ОП лекции. Конспект лекций дисциплина Обогащение руд цветных металлов
 Скачать 8.02 Mb.
|
|
12.2 Собиратели Собиратели – это органические вещества, избирательно концентрирующиеся на поверхности извлекаемых минеральных частиц, гидрофобизирующие их поверхность и способствующие прилипанию их к воздушным пузырькам. Большинство реагентов-собирателей - это аполярные и гетерополярные (т.е. содержащие полярную и аполярную группы) поверхностно-активные органические вещества, способные закрепится на поверхности извлекаемых минералов и резко увеличить их флотируемость. Аполярные вещества химически мало активны, плохо растворяются в воде и не смачиваются ею, обладают незначительной поверхностной энергией и не распадаются в воде на ионы. К ним относятся минеральные масла, жиры и другие органические соединения. Вещества, в состав которых одновременно входят полярная группа и аполярная углеводородная цепь, называются гетерополярными(рис. 12.1).  Рис. 12.1 Строение гетерополярной молекулы В пульпе молекулы собирателя строго ориентируются своей полярной группой к минералу, а аполярным (гидрофобным) радикалом в водную фазу. При растворении гетерополярного соединения в воде его молекулы стремятся к границе раздела фаз, где концентрация их больше, чем в объеме раствора. Эти гетерополярные молекулы ориентируются на границе раздела жидкость - газ так, что полярные группы их направлены в воду, а аполярные углеводородные радикалы – в газовую фазу. Это объясняется тем, что аполярная группа почти не имеет сродства с водой и выталкивается в газовую фазу. Молекулы ПАВ за счет полярной группы, наоборот, имеют сродство к более полярной фазе – воде. По виду гидрофильных групп поверхностно - активные вещества принято делить на ионогенные и неионогенные (не диссоциирующие на ионы). Ионогенные вещества диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладают адсорбционной активностью, другие – адсорбционно неактивны. Если адсорбционно-активными являются анионы, то такие ПАВ называются анионными или анионноактивными, в противоположном случае – катионными или катионоактивными. Если анионные ПАВ - это органические кислоты и соли, но катионные – основания, обычно амины различной степени замещения и их соли. Наиболее широкое применение получили ионогенные анионные собиратели, являющиеся органическими производными угольной, фосфорной, серной и соответствующих им тиокислот, а также алкилгидраксамовые кислоты и их соли. В зависимости от состава солидофильной группы анионные реагенты подразделяются на сульфгидрильные (на основе двухвалентной серы) и оксигидрильные (на основе органических кислоит и сульфокислот). Из собирателей сульфгидрильного типа наиболее широко применяются ксантогенаты и дитиофосфаты (аэрофлоты). Группа ксантогенатов (соли ксантогеновой кислоты) имеют общую формулу:  где R – углеводородный радикал (аполярная группа) -OCSS- – полярная группа Примеры: - C2H5OCSSK – этиловый ксантогенат калия, - C3H7OCSSK – пропиловый ксантогенат калия, - C4H9OCSSK – бутиловый ксантогенат калия и др. Область применения – флотация сульфидных минералов, меди, свинца, цинка, сурьмы, молибдена и самородных металлов (золото, серебро, платина). Группа дитиофосфатов (аэрофлоты), являющиеся солями дитиофосфатных кислот, имеют общую формулу:  Примеры: бутиловый аэрофлот  Область применения – при флотации сульфидных цинковых и медных минералов с минимальным содержанием пирита. Оксигидрильные собиратели разделяются на две группы: карбоксильные (органические кислоты жирного ряда) и сульфоксильные (мыла). Общая формула карбоксильных собирателей: R-COOH Мыла жирных кислот - общая формула: R-COOMe Примеры: - олеиновая кислота С17Н33СООН, - олеат натрия C17H33COONa, - пальмитиновая кислота C15H31COOH, - стеариновая кислота C17H35COOH. Используются также нафтеновые кислоты, мылонафты, таловое масло, синтетические жирные кислоты Область применения – высокоэффективные собиратели для флотации несульфидных минералов (фосфатных, кальциевых и др.) или апатит, шеелит, флюоритсодержащих руд. Алкилгидроксамовые кислоты и их соли, известны, как реагент ИМ-50. Общая формула:  Область применения – используются при флотации титана, ниобия, тантала, олова. Собиратели, производные серной кислоты, представлены алкилсульфатами и алкилсульфонатами, в состав аниона которых входят следующие группы. - сульфокислоты, общая формула  - алкилсульфаты, общая формула  Катионные собиратели - это реагенты, в которых гидрофобизирующим ионом является катион (положительно заряженный ион), применяются реже анионных. Они называются аминами, так как являются производными аммиака или аммония. Общая формула: R-NH2 Область применения – применяются при флотации силикатных минералов: кварца, полевого шпата, слюд, литиевых и бериллиевых руд. Неионогенные (Аполярные) собиратели, не диссоциирующие на ионы. К ним относятся: керосин, трансформаторное, машинное и нефтяные масла, смолы, продукты перегонки угля, торфа. Применяются обычно в сочетании с другими собирателями – жирнокислотными или ксантогенатами. Флотируют минералы с хорошей природной гидрофобностью: молибденит, уголь, серу, графит, алмазы, а также карбонаты, окислы сульфиды. 12.3 Пенообразователи Гетерополярные ПАВ вещества, слаборастворимые в воде, способные адсорбироватся на границе вода-воздух таким образом, что аполярная группа направлена в воздух, а полярная в воду (рис. 11.1). Такая адсорбция препятствует коалесценции, т.е. слипанию воздушных пузырьков и позволяет сохранить их длительное время в дисперсном состоянии. Например: Пузырьки d=0,8 мм при диспергировании 1 м3 воздуха могут сфлотировать приблизительно 840 кг галенита крупностью 30 мкм. Примеры вспенивателей: - спирты (ОПСБ – окись пропилена спирт бутиловый; ОПСМ – окись пропилена спирт метиловый); - фенолы; - крезол; - терпениол (C10H17OH); - сосновое, пихтовое, эвкалиптовое масла; - тяжелые пиридиновые основания. Наиболее эффективными являются соединения, имеющие в своем составе одну из полярных групп: - гидроксил -OH; - карбоксил -COOH; - карбонил =C-O; - аминогруппа NH2; - сульфогруппа SO2O. Радикал R должен иметь не менее 6 атомов углерода. 12.4 Депрессоры Реагенты, предотвращающие закрепление собирателей, повышающие гидрофильность поверхности минералов называют депрессорами. Депрессоры должны действовать избирательно, т. е ухудшать флотационные свойства лишь тех минералов, которые не должны флотироваться в данном технологическом процессе. Механизм депрессирующего действия реагентов может быть: - за счет образования на поверхности минерала труднорастворимой гидрофильной пленки; - за счет вытеснения с поверхности минерала собирателя, адсорбированного ранее; - может связывать действие реагента активатора и собирателя, которые уже не будут выполнять свои функции. Наиболее широко применяемые депрессоры - это - органические: крахмал, желатин, декстрин, клей, КМЦ – карбоксилметил целлюлоза; - неорганические: известь, цианиды, кремнефтористый натрий Na2SiF6, хромат и бихромат калия, тиосульфат Na2S2O3 (подавление цинка, меди,пирита), силикат натрия Na2SiO3 (жидкое стекло). 12.5 Активаторы Реагенты-активаторы образуют пленки на минералах легко адсорбирующие собиратель или способствующие более прочному закреплению собирателя. Примеры: Ксантогенаты не способны взаимодействовать с окисленными минералами (ZnCO3 – смитсонит, PbCO3 – церуссит) поэтому с целью их сульфидизации применяются активатор сернистый натрий Na2S. В результате на минерале образуется пленка сульфида металла, на которой хорошо закрепляется ксантогенат (рис. 12.2): PbCO3 + Na2S => PbS + Na2CO3  Рис. 12.2 Активация PbCO3 Активация может произойти, наоборот, за счет растворения гидрофильных пленок. Примеры: Поверхность пирита (FeS2) покрыта вторичной гидрофильной пленкой Fe(OH)2. Действуя на минерал кислотой, пленка растворяется и свежеобразованная поверхность минерала эффективно взаимодействует с собирателем (рис. 12.3):  Рис. 12.3 Активация Fe(OH)2 Реагенты активаторы: - медный купорос CuSO4 и др. соли тяжелых металлов (Pb, Fe); - сернистый натрий Na2S; - кислоты и щелочи (H2SO4, HF). 12.6 Регуляторы среды Регуляторы среды применяются для изменения щелочности среды, в которой происходит флотация минералов. Кислотные и щелочные свойства среды характеризуются величиной рН или концентрацией ионов водорода или ионов гидроксила. Флотация любого минерала происходит при определенном значении рН и для получения технологических показателей необходимо строго поддерживать заданное значение концентрации ионов водорода.   При изменении величины рН изменяются свойства и растворимость не только флотационных реагентов, но и самих минералов. В качестве регуляторов применяются: - щелочи (известь, NaOH), - кислоты (H2SO4), - кальцинированная сода (Na2CO3) – в результате гидролиза Na2CO3 ее растворы приобретают щелочной характер, но рН не превышает 11 (обычно ее применяют для создания рН=7-10). Лекция 13. ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ План лекции 13.1 Классификация флотационных машин 13.2Машины механического типа 13.3 Пневмомеханические машины 13.4 Пневматические машины 13.1 Классификация флотационных машин После измельчения до необходимой крупности и обработки флотационными реагентами руда подвергается флотации в аппаратах, называемых флотационными машинами. Во флотационных машинах частицы минералов сталкиваются с пузырьками воздуха. Гидрофобные частицы прилипают к ним и выносятся на поверхность пульпы в виде минерализованной пены, которая самотеком или пеносъемниками удаляется в желоб для пенного продукта (концентрата). Гидрофильные минералы пустой породы остаются в камере и удалаются через хвостовое отверстиемашины. Флотационные машины должны обеспечивать: - непрерывную равномерную подачу исходной пульпы и разгрузку пенного и камерного продуктов; - интенсивное перемешивание пульпы для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии и их контактирования с воздушными пузырьками; - оптимальную аэрацию пульпы и диспергирование воздуха на мелкие пузырьки с равномерным их распределением по всему объему камеры; - создание спокойной зоны пенообразования на поверхности пульпы. Флотационные машины должны быть высокопроизводительными, быть простыми в устройстве, иметь малоизнашивающиеся части и детали, занимать небольшую площадь, иметь небольшой расход энергии. Флотационные машины классифицируют в зависимости от способа аэрации пульпы, т. е. от способа насыщения пульпы воздухом и способа перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяются на: - механические; - пневматические; - пневмомеханические. 13.2 Машины механического типа В механических флотационных машинах аэрация пульпы осуществляется засасыванием воздуха из атмосферы мешалками различных конструкций. Эти машины представляют собой аппараты, у которых насыщение пульпы воздухом и перемешивание пульпы в камере осуществляет аэратор с вращающимся импеллером, всасывая необходимый для флотации воздух непосредственно из атмосферы. Основная масса воздушных пузырьков, образующаяся при этом, имеет диаметр 0,6 – 1 мм. Ниболее широкое распространение получили механические флотационные машины конструкции «Механобр» (рис. 13.1). Флотационная машина состоит из камеры вместимостью от 0,16 до 6,3 м3. Обозначается ФМР – 6,3 где: ФМР – флотационная машина рудная; 6,3 – объем камеры.  Рис. 13.1 Механическая флотационная машина конструкции «Механобр» 1 - приемный карман; 2 – центральная труба; 3 – труба для засоса воздуха; 4 – шкив привода; 5 – подводящая труба; 6 – импеллер; 7 – блок аэратора; 8 – камера; 9 – диск статора; 10 – направляющие статора; 11 – вал. Блок аэратора (рис. 13.2) состоит из вертикального вала с импеллером. Вал вращается внутри трубы.  Рис. 13.2 Конструкция блока аэратора (вид снизу) Данные машины отличаются большой производительностью Q = 0,15 – 12 м3/мин. Назначение импеллера: При вращении ротора (импеллера) поток пульпы засасывает воздух, поступающий по центральной трубе. Лопатки импеллера перемешивают пульпу и воздух. Пульповоздушная смесь выбрасывается на лопатки статора. Назначение статора: Статор увеличивает количество засасываемого воздуха и способствует лучшей диспергации его. Отводящими лопатками отводит пульпу от импеллера вглубь камеры без образования завихрений и увеличивает расход воздуха в машине в 2-2,5 раза. Статор предохраняет машину от заиливания. Данная машина собирается из двухкамерных секций: первая – всасывающая, вторая – прямоточная. Может собираться из звеньев или из всасывающей и нескольких прямоточных. По конструктивным параметрам она находится на уровне лучших зарубежных образцов. Преимущества машин механического типа: - просты в обслуживании, - просты в ремонте, - просты в регулировке; - весь приводной механизм с импеллером и статором собран в один блок, который быстро может быть заменен другим; - применение радиального импеллера позволяет увеличить количество засасываемого воздуха в 2-4 раза без увеличения мощности электродвигателя; - машины могут быть собраны из отдельных секций, что позволяет осуществить гибкую компоновку флотационных схем. Недостатки машин механического типа: - большой износ лопаток статора и сильные восходящие потоки пульпы вызывают излишнее бурление и нарушение процесса пенообразования, что имеет особенно большое значение при флотации руд с низким содержанием ценного компонента; - увеличение зазора между лопатками статора и импеллера больше 8-10 мм приводит к снижению аэрации пульпы и производительности машины. 13.3 Пневмомеханические машины В последние годы пневмомеханические машины приобрели особое значение. Они обеспечивают аэрацию пульпы сжатым воздухом, который подается в машины от воздуходувок и компрессоров, диспергирование, которого осуществляется мешалками различной конструкции. Наибольшее распространение на обогатительных фабриках получили флотационные машины типа ФПМ (рис. 13.3).  Рис. 13.3 Пневмомеханическая машина с пальцевым аэратором 1 – камера; 2 – импеллер; 3 – статорная решетка (успокоитель); 4 - полый вал. Объем камеры этих машин составляет V = 1,6-6,3 м3. Производительность – Q = 6-14 м3/мин. Число камер в сборе – n = 2-8. Диаметр импеллера – D = 600-900 мм. Скорость вращения импеллера – υ = 6-8.5 м/сек (ниже, чем в механических машинах). Назначение импеллера: - служит для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии и диспергации воздуха. Достоинства пневмомеханических машин по сравнению с механическими: - тонкая диспергация воздуха; - возможность регулирования аэрации в каждой камере; - меньше энергоемкость (на 30-40 %); - меньше время флотации (на 20-30 %); - требуется меньше площадей, а значит, снижаются капитальные и эксплуатационные расходы. Недостатки пневмомеханических машин: - невозможность флотации крупнозернистого материала 13.4 Пневматические машины В машинах этого типа насыщение пульпы воздухом и перемешивание пульпы осуществляются подачей в нее сжатого воздуха от воздуходувок (давление до 25 – 35 кПа). Диспергирование воздуха производится через пористые перегородки (ткань, пористая керамика, пористый бетон и т. д.) или через трубки с мелкими отверстиями (металлические, резиновые и т. п.). Средний диаметр воздушных пузырьков в пневматических флотационных машинах составляет 2 – 3 мм. Пневматические флотационные машины проще механических по конструкции, занимают меньшую площадь. Однако интенсивность перемешивания пульпы у них ниже, а размер воздушных пузырьков почти в три раза больше. Машины этого типа применяют в основном для флотации полезных ископаемых простого состава. Из флотационных машин пневматического типа наибольшее распространение получили аэролифтные патрубочные машины, колонные флотационные машины и машины пенной сепарации. Машины пенной сепарации (рис.13.4) позволяют повысить крупность флотируемых частиц в 3-4 раза по сравнению с обычными машинами. Предназначены они для флотации крупных классов горно-химического сырья легкофлотируемых минералов, не требующих длительного времени флотации. |