Флотация тонких частиц полезных ископаемых

23.09.2020

Трудности флотационного обогащения тонких частиц обусловлены малой скоростью их извлечения и низкой селективностью процесса флотации.

Малая скорость флотации тонких частиц объясняется низкими величинами вероятностей их столкновения и закрепления на пузырьках. Расчеты вероятности столкновения частиц с пузырьками показывают, что эта величина линейно или квадратично зависит от размеров частиц (до крупности 3 мкм) и, следовательно, заметно убывает с уменьшением размера частиц. Малая вероятность закрепления тонких частиц на пузырьках обусловлена, по-видимому, их недостаточной кинетической энергией, не позволяющей прорвать водную прослойку, отделяющую частицу от пузырька.

Причинами низкой селективности флотации тонких частиц большинство исследователей считают слипание разделяемых минералов между собой и близость их поверхностных свойств в пульпе. Следует, однако, отметить, что неселективная флокуляция может быть и между частицами разных размеров.

Первым необходимым условием хорошего разделения тонких частиц является диспергирование пульпы, так как во многих случаях минеральные частицы неселективно сфлокулированы. Причинами неселективной флокуляции частиц могут быть незначительные или противоположные по знаку заряды их поверхности и гидрофобность (малая гидрофильность) частиц.

В качестве диспергаторов применяются неорганические и органические соединения. К первым относятся жидкое стекло, кремнефтористый натрий, фосфаты, полифосфаты, карбонаты, сульфиды, гидроксиды щелочных металлов и др. К органическим диспергаторам относятся лигносульфонаты, низкомолекулярные полимеры и другие соединения.

Обычно диспергаторы являются одновременно и модификаторами флотации. Сложность их подбора заключается в том, чтобы они не являлись одновременно депрессорами тех минералов, которые в дальнейшем подлежат флотации, или, наоборот, не активировали бы те частицы, которые в дальнейшем следует депрессировать. Изыскание эффективных реагентов-диспергаторов, особенно для руд, является одним из основных направлений работ по повышению эффективности флотации тонких частиц.

Задача диспергирования пульпы также решается путем создания механических диспергаторов. Такие аппараты для диспергирования пульпы, например, используют ультразвук, принцип линейно-индукционного вращателя и др. Разумеется, при работе механических диспергаторов не происходит ошламования минералов. Весьма эффективным является применение сочетания химических и физических методов диспергирования неселективно сфлокулированных частиц при обогащении тонких частиц.

Селективная флокуляция повышает селективность разделения тонких минералов и снижает их потери.

Флокуляция — агрегирование частиц, происходящее при разрушении их гидратного слоя реагентами. Образующиеся агрегаты (флокулы) гидрофобии и прочны.

Селективная флокуляция — процесс избирательного агрегирования во флокулы частиц только одного из минералов; другие минералы находятся в диспергированном состоянии.

Термин селективная флокуляция, используемый в современной литературе, относится к процессу, который включает обработку минеральной суспензии реагентами (диспергаторами и флокулянтами) и разделение пульпы на осадок и слив.

Существует три основных способа агрегации частиц реагентами: флокуляция собирателями, гидрофобизирующими частицы; коагуляция неорганическими электролитами, снижающими заряд поверхности и ее гидрофильные свойства; флокуляция высокомолекулярными полимерами, образующими «мостики» между частицами, благодаря которым частицы объединяются в агрегаты.

Селективная флокуляция обычно достигается при помощи собирателей, действие которых усиливается использованием аполярных масел или применением высокомолекулярных флокулянтов. Собиратели, сорбируясь на поверхности частиц, гидрофобизируют их и приводят к слипанию гидрофобных частиц между собой. Поэтому селективные собиратели или реагентные режимы, обеспечивающие селективную гидрофобизацию при флотации, одновременно осуществляют селективную флокуляцию.

Под флокуляцией частиц высокомолекулярными реагентами-полимерами понимают слипание минеральных частиц благодаря сорбции молекул или мицелл полимера.

Наиболее эффективными флокулянтами являются полиэлектролиты — водорастворимые линейные полимеры, имеющие большую молекулярную массу и различный функциональный состав. Молекулярная масса флокулянтов, с которой связано флокулирующее действие, пропорциональна длине цепи, поэтому при использовании полимеров с длинными цепями возрастает число активных групп и энергия флокуляции.

Известны четыре класса полимерных флокулянтов: анионные, катионные, амфотерные и неионогенные. В каждом из классов полимеры различаются составом, степенью полимеризации, химическим составом активных групп, степенью диссоциации этих групп, зарядом, а также составом и свойствами других звеньев полимерной цепочки.

В зависимости от химической природы флокулянты различных типов по-разному влияют на минералы. В основном два различных явления обусловливают действие длинноцепочечных флокулянтов:

- образование мостиков между минеральными частицами в результате водородных связей между частицей и молекулой полимера. В образовании таких связей принимают участие все неионизированные водородные атомы групп типа: —NH2; —ОН; —СООН;

- электростатическое взаимодействие между зарядом ионизированного полимера и зарядом поверхности минеральной частицы, приводящее к снижению электрокинетического потенциала частиц и спонтанной флокуляции при приближении частиц к изоэлектрической точке.

Большие трудности при осуществлении селективной флокуляции возникают в связи с вредным влиянием солевого состава вод и пульпы.

Различное влияние указанных факторов создает множество вариантов взаимодействия флокулянта с минералом. Поэтому, хотя общий механизм флокуляции под действием полимеров известен, выбор соответствующего флокулянта для каждого минерала основывается лишь на экспериментальном методе подбора из большого числа патентованных продуктов, имеющихся в настоящее время.

Из высокомолекулярных флокулянтов широко используют полиакриламид, молекулярная масса которого достигает порядка 10в7. К этому типу соединений относятся изготавливаемый в РФ полиакриламид, а также зарубежные реагенты: сепараны (2160, NP-20, AP-20), аэрофлоки (3000, 3171), суперфлок 16, ДТ-120.

Флокулирующие свойства имеют также растворы поливинилового и других высокомолекулярных спиртов, сополимеры винилацетата с малеиновым ангидридом, КОД (продукт конденсации кубовых остатков и дихлорэтана), КОДТ (продукт конденсации кубовых остатков, дихлорэтана и таллового масла), оксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ, тилоза), мочевиноформальдегидные смолы, хитозан и др. Новые синтетические реагенты — флокобелы — изготовляют в Великобритании.

Все более широкое применение находит полиэтиленоксид (полиокс) |—СН2—СН2—О—|n, получаемый полимеризацией оксида этилена в присутствии катализатора, обычно карбоната стронция. Наиболее эффективны полиоксы, имеющие молекулярную массу 5*10в6—7*10в6 и более.

Из природных органических соединений флокулирующие свойства проявляют крахмал (картофельный, пшеничный и др.), глютен (паточный продукт при производстве крахмала), гуартек или калактазол (смола из растения гуар, США), столярный клей, желатин, альбумин крови. Известны рекомендации по использованию муки из водорослей, картофельной мезги, жмыхов, шротов и др.

Действие полимера зависит от исходной концентрации раствора. В пульпу обычно подают растворы полимеров концентрацией 0,05—0,1 %.

Для изучения в лабораторных условиях селективности флокуляции смеси тонкодисперсных (менее 10 мкм частиц различных минералов или рудных шламов используют прибор, показанный на рис. 4.72. Полиминеральная суспензия минералов крупностью -10 мкм из камеры для перемешивания поступает под действием центробежной силы, создаваемой вращающимся импеллером, в разделительный элемент, где флокулы отделяются от мелких частиц первоначальной крупности, которые возвращаются в камеру для перемешивания. Сфлокулированные частицы сползают по нижней внутренней стенке разделительного элемента, наклоненного к горизонту под углом 60°, в пробирку, где собираются в осадок, который по окончании опыта выгружают, сушат и взвешивают. Остальная часть суспензии (камерный продукт) также собирается в отдельный приемник. По результатам химических анализов осадка и камерного продукта рассчитывают селективность процесса флокуляции.

Разделительный элемент представляет собой канал прямоугольного сечения (высота 5 мм, ширина 20 мм и длина 350 мм), в начальной части которого установлена перегородка для разделения поступающей суспензии и сползающего сфлокулированного осадка. При установке разделительных элементов под углом 60° обеспечивается наилучшая эффективность разделения.

Скорость пропускания суспензии через разделительный элемент регулируется зажимным устройством, установленным на вакуумном шланге.

Степень пережатия шланга фиксируется с большой точностью благодаря отсчету числа оборотов и угла поворота пережимного винта. Зажимное устройство градуируется следующим образом. Из трубки 2 грушей через открытый кран быстро выдавливают порцию чернил так, чтобы в систему не попадал воздух, и кран быстро закрывают. Время прохождения окрашенного фронта по каналу разделительного элемента измеряют секундомером. Работу зажимного устройства периодически проверяют. Пережимное устройство позволяет регулировать скорость протекания жидкости от 0 до 11 см/с.

Для проведения опыта в прибор заливают воду так, чтобы полностью вытеснить из него воздух. При полностью закрытом пережимном устройстве и включенном перемешивателе засыпают навеску смеси минералов и подают исследуемые реагенты. После того, как закончится обработка суспензии реагентами, устанавливают необходимую скорость протекания суспензии через разделительный элемент. Через заданное время эксперимента раздельно разгружают осадок из пробирки и камерный продукт.

Так как эффективность селективной флокуляции в значительной степени определяется применением флокулянтов, то необходимы изыскания новых флокулянтов с заданными свойствами.

Для селективной флокуляции перспективно применение крупных частиц в качестве носителя тонких частиц тех же минералов. Этот прием успешно использован для повышения извлечения тонких частиц медных минералов из джезказганских руд. При совместной флотации Песковой фракции руды, предварительно обработанной ксантогенатом и углеводородами, и тонкоизмельченных промпродуктов происходит селективная флокуляция. В результате извлечение меди из тонких классов повышается.

В целом процесс селективной флокуляции следует считать одним из наиболее перспективных направлений обогащения тонких частиц.

Создание флотационных машин является важной составной частью исследований по флотации тонких частиц. Для этого необходимо изучение влияния физико-механических факторов на флотацию тонких частиц.

Установлено, что увеличение до определенного предела интенсивности перемешивания улучшает флотируемость тонких частиц, при этом наибольшая скорость флотации наблюдается при использовании пузырьков диаметром 0,2 мм. Таким образом, тонкие частицы необходимо флотировать мелкими пузырьками (0,2—0,3 мм) при наличии перемешивания, которое в ряде случаев должно быть достаточно интенсивным.

Опыты по изучению влияния глубины камеры показали, что как в отсутствие перемешивания, так и при наличии умеренного перемешивания даже в условиях большой степени использования подъемной силы пузырьков скорость флотации тонких частиц оказалась пропорциональной высоте камеры вплоть до достижения почти полной занятости поверхности пузырька.

Это, по-видимому, объясняется положительным влиянием значительного снижения скорости подъема пузырьков и возможной флокуляции частиц на их минерализацию. В первом приближении полученные данные позволяют считать, что флотомашины для флотации тонких частиц должны иметь глубокие камеры. Впрочем, представляется, что флотацию средних по размеру и тонких частиц рационально вести в одних машинах.

Третьим важным компонентом процессов флотации тонких частиц являются технологические схемы. В настоящее время все большее применение находят схемы, позволяющие повысить эффективность извлечения тонких частиц, а также устранить их влияние на флотацию более крупных. Это в первую очередь схема с раздельной обработкой песков и шламов реагентами с последующей совместной или раздельной флотацией. Вариант такой схемы, заключающийся в раздельной обработке песков и шламов реагентами, флотации шламов и флотации песков совместно с тонкоизмельченными промпродуктами, успешно внедрен на медных фабриках Джезказганского комбината.

При флотации полиметаллических руд применяется схема с удалением первичных шламов из дробленой руды путем промывки, флотацией шламов в отдельном цикле и дальнейшим совместным обогащением сульфидного пенного продукта шламового цикла с основной массой руды (Зыряновская ОФ) или с Песковой фракцией хвостов (Лениногорская ОФ).

В последние годы получают распространение схемы с выделением в начале процесса «головки» легкошламующихся минералов (например, галенита или борнита и халькозина), содержащей в основном тонкие частицы. Флотация «головки» проводится с использованием слабых собирателей при их небольшом расходе. Это позволяет вывести из процесса основную часть тонких частиц и улучшает последующее разделение более крупных частиц. Такая схема разработана Гинцветметом для медно-цинковых руд ряда месторождений Урала.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна