book Edited by Courtney Young et al. Society of Mining, Metallurgy and Exploration: 539–546.

Lynch, A.J. ; Watt, J.S. ; Finch, J.A. ; Harbort, G.E. (2007). "History of flotation technology". In Jameson, G.J. ; Fuerstenau, M.C. ; Yoon, R. -H. (eds.). Froth flotation: a century of innovation. Littleton, Colo. : Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. p.&nbsp;65. ISBN 978-0-87335-252-9. Retrieved 17 November 2021.

Fuerstenau, D.W. (2007). "A century of developments in the chemistry of flotation technology". In Jameson, G.J. ; Fuerstenau, M.C. ; Yoon, R. -H. (eds.). Froth flotation: a century of innovation. Littleton, Colo. : Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. p.&nbsp;3. ISBN 978-0-87335-252-9. Retrieved 17 November 2021.

Nguyen, Ahn (2003). Colloidal Science of Flotation. pp.&nbsp;11–12. ISBN 0-8247-4782-8.

Fuerstenau 2007, pp.&nbsp;3–4.

US 345951, Hezekiah Bradford, "Method of saving floating materials in ore separation"

Kumar, Dilip; Kumar, Deepak (2018). "Dry Cleaning Process". Sustainable Management of Coal Preparation: 115–130. doi:10.1016/B978-0-12-812632-5.00006-9. ISBN 978-0-12-812632-5.

Walton, Steven A. (2015). "Machinery to Match the Materials: Iron Ore Washing in Pennsylvania". Ia. The Journal of the Society for Industrial Archeology. 41 (1/2): 71–92. JSTOR 44654434.

Lynch et al. 2007, p.&nbsp;68.

Bunyak, Dawn (2005). "The Inventor, the Patent, and Carrie Everson: Defining Success" (PDF). Mining History Journal: 9–24.

"Wales - The birthplace of Flotation". Archived from the original on 2011-07-14. Retrieved 2010-01-13.

Rickard, Thomas A. (1922). Interviews with Mining Engineers. San Francisco: Mining and Scientific Press. pp.&nbsp;119–131.

Osborne, Graeme (1981). "Guillaume Daniel Delprat". Australian Dictionary of Biography. Melbourne University Press. ISSN 1833-7538. Retrieved ۷ ژوئن ۲۰۱۲ – via National Centre of Biography, Australian National University.

"Historical Note". Minerals Separation Ltd. Retrieved 2007-12-30.

Malozemoff, Plato (مارس ۱۹۴۱). "Operating Characteristics of Mechanical Flotation Machines". Engineering & Mining Journal: 45–49.

Mouat, Jeremy (مارس ۱۹۹۶). "The Development of the Flotation Process: Technological Change and the Genesis of Modern Mining, 1898-1911". Australian Economic Review. 36 (1): 3–31. doi:10.1111/aehr.361001.

Callow; 1916

Parsons, A. B. (1933). The Porphyry Coppers. New York: American Institute of Mining and Metallurgical Engineers. pp.&nbsp;239–246, 446–450.

Rickard, Thomas A. (1922). Interviews with Mining Engineers. San Francisco: Mining and Scientific Press. pp.&nbsp;142.

A detailed description of the history of flotation and this process can be found in Callows "Notes on Flotation" found in the Transactions of the American Institute of Mining Engineers; Vol 53-54, originally presented in New York in February 1916.

Gaudin, A. M. (1932). Flotation. New York: McGraw-Hill. pp. passim.

Lynch, Martin (2002). Mining in World History. London: Reaktion Press. p.&nbsp;208. ISBN 978-1-86189-173-0.

Wills, B A; Atkinson, K (1991). "The development of minerals engineering in the 20th Century". Minerals Engineering. 4 (7–11): 643–652. doi:10.1016/0892-6875(91)90054-y.

Beychok, Milton R. (1967). Aqueous Wastes from Petroleum and Petrochemical Plants (1st ed.). John Wiley & Sons Ltd. LCCN 67019834.

Voith EcoCell flotation plant "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2009-08-24. Retrieved 2009-01-08.CS1 maint: archived copy as title (link)

D N Nihill, C M Stewart and P Bowen, "The McArthur River mine—the first years of operation," in: AusIMM ’98 – The Mining Cycle, Mount Isa, ۱۹–۲۳ آوریل ۱۹۹۸ (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 1998), 73–82.

Report 5 (1995) p. 13

Williams, T. "The story of Lin Ma Hang lead mine, 1915-1962". Geological Society of Hong Kong Newsletter. 9: 3–27.

E V Manlapig, C Green, J W Parkinson and A S Murphy, "The technology and economic incentives for recovering coal from tailings impoundments," SME Annual Meeting, Denver, Colorado, 26–28 February 2001, Preprint 01-70 (Society of Mining, Metallurgy and Exploration: Littleton, Colorado, 2001).

B W Atkinson, C J Conway and G J Jameson, "Fundamentals of Jameson Cell operation including size–yield response," Archived 2012-03-17 at the Wayback Machine in: Sixth Australian Coal Preparation Conference, Mackay, Queensland, 6–۹ سپتامبر ۱۹۹۳ (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 1993).

B W Atkinson, C J Conway and G J Jameson, "High-efficiency flotation of coarse and fine coal," in: High-efficiency Coal Preparation: An International Symposium, (Society of Mining, Metallurgy and Exploration: Littleton, Colorado, 1995).
*
{{پایان چپ‌چین}}

[[رده:تصفیه آب]]
[[رده:صفحات با ترجمه بازبینی‌نشده]]
[[رده:فرایندهای صنعتی]]
[[رده:فرایندهای متالورژی]]