Flotasjon/flotation
Våtveis oppredningsmetode hvor bestemte malmmineralkorn selektivt heves til overflaten sammen med luftbobler i en oljekondisjonert flotasjonsvæske for der å bli "strøket" av, mens uinteressante partikler synker til bunns.
Mineralpartikkelseparasjonen foregår i en flotasjonscelle fylt med vann tilsatt forskjellige oljer, eller reagenser, slik at man får en flotasjonsvæske som danner en vannavstøtende hinne på verdimineralenes overflate, de blir hydrofobe. Øvrige mineraler, verdiløs gangstein eller temporært uinteressante verdimineraler, er hydrofile, dvs. de lar seg fukte av vann. Luftbobler blåses inn i suspensjonen (pulpen) og finfordeles med en rotor. De hydrofobe verdimineralene fester seg til luftboblene og løftes til overflaten der de danner et mineralisert skum som strykes av/renner over kanten og går til et filtreringsanlegg hvor mineralene skilles ut som konsentrat. Enkelte konsentrater går videre til tørking. De hydrofile mineraler synker til bunns og blir etter hvert fjernet fra cellebunnen.
Den nye teknologien ga støtet til en utvidelse av oppredningsfunksjonen ved verkene. Det måtte nå investeres i en rekke nye apparater til knusing, finmaling og sikting for å få malmen ned til nødvendig kornstørrelse på godt under 1 mm. I prinsippet skulle partiklene være så små at hvert korn besto av bare ett mineral.
Mens oppredning tidligere foregikk ved sjeiding og pukking for hånd og i vaskerier ved tyngdekraftseparasjon, representerte f. et nytt og revolusjonerende prinsipp basert på separasjon grunnet forskjeller i mineralenes overflateegenskaper.
Metoden hadde en rekke fordeler:
- Brenselsutgiftene ble redusert fordi økt treffsikkerhet i oppredningsarbeidet ga redusert masse verdiløst gråberg og forurensninger som gikk til smelting;
- man løste et gammelt problem i bergverksindustrien med tap av verdimineraler i støv og småpartikler. F. var nettopp egnet til å utvinne slikt gods;
- f. gjorde det mulig å utvide grensene for utnyttelse av svært fattig gods som avgang og lavprosentlig malm som tidligere ikke var drivverdig eller som var "vanskelig" fordi verdimineraler og bergart var så sterkt sammenvokst at tradisjonell oppredning ikke ga mulighet for lønnsom utvinning;
- reduserte lønnskostnadene da de tidligere arbeidsintensive prosesstrinnene håndskeiding og vasking bortfallt. Metodeutviklingen ga også snart så rike konsentrater (for kobber opp mot ca 25 % Cu) at røstingen kunne utgå.
Prosessen ble perfeksjonert ved såkalt "selektiv flotasjon" som åpnet for en bredere utnyttelse av malmen ved at alle verdimineraler i den kunne utvinnes som separate konsentrater. Metoden var spesielt velegnet for selektiv utvinning av sulfider fra komplekse kismalmer og fikk derfor stor betydning for Norge med sine mange forekomster av denne malmtypen. Etter 1928 ble det anlagt flere flotasjonsverk for selektiv utvinning av kobber- sink- og blysulfider, samt svovelkis. Se også selektiv flotasjon.
En ulempe ved den nye teknologien var at konsentratene måtte brikketeres (se brikketering) før smelting i sjaktovn for å unngå tap i form av flyvestøv. Dette var aktuelt på Røros, men ikke i Sulitjelma hvor man (etter 1929) smeltet i elektroovner. Et mer generelt problem var at den nye teknisk/kjemiske spissteknologien var noe uforutsigbar, det var alltid knyttet usikkerhet til hvordan flotasjonsprosesser ville fungere i praksis.
F. ble første gang tatt i bruk i Norge i 1907 ved Konnerud verk (Drammen) og ved Sulitjelma kobberverk – begge steder med Elmore-maskineri (se Elmore-prosessen). Ved Konnerudverket flotterte man på sink, ved Sulitjelmaverket på kobber ved bl.a. å flottere vaskeriavgang for å redusere kobbertapet i avgangen. Produktet var kobberslig med ca 7 % Cu som måtte røstes.
Sulitjelmaverket var også først ute, kanskje før 1910, med flotasjon på svovelkiskonsentrater, såkalt flotasjonskis.
Flotasjonsteknologien utviklet seg sterkt i årene fram mot 1920. En vellykket prosess var avhengig av teknologisk spisskompetanse og høy grad av tilpassning til den lokale malm. En rekke nye patenter ble tatt ut, mange nye flotasjonsmaskiner ble utviklet, og teknologien ble tatt i bruk ved en lang rekke verk over hele verden. Bare i USA arbeidet over 400 selskaper med f. rundt 1917.
Foruten i Sulitjelma ble f. tatt i bruk ved moderniseringen av en rekke bergverk i Norge. Her kan nevnes: Åmdal kobberverk (1908, Elmore; nytt anlegg i 1930), Hadelands verk (sink) (1909, Elmore; nytt anlegg i 1921) og Trakenberg verk, Bamle (bly og sink, 1909, Elmore) og Kvina og Knaben verk (molybden, 1913, Elmore). Røros kobberverk (kobber, 1926), Evje nikkelverk (1927) og Mofjellet gruver (bly, sink, kobber og svovelkis, 1928) og Bleka gullgruve, Seljord (1934). Etter 2. verdenskrig kom nyanlegg og modernisering av flotasjonsanlegg ved flere verk som Folldal verk og Løkken verk.
Flotasjonsanlegg legges, som andre oppredningsanlegg, fortrinnsvis nær gruve eller brudd for å spare transport av gråberg.
Med sin historie tilbake til 1907 er flotasjonsteknologien knyttet til den andre industrielle revolusjon i Norge, og den betydde nok i mange tilfeller den avgjørende forskjell på fortsatt eksistens for verket eller nedleggelse. Det hevdes bl.a. at Rørosverket kunne takke f. for at det kom seg gjennom de vanskelige 30-årene.
I tiden etter 2. verdenskrig ble f. etter hvert helt dominerende som oppredningsmetode for alle typer sulfidmalm.
Generelt kan f. karakteriseres som en moderne prosess for marginal mineralutvinning og avansert industrialisering av oppredningsprosessen. F. endret hele gruveindustrien og har etter hvert blitt utviklet til en nesten fullkommen anrikningsprosess.
Varia:
- Flotasjonsteknologien ble utviklet som oppredningsprosess nettopp for kismalmer. Pionerene var brødrene Frank og Stanley Elmore som drev sine eksperimenter ved ei kobbergruve i Wales i 1890-årene. Deres første patent fra 1898 med bruk av oljer for selektiv overføring av mineralkorn fra vann til olje ble omtalt som dødfødt. Vakuum-teknikken ble så utviklet fom 1904. De første tiårene var f. begrenset til oppredingen av forskjellige naturlige sulfider av kobber, bly, sink, nikkel, og sølv. Senere har f. funnet anvendelse i konsentreringen av nesten alle slags mineraler så vel som i separeringen av mange typer faste og flytende stoffer i kjemisk industri.
- Grunnprinsippene for f. var kjent lenge før brødrene Elmore patenterte sin metode. Det første patentet er fra 1869, trolig for anriking av grafittmalm, men fikk ingen praktisk betydning.
- Som nevnt løste f. det urgamle problem med økonomisk utnyttelse av fattige gods. Dette kan illustreres med et eksempel fra Sulitjelmaverket hvor man i årene etter utvidelsen av Elmore-anlegget i 1909 utvant 800-1000 tonn kopper pr år av vaskeriavgang med 1 % Cu som ellers ville blitt kastet.
- En driftsingeniør ved Sulitjelmaverket forklarer fordelene ved et rikt flotasjonskonsentrat: "Et rikt konsentrat skaffer rikere skjærstein, følgelig mindre jern og mindre å bessemere (se bessemering), mindre kvartsforbruk (som tilslag), mindre slitasje på ovnsforinger (spesielt i konverter), mindre returslagg til omsmelting. Dette resulterer igjen i ledig strøm til smelting av mer konsentrat, mindre utgående slaggmengder, dvs. mindre kobbertap. I det hele tatt er forskjellen mellom smelting av et 23 % og et 26 % konsentrat meget stort. Omkostningene er ikke omvendt proporsjonale med gehaltene, men omtrent med kvadratene av disse."
- For å overbevise skeptiske kunder om at Sulitjelmaverkets svovelkiskonsentrat (flotasjonskis) fra Elmore-prosessen lot seg røste i vanlige røsteovner, reiste direktøren selv rundt til mulige kunder og viste dem i praksis hvordan de skulle kjøre ovnene sine og kontrollere deres gang ved styring av lufttilførselen. Dette gjorde flotasjonskisen fra Sulitjelma til et etterspurt produkt.
- Den senere amerikanske presidenten Herbert Hoover var bergingeniør og deltok i utviklingen av effektive metoder for sinkflotasjon.