Флотация конспект. Курс лекций по дисциплине "Флотационные процессы обогащения "
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
+ - - - - - - ква рц S iO 2 + + + + - - + Кварц до активации(слева) и после (справа) Рисунок 17.1. ионы меди при свинцовой флотации свинцово-цинковых руд, которые активируют сфалерит. 4. В практике флотации часто возникает необходимость устранения вредного влияния шламов – тонокодисперсных частиц путем их пептизации. Эти частицы налипают на поверхность флотируемых минералов или на поверхность воздушных пузырьков и препятствуют непосредственному их контакту. Для борьбы с этим явлением используют: 1) диспергацию шламов путем дополнительной гидрофилизации их поверхности (жидкое стекло и др.) 2) агрегацию шламовых частиц высокомолекулярными органическими соединениями - флокулянтами (крахмал, полиакриламид, полимеры). Лекция № 18. Пенообразование. Реагенты-вспениватели. 1. Процесс пенообразования и крупность пузырьков 2. Свойства вспенивателей. 3. Механизм действия вспенивателей. 4. Реагенты, применяемые в промышленности Воздушные пузырьки являются основным «транспортом» для переноса в пену частиц флотируемого минерала. Для эффективного ведения процесса необходима большая поверхность раздела газ-жидкость. Величина ее определяется количеством воздуха, проходящего через флотационную камеру в единицу времени, и крупностью пузырьков. При одном и том же количестве воздуха поверхность раздела тем больше, чем мельче пузырьки. Уменьшение крупности пузырьков ограничивают 2 условия: 1) плотность нагруженного частицами пузырька должна быть меньше плотности пульпы для обеспечения его всплывания; 2) пузырек должен всплывать с определенной скоростью. Оптимальная скорость всплывания пузырьков 5-15 см/с. При большой крупности пузырьков уменьшается поверхность раздела газ- жидкость, снижается скорость флотации – скорость выведения минерала в пену. Крупные пузырьки быстро всплывают, время их нахождения в камере невелико. Они имеют большую подъемную силу, но малоэффективны. Мелкие пузырьки находятся в пульпе дольше, сильнее минерализуются, что дополнительно снижает скорость их всплывания. Но при низкой скорости они не успевают попасть в пену и выносятся потоком пульпы в следующую камеру машины и далее в хвосты. Оптимальная крупность пузырьков 0.6-1.2 мм. Очень мелкие пузырьки, закрепляясь на частицах, дополнительно их гидрофобизируют. Флотация «активированных» пузырьками частиц идет быстрее. Поэтому в пульпе должны находиться как очень мелкие пузырьки (для активации), так и крупные (для транспортирования). Наибольшее число пузырьков имеют размер 0.6-0.8 мм. Вспениватели создают условия для пенообразования путем снижения свободной поверхностной энергии на границе раздела жидкость-газ, т.е. снижения поверхностного натяжения. Таким образом снижаются затраты энергии, необходимой для образования новой поверхности раздела фаз в виде воздушных пузырьков. Вспениватели должны обладать достаточной поверхностной активностью p, которая определяется как отношение между изменением свободной поверхностной энергии и изменением концентрации вспенивателя в растворе: p = dζ / dC . Графически (рис. 18.1) поверхностная активность выражается тангенсом угла наклона кривой ζ = f(C). Из рисунка видно, что при увеличении концентрации С значение р уменьшается (участок EF). При низких концентрациях на кривой имеется отрезок АВ, на котором угол наклона кривой изменяется мало и поверхностная активность остается практически постоянной. Это значение принимается за меру поверхностной активности данного вспенивателя. Рисунок 18.1. Поверхностная активность зависит от рода полярной группы, числа, длины и строения углеводородной цепи в молекуле. Для веществ одного гомологического ряда поверхностная активность увеличивается примерно в 3 раза при увеличении длины углеводородной цепи на одну группу =СН 2 . Но растворимость вспенивателей при этом уменьшается во столько же раз. Эти зависимости носят название правила Траубе (по отношению к поверхностной активности, по отношению к растворимости). ПАВ с низким числом групп =СН 2 хорошо растворяются, но имеют низкую поверхностную активность и слабые пенообразующие свойства. По этим причинам используемые на практике реагенты содержат обычно 5-12 атомов углерода в цепи. Желательно, чтобы вспенивателя не были ионогенными. Это связано с тем, что вспениватели, которые имеют ионизирующиеся полярные группы, обладают и собирательными свойствами, что затрудняет селективное ведение процесса флотации и дозировку реагентов. Кроме того изменение рН среды сильно влияет на вспенивающую способность таких вспенивателей. Основные полярные группы неионогенных вспенивателей: -ОН -О- -С=О -С=О =С=О О Н Гидроксильная Э ф и р н а я Альдегидная Кетонная (простая) (сложная) Углеводородные радикалы могут быть нормального, изо- или циклического строения. Влияние строения полярных групп и радикалов на свойства вспенивателей изучено еще недостаточно. Снижение поверхностного натяжения облегчает образование новой поверхности раздела этих фаз – воздушных пузырьков (см. лекция № 8 «Реагенты и способы их закрепления»). Назначение вспенивателей: 1) уменьшение коалесценции (слияния) воздушных пузырьков, 2) снижение скорости всплывания пузырьков, 3) повышение скорости и прочности прилипания частиц к пузырькам, 4) увеличение прочности пены. При столкновении в камере машины пузырьки могут сливаться в более крупные. При этом общая площадь поверхности раздела газ-жидкость уменьшается, ζ С Δζ ΔС Δζ ΔС А В E F запас свободной энергии системы падает. Вспениватели, адсорбируясь на поверхности жидкость-газ, образуют ориентированный слой молекул, полярные концы которых гидратируются молекулами воды. Этот гидратированный слой делает оболочку пузырьков более прочной и эластичной, препятствует их слиянию и позволяет сохранить в пульпе более мелкие пузырьки. Экспериментально установлено, что пузырьки диаметром 0.6-2 мм в чистой воде всплывают быстрее, чем в присутствии вспенивателя. При добавлении вспенивателя пузырьки становятся более жесткими, лучше сохраняют сферическую форму, которая не является хорошо обтекаемой. В присутствии вспенивателя увеличивается скорость и прочность прилипания частиц к пузырькам. Это связано со следующими факторами: 1). Молекулы некоторых вспенивателей при определенных условиях могут закрепляться на поверхности частиц (уголь, сера) своей полярной группой, как и собиратель. 2). Молекулы вспенивателя могут образовывать с молекулами собирателя комплексы, усиливая гидрофобизирующее действие собирателя. 3). Капиллярное давление в пузырьках прямо пропорционально зависит от поверхностного натяжения. Снижая поверхностное натяжение, вспениватели уменьшают и капиллярное давление в пузырьках. Вследствие этого снижается давление на площадь прилипания и сила, отрывающая пузырек от частицы (см. уравнение Фрумкина-Кабанова). 4). Некоторые вспениватели могут повышать дисперсность эмульсии собирателя в воде, что улучшает его действие, особенно для жирных кислот. В зависимости от состава полярной группы вспениватели делят на кислые, нейтральные и основные. К кислым относятся спиртовые и крезиловые аэрофлоты, фенолы, алкиларилсульфонаты и др. Нейтральные вспениватели – терпинеол, сосновое масло, спиртовые вспениватели с длиной цепи 6-8 атомов углеводорода и вспениватели с эфирными связями ОПСБ, ОПСМ и др. К основным относится тяжелый пиридин, не применяемый из-за токсичности. По флотационному действию вспениватели делят на селективные и неселективные. Первые не имеют собирательного действия, поэтому их применяют при разделении минералов, близких по флотационным свойствам. Вторые вспениватели имеют заметное гидрофобизирующее действие, их можно применять в операциях коллективной флотации. Крезол – кислый селективный вспениватель. Применяют технический продукт – крезиловую кислоту, являющуюся смесью различных фенолов. Дает хрупкую пену. Расход 50-150 г/т руды. Недостаток – сильная токсичность, применяется мало. Терпинеол – нейтральный вспениватель, получаемый при производстве скипидаров. Сосновое масло – нейтральный, неселективный вспениватель. Смесь ароматических спиртов и углеводородов. Основным действующим компонентом является терпинеол. Расход 20-100 г/т. Циклогексанол – нейтральный, селективный вспениватель. Применяется при селективной флотации полиметаллических руд. Расход 20-100 г/т. ОПСБ, ОПСМ - окись пропилена спирт бутиловый (Б) или метиловый (М). Нейтральный, селективный, очень сильный вспениватель. Эффективен при флотации крупноизмельченной руды, в присутствии реагентов, гасящих пену. Применяют при флотации медных, молибденовых, свинцовых руд, в случаях использования собирателей - аполярных масел. Нетоксичен. Расход 10-30 г/т. Реагенты Т-66, Т-80 – содержат смесь производных циклического эфира диметилдиоксана и являются отходами его производства. Близки по свойствам. Сильные неселективные вспениватели, нетоксичны. Применяются при флотации полиметаллических руд, угля. Расход 20-100 г/т. Масло ПОД – отходы химического производства, применяется при флотации углей. Расход 60-200 г/т. Лекция № 19 Пены 1. Свойства пен. Типы пен 2. Устойчивость пены 3. Способы разрушения пен Флотационная пена должна обладать следующими свойствами: удерживать всплывшие с пузырьками частицы минералов; в пене должна происходить вторичная концентрация ценных компонентов за счет выпадения из пены частиц пустой породы; пена должна быть устойчивой в течение определенного периода времени и легко разрушаться после удаления из камеры флотомашины. Быстро разрушающиеся пены называют хрупкими, а медленно разрушающиеся – вязкими. При очень хрупкой пене сфлотированные частицы будут осыпаться из пены и вновь тонуть в камере машины. Извлечение флотируемого минерала будет низким. Вязкие пены плохо транспортируются по желобам, перекачиваются насосами, переобогащаются при необходимости, плохо сгущаются, т.к. в сгустителе образуется шапка устойчивой пены. Регулирование свойств пен возможно изменением физических и физико- химических условий. К физическим относятся толщина пенного слоя, скорость и способ удаления пены, количество и дисперсность пузырьков и частиц, интенсивность движения пульпы в подпенном слое. К физико-химическим – реагентный режим, влияющий на устойчивость жидких прослоек, которые разделяют пузырьки, и на прочность прилипания частиц. Флотационные пены по типу строения делятся на: пленочно-структурные, агрегатные, пленочные (рис. 19.1). Наиболее часто встречаются при флотации пленочно-структурные пены. Особенности их строения: крупность пузырьков воздуха в верхних слоях больше, чем в нижних; толщина прослоек воды, разделяющих пузырьки, уменьшается с приближением к поверхности пены; слой пены толстый – от 5 до 20 см; крупные пузырьки значительно деформированы. По сравнению с другими типами пен эти пены содержат наибольшее количество воды, особенно в нижних слоях. Устойчивость этих пен изменяется в широких пределах, подвижность значительная. пленочно- агрегатная пленочная структурная Рисунок 19.1. Агрегатные пены состоят из крупных частиц, скрепленных множеством пузырьков небольшого размера. Распределение крупности пузырьков по высоте как и для пленочно-структурных пен. Содержат небольшое количество воды, достаточно устойчивы, при падении в желоб легко разрушаются. Пленочные пены схожи с агрегатными, но имеют небольшую толщину, равную размерам всего нескольких частиц. Обычно эти частицы крупные, легкие и сильно гидрофобные. От свойств и устойчивости пены зависит извлечение ценного компонента в концентрат. При отстаивании пена частично разрушается, теряя до половины минеральных частиц, в первую очередь породных. Требования, предъявляемые к устойчивости пены, определяются назначением операции флотации. Элементарным актом разрушения пены является слияние составляющих пену пузырьков друг с другом, которое происходит из-за утончения прослоек воды, разделяющих пузырьки. Причины утончения прослоек воды: 1. Вода из прослоек стекает вниз, особенно из верхних слоев пены. Этому процессу (синерезису) способствует давление в пене, возникающее из-за непрерывного поступления в нее снизу массы пузырьков и давления вышележащих слоев пены. В нижних слоях прослойки длительное время подпитываются стекающей сверху водой и утончаются позже. Поэтому разрушение пены начинается с ее верхних слоев. 2. Вода прослоек испаряется, особенно с поверхности пены. 3. После определенного утончения прослоек значительную роль начинает играть всасывание жидкости в треугольники Гиббса, которое возникает вследствие различной кривизны отдельных участков пузырьков пены (рис. 19.2). Капиллярное давление, стремящееся втянуть пленку внутрь пузырька, обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности пузырька: Р = 2 ζ ж-г / r. Р 1 > Р 2 Давление в участках прослоек воды, ограниченных более плоскими поверхностями, меньше, чем на участках с более выпуклыми. Поэтому в прослойках возникают токи воды к утолщенным участкам – треугольникам Гиббса. Рисунок 19.2. 4. Во флотомашинах на пену механически действуют потоки пульпы и пеносниматели, вызывая взаимное перемещение пузырьков, стекание воды и деформацию прослоек в пене. Устойчивость пен повышается при: 1) повышении устойчивости поверхности пузырьков за счет адсорбции молекул вспенивателей; Р 2 Р 1 Р 1 Р 2 Р 2 Р 2 2) прилипании частиц к пузырькам в трехфазных пенах, что препятствует сближению пузырьков и утончению разделяющих их водных прослоек; 3) наличии мелких и плоских частиц, т.к. они полнее покрывают поверхность пузырьков. Реагенты влияют на устойчивость пен путем изменения строения и состава адсорбционных слоев на поверхности пузырьков и характера минерального покрытия этой поверхности. Присутствие в пенообразователе аполярных соединений, не обладающих вспенивающими свойствами, положительно влияет на пенообразование. Молекулы аполярных углеводородов (на рис. 19.3 обозначены как и собиратели) располагаются в адсорбционном слое между аполярными радикалами ПАВ) и стабилизируют его, повышая устойчивость пены. Но избыток таких соединений в составе вспенивателя как и избыток аполярного собирателя ведет к разрушению пены. Рисунок 19.3. По влиянию на устойчивость пен реагенты делятся на 3 группы: 1. Растворимые в воде ПАВ, образующие истинные (молекулярные) растворы – низшие спирты, скипидары и др. 2. ПАВ, образующие в воде коллоидные или полуколлоидные растворы – сапонин и др. 3. Аполярные вещества, нерастворимые в воде – керосин и др. Действие реагентов зависит от их расхода. Реагенты группы 1 при больших расходах снижают устойчивость пены, т.к. снижают гидратированность оболочки пузырька. При этом образуется второй адсорбционный слой молекул ПАВ, полярные группы его обращены к полярным группам первого слоя, а углеводородные аполярные радикалы обращены в воду (рис. 19.4). Рисунок 19.4. Г + + - + - - + Т собиратель вспениватель шлам Реагент группы 1 При добавлении к пене, образованной растворимым в воде ПАВ (группа 1), аполярного масла (группа 3), устойчивость пены резко снижается. Керосин может полностью уничтожить пену. При этом керосин адсорбируется на поверхности пузырьков и вытесняет молекулы вспенивателя в водную прослойку между пузырьками (рис. 19.5). Рисунок 19.5. По высоте пенного слоя содержание флотируемого минерала значительно изменяется. Обычно в верхних слоях пены содержится меньше породы, чем в нижних. Слабо прикрепленные к пузырькам или находящиеся в водных прослойках между ними, частицы породы увлекаются вниз стекающими потоками воды. Происходит вторичная концентрация ценных компонентов в верхних слоях пены. После удаления из флотационной камеры пена должна быть разрушена. Но трудно подобрать такой реагентный режим, при котором можно одновременно получить высокую эффективность флотации и легко разрушающуюся пену. Поэтому используют механические и физико-химические средства для разрушения пены. Механические – применение сильной струи воды при минимальном расходе. Желоба, в которые поступает пена должны быть достаточно широкими и глубокими. Иногда пену пропускаю через сгустительные воронки или сетчатые центрифуги. Физико-химические средства – добавление различных реагентов (кислоты и др.). Реагент группы 3 Лекция №20 ТЕМА 4 ТЕХНОЛОГИЯ ФЛОТАЦИИ 1. Влияние крупности частиц на флотацию. 2. Особенности флотации крупных частиц. Уравнение Матвеенко 3. Влияние шламов на флотацию Показатели флотации в рудной практике оценивают по извлечению ценного компонента в концентрат: ε к = β к γ к / γ пит α . Здесь ε к – извлечение в концентрат, β к – содержание полезного компонента в концентрате, γ к – выход концентрата, γ пит – выход исходной руды, α – содержание полезного компонента в руде. Все параметры выражают в % или долях единицы. Извлечение полезного компонента в отходы вычисляют по аналогичной формуле и называют потерями в хвостах. Конечные показатели флотационного разделения зависят от ряда факторов. К основным относятся: крупность измельчения руды перед флотацией, содержание твердого в пульпе при флотации, реагентный режим и порядок подачи реагентов, интенсивность аэрации и перемешивания пульпы, скорость съема пены, продолжительность флотации, температура пульпы, схема флотации, расход пульпы, поступающей на флотацию. Измельчение руды должно обеспечивать: 1) достаточное количество мелких зерен, которые могут надежно закрепиться на пузырьках; 2) достаточное раскрытие полезных минералов т.е. освобождение их от сростков с пустой породой и друг с другом (в случае флотации полиметаллических руд). Максимальная крупность флотируемых частиц зависит от гидрофобности минерала, его плотности и формы частиц. Зерна с округлой формой флотируются хуже, чем зерна с плоскими гранями или зерна чешуйчатой формы. Минералы, обладающие высокой естественной гидрофобностью и малой плотностью могут флотироваться при большей крупности зерен, например уголь. При флотации тонковкрапленных руд конечная крупность измельчения определяется размером вкраплений ценных минералов. Например, тонковкрапленные руды приходится измельчать до содержания класса –0.074 мм в питании флотации 85-95%. Зерна разной крупности флотируют с разной скоростью. С уменьшением крупности скорость флотации увеличивается до определенного предела, а затем снижается (рис. 20.1). Оптимальная крупность зависит от свойств минерала и условий флотации. Рисунок 20.1. ε, % d, мкм 40 100 из вле че ни е 90 Для крупных зерен, имеющих большой вес, значительны и силы, отрывающие частицу от пузырька. Отрыв частиц происходит под действием сил инерции. Пузырек с частицами двигается в камере машины по неправильным траекториям, сталкиваясь с деталями машины и другими пузырьками. При этом скорость и направление движения резко изменяются, увеличиваются силы отрыва. Для флотации крупных частиц необходимо: 1. повышать гидрофобность поверхности, увеличивая расход собирателя или применяя более сильные реагенты или их смеси, аполярные реагенты; 2. применять пептизаторы; 3. наличие прочного пенного слоя и осторожного его удаления из камеры; 4. увеличивать аэрацию пульпы при ее осторожном перемешивании – создавать условия для аэрофлокулярной флотации (рис. 20.2). При этом на крупную частицу налипают мелкие пузырьки воздуха, а к ним через тонкие флотирующие частицы прикрепляются другие пузырьки. Кроме того крупные частицы могут всплывать в пену с помощью нескольких пузырьков. Рисунок 20.2. В соответствии с уравнением Фрумкина-Кабанова в расчетах принимается, что на частицу действует отрывающая сила, пропорциональная весу частицы в статических условиях: π a ζ ж-г Sin Θ = ρgV + ((2ζ ж-г / R) – ρgh) ( πa 2 /4 ). Применительно к реальным условиям флотации Н.В. Матвеенко уравнение Фрумкина-Кабанова преобразовано с учетом возникновения сил инерции. Кроме того, в уравнении Матвеенко суммарная сила отрыва отнесена к единице длины трехфазного периметра смачивания πa и получено: ζ ж-г Sin Θ = С К (Δ – ρ) d 2 кр / π χ + 0.25 d кр χ ((2ζ ж-г /R) – ρgh ) . Здесь С – ускорение отрыва частицы от пузырька; К – коэффициент пропорциональности между кубом диаметра частицы и ее объемом; Δ – плотность частицы; ρ – плотность жидкости; d кр – диаметр частицы критической для флотации крупности; χ = а/d – отношение диаметров площади контакта и частицы; R, h – радиус и высота воздушного пузырька. Из уравнения следует, что максимальное ускорение движения частиц в камере машины снижает верхний предел крупности флотируемых зерен на порядок сильнее, чем действие силы тяжести. Определяющим является не столько гидрофобность частиц, сколько их масса и интенсивность перемешивания. Для флотации крупных частиц применяют пенную сепарацию или флотацию в машинах с кипящим слоем. Самые тонкие зерна 5-10 мкм флотируют очень медленно, что объясняется следующими причинами. 1. Для тонких зерен мала вероятность их встречи с пузырьком. При обтекании пузырька потоками пульпы очень мелкие частицы сносятся потоком и не могут встретиться с пузырьком. 2. Кинетическая энергия тонких частиц недостаточна для преодоления энергетического барьера. 3. Тонкие частицы обладают большой удельной поверхностью. Поэтому для их извлечения требуется большая поверхность раздела жидкость-газ. 4. Тонкие частицы имеют склонность к неселективному агрегированию, что равносильно образованию сростков. 5. Тонкие частицы обычно сильнее окислены, что ухудшает их флотируемость. Наличие большого количества тонких частиц (3-10 мкм) в пульпе затрудняет флотацию более крупных зерен. Шламы пустой породы могут налипать на поверхность флотируемого минерала, снижая его гидрофобность (рис. 20.3). Тонкие частицы самого минерала, находящиеся на поверхности крупных зерен, препятствуют их прилипанию к пузырькам, а также и снижают свободную поверхность пузырька. Рисунок 20.3. Кроме того, тонкие шламы обладают большой поверхностью и забирают на себя значительную часть реагента-собирателя. Поэтому питание флотации должно иметь равномерный состав по крупности. Крупные зерна удаляются в операциях поверочной классификации, а для уменьшения ошламования применяют стадиальные схемы обогащения - операции флотации чередуются с операциями измельчения. Для снижения вредного влияния шламов применяют: 1. стадиальные схемы флотации; 2. реагенты-пептизаторы или флокулянты; 3. ведут флотацию в разбавленных пульпах, где агрегирование шламистых частиц меньше; 4. раздельную обработку песковой и шламистой частей твердой фазы пульпы. 5. обесшламливание пульпы перед флотацией. В случае раздельного обогащения песковой и шламистой части пульпы улучшаются условия флотации частиц соответствующей крупности, но усложняется схема. Поэтому применяют раздельное контактирование крупных и тонких частиц с реагентами с последующей их совместной флотацией. Плотность пульпы сильно влияет на показатели обогащения. Плотность пульпы характеризуют разбавлением (разжиженностью) или содержанием твердого. Разжиженность R = Ж : Т - это отношение веса воды к весу твердого в пульпе. Содержание твердого С определяется как отношение веса твердого к весу пульпы, выраженное в % или долях единицы. Эти параметры выражают как объемные или весовые, в последнем случае расчеты проще. Г Г Г В плотных пульпах флотация идет плохо, в сильно разбавленных – уменьшается извлечение полезного компонента в основном из-за снижения прочности пены (рис. 20.4). Рисунок 20.4. Плотность пульпы влияет и на технико-экономические показатели работы флотационного отделения: расход реагентов, производительность флотомашин, удельный расход электроэнергии, воды и пр. При плотных пульпах расход реагентов ниже, выше производительность машин по твердому, но хуже показатели обогащения. Поэтому подбирают оптимальное разбавление пульпы, которое зависит от свойств руды (крупность и плотность минерала), назначения операции флотации, качества концентрата. Разжиженность колеблется от 1.8 до 6, а содержание твердого – от 14 до 35%. Для угля принимают Т:Ж = 0.1. содержание твердого ε, β, % С, % ε к β к Лекция № 21 Продолжение 1. Влияние других факторов на флотацию 1.1 Реагентный режим 1.2. Аэрация пульпы 1.3. Интенсивность съема пены и др. 2. Вторичное обогащение концентратов в пене 3. Кинетика и скорость флотации. Коэффициент селективности. Реагентный режим предполагает номенклатуру реагентов, их расход, точки подачи и распределение каждого реагента по этим точкам, продолжительность контакта с пульпой. Реагентный режим определяется экспериментально при исследовании руды на обогатимость. Обычно реагенты подаются в следующем порядке: 1) регуляторы среды – чаще в операцию измельчения; 2) депрессоры – загружаются вместе с регуляторами или чуть позже; 3) собиратели; 4) вспениватели. Подача собирателя может быть единовременной или дробной. При дробной подаче процесс флотации несколько затягивается, но качество концентрата выше. Для образования воздушных пузырьков необходима аэрация пульпы. Аэрация определяется как количество воздуха, проходящего в единицу времени через единицу площади горизонтального сечения камеры или через единицу объема пульпы. При аэрации часть воздуха растворяется в воде, а затем выделяется в виде очень мелких зародышей пузырьков, которые появляются на поверхности зерен флотируемого минерала. Мелкие пузырьки облегчают закрепление частиц на более крупных транспортирующих пузырьках. Кроме того, кислород воздуха окисляет поверхность частиц и влияет на взаимодействие с реагентами и результаты флотации. Аэрация прямо пропорционально зависит от интенсивности перемешивания пульпы в машине. Интенсивность перемешивания должна быть достаточной для обеспечения хорошей аэрации и равномерного распределения частиц и пузырьков по всему объему нижней зоны камеры. Сильное перемешивание увеличивает силы отрыва частиц от пузырьков и расход электроэнергии. При прочих равных условиях аэрация зависит от плотности пульпы - в более плотных пульпах аэрация снижается. Показатели флотации зависят от интенсивности съема пены. При интенсивном съеме снижается время флотации, но уменьшается содержание ценного минерала в пенном продукте β. Параметр β в пульпе и пенном слое изменяется по высоте – происходит вторичная концентрация (рис. 21.1). В пульпе β по высоте изменяется мало (аb). При переходе в пенный слой β увеличивается скачком (bс) и далее в слое пены растет постепенно (сd). Рисунок 21.1. пуль па пе на содержание флотируемого минерала h d c b a β Если снимать в концентрат только верхний слой пены, то качество его будет высокое, но извлечение снизится. При снятии пены по всей высоте качество концентрата понизится, но извлечение будет выше. Для улучшения вторичной концентрации можно: 1) поддерживать оптимальную толщину пенного слоя, согласованную со скоростью удаления пены, 2) снимать только верхние слои пены, 3) увеличивать скорость движения частиц породы вниз, осторожно орошая поверхность пены водой – применяется редко. Повышение температуры пульпы в основном положительно влияет на результаты флотации, но применяется мало из-за дороговизны. Скорость флотации зависит от скорости подачи пульпы в камеру машины, которая определяется как количество пульпы, подаваемое в машину в единицу времени. При увеличении потока пульпы скорость флотации увеличивается, время флотации снижается. Для разных конструкций машин существует оптимальный поток пульпы. Например, для механических машин оптимальный расход пульпы находится в пределах 1-2-х объемов камеры. Определение скорости и селективности флотации важно для оценки технологической эффективности процесса. Скорость флотации характеризуется временем, необходимым для достижения определенного извлечения ценного минерала в пенный продукт. В лабораторных условиях скорость флотации определяют по результатам дробной флотации. В расчетах пользуются методом К.Ф. Белоглазова. Введем обозначения: n - общее число частиц, подлежащих флотации; х – число частиц, перешедших в пенный продукт к моменту времени t; N - число пузырьков, прошедших сквозь пульпу в единицу времени; W – вероятность устойчивого закрепления частиц на пузырьках. К моменту времени t число частиц, оставшихся в пульпе, будет равно (n – x). За время dt через пульпу пройдет N dt воздушных пузырьков и сфлотируется dх частиц. Число столкновений частиц с пузырьками за время dt будет пропорционально величине N (n – x) dt. Число частиц, сфлотированных за время dt, будет равно: dx = k N (n – x) W dt . Здесь k – коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние различных факторов на флотацию, константа скорости флотации. Разделим переменные и найдем интеграл: ∫ dx / (n – x) = ln x / ( n – x) ; ln n / ( n – x) = k ∫ N W dt ; Разделим на n : ln 1 / (1 – x / n ) = k ∫ N W dt . Величина x / n является извлечением ценного минерала в концентрат. Тогда ln 1 / (1 – ε ) = k ∫ N W dt . Величина ln 1/(1–ε) называется коэффициентом удельной скорости флотации. В упрощенном виде скорость флотации может быть определена как (уравнение Белоглазова): ln 1 / (1 – ε ) = k t. Это выражение справедливо для флотации узких классов крупности мономинеральной пульпы. В более общем виде это уравнение будет: dε / dt = k (1 - ε ) р Здесь р и k – параметры, зависящие от свойств флотируемого минерала и условий флотации; dε / dt – скорость флотации в данный момент времени, которая определяется тангенсом угла наклона кривой ε = f (t), показанной на рис. 21.2. Зависимость ε = f (t) характеризует кинетику флотации. Извлечение 100% никогда не достигается. В начале процесса извлечение растет почти пропорционально времени, а затем прирост извлечения замедляется и оно приближается к некоторому предельному значению. Качество концентрата с увеличением времени флотации непрерывно снижается. Рисунок 21.2. Величина (1-ε) пропорциональна массе ценного минерала в пульпе в данный момент времени. При постоянных свойствах минерала и условиях флотации скорость флотации пропорциональна массе минерала и его флотационным свойствам. Кривые изменения скорости флотации в зависимости от времени могут иметь следующий вид (рис. 21.3). Прямолинейная зависимость 1 – скорость флотации постоянна. Выпуклая кривая 2 – снижение скорости флотации к концу процесса за счет удаления из пульпы легкофлотируемых зерен в начале и снижения концентрации реагентов. Вогнутая кривая 3 – повышение скорости флотации к концу процесса за счет удаления тонких шламов, более длительного контакта с реагентами. Рисунок 21.3. ε,% 100 t |