Контроль среды

06.08.2018
Контроль среды производится контролем концентрации водородных ионов pH. Напомним сущность этого способа контроля.

Согласно теории электролитической диссоциации все жидкости, в которых присутствует вода в качестве составной части, имеют свободные ионы H' и ОН'. При точном равенстве чисел ионов H' и ОН' раствор считается нейтральным. При избытке количества ионов Н' над количеством ионов ОН' раствор называется кислым. При избытке количества ионов ОН' над количеством ионов Н' раствор называется щелочным.

Определение кислотности и щелочности может быть сделано трояким путем, в зависимости от преследуемой нами точности: по методу лакмусовой бумажки (изменение красного и синего цвета бумажки на обратный), титрованием и определением числа водородных ионов (pH).

Первый способ хорошо известен из аналитической химии, и поэтому здесь описывать его не будем.

Второй также известен, но требует некоторых уточнений. Так, титрование определяет нам общую щелочность или кислотность, но не дает никаких величин, измеряющих концентрацию водородного иона раствора в данном объеме.

При титровании 10 см3 децинормальной соляной (сильной) кислоты и децинормальной уксусной (слабой) кислоты каждая потребует 10 см3 децинормального едкого натра для нейтрализации, так как общая их кислотность одна и та же. Однако, количество водородных ионов в первой кислоте примерно в 70 раз больше количества ионов во второй кислоте. То есть титрование определяет как ионизированные, так и неионизированные Н, тогда как измерение pH дает определение только ионизированным Н. Это и послужило причиной перехода во флотации, а также и в других областях, от метода титрования пульпы к методу контроля на pH.

Пример 209. Разберем сущность метода контроля на pH. Чистая дестиллированная вода проводит ток в весьма малой степени, что показывает на слабую диссоциацию воды на ионы Н'' и ОН'.

По закону действия масс (Гульдберг и Вааге):

Так как количество недиcсоциированной воды — величина сравнительно большая, то, приняв ее за постоянную, имеем:

Кенцентрация ионов H*X концентрация ионов ОН' = а (постоянная).

Измерениями электропроводности было установлено, что эта постоянная равна 10в-14 при 22° С (а при 18° С она равна 0,72*10в-11) и называется постоянной диссоциации воды.

Таким образом, мы можем написать:

Если в воде присутствует какое-то вещество, которое ионизируется так, что дает повышение ионов (Н*mН2О) и общее количество этих ионов увеличивается, то общее количество ионов (ОН*nН2О)', согласно уравнению, должно уменьшаться, а такие растворы известны как кислые растворы. Обратно, растворы, дающие повышение добавочных гидроксильных ионов, вызывают увеличение общей концентрации водородного иона; они известны под названием щелочных растворов.

Соренсен (Sorensen) ввел специальную шкалу, названную нм шкалой pH, по которой численное значение pH равняется показателю с изменяющимся знаком концентрации водородного иона, выраженному как степень 10, или pH равно логарифму при основании 10 концентрации водородного иона с изменяющимся знаком:

Концентрация ионов водорода, или, по Л. Михаэлису, «водородное число», у нормальных растворов сильных кислот приблизительно равно 1, а у нормальных растворов сильных щелочей оно равно 10в-14.

Метод изображения Зоренсена нашел в настоящее время широкое распространение и принят в различных отраслях знания.

В случае чистой (10) дестиллиррванной воды, в которой концентрация иона водорода равна 0,0000001, или N/10000000, значение pH будет равно log 1/0,0000001, или log 10000000, что равно 7. Эта точка и считается нейтральной точкой шкалы, обозначая нейтральное состояние раствора.

Все значения pH для кислых растворов меньше 7, именно лежат практически в пределах от 1 до 6; pH нейтральных растворов равно 7 и pH щелочных растворов больше 7, а именно от 8 до 13.

Пример 210. Разберем по табл. 118 приближенные значения pH для некоторых кислот и оснований, причем pH вычислено для N/10 растворов с точностью до 0,1.

В растворах, близких к нейтральным, небольшие добавления кислых или щелочных веществ (на что следует обратить внимание) вызывают большие изменения в pH. Это немедленно обнаруживается вследствие увеличения необходимой концентрации водородных ионов. Например, при изменении pH чистой воды с 7 до 6 имем:

Большое изменение в pH, происходящее от прибавления небольшого количества реагента, иллюстрируется трудностью получения дестиллированной воды с концентрацией водородного иона в 10в-7; двуокись углерода, растворяясь из воздуха, соединяется с водой и, образуя угольную кислоту, дает увеличение до достаточной концентрации водородных ионов, чтобы сделать pH порядка от 6,0 до 6,4. С другой стороны, необходимо значительное количество кислого материала, чтобы изменить pH с 1 до 0 или с 14 до 13, при щелочной пульпе.

Влияние знамени pH на флотацию. Влияние pH пульпы впервые было изучено при селективной флотации, но существует указание, что и при простой флотации pH оказывает влияние на извлечение полезного минерала.

Объясняется это явление тем, что на поверхности минералов происходят реакции (адсорбции) с ионами, находящимися в растворе, или реакция ионов водорода с реагентами, вследствие чего способность реагентов адсорбироваться на минеральных поверхностях, по-видимому, изменяется. Годэн исследовал на большом количестве опытов с чистыми минералами влияние значения pH при флотации.

Пример 211. Разберем результаты некоторых из исследований А.М. Годэна с чистыми минералами, в которых кислая реакция достигалась солянок кислотой, а щелочная — едким натром.

На фиг. 167 показано, что флотация халькозина при ксантате не зависит от значения pH, так как ни ион водорода, ни ион гидроксила в данном случае не оказывают никакого влияния на халькозин.

Совершенно иначе в тех же условиях ведет себя пирит (фиг. 168). У него получается изменение способности переходить в пену в виде резкого скачка; в кислой среде он флотирует великолепно, а в щелочной флотация совершенно исчезает. В промежутке значения pH от 6,2 до 6,5 извлечение пирита со 100% внезапно падает до 0. Точки А и В на фиг. 168 отвечают прибавлению щелочей от 45 до 67 г на 1 т руды. Это количество щелочи, если его прибавить к соответственному количеству воды в отсутствии пирита, повышает pH от 6,2 до 10,2 и даже до 10,5. В присутствии же пирита (при отсутствии собирателей) pH повышается только до 6,4 или 6,7; в присутствии собирателей — до 6,4. Это интересное явление указывает на то, что ионы гидроксила поглощаются пиритом. Согласно мнению одних исследователей, здесь происходит на поверхности образование гидроокиси; по мнению других, вокруг частиц пирита образуется оболочка из молекул воды, вследствие чего пирит становится легко смачиваемым водою.

При тех же условиях цинковая обманка переходит в пену в узком пределе значения pH и именно в кислой среде (фиг. 169).

Влияние значения pH на извлечение халькозина при флотации с различными собирателями видно из фиг. 170 и 171. В первом случае флотация производились тиокарбонилидом, во втором — изомилимином. В первом случае для хорошего извлечения необходима кислая реакция, во втором — щелочная. Причина подобного различного поведения до сих пор не разъяснена. Возможно, здесь образуется пленка только при действии определенных ионов, или в присутствии определенных ионоз, отщепление которых наступает лишь при вполне определенном значении pH.

Такие же отношения замечены и при флотации цинковой обманки (фиг. 172). Это обстоятельство, по-видимому, указывает на то, что в случае флотации в присутствии изоамиламина ионы водорода или гидроксила действуют не на минерал, а вернее, на сам собиратель.

При флотации окислов влияние pH имеет решающее значение. На фиг. 173 показано влияние pH на непосредственную флотацию малахита в присутствии амилового ксантата. Подобным же образом pH влияет и на флотацию полевого шпата (фиг. 174), причем является интересным, насколько низкое извлечение получается при флотации полевого шпата в присутствии олеата натрия, и в каком узком пределе значения pH происходит эта флотация.

На фиг. 175 показано, что медный купорос улучшает флотацию полевого шпата; в присутствии медного купороса эта флотация происходит в широких границах значения pH от 6 до 11. Кварц (фиг. 175) ведет себя подобным же образом.

Интересные результаты получены Д. Талмудом и Н.М. Лубман, которые нашли, что чистые окислы и особенно углекислые соли, например кальцит, малахит, родохрозит и др., при действии олеиновой кислоты и изоамилового спирта обладают максимумом флотации в нейтральной среде. Наоборот, у сульфатов, например ангидрида, барита, англезита, незаметно подобной правильности. У анлиднида максимум флотации находится в щелочной среде, а у англезита — в кислой. Барит обладает двумя максимумами: одним в щелочной, другим в кислой среде.

Весьма важно отметить, что уже смеси минералов при флотации показывают совершенно иные, гораздо более запутанные отношения. В результате всех этих опытов оказалось возможным установить, что для различных минералов существуют при флотации различные, наиболее благоприятные пределы значения.

Значение pH, которое необходимо установить при флотации руды, чтобы получить лучшие результаты обогащения, бывает различно для различных руд и должно быть в каждом отдельном случае определено и затем применяемо на практике. На одной фабрике наиболее благоприятное значение pH в случае применения ксантата оказалось разным 10, а аэрофлота — 8,3. При селективной флотации свинцово-цинковых руд лучшие результаты получаются при разных значениях pH, в зависимости от того, какой минерал переходит в пену — свинцовый блеск или цинковая обманка. Обыкновенно при флотации последней необходимо более высокое значение pH, нежели при флотации свинцового блеска или пирита.

Пример 212. Насколько велико значение поддерживания pH на одном и том же уровне при извлечении полезного минерала, видно на примере фабрики Чиф Консолидейтед Ко, Юрека (Юта), где при точном поддержании pH извлечение свинца и благородных металлов увеличилось на 20%. Первое время никак не удавалось перенести результаты лабораторных исследовании с тем же успехом на фабрику. Ho потом было установлено, 4jo пульпа на фабрике после тонкого измельчения имела pH = 7,2 — 7,4, в лаборатории же она была только 6,6-6,8. В силу того что на фабрике применялся более совершенный способ измельчения в замкнутом цикле с классификатором, таковое осуществлялось в более короткий промежуток времени, нежели в лабораторных опытах. В последнем случае более продолжительное действие воздуха на легко окисляемую руду было причиной образования пульпы, содержавшей больше кислоты, нежели в случае измельчения на фабрике. Путем прибавления небольшого количества серной кислоты к той пульпе, которая получалась на фабрике, было достигнуто то значение pH, которое было определено как наиболее благоприятное для флотации, и вследствие этого были получены те же результаты обогащения, как и в лаборатории.

Измерение pH может производиться либо колориметрическим или индикаторным, либо электрометрическим или потенциометрическим методом.

Первый для технологических целей нашел широкое применение, так как он несложен и дает возможность использовать неотфильтрованкую пульпу. Его точность 0,1—0,2 pH против 0,01 pH точности электрометрического метода.

Второй метод основан на измерении разности потенциалов между двумя подходящими электродами, например водородным электродом с переменным потенциалом и каломельным или хингидронным относительным электродом с постоянным потенциалом, которые погружены в исследуемый раствор или соединены с ним при помощи проводников. Так как потенциал зависит от количества ионов водорода, находящихся в единице объема, и таким образом отношение между найденным значением его и pH известно, то можно измерительный аппарат калибровать непосредственно на значение pH.

При электрометрическом методе, получая большую точность, затрачивают больше времени на определение. Этот метод требует более квалифицированных работников. Кроме того, он достаточно капризен, так как применяемые электроды очень легко отравляются различными веществами, часто находящимися во флотационных пульпах. По мнению Годэна, этот метод сравнительно редко применяется при определении pH во флотационных пульпах как не вполне практически удобный.

В Америке из приборов колориметрического метода нашел широкое распространение вращающийся компаратор Ля-Мотт, а у нас — прибор Михаэлиса. Компаратор Ля-Мотт значительно превосходит своей широкой шкалой резко меняющих окраску индикаторов изготовляемый комплекс индикаторов для прибора Михаэлиса мастерскими «Агроном».

Электрометрическим прибором у нас служит изготовляемый мастерскими «Агроном» потенциометр по хингидронному методу.

Эти приборы рассматриваются в курсах «Контроль» и «Физико-химия», и здесь их описание опускается.

Пример 213. Разберем по табл. 119 индикаторы фирмы Ля-Мотт.

Взаимное положение этих индикаторов указано на фиг. 177, откуда видно, что целый ряд их перекрывает друг друга, что дает возможность точнее их подбирать и определить, какое положение среди них занимают известные нам индикаторы: метилоранж, лакмусовая бумажка и фенолфталеин.

Контроль других факторов


Изучение поверхностного натяжения. Изучение этого фактора и его изменений на фабрике еще не нашло практического применения, несмотря на то, что известна его важность для правильного ведения флотационного процесса.

Одной из причин этого является недостаточная портативность и прочность приборов, дающих приемлемую точность и стабильность показаний предлагаемых приборов, действующих по разным методам.

He разбирая этих приборов, описываемых в курсах контроля, необходимо указать, что в Америке наиболее портативным прибором, хотя и не вполне пригодным для наших целей, является аппарат дю-Нюи, действующий по методу отрыва кольца, а в наших исследовательских лабораториях используется прибор, предложенный Ребиндером и действующий по методу наибольшего давления пузырьков и капель.

Использование приближенного и быстрого анализа. Нормальный химический контроль производится в химических лабораториях. Однако известная медленность такого способа, вполне приемлемая для увязки баланса по фабрике и анализа товарных продуктов, не удовлетворяет, когда необходимо быстро получить хотя бы приближенный ответ, указывающий на происшедшее изменение в содержании металла вследствие произведенных в режиме флотации изменений. Поэтому всюду, где возможно, на современных фабриках широко используют различные методы приближенных, но обязательно быстрых анализов продуктов флотации, дающих находу необходимый ответ.

He вдаваясь в подробности, необходимо отметить, что на медных фабриках обычно используют метод колориметрического анализа, способ применения которого описан автором. По целому ряду полезных ископаемых существуют методы быстрых химических определений, когда ответ может быть получен в течение 0,5—1,0 часа, причем его точность может ограничиваться единицей или первым десятичным знаком.

Использование таких анализов на фабрике должно широко применяться, так как это дает значительные удобства планомерного контроля и дает существенную экономию.

Выбор метода зависит от быстроты его выполнения в первую очередь, а затем уже от его точности, так как последняя при такого рода контроле требуется небольшая.

Использование уд. веса для контроля продуктов флотации. Уд. вес может быть использован на флотационных фабриках по-разному для различных полезных ископаемых.

Широкое применение замера плотности пульпы на фабриках есть один из способов использования уд. веса; он описывается в курсе контроля фабрики.

Для компонентов, разнящихся по уд. весу, может быть использован метод быстрого анализа на индикаторных концентрационных столах. Сущность его состоит в том, что на обыкновенный концентрационный стол, например Вильфлея, пускается 1/n часть испытываемого продукта флотации. По характеру распределения веера, ширине у разгрузочного края стола полос с отдельными скоплениями минералов, при предварительной калибровке ширины полос по химическим анализам, можно с достаточной степенью точности судить о качестве полученного продукта.

Пример 214. Разберем по фиг. 178 характер контроля результатов флотации на индикаторных столах, применительно к условиям их первоначальноного использования на Мизурской фабрике.

Пусть общее расположение на столе пробы данного концентрата такое, как указано на фиг. 178а и в увеличенном масштабе на 1786. Здесь PbS занимает по концентратовой части стола ширину а миллиметров, пустая порода Q занимает по хвостовой части ширину b миллиметров, а цинковая обманка, пирит и тому подобные компоненты, близкие по уд. весу к 5, обозначенные ZnS, занимают промежуточную полосу шириной с миллиметров, упирающуюся в угол кромки стола.

После какого-то изменения дозировки пусть расположение на столе будет, как показано на фиг. 178в, т. е. полоса PbS сдвинулась к хвостовой части и имеет ширину а’ < а; полоса Q сдвинулась влево по хвостовой части стола и имеет в ширину b' > b, а полоса ZnS немного сдвинулась влево от угловой части стола и стала заметно шире: с' > с. Такое расположение при условии малой изменяемости толщины слоев на данном столе, обычно принимаемой приблизительно за постоянную величину в условиях стабильной работы фабрики, указывает, что изменение дозировки вызвало ухудшение флотации PbS с переходом части его в цинковый продукт и увеличением флотации пустой породы с передвижением всего веера влево. Таким образом, последняя дозировка является неприемлемой и должна быть изменена.

Подбирая таким образом изменение того или иного фактора флотации, можно нащупать в период одной смены приемлемые результаты, пробу которых следует уже направить на химический анализ.

Следующий случай использования уд. веса при контроле сводится к замене химических анализов определениями уд. весов.

Сущность его сводится в тому, что для полезных ископаемых с содержанием двух компонентов, резко отличающихся между собой по уд. весу, возможно по уд. весу продуктов обогащения судить о том или ином поведении компонентов.

Необходимо учесть, что определение уд. весов в значительной степени усложняется и по быстроте и по точности для тонких классов, каковыми являются продукты флотации. Кроме того, на основании опытов автора выяснилось, что для таких продуктов оказывает влияние на точность определения также наличие флотационных реагентов на поверхностях минералов, заметное даже после высушивания материала и определения не в воде, а например в керосине как легко смачивающей жидкости.

Однако, учитывая в некоторых случаях (например при рудах редких металлов) большую стоимость, сложность и длительность химического анализа, при возможности использования приближенных показаний, если определения уд. веса дают согласованные данные, следует воспользоваться и указанным методом.

Пример 215. Пусть мы имеем флотационные продукты магнетитовой руды типы щигровской, где компонентами являются в основном магнетит с уд. весом 4,9—5,2 и кварц с уд. весом 2,5—2,8. Определив уд. вес по чистым зернам каждого компонента, найдем, что уд. вес магнетита 5,1, а кварца 2,65.

Строим график (фиг. 179), приняв за абсциссы содержание Fe и SiO2, а за ординаты — уд. вес продуктов. Так как при 100% наличии кварца мы будем иметь 0% наличия магнетита, и уд. вес этой точки будет равен 2,65, при 100% наличии магнетита будет 0% кварца и уд. вес будет равен 5,1, то уд. вес руды будет находиться в пределах от 2,65 до 5,1.

Построив теоретическую кривую а по ряду точек кай кривую синтетической смеси магнетитовых и кварцевых зерен, на основании ряда химических анализов действительных продуктов и их удельных весов наносится кривая b зависимости уд. веса и анализа.

Тогда, определяется уд. вес любого продукта, мы по разнице абсцисс при одной и той же ординате можем видеть величину расхождения в содержании железа и интерполировать все необходимые определения.

Наконец, уд. вес может быть использован для изучения и контроля флотационных продуктов по методу анализа в тяжелых жидкостях.
Контроль среды

Метод анализа в тяжелых жидкостях широко применяется при угольном обогащении, и мы на его описании не останавливаемся как специально изучаемом в курсе контроля. Малое использование этого метода в рудном обогащении объясняется дороговизной и дефицитностью химических компонентов, являющихся исходным материалом для тяжелых жидкостей с уд. весом выше 2—2,5.

Сущность использования этого метода на флотационной фабрике, где разделение происходит вследствие разницы смачивания и адсорбции на границе твердой, жидкой и газообразной фаз, отличается от использования его на фабриках, работающих на расслоении продуктов по принципу уд. веса. Поэтому тяжелыми жидкостями можно воспользоваться, когда необходимо проверить, насколько хорошо произошло удаление какого-либо компонента, например кварца, при изменении того или иного фактора режима флотации, чтобы вывести определенное суждение о свойствах данного режима.

Так как эту задачу при наличии компонентов с большими уд. весами гораздо легче и удобнее решать другими, частью уже описанными методами, то на практике мы видим, что рассматриваемый метод контроля применяется чаще всего лишь в угольной флотации.

Путем помещения флотационного концентрата, промпродукта или хвостов в контрольный прибор с тяжелой жидкостью определенного уд. веса можно быстро определить выход всплыва или осадка и таким образом судить об эффективности режима флотации исследуемого продукта.

Пример 216. Разберем по табл. 120 удельные тяжелых жидкостей.

Как видим, большинство из компонентов жидкостей являются у нас дефицитными и дорогими материалами, ограничивающими широкое их использование.

Изучение смачиваемости. Изучение смачиваемости, основанное на предложенном Ребиндером методе замера краевых углов, пока не вышло из области экспериментальных исследований некоторых физико-химических лабораторий.

Пример 217. Разберем связь между изотермами смачивания и извлечением на примере флотации малахита (фиг. 180).

Условия проведения опыта таковы. После определения изотермы смачивания малахита гептиловой кислотой как коллектором, была проведена флотация при той же серии концентраций гептиловой кислоты малахита в машинке MC при различном времени агитации и флотации. Изменение извлечения было нанесено в виде кривых II, как результат флотации при 10 мин. агитации и 15 мин. флотации, и кривой III — при 5 мин. агитации и 3 мин. флотации.

В качестве сравнения на фиг. 180 указаны точки кривой 1-В(с), как основной характеристики действия адсорбционного слоя реагента на минеральную поверхность, показывающие совпадение их с точками кривой III.

Малахит имел крупность 80 меш; 35 г малахита агитировались с водой в течение 10 мин., а затем прибавлялась гептиловая кислота с таким расчетом, чтобы в пульпе получилась определенная, заранее намеченная концентрация кислоты без учета адсорбции.

Как видно из фиг. 180, с ростом концентрации гептиловой кислоты, т. е. по мере образования гидрофобной пленки гептилата меди, увеличивается флотируемость малахита, в полном соответствии с ходом изотерм смачивания.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: