После изучения дисциплины студент должен знать
 Скачать 296.5 Kb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Цель преподавания дисциплины обеспечить подготовку специалиста, обладающего глубоким пониманием физико-химических основ и технологической практики процессов флотации, используемой для переработки 90 % руд цветных и редких металлов, а также в других отраслях промышленности. После изучения дисциплины студент должен знать: теорию минерализации пузырьков при флотации; механизм действия реагентов; технологию флотационного обогащения различных видов минерального сырья; флотационную аппаратуру. После изучения дисциплины студент должен уметь: анализировать исследования в области теории и технологии флотации, технологические и технико-экономические показатели, преимущества и недостатки конкурирующих технологических решений; грамотно выбирать технологию обогащения с учетом особенностей вещественного состава и необходимости комплексного использования минерального сырья при минеральных затратах на обогащение; применять навыки использования физико-химической модели флотации для совершенствования, интенсификации и автоматизации процессов. Для освоения данного курса студентам необходимы знания по следующим дисциплинам: химии (строение атома, химическая связь и строение молекул, комплексообразование, химическая кинетика и равновесие, растворы, окислительно-восстановительные реакции, электрохимические процессы, металлы и неметаллы); химии и физико-химическим методам анализа (аналитический контроль на современных обогатительных фабриках, основы качественного анализа, анализ анионов, анализ катионов, основы количественного анализа, физико-химические методы анализа, спектральные, радиометрические и др.); химии органических соединений (углеводороды, спирты, фенолы, карбоновые кислоты, амины; соединения, содержащие серу, фосфор и др.; высокомолекулярные органические соединения); физики (первое начало термодинамики, второе начало термодинамики, жидкости, твердые тела, полимеры, квантовая теория); высшей математики (аналитическая геометрия, теория вероятности, уравнения математической функции, дифференциальное исчисление, интегральное исчисление, элементы математической статистики); геологическим дисциплинам (физические свойства минералов, структуры и текстуры пород и руд, их значение для обогащения). Курс "Флотационные методы обогащения" рекомендуется изучать следующим образом:
1. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА ДИСЦИПЛИНЫ ВВЕДЕНИЕ Сущность, главные особенности и классификация флотационных процессов. Роль флотации в использовании бедных и труднообогатимых руд и повышении комплексности использования минерального сырья. Вклад отечественных ученых и инженеров в развитие теории и практики флотации. 1.1. ТЕРМОДИКАМИКА ЭЛЕМИНТАРНОГО АКТА ФЛОТАЦИИ Краткая характеристика раздела фаз, участвую - щих в элементарном акте флотации. ,, Свойства поверхности раздела вода-воздух. Свободная энергия поверхности раздела и величина капиллярного давления внутри пузырьков. Первый закон капиллярности. Условия растекания аполярных масел и гетерополярных органических соединений по поверхности пузырька. Коэффициент растекания. Степень равновесности адсорбционных слоев органических реагентов на поверхности пузырька и оценка ее с использованием уровня Лапласа. Таблицы Баш-форта и Адамса. Гидратные слои, их свойства и структура на поверхности пузырька в отсутствии и при наличии органических реагентов. Свойства поверхности раздела минерал-вода. Влияние различий полярности соприкасающихся фаз на значение удельной поверхностной энергии границы их раздела. Двойной электрический слой у поверхности минерала. Первое уравнение Липмана и электрокапиллярные кривые. Влияние заряда и потенциала поверхности на взаимодействие с ионами и молекулами реагентов. Дифференциальная емкость двойного электрического слоя, ее зависимость от адсорбции на минеральной поверхности ионов и молекул поверхностно-активных веществ. Второе уравнение Липмана. Структура гидратных слоев на поверхности. Условия закрепления на поверхности минералов гетерополярных реагентов, капелек аполярных масел и выделения микропузырьков воздуха. Флокуляция и коагуляция минеральных частиц. Изменение энергии прослоя воды между пузырьком и частицей при элементарном акте флотации, коалесценции пузырьков и капелек аполярных реагентов, коагуляции и флокуляции частиц, закреплении капелек органических реагентов на поверхности минералов. Краевой угол смачивания и зависимость его величины от значений удельных поверхностных энергий на границе соприкасающихся фаз. Закон Юнга. Гистерезис смачивания. Углы оттекания и натекания, угол контакта. Физико-химические причины, вызывающие гистерезис. Влияние аполярных реагентов на гистерезис смачивания. Термодинамический анализ возможности элементарного акта флотации. Показатель флотируемости, зависимость его от значения краевого угла и наличия на поверхности частицы пузырьков газа, выделяющегося из раствора. Показатель флотируемости при коалесцентном механизме элементарного акта флотации. 1.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФЛОТАЦИИ Равновесие частицы на плоской поверхности раздела газ-жидкость при пленочной флотации. Условие флотационного равновесия для частиц произвольной формы по П.А. Ребиндеру. Схема факторов, влияющих на минерализацию пузырьков и пенную флотацию частиц. Главные факторы, определяющие вероятность флотации. Вероятность столкновения частиц е пузырьками, зависимость ее от скорости движения, количества, формы и размера, плотности частиц, вязкости и плотности среды. Вероятность закрепления частиц на пузырьках, зависимость ее от гидродинамических пара- метров процесса, свойств поверхности пузырька и частицы. Вероятность сохранения закрепившихся на пузырьке частиц в статических и динамических условиях. Уравнения А.Н. Фрумкина - Б.Н. Кабанова и В.Н. Матвеенко. Механизм предотвращения деминерализации пузырьков при всплесках отрывающихся усилий по В.И. Мелику - Гайказя-ну. Вероятность удержания частиц в слое пены. Основные факторы, влияющие на ее значение. Необходимый размер пузырьков при пенной флотации. Влияние крупности частиц. Характеристика процесса пенной сепарации и сил, действующих на частицу в пенном слое. Преимущества пенной сепарации по сравнению с обычной пенной флотацией и область ее применения. Условия повышения крупности флотируемых зерен и эффективности флотации тонких частиц. 1.3. КИНЕТИКА. И МОДЕЛИРОВАНИЕ ФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА Кинетика минерализации воздушных пузырьков при флотации. Удельная скорость флотации по К.Ф. Бело-глазову. Коэффициент селективности. Модели флотации. Модель четырех состояний, двухфазная и однофазная модели. Модель флотации с учетом массопереноса. Перспективы использования кинетических закономерностей в системах автоматического управления флотацией с применением ЭВМ. 1.4. ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ И МЕХАНИЗМ ИХ ДЕЙСТВИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ ПРИ ФЛОТАЦИИ Назначение, классификация флотационных реагентов и основные требования, предъявляемые к ним. Состояние флотационных, реагентов в жидкой фазе пульпы и зависимости от концентрации, значения рН и окислительно-восстановительного потенциала пульпы. Адсорбция реагентов на поверхности раздела фаз. Правило П.А. Ребиндера. Адсорбция реагентов на поверхности раздела жидкость - газ. Уравнения Гиббса, Лэнгмюра, Шиш-ковского. Классификация действующих сил и формы закрепления реагентов на минеральной поверхности. Уравнения Фервея-Никольского, потенциалопределяющей адсорбции, Френдлиха. Хемосорбция на полупроводниках и условие образования новой фазы. Состояние поверхности силикатных и карбонатных минералов при различных значениях рН. Причины окисления углей, сульфидов и состояние их поверхности при различных значениях окислительно-восстановительного потенциала и рН раствора. Собиратели и механизм их действия при флотации. Строение молекул и классификация собирателей. Влияние длины аполярной цепи собирателя на прочность его сорбции. Механизм действия и область применения аполярных реагентов при флотации. Причины использования их в смеси с гетерополярными собирателями. Гетерополярные собиратели с неопределенным химическим составом. Закономерности коллектирующего действия и область практического применения катионных реагентов. Влияние ионного состава пульпы и шламов на их эффективность при флотации. Расход и стоимость катионных собирателей. Механизм действия оксигидрильных собирателей при флотации. Зависимость коллектирующей способности окси-гидрильных собирателей от характера полярной группы, длины и строения углеводородной цепи. Способы повышения их селективности. Расход и стоимость оксигидрильных собирателей. Механизм действия, область применения, расход и стоимость сульфгидрильных собирателей. Общие закономерности сорбции собирателей и флоти-руемость минералов. Роль форм сорбции собирателя при флотации. Активаторы и механизм их действия при флотации. Назначение и основные механизмы активирующего действия реагентов - модификаторов. Активирующее действие кислот, щелочей, комплексо-образующих соединений путем химической очистки поверхности минералов. - Закономерности активирующего действия солей щелочноземельных металлов на флотацию силикатных минералов и солей тяжелых металлов на флотацию сульфидных минералов путем хемосорбции ионов на поверхности. Причины активирующего действия комплексных соединений на флотацию алюмосиликатов. Активирующее действие реагентов путем гетерогенной химической реакции. Депрессоры и механизм их действия при флотации. Назначение и основные механизмы депрессирующего действия реагентов-модификаторов. Депрессирующее действие щелочей. Закономерности влияния рН на необходимую концентрацию ксантогената в пульпе при флотации сульфидных минералов свинца, железа и меди. Депрессирующее действие извести. Механизм "цементации" сульфидной поверхности кальцийсодержа-щими соединениями. Закономерности депрессирующего действия сульфидных и цианидных ионов. Существующие представления о депрессирующем действии и область применения кислот, солей щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия, цинкового купороса, цинкатов, смесей цинкового купороса с содой и цианидами, сульфоксидных реагентов и их смесей с солями тяжелых металлов, хроматов и бихроматов, фосфатов, окислителей, восстановителей, жидкого стекла и органических реагентов - депрессоров. Расход и стоимость депрессоров. Регуляторы среды и механизм их действия при флотации. Назначение и основные механизмы действия регуляторов среды: регулирование рН, удаление из жидкой фазы пульпы нежелательных ионов, регулирование окислительно-восстановительного потенциала пульпы, а также процессов дисперсии коагуляции шламов. Реагенты-регуляторы, применяемые на практике, их расход и стоимость. Пенообразователи и механизм их действия при флотации. Назначение, строение и физико-химические свойства пенообразователей. Роль и основные механизмы действия пенообразователей (уменьшение коалесцентной способности и средней крупности пузырьков; уменьшение скорости их подъема; повышение прочности и прочности закрепления пузырька на частице). Стабилизация и гашение пены флотирующимися частицами, вторичная концентрация их в пене. Пенообразователи, применяемые на практике, их расход и стоимость. 1.5. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА РУД, СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФЛОТАЦИЮ Влияние содержания ценных компонентов, минералогического состава, вторичных изменений минералов и генезиса руд на результаты флотации. Характер вкрапленности и необходимая крупность измельчения при флотации. Управление качеством полезных ископаемых, поступающих на флотационное обогащение. Состояние поверхности силикатных и карбонатных минералог при различных значениях рН. Причины окисления углей, сульфидов и состояние их поверхности при различных значениях окислительно-восстановительного потенциала и рН раствора. Взаимное влияние сульфидов на состояние их поверхности. Состояние поверхности ионных кристаллов растворимых солей. Влияние изоморфизма, электрофизических свойств и кристаллохимического строения минералов на состояние их поверхности. 1.6. РЕЖИМЫ И СХЕМЫ ФЛОТАЦИИ Классификация минералов по их флотируемости. Технологические режимы при флотации углей, талька, графитовых и серных руд, содержащих минералы с высокой естественной гидрофобностью. Технологические режимы при селективной флотации сульфидных медных, медно-молибденовых, медно - цинково-пиритных, полиметаллических, медно-никелевых, ртутных, сурьмяных, мышьяковых руд и самородных металлов. Технологические режимы селек- 10 тивной флотации при переработке окисленных и смешанных руд цветных металлов, баритовых, флюоритовых, апатитовых, фосфоритовых, монацитовых, шеелитовых и вольфра-митовых руд. Технологические режимы флотации полевых шпатов, бериллиевых и литиевых руд, аллюминийсодержа-щих силикатов. Технологические режимы при селективной флотации растворимых солей. Ионная флотация. Результаты флотации и качество получаемых концентратов и продуктов. Анализ конкурирующих технологических режимов селективной флотации с учетом расходных коэффициентов, продолжительности флотации, технологических показателей. Направления совершенствования режимов флотации: автоматический контроль и регулирование концентрации реагентов в пульпе;' оптимизаций состава сорбционного слоя собирателя на минеральной поверхности, крупности и состава поверхности пузырьков; регулирование окислительно-восстановительного потенциала и состояния жидкой фазы пульпы; оптимизация подготовки коллективных концентратов к разделению. Экономическое значение оптимизации, интенсификации и автоматизации флотационного процесса. Классификация операций флотации и стадиальность схем флотационного обогащения. Схемы с раздельной флотацией песков и шламов. Схемы коллективной флотации, селективной. Комбинированные схемы. 1.7. ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ И АППАРАТЫ Классификация современных флотационных машин, аппаратов и требования, предъявляемые к ним. Процессы диспергирования воздуха и аэрации пульпы во флотационных машинах разных типов. Конструктивные особенности флотационных машин механического, пневматического, пневмомеханического, электрофлотационного типов и машин с изменяемым давлением. Влияние степени аэрации, дисперсности и равномерности распределения воздушных пузырьков в объеме пульпы, скорости потока, крупности флотируемых частиц, плотности 11 пульпы, продолжительности пенной флотации и интенсивности съема пены на технико-экономические особенности пенной сепарации. Сравнительная характеристика, выбор, расчет и основные направления совершенствования флотационных машин. 1.8. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ФЛОТАЦИОННОГО ОТДЕЛЕНИЯ Распределение операции флотации по флотационным машинам. Устройство для подготовки пульпы и флотации. Организация работ отделения реагентов. Кондиционирование флотационной пены. Контроль и регулирование флотационного процесса. АСУТП. Охрана труда и техника безопасности на флотационных фабриках. Основные технологические и технико-экономические показатели работы флотационных фабрик. Анализ калькуляции себестоимости флотационного обогащения различных типов руд. Перспективы и направления дальнейшего развития флотационного обогащения полезных ископаемых с целью повышения комплексности использования полезных ископаемых и организации безотходного производства в условиях полного водооборота и охраны окружающей среды. Применение флотационных методов обогащения в других отраслях народного хозяйства. 1.9. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 1. Преимущества и недостатки современных флотационных машин с позиции минерализации пузырьков при флотации.
12 1.10. ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 2.1. ТЕРМОДИНАМИКА |