Рисунок 14.1 - Схема змочування мінеральної поверхні

Крайовим кутом змочування називається кут із вершиною на периметрі змочування, утворений поверхнею розділення двох фаз із поверхнею третьої фази. Крайової кут завжди відраховується через рідку фазу. Величина крайового кута теоретично може змінюватися від нуля (повне змочування, абсолютна гідрофільність) до 180° (крапля не розтікається, повна відсутність змочування, абсолютна гідрофобність). Повне змочування практично не має місця.

Рівноважне значення крайового кута визначається за формулою:

(14.1)

де , і - поверхневий натяг на границі розділення тверде-газ, рідке-тверде, газ-тверде, дин/сл.

У разі розтікання рідини по твердій поверхні крайовий кут не досягає рівноважного значення внаслідок гистерезиса змочування - явища, що гальмує переміщення периметра змочування по твердій поверхні. У разі розтікання рідини по твердій поверхні гистерезисний кут більше рівноважного кута змочування, визначаємого за формулою. Встановлено, що гистерезис змочування більше на шорсткуватих і більш гідрофобних поверхнях. Після впливу флотореагентів, що гидрофобизують поверхню мінералів, гистерезис змочування збільшується.

У разі закріплення частинки на повітряній бульбашці спостерігається витиснення води з мінеральної поверхні (рисунок 14.1 б). У цьому випадку явище гистерезиса, перешкоджаючи збільшенню периметра змочування і крайового кута, призводить до того, що гистерезисний кут стає менше рівноважного. У момент закріплення гистерезис змочування, перешкоджаючи збільшенню площі контакту бульбашки з мінеральною частинкою, грає негативну роль. Під час відриву частинки від бульбашки площа контакту і периметр змочування зменшуються і гистерезис змочування буде затрудняти цей відрив. Практично в процесі флотації спостерігаються крайові кути менше 90°.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Флотаційною силою називається вертикальна складових сил поверхневого натягу на границі розділення рідина-газ, прикладених до частинки по всьому периметру змочування. Флотаційна сила і гідростатичний тиск на нижню грань частинки перешкоджають відриву її від бульбашки повітря.

14.3 Класифікація флотаційних реагентів

Флотаційними реагентами називаються хімічні речовини, які вводяться в пульпу для створення сприятливих умов виборчої флотації мінералів.

По призначенню реагенти розділяються на:

- збирачі;

- піноутворювачі;

- депресори;

- активатори середовища;

- регулятори середовища.

Три останні класи реагентів іноді об'єднують загальною назвою регулятори або модифікатори. Деякі реагенти виконують подвійну роль, а тому віднесення їх до якогось визначеного класу є умовним. Іноді збирач виявляє піноутворюючі властивості, а піноутворювач діє і як збирач. Деякі реагенти в одних умовах діють як депресори, а в інших як активатори.

14.3.1 Збирачі

Збирачі діють на границі розділення мінеральна частинка-вода. Концентруючись на поверхні мінералу, збирачі підвищують гидрофобність його. У якості збирачів застосовують органічні сполуки, що мають у молекулі вуглеводи. Якщо молекули збирача складаються тільки з одних вуглеводів, то такий збирач буде аполярним. В техніці такі реагенти називаються вуглеводневими. До них відносяться: гас, лигроін, дизпаливо, мастила. Вони застосовуються для флотації мінералів із високою природною гідрофобністю (вугілля, графить сірка, тальк, молібденіт і т. п.).


Якщо молекули збирача мають у своєму складі полярні групи ОН, СООН, СОН, SH, NH , то такі збирачі будуть гетерополярними. В процесі флотації сульфідних мінералів і самородних металів у якості збирачів застосовуються ксантогенати й аерофлоти.

Ксантогенати - солі ксантогенової кислоти мають загальну формулу:

Металом Ме звичайно є калій або натрій, а вуглеводневим радикалом R - будь-який радикал гомологічного вуглеводневого ряду (СН - метил, С Н - етил, С Н - пропил, С Н - бутил). Назва ксантогената складається з назв радикала і металу.

Аерофлоти - похідні тиофосфорної кислоти. Вони бувають рідкими і твердими. Рідкі аерофлоти діють як збирачі і як піностворювачі, тверді - тільки як збирачі. З рідких аерофлотів найбільше поширення одержав крезиловий аерофлот, із твердих содовий.

Жирні кислоти і їх мила застосовуються для флотації несульфідних мінералів (олеінова кислота С Н СООН і олеат натрію С Н СООNa). Ці збирачі мало селективні і потребують підбору умов флотації для посилення вибірності дії.

Аміни і їх солі застосовуються для флотації силікатних мінералів (кварц, слюда) і калійних солей. Розрізняють аміни первинні (RNH), вторинні (RNH) і третинні (RH). Характерні збирачі цього типу: С Н NH і його солянокисла сіль С Н NH Сl - хлористий лауриламмоній.

Кам'яновугільна, сланцева і торф'яна смоли, а також продукти їхньої переробки застосовуються іноді для флотації вугілля. До складу цих реагентів входять вищі спирти, карбонові кислоти, складні ефіри і звичайні вуглеводні.

Збирачі бувають іногенні і неіногенні. Іногенні збирачі в розчині розпадаються на іони і гідрофобизуючі дію на мінеральну поверхню буде робити той іон, у який входить вуглеводнева частина молекули. Якщо іон, який гідрофобизується, буде аніоном, то збирач аніонний, якщо ж катіоном, то катіонним.

Неіоногенні аполярні збирачі (вуглуводневі масла) у воді не розчиняються. Вони розподіляються в об¢ємі пульпи у вигляді дрібних крапельок за допомогою струменевих емульгаторів і під час перемішування. Вуглеводневі масла закріплюються на мінеральних поверхнях у результаті фізичної адсорбції.

Більшість гетереполярних збирачів розчиняється у воді. Розрізняють у молекулах гетерополярних речовин полярну і неполярную частини.

Схематично гетерополярну молекулу прийнято зображувати кружечком (полярну частину) і подовженою лінією неполярну.


Молекула олеінової кислоти

Полярна частина гетерополярної молекули є хімічно активної і добре змочується водою, а неполярна - проявляє слабу реакційну спроможність і погано змочується водою. Молекула гетерополярного збирача або гідрофобизуючийіон закріплюються на мінеральній поверхні полярною групою, а неполярна частина опиняється зверненою в рідку фазу пульпи.

14.3.2 Піноутворення і піноутворювачі

Мінералізовані бульбашки повітря, що спливли, утворюють на поверхні пульпи шар піни. Піна повинна бути стійкою і не руйнуватися протягом часу, необхідного для відділення її від пульпи. Якщо піна зруйнується раніше, то сфлотировані мінеральні частинки потонуть і збагачення не буде.

Чиста вода при струшуванні в присутності повітря не утворює стійкої піни. Додавання до води невеликої кількості поверхнево-активної речовини дозволяє утворювати достатньо стійкий шар піни. Такі речовини називаються піноутворювачами.

Поверхнево-активними називають гетерополярні речовини, спроможні адсорбуватися на границі розділення вода-повітря і тим самим знижати поверхневий натяг на цій границі. Диполі води вступають у взаємодію з полярною частиною молекули піноутворювача, а неполярні вуглуводневі групи прагнуть виштовхнути у повітряне середовище. У результаті молекули піноутворювача розташовуються на границі розділення вода-повітря так, що полярна частина молекули звернена у воду, а неполярна - у повітряну фазу (бульбашки повітря).

Піноутворювачі в процесі флотації виконують такі функції:

1.Перешкоджають коалесценції бульбашок повітря, тобто збільшенню їхніх розмірів.

2.Зменшують швидкість руху повітряних бульбашок у пульпі.

3. Перешкоджають руйнуванню повітряних бульбашок при спливанні на поверхню пульпи.

Трифазні флотаційні піни утворені мінералізованими бульбашками і містять повітря, воду і тверде. Тверді частинки, що закріпилися на повітряних бульбашках, збільшують тривкість піни, механічно ограничивая зближення повітряних бульбашок і стік води з прошарків. Стійкість трифазної піни тим вище, чим гідрофобніше і дрібніше зфлотовані частинки.

В практиці флотації в якості піноутворювачів застосовують такі речовини.

Соснове масло - рідина жовтого або коричневого кольору, являє собою суміш різноманітних речовин. Головна і найбільше активна піноутворююча частина - терпиниол СНОН. Соснове масло одержують фракційною перегонкою скипидару-сирцю.

Деревні смоляні флотаційні масла (легке і важке) отримується з продуктів сухої перегонки деревини. Активна частина в них - ароматні спирти (феноли).

Крезоловая кислота отримується в коксохімічному виробництві. Являє собою суміш трьох ароматних спиртів: фенолу С6Н5ОН, крезола С6Н5СН2ОН і ксиленола С6Н5(СН2)2ОН. Крезолова кислота має деяку збірну дію і токсична.

Важкий пиридин (або пиридинова основа) отримується в коксохімічному виробництві. У своєму складі містить багато компонентів, що не виявляють піноутворюючих властивостей. Активною частиною є хинолин СНN.

Зпінювая ИМ-68 являє собою суміш трьох спиртів із 6-8 атомами вуглецю в радикалі. До складу ИМ-68 входять гексиловий спирт С6Н13ОН, гептиловий спирт С7Н15ОН і октиловий спирт С8Н17ОН. Цей піноутворювач нетоксичний і не виявляє збірної дії.

Зпінювач ОПСБ (окис пропиляний спирт бутиловий) і ОПСМ (окис пропилену спирт метиловий). Ці піноутворювачі дуже активні і не виявляють збірної дії.

14.3.3 Депресори

Депресори (подавителі) діють на границі розділення мінеральна частинка - вода. Застосовують депресори для зниження флотуємості тих мінералів, що не повинні переходити в піну з пульпи. Депресор повинен діяти селективно. Депресія може бути знищена дією інших реагентів.

У практиці флотації в якості депресорів застосовуються луги (звичайно

вапно), ціаніди, цинковий купорос (Zn SO ×7HО), суміш ціаніду з цинковим купоросом, сірчистий натрій (NaS), хромовокислі солі ( К2 Сг2 О7), рідке скло й органічні колоїди.

14.3.4 Активатори

Активатори діють на границі розділення мінеральна частинка - вода. Вони застосовуються для поліпшення флотуємості мінералів. Активатори сприяють закріпленню збирача на мінералі. Дія активатоіов полягає або в утворенні на мінеральній поверхні плівки, що легко адсорбує збирач, або у видаленні депресора з мінеральних зерен. Покриття плівками, що активують, спостерігається при флотації мінералів, що із збирачем безпосередньо не реагують або реагують слабо. Розчинення плівок, що депресують, відбувається при знищенні дії депресорів. У практиці флотації в якості активаторів застосовується мідний купорос (CuSO×5HO), сірчана кислота, розчинні сульфіди (частіше усього (NaS) і кисень.

14.3.5 Регулятори середовища

Регулятори середовища впливають на рідку фазу флотаційної пульпи. З їхньою допомогою регулюється рН рідкої фази пульпи, знижується вміст в пульпі іонів, що порушують хід флотації, диспергируються або коагуліруються шлами, що затрудняють флотацію мінералів.

Водневим показником рН називається негативний логарифм концентрації водневих іонів:

(14.2)

У кислих середовищах концентрація іонів водню більше концентрації гідроксильних іонів, а лужних навпаки. Добуток концентрацій іонів водню і гідроксила під час коливання значень кожної з них залишається постійною величиною при 20 °С;

Для нейтральних середовищ

і

Для кислих середовищ р <7, а для лужних р >7. Від концентрації водневих іонів (від величини рН) у пульпі залежить гідратованість поверхні мінералів, стійкість і ефективність дії багатьох реагентів, тобто залежить результат флотації. Для цього систематично контролюють рН рідкої фази пульпи і для створення кислого середовища застосовують сірчану кислоту, а для створення лужний - вапно, соду, рідше їдкий або сірчистий натрій.

ТЕМА 15. ЕЛЕКТРИЧНИЙ МЕТОД ЗБАГАЧЕННЯ

15.1 Загальні положення

Для електричної сепарації корисних копалин використовується відмінність в електричних властивостях мінералів. Електричні властивості (електропровідність, діелектрична стала та ін.) визначають величину електричних сил, які діють на мінеральні зерна, що переміщуються в електричному полі.

Мінеральні зерна в електричному полі рухаються по різних траєкторіях, що використовується для їхнього розділення.

У сучасних електричних сепараторах заряджені частинки зіштовхуються з зарядженим електродом протилежного знаку, при цьому частинки-провідники швидко набувають заряду електрода і відштовхуються від нього, як заряджені однаковим знаком. Частинки-непровідники не змінюють свого заряду і притягуються до електрода. Сила взаємодії електричних зарядів (відштовхування і притягування) визначаються законом Кулона, вона прямо пропорційна добутку величин зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Для електричної сепарації величина заряду частинок має основне значення в порівнянні з електричними силами впливу неоднорідного електричного поля.

Електричний заряд частинкам можна надати різними способами: контактом із зарядженим електродом, іонізацією-адсорбцією іонів на поверхні мінеральних частинок, електризацією, тертям, нагріванням (пироелектричний ефект), індукцією в електричному полі. Найбільш важливе практичне значення мають способи: контакт із зарядженою поверхнею, іонізація в полі коронного розряду і тертя. Коронний розряд (незавершений пробою повітряного шару між електродами) створює потік іонів, спрямованих до протилежного електрода, і мінеральні частинки набувають заряду внаслідок адсорбції іонів на їх поверхні. Коронний розряд створюється подачею високої напруги (20…40) кВ на електрод малого діаметра або який має гострі і тонкі краї.

Стан поверхні розділяємих мінералів має важливе значення в процесі електричної сепарації. Обробкою поверхні мінералів реагентами можна змінити поводження частинок в електричному сепараторі. Реагентна обробка мінеральних зерен перед флотацією і електричною сепарацією мають загальну теоретичну основу. Гідрофільні поверхні адсорбують вологу і мають підвищену електропровідність. В наслідок малої величини електричних сил, які діють в процесі електросепарації вона може застосовуватися тільки для сухих матеріалів дрібніше 4 мм.

На практиці найбільше поширення одержали барабанні коронні і коронно-електростатичні сепаратори.

15.2 Схема коронного барабанного електричного сепаратора

На рамі в підшипниках обертається металевий барабан, рисунок 15.1 - осаджувальний електрод 3. На деякій відстані від нього в ізольованій рамці 5 паралельно утворюючим барабана натягнуто декілька тонких провідників - коронуючих електродів 4. Над барабаном установлена завантажувальна воронка 2, а під ним - приймальний бункер 6, який складається з декількох відділень для прийому продуктів збагачення. Для очищення барабана від налипаючих частинок - обертова щітка 1.

Для створення коронного розряду на коронуючі електроди подається висока напруга .Осаджувальний електрод заземлений.

Обертовим барабаном матеріал із бункера подається в зону коронного розряду. Мінеральні зерна на поверхні барабана отримують заряд від потоку іонів. Частинки, які не проводять, не розряджаються на барабані, утримуються на його поверхні і розвантажуються у відділення ІІІ бункера. Проводящі частинки швидко розряджаються і відриваються від барабана під дією електричних сил відштовхування і сили тяжіння і потрапляють у відділення І. Частинки, які напівпроводят, потрапляють у відділення ІІ.

На траєкторію частинок, які відірвалися від барабана, може впливати перекручування електричного поля в поверхні барабана, що виникає при установці додаткового відхиляючого електрода, на який подається висока напруга. У такому сепараторі сполучається розділення в полі коронуючого розряду і відхилення частинок в електростатичному полі.


Рисунок 15.1 - Схема коронного барабанного єлектричного сепаратора

У промислових електричних сепараторах як правило компонується декілька барабанів, на яких проводиться основна сепарація і перечистка одного з продуктів.

Електрична сепарація застосовується головним чином для доведення некондиційних концентратів руд рідкісних металів (оловяно - вольфрамових, титано- цирконієвих, тантало - ниобієвих). Вона використовується при збагаченні керамічної сировини, скляних пісків, фосфоритів, слюд, алмазів.

Процеси розділення в полі коронного розряду застосовуються також для обезпилення (електрофільтри).

ТЕМА 16. ДОПОМІЖНІ МЕТОДИ ЗБАГАЧЕННЯ

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12