Главные особенности флотационного процесса

Главные особенности флотационного процесса. Первая особенность флотации заключается в том, что в отличие от других методов обогащения, не существует принципиальных ограничений ее использования для разделения любых минералов. Если гравитационными процессами нельзя разделять минералы с одинаковыми или близкими удельными весами, а магнитной сепарацией нельзя обогащать руды, в которых минералы имеют одинаковую или близкую магнитную восприимчивость, то флотация принципиально применима для обогащения любых полезных ископаемых.

Эта универсальность флотационного процесса объясняется двумя причинами 1. Удельная поверхностная энергия минералов зависит как от их химического состава, так и от строения решетки минералов. Поскольку различные минералы обязательно отличаются один от другого или составом, или строением решетки, то они должны отличаться и по величине поверхностной энергии на границах раздела минерал - газ и минерал - жидкость. 2. Если различие в удельных поверхностных энергиях недостаточно для хорошего разделения минералов, то его можно увеличить нанесением на поверхность минералов тончайших покрытий с помощью реагентов.

Например покрытие поверхности сульфидных частиц пленкой ксантогената плотностью 15-30 от сплошного мономолекулярного слоя резко меняет их поверхностную энергию. При использовании других процессов различия между свойствами минералов например разницу в удельных весах разделяемых минералов или разницу в магнитной восприимчивости нельзя увелить простыми и дешевыми средствами.

Практика подтверждает положение с принципиальной возможности применения флотации для разделения любых минералов. Вторая особенность флотационного способа - возможность применения его только для разделения мелких частиц, у которых потенциальная энергия значительно меньше поверхностной. Обычной пенной флотацией полезные минералы с плотностью больше 5 гсм3 практически не флотируются при крупности зерен, превышающей 0.2-0.3 мм. Минералы с малой плотностью каменный уголь, самородная сера при пенной флотации могут флотироваться при крупности до 0.6 мм. В специальных флотационных процессах крупность флотируемого материала может быть значительно повышена.

Так, при обогащении калийных сильвинитовых руд крупность частиц крупнозернистого концентрата находится в пределах от 0.3 до 0.8 мм. Средний состав сильвинитовых руд, табл. 1 таблица 1 МесторождениеKClNaClMgCl2CaSO4н.о. H2OВер хнекамское25,568,30,31,92,30,6Старобинск ое22,267,81,41,66,70,6 Однако нужно отметить, что состав руд отдельных участков, в частности Верхнекамского месторождения, иногда значительно отличается от приведенных данных.

Сильвин KCl в калийных рудах встречается в виде молочно-белых кристаллов, чаще он имеет янтарно-желтую окраску и все оттенки красно-бурых тонов. Хлорид магния в сильвинитовой руде входит в состав карналлита. Кристаллы карналлита содержатся в виде разностей от полупрозрачного до желтого и краснобурого цвета.

В отличие от сильвинитовых руд других месторождений для руд Старобинского месторождения характерно повышенное до 13 содержание карбонатно-глинистых включений. Нерастворимый остаток относится к полидисперсным системам большая часть его 40-60 представлена фракцией 0.010.001 мм, количество глинистой фракции с размером частиц менее 0.001 мм составляет 13-20. Составляющие остаток породы всегда содержат карбонаты, преимущественно доломитовые и относятся к доломитовым мергелям и глинам, иногда встречаются разности с избытком кальция Верхнекамское месторождение таблица 2 Cоставляющие нерастворимого остаткаSiO238,5-45,0Al2O310,5-12,5Fe2O34 ,4-4,9TiO20,7-0,9CaO9,0-19,1MgO6,5-9,1SO 30,1-3,5CO213,0-17,8 При дальнейших расчетах мы будем пользоваться данными, полученными для Верхнекамского месторождения.

Бром постоянный элемент всех солевых месторождений, так как входит в состав морской воды и при ее концентрировании распределяется между рассолом и выпадающими в осадок солями.

Причем бром, как обычно, изоморфно замещает хлор в минералах. Содержание брома в сильвинитовых рудах Верхнекамского месторождения изменяется от 0.04 до 0.08. Количество лития в рудах составляет 1.110-4 5.510-3. Имеющая в калийных рудах газы водород, метан, некоторые предельные углеводороды, сероводород, двуокись углерода, азот и др. находятся в двух формах микрогазоносной, обусловленной наличием газов в кристаллах солей, и макрогазоносной, связанной с нахождением относительно больших количеств газов в макротрещинах, кавернах и различного рода полостях соленосных руд. При получении хлорида калия методами обогащения следует учитывать и некоторые другие свойства сильвинитовой руды 1 Объемный вес руды 2.10 тм3 2 Коэффициент разрыхления первоначальный 1.3-1.45 остаточный 1.1-1.2 3 Максимальную крупность кусков до 150 мм 4 Насыпной вес руды после дробления 1.4-1.6 тм3. Твердость некоторых минералов указана в таблице 3. таблица 3 МинералНомер по шкале твердостиМинералНомер по шкале твердостиТальк1Апатит5Сильвин1.5-2Пирит6 -6,5Галит2Кварц7Карналлит2-3Корунд9Кальц ит3Алмаз10 Ниже приведены пределы прочности на сжатие для некоторых горных пород и минералов, а также для составляющих сильвинитов руды Верхнекамского месторождения калийных солей таблица 4 Горные породы, минералыПредел прочностиГорные породы Верхнекамского месторожденияПредел прочностиБазальты20-30Березниковский участокМедная руда11-26Сильвинит Кр. П3,58Кварциты20-22Сильвинит АБ2,72Граниты12-18Карналлит В3,07Магнитный железняк8-18Галит3,54Мрамор5,5-15Дурыман ский участокБурый железняк4-12Сильвинит Кр. П2,83Известняки4-10Сильвинит АБ2,22Песчаник3,4-10Галит3,08Сфалерит1Ба лаховцевский участокГаленит0,45Сильвинит Кр. П2,24Сильвинит АБ1,9Галит2,65 Поскольку продукт обогащения сильвинитовых руд хлорид калия является конечным продуктов процесса и не подвергается дальнейшим превращениям, то основным требованием на стадии измельчения является равномерность зерен.

Эта задача лучше может быть решена при измельчении в стержневых мельницах табл.5 таблица 5 Гранулометрический состав руды после солемельницы Размер частиц, ммВыход, на БКРУ-2на СКРУ-21018,610,6158,711,336,99,8210,9131 8,819,60,713,85,20,510,611,80,288,790,07 48,79,6-0,0745,34,1 5.Элементарный акт флотации Поверхность раздела двух фаз обладает свободной поверхностной энергией.

Величина этой энергии зависит от площади межфазновой поверхности и величины удельной поверхностной энергии, которая является специфической константой, определяемой свойствами соприкасающихся фаз. Поверхностная энергия возникает в том случае, когда силы, действующие на молекулы поверхностного слоя со стороны молекул первой фазы, не равны силам, действующим со стороны молекул второй фазы Равнодействующие сил на поверхностную молекулу со стороны воды равны R1, со стороны молекул воздуха - R2, cуммарная равнодействующая RC R1ЧR2 RC 0. Для молекулы, показанной на рис. в объеме жидкости RC 0. В этом случае для подъема молекулы из внутренней части фазы на поверхность надо совершить работу против молекулярных сил. Количественным эквивалентом работы, затраченной на подъем всех молекул, находящихся в поверхностном слое на площади 1 см2, будет удельная поверхностная энергия s Эргcм2. Свободная энергия молекулы, поднятой в поверхностный слой, аналогичная потенциальной энергии тела, поднятого на известную высоту если при подъеме тела затрачивается работа против сил земного притяжения, то при подъеме в поверхностный слой - работа против равнодействующей силы молекулярного притяжения.

Так как молекулярные силы имеют небольшой радиус действия, то поверхностной энергией обладают молекулы, находящиеся в очень тонком поверхностном слое, толщина которого лишь немного превышает размеры одной-двух молекул.

На перемещение молекулы в объеме ниже этого слоя уже не требуется затраты работы против сил молекулярного притяжения, так как равнодействующая всех сил равна нулю. Величина удельной поверхности зависит от величины различия между полярностями соприкасающихся фаз чем больше это различие, тем больше удельная поверхностная энергия на границе фаз. Например, поверхностная энергия на границе раздела двух полярных фаз и на границе раздела двух неполярных фаз будет малой величиной, а на границе раздела полярной и неполярной фаз - большой.

Мерой полярности фазы могут служить такие ее свойства, как диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул, внутреннее давление и другие так называемые молекулярные свойства фазы. Газы, и в частности воздух, имеют низкую диэлектрическую постоянную на границе, поэтому на границе раздела воздуха с разными жидкостями удельная поверхностная энергия будет более высокой для жидкости с большими диэлектрическими постоянными табл. 6 таблица 6 Зависимость удельной поверхностной энергии от диэлектрических постоянных соприкасающихся фаз. Соприкасающиеся фазыДиэлектрическая постоянная фазыРазность диэлектрических постоянныхУдельная поверхностная энергия между фазамиВоздухЖидкостьВоздух - вода180,479,472,8Воздух - нитробензол1363543,9Воздух - гексан11,80,818,5 Эта закономерность справедлива также для поверхностей раздела жидкость - твердое и газ -твердое.

Например, удельная поверхностная энергия на границе раздела полярный минерал -вода будет малой величиной, так как обе фазы полярны и поэтому разницы в полярности фаз невелика. Взаимная растворимость жидкостей также связана с различием в их полярности если разница в полярности большая, то взаимная растворимость мала, и наоборот.

Поэтому между взаимной расторимостью жидкостей и удельной поверхностной энергией должна существовать качественная зависимость чем больше взаимная растворимость жидкостей, тем меньше удельная поверхностная энергия на границе раздела этих жидкостей и наборот табл. 7 таблица 7 Зависимость поверхностной энергии на границе двух жидкостей от их взаимной растворимости Соприкасающиеся жидкостиРастворимость в воде, Удельная поверхностная энергия на границе разделаВода - ненасыщенные углероды040-50Вода - бензол0,635Вода - анилин3,38Вода - изобутиловый спирт101,8Вода - метиловый спирт-0 Всякая поверхность двух фаз стремится к самопроизвольному сокращению и внешне это проявляется так, как будто на поверхности раздела фаз существует упругая растянутая пленка, стремящаяся сократиться.

Отсюда возникли понятия поверхностное натяжение и сила поверхностного натяжения.

Численно удельная поверхностная энергия, выраженная в эргсм2, всегда равна удельному поверхностному натяжению, выраженному в динах на один сантиметр.

Водные растворы солей увеличивают поверхностное натяжение табл. 8 таблица 8 Поверхностное натяжение водных растворов KCl и NaCl при 18С, 10-3 Нм. Концентрация соли в растворе, Поверхностное натяжениеKClNaCl172,472,7573,673,951074, 7575,512077,25- Поверхностное натяжение водных растворов KCl NaCl в присутствии флотореагентов уменьшается.

Причем, чем выше концентрация флотореагентов, тем ниже поверхностное натяжение раствора.

Поверхностное натяжение на границе жидкость газ зависит также от состава газа. Так, поверхностное натяжение расплавленного хлорида калия при 800 градусах Цельсия на границе с различными газами изменяется следующим образом газD10-3 НмCO296,9N295,5CO93,4O291,1 5.1.