Коллоидные системы в пульпе из тонкоизмельченного материала

31.07.2018
Коллоидной называется система, состоящая из нескольких фаз, расположенных так, что одна или более из них диспергированы в другой.

По Зигмонди, если диспергированные частицы являются настолько тонкими, что имеют слабую склонность к осаждению в диспергированной среде, но заметно проявляют броуновское движение (молекулярную бомбардировку), — система считается коллоидной. Для минералов, взвешенных в воде, этим верхним пределом размера для дисперсной фазы можно принять величину около 0,5—1,0 u.

Большинство флотационных пульп при тонком дроблении имеет значительную часть частиц мельче 200—300 u и, таким образом, такая порция пульпы кажется шламистой. Во всяком случае, не рекомендуется рассматривать такую пульпу в целом как коллоидную систему, так как наиболее крупные частицы являются слишком большими, чтобы отвечать нашему определению о коллоидных частицах (1,5 u), и, может быть, только 1—5% пульпы являются достаточно тонкими, чтобы считаться коллоидными. Хотя коллоидная часть рудных пульп может явиться меньшей частью массы пульпы, но она может оказаться по общей поверхности присутствующих твердых компонентов большей ее частью, так что учет коллоидных свойств является существенно важным для флотации.

Современная практика флотации обычно требует тонкого дробления до величины зерна около 200 меш, т. е. наличия в пульпе значительного количества частичек с величиной зерна в несколько десятков микрон, или такого состояния, в котором осуществляются коллоидные свойства грубых суспензий.

Шлам или частицы <0,5 u, приближающиеся к коллоидам (у которых 2 ч = 10—1 u), отличаются по виду своей поверхности от более зернистых частиц, так как теряют свою резкость, определенность. Частицы шламов обычно вполне смачиваются вследствие покрытия их поверхности гидратированной пленкой в результате сложных коллоиднохимических процессов с окружающей водной средой.
Коллоидные системы в пульпе из тонкоизмельченного материала

Вследствие высокой удельной поверхности шламы адсорбируют (поглощают) большое количество реагентов из пульпы. Кроме того, гидрофильные (гидратированные) частицы шламов а (фиг. 16), особенно пустой породы, налипая на поверхность флотируемой частицы 3, способствуют хорошей ее смачиваемости водой 1 и нарушению флотации затруднением прилипания к воздушному пузырьку 2. (Только защитные коллоиды препятствуют молекулярному прилипанию шламов к минеральным поверхностям, пептизируя шламы.)

Такое поведение шламов, вредное для флотации, заставляет предварительно освобождаться от них отмучиванием и другими способами.

Приписывание некоторыми американскими авторами (школы Таггарта) особой роли «броунова движения» коллоидным частицам, как показали работы Ребиндера, не оправдалось, так как оказалось, что участвующие частицы настолько мелки (коллоидно дисперсны), что часто неспособны флотироваться.

Практически считают, что чем тоньше измельчение, тем лучших результатов можно ожидать от флотации, в особенности при мелковкрапленных или микрокристаллических рудах.

При чрезвычайно тонком измельчении, конечно, нельзя избежать образования коллоидных илов, остающихся впоследствии в устойчиво взвешенном состоянии в пульпе. Надо подчеркнуть, что эти илы, не представляя собой настоящих коллоидальных растворов, распознаваемых только при помощи ультрамикроскопа, все же оказываются столь тонкими, что они в виде суспензий днями могут держаться во взвешенном состоянии в воде, и их можно осадить только весьма медленно. После осаждения они образуют совершенно непроницаемую массу.

По происхождению различают:

1) первичные илы, существующие в самой измельчаемой породе в виде глинистой каолинизированной пустой породы или водосодержащих гелей минералов самой руды, находящихся в окисленной зоне продуктов выветривания минералов тяжелых металлов — цинка, меди, железа, марганца и алюминия, и

2) так называемые «вторичные илы», образующиеся в самой шаровой мельнице в процессе тонкого измельчения и являющиеся, таким образом, неизбежным злом.

Флотация полезных ископаемых, содержащих большое количество коллоидных илов, практически почти невозможна, потому что они окружают флотируемые частицы, например, сернистых минералов, обволакивая их непроницаемой пленкой, препятствуют их флотации, как показано на фиг. 16, так что эти частицы уходят вместе с хвостами. На практике их присутствие во флотационной машине можно узнать по тому, что образуется в избытке хорошая пена, которая, однако, содержит мало концентрата, но очень много пустой породы в крайне тонко-измельченном виде. При этом содержание металла в отходящих хвостах обычно повышенно. Если дать такой пульпе отстояться, то жидкость, находящаяся над осевшей массой, на весьма продолжительное время остается мутной.

Противодействовать вредному влиянию коллоидных илов можно путем:

1) уменьшения их количества по отношению к другим составным частям руды путем прибавления к ней какого-нибудь трудно флотируемого минерала, например мелкого кварца, с таким расчетом, чтобы илистых частиц было меньше 10% (илистыми частицами считаются те, которые не оседают в течение 3 минут в сосуде высотой 10 см);

2) прибавления небольших количеств извести с самого начала дробления, с таким расчетом, чтобы она успела коагулировать илы, но при этом не оказала вредного влияния на флотируемые минералы, например свинцовый блеск. Количества извести могут быть различны, в зависимости от содержания в руде растворимых солей.

Типы коллоидов. Существует два общих типа коллоидов: 1) обратимте или лиофильные и 2) необратимые или лиофобные. Первые после коагулирования или осаждения снова могут легко переходить в раствор, из которого они были осаждены, вторые же после коагулирования или осаждения больше уже не переходят в раствор. К первому типу коллоидов принадлежат водные растворы желатина, камеди, клея, вольфрамовой и молибденовой кислот. Ко второму типу коллоидов относятся оловянная кислота, окись железа, алюминий и трехсернистый мышьяк. Как общее правило, частицы лиофильных коллоидов, находясь в водном растворе, перемещаются по направлению к отрицательному полюсу, тогда как лиофобные коллоиды двигаются в противоположном направлении, проявляя, таким образом, противоположный характер своих зарядов.

Небезынтересно отметить, что лиофильные коллоиды почти не реагируют на прибавление электролитов, тогда как лиофобные настолько к ним чувствительны, что очень небольшое добавление электролита быстро вызывает их коагуляцию.

Некоторые из органических коллоидов, присутствующие во флотационных растворах, обладают свойством превращения лиофобных коллоидов в лиофильные и предохраняют их от влияния электролитов, вызывающих их коагуляцию.

Такие коллоиды называются «защитными коллоидами». Действие некоторых из защитных коллоидов, как, например клея, камеди, таннина и гуминовой кислоты, заслуживает особого внимания.

По-видимому, большую часть осложнений, возникающих на флотационных установках из-за присутствия вышеупомянутых соединений, можно приписать тому, что в них удерживаются от осаждения лиофобные коллоиды, вроде гидрата окиси железа или алюминия, вследствие чего последние могут быть исключены от влияния на систему поверхностной энергии пульпы, где ими нарушается равновесие, необходимое для удовлетворительной флотации.

Чаще всего во флотационной пульпе присутствуют именно лиофобные коллоиды, которые, как было упомянуто, чрезвычайно чувствительны к электролитам. Этим объясняется благоприятное влияние сернокислой меди, кислоты, извести и прочих электролитов, применявшихся в разное время во флотации. При нагреве флотационной пульпы лиофобные коллоиды осаждаются, в то время как поверхностная энергия воды уменьшается; поэтому нагревание пульпы имеет очень благоприятное влияние на флотационный процесс.

Флокуляция и дисперсия


Подходящий контроль флокуляции или, наоборот, дисперсии является весьма важным в обогащении, особенно при классификации тонкораздробленных пульп, а также при сгущении, фильтровании и во флотации.

Флотация, или коагуляция, может быть определена, как превращение в хлопья с образованием отдельных агрегатов частиц, прежде взвешенных в воде. Термин флокуляция применяется во флотации с целью подчеркнуть хлопьевидность частиц концентрата как в присутствии газовых пузырьков, так и в отсутствии таковых. Здесь этот термин относится к явлениям, имеющим место при отсутствии газовых пузырьков.

Депрессии, желательные для флотации. Эдсер и Зольман пришли к заключению, что флокуляция является необходимым условием для флотации. Без сомнения, можно сказать, что если флотируемые минералы подготовлены надлежащим образом и притом если их поверхности не смочены, то они будут стремиться образовать сложные комки с воздушными пузырьками (нагруженные или вооруженные пузырьки), но отсюда не следует, что остаток пульпы будет флокулироваться.

He вдаваясь здесь в рассмотрение общих условий флокуляции, примем положение, согласно которому достаточно хорошая дисперсия является желательной для успешной флотации, так как если это условие не будет достигнуто, то случай реакции с реагентами и прилипания к воздушным пузырькам не будет полностью предоставлен частицам, находящимся в хлопьях.

Совершенная дисперсия редко возможна во флотационных операциях вследствие смачивающего действия, производимого диспергирующими агентами на флотируемые минералы. Трудность получения совершенной дисперсии, повидимому, является одной из причин, влияющей на то, что флотационные результаты вообще заметно беднее для частиц тоньше 5 u, чем для частиц от 5 до 100 u. Применение реагентов, диспергирующих пульпу (например жидкое стекло), признано весьма благотворным. Эти реагенты дают более чистые концентраты, а иногда даже способствуют более высоким извлечениям.

Флокуляция электролитами. Полная флокуляция особенно необходима для сгущения. Она может быть достигнута либо прибавлением собственно, электролитов (например извести) или образованием желатинозного осадка, который коагулирует взвешенные частицы. При прочих равных условиях плотные пульпы и нагрев способствуют флокуляции.

Если по каким-либо обстоятельствам нельзя применить указанные выше способы, то в пульпу приходится прибавлять вещества, препятствующие образованию и выпадению взвешенных золей. Такими веществами являются все щелочи, например едкий натр и более дешевая сода. Иногда с успехом может быть применена поваренная соль.

Такое же вредное действие, подобно коллоидальным илам, оказывают и коллоидальные растворы масел, образующиеся в том случае, если масло, переходя в раствор, остается в виде коллоида и образует настоящую эмульсию. Настоящие эмульсии ни в коем случае не могут образовать на частицах сернистых минералов поверхностной масляной пленки. Эти частицы, подобно частицам пустой породы, будут смочены только водой, потому что частицы коллоидально растворившегося масла, находясь в постоянном движении, все время остаются во взвешенном состоянии. Настоящие эмульсии не годятся для флотации. Однако, путем прибавления веществ, способствующих образованию хлопьев, можно достигнуть того, что у таких эмульсий-масел появится способность покрывать частицы сернистых минералов пленкой. Эти вещества содействуют коагулированию и выпадению коллоидальных частиц масла и противодействуют образованию эмульсии. Лучше всего в этом отношении действуют крезол (карболовая кислота), а затем (в нисходящем порядке): уксусная кислота CH СООН, сернокислый алюминий, лимонная кислота, серная кислота и все остальные неорганические кислоты, и менее всего — медный купорос CuSO4.

Так как присадка серной кислоты при многих флотациях давала хорошие результаты, то из наблюдений над флотацией сернистых руд вынесли убеждение, что ее химическим воздействием очищаются грани сернистых минералов и, таким образом, облегчается образование на них пленки масла. Однако, это предположение едва ли допустимо, так как на практике редко прибавки серной кислоты достигали 1,5%, а при таком ничтожном количестве вряд ли можно было ожидать действительно надлежащего химического действия ее на минеральные частицы.

В заключение описания действия коллоидов приведем несколько примеров из флотационной практики.

Пример 22. Разберем влияние коллоидного вещества на пульну на примере разрушения коллоидами выработанных условии флотации руды медной компании Инспирейшен. Вскоре после начала опытных работ было обнаружено, что некоторые руды месторождения не так легко флотируются по сравнению с большей частью других руд. При этом оказалось, что хорошо флотировавшаяся руда имела в пустой породе твердый сланец, тогда как в нефлотировавшейся руде пустая порода состояла из частично разложившегося коалинизированного гранита.

Оказалось, что когда коалинизированнын (с большим количеством коллоидных частиц) материал направляли из рудника сразу на флотационную установку, результаты получались очень плохие. Однако, эту каолинизированную руду уже можно было обогащать, смешивая ее с 80% твердой кристаллической руды. Такое смешивание не могло полностью помочь делу, но все же настолько затушевывало влияние шламового материала, что результаты получились сравнительно удовлетворительные.

Кроме того, было установлено, что если поступавшая из рудника руда содержала большой процент тонкого материала (первичного шлама) до дробления, то результаты флотации бывали обыкновенно очень плохими. Из опытов проведенных с подобной рудой, было выяснено, что тонкий материал, который можно было отсеять, флотировался с трудом, между тем как крупные частицы остававшиеся на сите, могли флотироваться обычным путем.

Пример 23. На флотационной установке компании Консолидэтед Коппер Майне в Кимберлее, штат Невада на первых порах было очень трудно добиться хороших результатов. Хотя лабораторные опыты выявили возможность беспрепятственной флотации руды, однако, в условиях работы на фабрике получались совершенно иные результаты.

Впоследствии выявилось, что для лучшей флотации руды необходимо прибавление извести. Фабричная вода содержала примеси солей железа в растворе, которые осаждались известью. Когда эти соли находились в растворе, то пузырьки воздуха не были в состоянии адсорбировать частицы сульфида, но после осаждения солей железа эти частицы начинали флотироваться. Как было отмечено, растворимые соли влияют на поверхностную энергию воды. В присутствии растворимого железа взаимоотношения поверхностных энергий воды, сульфида и масла были таковы, что сульфид вместо воздуха начинал адсорбировать воду, известь же вызывала флокуляцию коллоидов, тем самым устанавливая условия, необходимые для лучшей флотации.

Пример 24. В связи с вышеизложенным другое наблюдение, произведенное на обогатительной фабрике Инспирейшен Коппер компани, представляет несомненный интерес. Оказалось, что лучшие результаты флотации получались с пульпой из шаровой мельницы Марси, чем с той же рудой, измельченной в галечных мельницах. Согласно объяснению Галя, железные частицы шаров, переходя в пульпу, устанавливали хорошие условия для флотации.

Рассмотрев вкратце основные элементы физико-химии поверхностных явлений и коллоидной химии, дадим в заключение сводку об основных теоретических гипотезах флотации.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: