泡浮選

フロス浮選は、疎水性物質を親水性物質から選択的に分離するプロセスです。これは、鉱物処理、紙のリサイクル、廃水処理業界で使用されています。歴史的に、これは鉱業で最初に使用され、20世紀の偉大な実現技術の1つでした。これは、「硫化鉱石の回収と品質向上に使用される最も重要な操作」と説明されています。^[1]フロス浮選の開発により、銅や鉛を含む鉱物などの貴重な鉱物の回収が改善されました。機械化された採掘と併せて、以前よりもはるかに低品位の鉱石から貴重な金属を経済的に回収できるようになりました。

泡浮選法は幅広い分離に応用されており、年間10億トンの物質がこの方法で処理されていると推定されています。^[2]

フロス浮選は、疎水性の違いを利用して鉱石を鉱石から分離するプロセスです。界面活性剤と湿潤剤の使用により、貴重な鉱物と廃棄鉱石の疎水性の違いが増します。浮選プロセスは、さらなる精製の前に、さまざまな硫化物、炭酸塩、酸化物を分離するために使用されます。リン酸塩と石炭も浮選技術によって精製されます。「品位回収曲線」は、高品質の濃縮物を生産することとコストのトレードオフを比較するためのツールです。これらの曲線は、特定の供給品位と供給速度の品位回収関係のみを比較します。^[3]

浮上法は産業廃水処理プラントでも広く使用されており、廃水から脂肪、油、グリース、浮遊物質を除去します。これらのユニットは溶解空気浮上（DAF）ユニットと呼ばれます。^[4]特に、溶解空気浮上ユニットは、石油精製所、石油化学および化学プラント、天然ガス処理プラント、および同様の産業施設の廃水排出物から油を除去するために使用されます。 ^[要出典]

処理する鉱石は粒子に粉砕される（粉砕）。理想的なケースでは、個々の鉱物は物理的に分離され、このプロセスは完全分離と呼ばれる。粒子サイズは通常、直径2〜500マイクロメートルの範囲である。^[2]フロス浮選では、粉砕した鉱石の水性スラリーを泡剤で処理する。一例として、方鉛鉱（硫化鉛）を閃亜鉛鉱（硫化亜鉛）から分離するための浮選におけるコレクターとしてのエチルキサントゲン酸ナトリウムが挙げられる。キサントゲン酸アニオンの極性部分は鉱石粒子に付着し、非極性炭化水素部分は疎水層を形成する。粒子は気泡によって水面に運ばれる。効率的な分離には約300  g / tの鉱石が必要である。キサントゲン酸の炭化水素鎖が長くなるにつれて疎水化作用の効率は増加するが、鉱石の種類に対する選択性は低下する。エチルキサントゲン酸ナトリウムの鎖は最も短いため、銅、ニッケル、鉛、金、亜鉛鉱石に対する選択性が非常に高い。このプロセスでは通常、pH = 7～11の水溶液（10％）が使用される。^[5]この疎水性粒子と親水性粒子のスラリー（より正確にはパルプと呼ばれる）は、次に浮選セルと呼ばれるタンクに導入され、通気されて泡が発生する。疎水性粒子は気泡に付着し、表面に浮上して泡を形成する。泡はセルからすくい取られ、対象鉱物の濃縮物（「コンク」）が生成される。^[2]

泡に浮かばない鉱物は、浮選尾鉱または浮選尾鉱と呼ばれます。これらの尾鉱は、1回目に浮かばなかった貴重な粒子を回収するために、さらに浮選の段階にかけられることもあります。これはスカベンジングとして知られています。スカベンジング後の最終的な尾鉱は通常、鉱山埋め立てとして処分するか、長期保管のために尾鉱処分施設に汲み上げられます。^[2]

浮選は通常、エネルギー投入を最小限に抑えながら、対象鉱物の回収と濃縮物中の鉱物の濃度を最大化するために、いくつかの段階で行われます。^[6]

最初の段階は粗選と呼ばれ、粗い濃縮物を生成します。その目的は、実用的な範囲で粗い粒子サイズで、最大限の有用鉱物を除去することです。^[6]粉砕にはエネルギーがかかります。^[6]目標は、高い回収率を得るために、有用鉱物から十分な脈石を放出することです。^[6]一部の濃縮装置では、炭素質ダストなどの低密度不純物を除去するために、前浮選段階を使用します。 ^{[7]粗い濃縮物は通常、}クリーニングと呼ばれるプロセスで、泡沫に混入した望ましくない鉱物をさらに排除するために、さらに浮選段階にかけられます。結果として得られる材料は、多くの場合、さらに粉砕されます（通常、再粉砕と呼ばれます）。再粉砕は、IsaMillなどの特殊な再粉砕工場で行われることがよくあります。^[6]粗い浮選段階の後には、多くの場合、スカベンジャー浮選段階が続き、粗い尾鉱に適用されて、目的の鉱物をさらに回収します。

特定の鉱石スラリーに効果を発揮するには、分離する粒子の種類を選択的に濡らすかどうかに基づいてコレクターを選択します。優れたコレクターは、いずれかの種類の粒子に物理的または化学的に吸着します。界面活性剤の粒子に対する濡れ活性は、原理的には液体/気泡界面の接触角を測定することで定量化できます。粒子への気泡の付着のもう 1 つの重要な指標は誘導時間です。誘導時間とは、粒子と気泡が粒子と気泡を隔てる薄い膜を破るのに必要な時間です。この破裂は、粒子と気泡の間の表面力によって実現されます。

泡と粒子の付着のメカニズムは複雑ですが、衝突、付着、分離の 3 つのステップから成ると考えられています。衝突は、粒子が泡の衝突管内にあることによって起こり、これは泡の速度と泡の半径によって影響を受けます。衝突管は、粒子が泡と衝突する領域に対応し、衝突管の周囲はかすめる軌道に対応します。

粒子の気泡への付着は、粒子と気泡の誘導時間によって制御されます。粒子と気泡は結合する必要があり、これは粒子と気泡が互いに接触している時間が必要な誘導時間よりも長い場合に発生します。この誘導時間は、流体の粘度、粒子と気泡のサイズ、および粒子と気泡間の力によって影響を受けます。

粒子と気泡の分離は、表面張力によって及ぼされる力がせん断力と重力の力を超えたときに発生します。これらの力は複雑で、セル内で変化します。機械式浮選セルのインペラの近くでは高いせん断力が発生し、浮選カラムの収集および洗浄ゾーンでは主に重力が発生します。

微粒子の混入という重大な問題は、これらの粒子の衝突効率が低いことや、粒子表面のスリミングや劣化が発生することから発生します。粗い粒子は、解放効率が低く分離効率が高いため、貴重な鉱物の回収率が低くなります。

浮選は、長方形または円筒形の機械的に撹拌されるセルまたはタンク、浮選カラム、ジェイムソンセル、または脱墨浮選機で実行できます。空気吸収方法によって分類すると、空気圧式機械と機械式機械の 2 つの異なるグループの浮選装置が生まれていると言えます。一般に、空気圧式機械は低品位の濃縮物を生み出し、操作上のトラブルもほとんどありません。

機械式セルは、混合タンクの底部にある大型のミキサーとディフューザー機構を使用して空気を導入し、混合作用をもたらします。浮選カラムは、エアスパージャーを使用して背の高いカラムの底部に空気を導入し、上部にスラリーを導入します。下方に流れるスラリーと上方に流れる空気の逆流により、混合作用がもたらされます。機械式セルは一般に処理速度は高いですが、生成される物質の品質は低くなります。一方、浮選カラムは一般に処理速度は低いですが、生成される物質の品質は高くなります。

ジェイムソン セルは、インペラもスパージャーも使用せず、代わりに、スラリーをダウンカマー内で空気と混合し、高せん断によって気泡粒子の接触に必要な乱流状態を作り出します。

多くの鉱石（Cu、Mo、W、Ni など）の場合、コレクターは陰イオン性硫黄リガンドです。硫化鉱物では、特にキサントゲン酸カリウム（PAX）、イソブチルキサントゲン酸カリウム（PIBX）、エチルキサントゲン酸カリウム（KEX）、イソブチルキサントゲン酸ナトリウム（SIBX）、イソプロピルキサントゲン酸ナトリウム（SIPX）、エチルキサントゲン酸ナトリウム（SEX）などのキサントゲン酸塩が人気です。関連するコレクターには、関連する硫黄ベースのリガンドであるジチオリン酸塩、ジチオカルバミン酸塩があります。さらに他のクラスのコレクターには、チオ尿素 チオカルバニリドがあります。脂肪酸カルボキシレート、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩も酸化鉱物に使用されています。

一部の鉱物（例：KCl のシルビナイト）の場合、脂肪アミンがコレクターとして使用されます。

フォームを安定させるために、さまざまな化合物が添加されます。これらの添加物には、松油やさまざまなアルコール（メチルイソブチルカルビノール（MIBC）、ポリグリコール、キシレノール（クレゾール酸）など）が含まれます。

ある業者によると、抑制剤は「1 つの鉱物とコレクターの相互作用を選択的に阻害することで、浮選プロセスの効率を高めます」。^[8]したがって、典型的な粉砕された鉱石サンプルは多くの成分で構成されており、そのうちの 1 つまたは少数の成分のみがコレクターのターゲットとなります。抑制剤はこれらの他の成分と結合し、コレクターがそうすることで無駄にならないようにします。抑制剤は特定の鉱石に合わせて選択されます。典型的な抑制剤は、デンプン、ポリフェノール、苛性ソーダ、石灰です。これらは通常、安価で酸素が豊富です。

分離プロセスを最適化するために、さまざまな化合物が追加されます。これらの添加剤は改質剤と呼ばれます。改質試薬は鉱物の表面または浮選パルプ内のコレクターやその他のイオンと反応し、浮選反応が修正され、制御されます。

• pH調整剤には、石灰（生石灰CaO、またはより一般的には消石灰、Ca(OH) ₂のスラリーとして使用される）^{[9] 、} ソーダ灰（_Na2CO3）、苛性ソーダ_（ NaOH）、硫酸および塩酸（_{H2SO4 、HCl）が}含まれる。
• アニオン性改質剤には、リン酸塩、ケイ酸塩、炭酸塩が含まれます。
• 有機改質剤には、増粘剤のデキストリン、デンプン、接着剤、カルボキシメチルセルロース(CMC) が含まれます。

1907年以前、米国で採掘された銅のほぼすべては地下の鉱脈から採掘され、平均2.5％の銅が含まれていました。 ^[10] 1991年までに、米国で採掘された銅鉱石の平均品位はわずか0.6％にまで低下しました。^[10]

浮選法は、塩化ナトリウムと粘土鉱物から塩化カリウムを精製するために使用されます。粉砕された鉱物は、脂肪アンモニウム塩の存在下で塩水に懸濁されます。アンモニウムヘッドグループとK ^+は非常に類似したイオン半径（それぞれ約0.135、0.143 nm）を持っているため、アンモニウム中心はKCl粒子の表面カリウムサイトと交換されますが、NaCl粒子では交換されません。長いアルキル鎖は粒子に疎水性を与え、泡の形成を可能にします。^[11]

フロス浮選は、リサイクル紙を回収するために使用されるプロセスの一つです。製紙業界では、このステップは脱墨または単に浮選と呼ばれています。目的は、リサイクル紙から疎水性汚染物質を放出して除去することです。汚染物質は主に印刷インクと粘着物です。通常、セットアップは3、4、または5つの浮選セルを直列に接続した2段階システムです。^[12]

• pHコントロール:ケイ酸ナトリウムと水酸化ナトリウム
• カルシウム イオン源:硬水、石灰、塩化カルシウム
• コレクター：脂肪酸、脂肪酸エマルジョン、脂肪酸石鹸および/または有機変性シロキサン^[13]

年間数百万トン規模で長年行われてきた技術と同様に、浮選技術は採掘による混乱を超えて環境を脅かす可能性があります。フロス浮選では、多数の有機化学物質が使用され、精巧な機械に依存しています。化学物質の一部 (シアン化物) は急性毒性がありますが、加水分解されて無害な生成物になります。天然脂肪酸が広く使用されています。尾鉱と廃液は、ライニングされた池に保管されます。フロス浮選は、「プラスチックや金属のリサイクル、水処理など、環境サイトの浄化作業に潜在的に役立つため、活動が活発化しています。」^[2]

浮選法は古代ギリシャとペルシャの文献に記述されています。^[14] 19世紀後半、プロセスの基礎はゆっくりとした進化の段階を経て発見されました。20世紀の最初の10年間、油、泡、攪拌に関するより迅速な調査により、特にオーストラリアのブロークンヒルで実証された職場での応用が実現し、「泡浮選法」として知られる技術革新をもたらしました。20世紀初頭、泡浮選法は鉱物処理に革命をもたらしました。^[15]

当初は、貴重な鉱物の疎水性を高めるために、脂肪酸や油などの天然化学物質が浮選剤として大量に使用されていました。それ以来、このプロセスはさまざまな分離対象物質に適応・適用され、界面活性剤や合成化合物などの追加の収集剤がさまざまな用途に採用されています。^[16]

イギリス人のウィリアム・ヘインズは、1860年に石油を使って硫化物と脈石鉱物を分離するプロセスの特許を取得しました。後の著述家たちはヘインズの特許を最初の「バルク石油浮選」特許であると指摘していますが、それが現場でテストされたり、商業的に使用されたりしたという証拠はありません。1877年、ドイツのドレスデンのベッセル兄弟（アドルフとアウグスト）は、黒鉛を抽出するための商業的に成功した石油とフロス浮選プロセスを導入しました。これは、フロス浮選の起源であると考える人もいます。^{[17]しかし、}スリランカで高品質の黒鉛が発見された後、ベッセルプロセスは非経済的になり、ほとんど忘れ去られました。^[18]

フィラデルフィアの発明家ヒゼキア・ブラッドフォードは「鉱石分離時に浮遊物質を保存する方法」を発明し、1886年7月20日に米国特許番号345951を取得しました。^[19]彼は後に、現在石炭産業で使用されているブラッドフォードブレーカーの特許を1893年に取得しました。[ ^20]彼の「ブラッドフォードウォッシャー」は1870年に特許を取得し、鉄、銅、鉛亜鉛鉱石を比重で濃縮するために使用されましたが、^[21]濃縮プロセスで浮遊物として金属の一部が失われました。1886年の特許は、表面張力を使用してこの「浮遊物」を捕捉するものであり、オイルフロス浮遊法に影を潜めてしまったスキン浮遊法の特許の最初のものでした。^[22]

1886 年 8 月 24 日、キャリー・エバーソンは、油だけでなく酸や塩も必要とする製法の特許を取得しました。これは、製法の歴史の発展において重要な一歩でした。1890 年までに、エバーソン製法のテストは、コロラド州のジョージタウンとシルバー クリフ、オレゴン州ベイカーで行われました。エバーソンは、夫の死後、商業的に成功する製法を完成させる前に、この研究を放棄しました。その後、1910 年代にさまざまな特許の有効性をめぐる法廷闘争が最高潮に達したとき、エバーソンの特許は、最初の浮選法の特許であるとよく指摘されました。つまり、この製法は、後続の特許申請者によって再び特許を受けることはできないということです。多くの混乱は、最近、歴史家ドーン・バニャックによって明らかにされました。^[23]

鉱物 硫化物の浮選法として一般に認知されている最初の成功した商業的方法は、フランク・エルモアが発明したもので、彼は兄のスタンリーとともに開発に取り組みました。北ウェールズのドルゲラウ近郊のスランエルティッドにあるグラスディール銅山は、1896年にエルモア兄弟が父のウィリアムと共同で購入しました。1897年、エルモア兄弟はグラスディール鉱山で鉱物の選鉱のための世界初の工業規模の商業的浮選法を導入しました。この方法は泡沫浮選法ではなく、油を使用して粉砕した硫化物を凝集（ボール状に）し、表面に浮かべるものであり、1898年に特許を取得しました（1901年に改訂）。この作業とプロセスは、1900年4月25日の英国鉱業冶金学会紀要に掲載され、1900年6月23日、ニューヨーク市のエンジニアリング・アンド・マイニング・ジャーナルにコメント付きで再掲載された。この時までに、油が鉱物粒子を運び去るのを助けるために気泡が重要であることが認識されていた。プロセスを改善するために改良が加えられ、ノルウェーからオーストラリアまでの卑金属鉱石で成功を収めた。^[24]

エルモア夫妻は、世界中でこのプロセスの商業利用を促進するために、鉱石濃縮シンジケート株式会社という会社を設立した。1900年、カリフォルニア州バークレーのチャールズ・バターズは、ウェールズのラネルティッドでのデモンストレーションを見て、エルモアプロセスのアメリカでの権利を取得した。シアン化物プロセスの専門家であるバターズは、ソルトレイクシティのドゥーリービルの地下にエルモアプロセスプラントを建設し、この地域全体の金鉱石で石油プロセスをテストし、ユタ州ティンティック地区のマンモス金鉱の尾鉱をテストしたが、成功しなかった。^[25]バターズの評判と失敗のニュース、およびブリティッシュコロンビア州ロスランドのルロイ金鉱山での失敗した試みのために、エルモアプロセスは北米ではほとんど無視された。^[要出典]

他の地域、特にオーストラリアのブロークンヒルのMinerals Separation, Limitedによる開発は、エルモア氏にとって数十年にわたる厳しい法廷闘争と訴訟 (例: Minerals Separation, Ltd. v. Hyde ) につながったが、エルモア法はより先進的な技術に取って代わられたため、最終的には敗訴した。別の浮選法は、1901年にオーストラリアでチャールズ・ヴィンセント・ポッターとギヨーム・ダニエル・デルプラによって独立して発明された。^{[26] [27]}ポッターはビール醸造者であり化学者でもあり、ビールの泡がビールの中の沈殿物を持ち上げる方法からヒントを得たと思われる。^[28]このプロセスは石油を使用せず、パルプに酸を導入することで発生するガスによる浮選に依存していた。1903年、ポッターは当時BHPのゼネラルマネージャーであったデルプラットを特許侵害で訴えた。彼は有用性の理由でこの訴訟に敗訴した。デルパットは、デルプラットのプロセスは硫酸を使用して泡を発生させるが、塩ケーキを使用するデルプラットのプロセスほど有用ではないと主張した。それにもかかわらず、訴訟終了後、BHPは浮選プロセスに硫酸を使用し始めた。^[29]

1902 年、フロマンはポッター・デルプラット法の改良法を用いて、油とガスの浮選法を組み合わせました。20 世紀の最初の 10 年間、ブロークン ヒルはイノベーションの中心地となり、多くの技術者が互いに学び合い、最​​初の成功を基にして、泡浮選法を完成させました。^{[引用が必要]}

1902 年にアーサー C. カッターモールがさらに別のプロセスを開発しました。カッターモールはパルプを少量の油で乳化し、激しく撹拌した後、ゆっくりとかき混ぜることで、対象鉱物を凝集塊に凝固させ、重力でパルプから分離しました。カッターモールの特許を取得するために 1903 年に英国で設立された Minerals Separation Ltd. は、このプロセスがうまくいかないことを発見しました。スタッフの冶金学者は、他の発見をテストし、組み合わせて、1905 年に会社の役員と特許権者にちなんで Sulman-Picard-Ballot プロセスと呼ばれるプロセスの特許を取得しました。このプロセスは、その年にブロークン ヒルのセントラル ブロック工場で成功しました。この「撹拌浮選」プロセスで重要なのは、1% 未満の油を使用し、小さな泡を生成する撹拌ステップです。これにより、金属を捕らえて表面の泡に浮かべる表面積が増えました。^[30]ポートピリーのレスリー・ブラッドフォード、ウィリアム・パイパー、サー・ハーバート・ゲップ、オーギュスト・ド・バヴェーらによって有益な研究が行われた。^[要出典]

ミネラルセパレーション社は、エルモア特許を除く浮選プロセスに関する潜在的な競合する権利の所有権を統合するために、他の特許も購入しました。1910年に、亜鉛コーポレーションがブロークンヒル工場でエルモアプロセスをミネラルセパレーション（サルマン・ピカール・バロット）フロス浮選プロセスに置き換えたとき、ミネラルセパレーションが他のプロセス競合に対して優位であることが確実になりました。^{[31]ヘンリー・リビングストン・サルマンは、後に（英国）}鉱業冶金学会の会長に選出され、同学会から金メダルを授与されたことで同僚から認められました。 ^[要出典]

米国における開発は、それほど目覚ましいものではなかった。バターズ氏や他の人々の失敗に続いて、1904 年以降、スコットランド人のスタンレー・マクキステン氏が開発したプロセス (表面張力に基づく方法) がネバダ州とアイダホ州である程度成功を収めたが、スライムが存在するとうまく機能しないという大きな欠点があった。デンバーのヘンリー・E・ウッド氏は、1907 年に同じ方向で浮選法を開発し、1911 年に特許を取得し、モリブデン鉱石である程度成功した。しかし、大部分は、派手さのない孤立した試みであり、限界的な成功としか言えない。^{[引用が必要]}

1911年、ミネラルズ・セパレーション社の元従業員であるジェームズ・M・ハイドがミネラルズ・セパレーションのプロセスを修正し、モンタナ州ベイスンのビュート・アンド・スーペリア工場にテストプラントを設置した。これは米国で初めてのこの種の設備であった。1912年、彼はモンタナ州ビュートのビュート・アンド・スーペリア亜鉛工場を設計した。これは米国初の大規模な浮選工場であった。 ^[32]サンフランシスコに事務所を構えていたミネラルズ・セパレーション社はハイドとビュート・アンド・スーペリア社を特許侵害で訴えたが、どちらの訴訟も最終的に米国最高裁判所で同社が勝訴した。ビュート・アンド・スーペリア社を支配していたダニエル・コーワン・ジャックリングとパートナーたちもミネラルズ・セパレーションの特許に異議を唱え、その後10年以上続いた法廷闘争に資金を提供した。ユタ・カッパー（ケネコット）、ネバダ・コンソリデーテッド、チノ・カッパー、レイ・コン、その他のジャックリング社は、最終的に 1922 年に鉱物分離プロセスの使用許可に多額の費用を支払って和解しました。この紛争の残念な結果の 1 つは、鉱山工学コミュニティ内で 1 世代にわたって専門的意見の対立が続いたことです。^[要出典]

1913年、ミネラルセパレーションは、アリゾナ州マイアミのインスピレーション銅会社のためにテストプラントの費用を負担した。サンフランシスコ事務所長のエドワード・ナッターの指揮下で建設されたこのプラントは成功を収めた。インスピレーションの技術者LDリケッツは、重力濃縮ミルを撤去し、ミネラルセパレーションプロセスに置き換えた。これは、アメリカの銅鉱山でこのプロセスが初めて本格的に使用された事例である。インスピレーション株の主要株主は、ビュートの巨大なアナコンダ鉱山を支配していた人物たちであった。彼らはインスピレーションの成功に続いて、1915年から1916年にかけてビュートにミネラルセパレーションライセンスプラントを建設した。これは、ミネラルセパレーション特許取得済みプロセスが最終的に受け入れられたことを示す重要な声明であった。^[33]

ソルトレイクシティのゼネラル・エンジニアリング社のジョン・M・キャロウは、浮選法について技術論文やビュートとスペリオル製錬所、アリゾナ州のインスピレーション・カッパーでの導入状況を調べ、機械的撹拌が既存技術の欠点であると判断した。圧縮空気を通した多孔質のレンガと機械的撹拌機構を導入し、キャロウは1914年に特許を申請した（ジャックリングの支持者であったキャロウは、鉱物分離会社へのロイヤルティの支払いを回避するためにセルを発明したという説もある。このセルを使用している会社は、最終的に裁判所によってロイヤルティの支払いを余儀なくされた）。[ ^34]空気浮選法として知られるこの方法は、浮選濃縮における鉱物分離プロセスの代替として認識された。^[35]アメリカ鉱山技術者協会は、 1926年にキャロウの浮選法への貢献を称え、ジェームズ・ダグラス金メダルを授与した。その頃には、特にキサントゲン酸塩やその他の試薬の使用が発見されたことにより、浮選技術は変化しつつあり、キャロウセルとその方法は時代遅れになった。^[要出典]

モンタナ工科大学のアントワーヌ・マルク・ゴーダン教授は、浮選の初期段階を機械的段階と定義し、1910 年代後半には化学的段階に入った。試薬の発見、特にミネラルズ・セパレーションズの化学者コーネリアス・H・ケラーが特許を取得したキサントゲン酸塩の使用は、プロセスによる鉱物の捕獲量を増やすというよりも、日常業務での管理をはるかに容易にした。ミネラルズ・セパレーションズの最初の浮選特許は 1923 年に終了し、化学プロセスに関する新しい特許により、同社は 1930 年代まで重要な地位を占めた。^[36]この期間中、同社はヒビング研究所で鉄の浮選プロセスを開発し、フロリダ研究所でリン酸塩の浮選プロセスを開発し、特許を取得した。浮選プロセスの革新の別の急速な段階は、1960 年以降まで発生しなかった。^[要出典]

1960 年代には、リサイクル紙の脱墨 にフロス浮選法が採用されました。^[要出典]

このプロセスの成功は、浮選法の「発見者」を名乗る人の数から明らかです。1961 年、アメリカの技術者たちは「浮選法 50 周年」を祝い、ジェームズ ハイドと彼のビュート & スペリオル製錬所を称えました。1977 年、ドイツの技術者たちは、ベッセル兄弟の 1877 年の特許に基づいて「浮選法 100 周年」を祝いました。歴史的なグラスディール銅山の敷地は、エルモア兄弟の研究に基づく「浮選法の発見」の地としてウェールズのツアーを宣伝しています。最近の作家たちは、科学界の女性を称えることへの関心から、1885 年の特許に基づいて、デンバーのキャリー エバーソンをこのプロセスの母として称賛しています。このリストからは、ミネラルズ・セパレーション社の技術者、冶金学者、化学者は除外されている。同社は少なくともアメリカとオーストラリアの裁判所では、浮遊選鉱の特許権と浮遊選鉱の発見者としての権利を獲得した。しかし、歴史家マーティン・リンチが書いているように、「ミネラルズ・セパレーション社は、この訴訟を米国最高裁判所（および貴族院）に持ち込んだ後、最終的に勝訴したが、その過程で、鉱山業界の多くの人々から心からの嫌悪を買った。」^[37]

泡浮選効率は、粒子と泡の接触、粒子と泡の付着、パルプと泡の間の移動、製品洗浄槽への泡の収集など、一連の確率によって決まります。^[38]従来の機械的撹拌セルでは、空隙率（つまり、気泡が占める容積）は低く（5～10％）、泡のサイズは通常1 mmを超えます。^[39]これにより、界面積が比較的小さくなり、粒子と泡の接触の確率が低くなります。^[39]したがって、粒子の滞留時間を長くし、粒子と泡の接触の確率を高めるには、複数のセルを直列に接続する必要があります。^[39]

フロス浮選は、鉱物/水スラリー中の鉱物表面への気泡の選択的付着に依存します。気泡は、固体、液体、気体相間の界面エネルギーによって決定される疎水性粒子に付着します。このエネルギーは、ヤング・デュプレ方程式によって決定されます。^[40]

${\displaystyle \gamma _{lv}\cos \theta =(\gamma _{sv}-\gamma _{sl})}$

どこ：

• γ _{lv は}液体/蒸気界面の表面エネルギーである。
• γ _svは固体/気体界面の表面エネルギーである。
• γ _{sl は}固体/液体界面の表面エネルギーであり、
• θ は接触角であり、気相、固相、液相の接合部で形成される角度です。

分離対象となる鉱物は、コレクターを使用して化学的に表面改質され、疎水性が増すことがあります。コレクターは、表面の自然な疎水性を高め、疎水性粒子と親水性粒子の分離性を高める界面活性剤の一種です。コレクターは、鉱物に化学吸着によって化学的に結合するか、物理吸着によって表面に吸着します。

微粒子（50～80μm）の衝突率は正確にモデル化できるが、浮選プロセスで一般的に使用される300μmほどの大きさの粒子の気泡と粒子の衝突を正確にモデル化する理論は現在のところ存在しない。^[41]

微粒子の場合、ストークスの法則は衝突確率を過小評価するが、表面電荷に基づくポテンシャル方程式は衝突確率を過大評価するため、中間の方程式が使用される。^[42]

このステップは三相システムが形成される吸着に先行するため、システム内の衝突率を知ることが重要です。

粒子に吸着する媒体の有効性は、両方の材料の表面の関係によって左右されます。化学的、熱力学的、および物理的領域で吸着の効率に影響を与える要因は複数あります。これらの要因は、表面エネルギーや極性から粒子の形状、サイズ、粗さまで多岐にわたります。フロス浮選では、小さな粒子は表面積とサイズの比率が高いため、吸着は表面エネルギーに大きく左右され、その結果、吸着物質と引き合う表面エネルギーが高くなります。気泡は、目的の鉱物に選択的に付着してスラリーの表面に持ち上げ、他の鉱物を湿らせて水性スラリー媒体に残す必要があります。

水に濡れやすい粒子は親水性粒子と呼ばれ、水に濡れにくい粒子は疎水性粒子と呼ばれます。疎水性粒子は水性媒体中で分離する傾向があります。フロス浮選では、粒子に付着する気泡の有効性は、粒子の疎水性の程度によって決まります。疎水性粒子は気泡と親和性があり、吸着を引き起こします。気泡と粒子の組み合わせは、浮力によってフロスゾーンに引き上げられます。^[40]

気泡が粒子に付着するかどうかは、Young/Dupre 方程式でモデル化される固体、液体、気体の各相間の界面エネルギーによって決まります。界面エネルギーは、材料の自然な構造に基づいて決定することも、化学処理を追加してエネルギー適合性を向上させることもできます。

コレクターは、粒子表面を改善するために使用される主な添加剤です。これらは界面活性剤として機能し、対象粒子とスラリー中を上昇する気泡を選択的に分離して吸着を助けます。浮選で使用される一般的なコレクターは、金属と引力を共有するイオン部分と長い炭化水素尾部などの疎水性部分を持つ二官能構造を持つアニオン性硫黄リガンドです。これらのコレクターは、粒子の表面を非極性物質の単層でコーティングし、吸着粒子の水への溶解度を低下させることで水相からの分離を助けます。吸着されたリガンドは粒子の周りにミセルを形成し、小粒子コロイドを形成して安定性と相分離をさらに改善します。

粒子の気泡への吸着は、スラリーから鉱物を分離するために不可欠ですが、鉱物は、分離に使用されるコレクター、起泡剤、および改質剤などの添加剤から精製されなければなりません。洗浄、または脱着プロセスの生成物は、クリーナー濃縮物として知られています。粒子と気泡の分離には、せん断力によって引き起こされる吸着結合の切断が必要です。浮選セルの種類に応じて、せん断力はさまざまな機械システムによって適用されます。最も一般的なものは、インペラとミキサーです。一部のシステムでは、これらのコンポーネントを複数のフロス浮選メカニズムに参加できる重要な場所に配置することで、これらのコンポーネントの機能を組み合わせています。洗浄セルは、分離効率を向上させるために重力も利用します。脱着自体は、化合物が化学結合を持たずに物理的に互いに付着しているだけの化学現象です。

フロス浮選プロセスの収集効率を表すためによく使用される量は、浮選回収率（）です。この量には、ガス浮選気泡への粒子の衝突と付着の確率が組み込まれています。 ${\displaystyle R}$

${\displaystyle R={\frac {N_{c}}{\left({\tfrac {\pi }{4}}\right)\left(d_{p}+d_{b}\right)^{2}Hc}}}$

どこ：

• ${\displaystyle N_{c}=PN_{c}^{i}}$これは、粒子が集められる確率（）と、起こり得る粒子衝突の数（）の積である。${\displaystyle P}$${\displaystyle N_{c}^{i}}$
• ${\displaystyle d_{p}}$粒子径は
• ${\displaystyle d_{b}}$気泡の直径は
• ${\displaystyle H}$回収が計算された浮遊物内の指定された高さ
• ${\displaystyle c}$粒子濃度は

以下は、浮選プロセスの有効性を評価するためによく使用されるいくつかの追加の数学的手法です。これらの式は、プロセスの入力と出力の量のみに基づいているため、浮選回収の計算よりも単純です。^[43]

次の方程式の場合:

• ${\displaystyle F}$飼料の重量パーセント
• ${\displaystyle C}$重量パーセント濃度
• ${\displaystyle T}$尾鉱の重量パーセント
• ${\displaystyle c}$、、はそれぞれ精鉱、鉱滓、原料の冶金分析値である。${\displaystyle t}$${\displaystyle f}$

飼料重量と濃縮重量の比率（単位なし） ${\displaystyle {\tfrac {F}{C}}}$

${\displaystyle {\frac {F}{C}}={\frac {ct}{ft}}}$

回収された金属の割合（）重量％${\displaystyle \mathrm {X} _{R}}$

${\displaystyle \mathrm {X} _{R}=100\left({\frac {c}{f}}\right)\left({\frac {ft}{ct}}\right)}$

失われた金属の割合（重量％ ）${\displaystyle \mathrm {X} _{L}}$

${\displaystyle \mathrm {X} _{L}=100-\mathrm {X} _{R}}$

回収された重量の割合（重量％）${\displaystyle \left(\mathrm {X} _{W}\right)}$

${\displaystyle \mathrm {X} _{W}=100\left({\frac {C}{F}}\right)=100{\frac {ft}{ct}}}$

これは重量と分析値を使用して のように計算できます。または なので、回収された金属の割合 ( ) は を使用して分析値のみから計算できます。 ${\displaystyle {\frac {Cc}{Ff}}*100}$${\displaystyle {\frac {C}{F}}={\frac {ft}{ct}}}$${\displaystyle \mathrm {X} _{R}}$${\displaystyle \mathrm {X} _{R}=100\left({\frac {c}{f}}\right)\left({\frac {ft}{ct}}\right)}$

失われた金属の割合は、回収された金属の割合の逆であり、尾鉱に失われた物質を表します。

• 脱墨
• 溶解空気浮上法（DAF）
• 凝集
• 廃水処理技術一覧

ウィキメディア・コモンズには、浮遊に関連するメディアがあります。

• フロス浮選法: イノベーションの世紀、 Maurice C. Fuerstenau 他著。2007 年、SME、891 ページ。ISBN 978-0873352529。Googleブックスプレビュー 
• DN Nihill、CM Stewart、P Bowen、「マッカーサー川鉱山 - 操業開始後の最初の数年間」、AusIMM '98 - The Mining Cycle、マウントアイザ、1998 年 4 月 19 ～ 23 日(オーストラリア鉱業冶金学会: メルボルン、1998 年)、73 ～ 82 ページ。
• EV Manlapig、C Green、JW Parkinson、AS Murphy、「鉱滓貯留層から石炭を回収するための技術と経済的インセンティブ」、SME 年次会議、コロラド州デンバー、2001 年 2 月 26 ～ 28 日、プレプリント 01-70 (鉱業、冶金、探査協会: コロラド州リトルトン、2001 年)。