Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

ФЛОТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

Практикум

Красноярск

СФУ

2012

1

УДК 622.765(07) ББК 33.4я73

Б87

Рецензенты: В. И. Кисляков, д-р техн. наук, проф. ФГОАУ СФУ; Н. И. Коннова, канд. техн. наук, доц. ФГОАУ СФУ

Брагина, В. И.

Б87 Флотационные методы обогащения : практикум / В. И. Брагина, В. И. Брагин. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2012. – 112 с.

Изложен материал о растворах и способах выражения их концентрации. Рассмотрены основные классы реагентов и их назначение. Приведены реагентные режимы для обогащения сульфидных, несульфидных руд, окислов и силикатов. Показано влияние различных факторов на эффективность работы флотационных машин и дан их расчет. Даны задачи для самостоятельного решения.

Предназначен для студентов направления 130400 «Горное дело» специальности 130405.65 «Обогащение полезных ископаемых».

УДК 622.765(07) ББК 33.4я73

Сибирский федеральный университет, 2012

2

ВВЕДЕНИЕ

Изучение дисциплины «Флотационные методы обогащения» сопровождается циклом практических занятий, целью которых является приобретение навыков в решении теоретических и практических задач выбора и расчета основных исполнительных аппаратов цеха флотации.

Учебным планом для студентов специальности 130405.65 в дисциплине «Флотационные методы обогащения» предусмотрено 17 ч практических занятий. Перечень тем практических занятий и их объем приведен в таблице.

В данном практикуме подробно изложены все вышеперечисленные темы практических занятий. Поэтому студент может не только на практических занятиях, но и самостоятельно разобраться в этом материале, на IBM PC выбрать тип флотомашины и рассчитать количество камер для каждой операции флотации.

На практических занятиях будет рассмотрено влияние состояния минеральной поверхности на степень ее гидрофильности и характер адсорбции реагентов; разобраны примеры использования результатов исследований механизма действия реагентов для совершенствования режимов флотации; обсуждены преимущества и недостатки современных флотационных машин.

3

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ФЛОТАЦИИ.

ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ

При флотации используют различие в физико-химических поверхностных свойствах минералов. Чем меньше линейный размер минеральных частиц, тем больше их удельная поверхность, измеряемая в см2/г, и тем большее значение в поведении этих частиц имеют их поверхностные свойства. Этим объясняется то, что флотационные методы обогащения применимы и эффективны для разделения минеральных частиц малых размеров, редко превышающих десятые доли миллиметра.

Флотационная система характеризуется как гетерогенная, дисперсная, многофазная и многокомпонентная.

Для флотационных систем типичны твердые фазы (комплекс минералов, составляющий обогащаемое полезное ископаемое), вода, применяемые при флотации водорастворимые или труднорастворимые реагенты и газовая фаза (преимущественно воздушные пузырьки), а также газы, растворенные в жидкой фазе. Флотацию в самом общем виде можно определить как метод разделения взвешенных в жидкости относительно мелких частиц разных твердых фаз друг от друга (или выделения твердых частиц из жидкости) по их способности прилипать к вводимым в суспензию газовым пузырькам с последующим всплыванием их на поверхность жидкости и образованием пены.

Для эффективной флотации необходимо вводить в суспензию различные флотационные реагенты, усиливающие избирательность и прочность прилипания частиц к пузырькам воздуха. Поэтому необходимы знания о растворах.

Механизм и природа явлений, лежащих в основе флотации, связаны, прежде всего, с проявлением энергии межмолекулярных сил притяжения. Здесь наиболее важным является понимание особой роли поверхностных слоев молекул каждой из фаз флотационной системы. Все молекулы любой фазы, расположенные в ее объеме (но не на поверхности!), будучи окруженными со всех сторон другими такими же молекулами, энергетически взаимно компенсированы.

Молекулы поверхностного слоя, лишенные своих «соседей», расположенных над ними, обладают значительной некомпенсированной, свободной поверхностной энергией.

4

Действие воды на минералы при флотации многообразно и имеет исключительно важное значение, так как современная флотация всегда осуществляется в водной среде и при постоянном контакте минеральных частиц с водой.

Взаимодействие с водой приводит к гидратации поверхности минерала, в результате которой она покрывается гидратной оболочкой. Толщина этой оболочки и ее структура зависят от физикохимических свойств минеральной поверхности, проявляющихся в ее смачиваемости. Гидратируемость поверхности минерала влияет на прилипание к нему воздушных пузырьков.

Чем выше гидратируемость, тем в меньшей степени возможно прилипание, а следовательно, и флотация.

Действие воды на минералы вызывает их частичное растворение. Продукты растворения одних минералов могут воздействовать на поверхностные слои других минералов, а также могут взаимодействовать с применяющимися при флотации реагентами и друг с другом. Все это, так или иначе, будет влиять на ход и результаты флотационного процесса.

Для правильного понимания взаимодействия воды с минералами необходимо знать те основные свойства воды и минералов, от которых зависит это взаимодействие.

Активность поверхности минералов по отношению к воде и флотационным реагентам определяется энергетическим состоянием этой поверхности. Энергетическое состояние атомов (ионов), входящих в ее состав, зависит от их расположения на поверхности и в объеме решетки.

Степень смачивания твердой поверхности жидкостью (при неполном смачивании) количественно выражается величиной краевого угла смачивания.

1.1.Взаимодействие минералов

сводой и растворенными в ней веществами

1.1.1. Растворы

Растворы – это гомогенные системы, в которых одно или несколько веществ распределены в среде другого вещества, называемого растворителем.

5

Концентрация – это одна из важнейших характеристик растворов. Концентрация показывает, в каком соотношении (весовом или объемном) взяты растворитель и растворенное вещество.

Существует несколько способов выражения концентрации растворов.

Процентная концентрация (вес %) выражается числом граммов растворенного вещества в 100 г раствора.

Молярная концентрация (молярность) выражается числом молей (грамм-молекул) растворенного вещества в 1 л раствора.

Нормальная концентрация (нормальность) выражается числом грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.

Моляльная концентрация (моляльность) выражается числом молей растворенного вещества, содержащегося в 1000 г растворителя.

Молярная доля (или молярный процент) показывает, какую часть от общего числа молей раствора составляет растворенное вещество (или растворитель).

Если обозначить число молей растворителя через na, а число молей растворенного вещества через nb, то молярная доля растворенного вещества

Сумма Na + Nb = 1.

Молярная доля, увеличенная в 100 раз, называется молярным процентом.

В практике часто приходится переходить от одного способа выражения концентрации к другому.

Если растворителя во много раз больше, чем растворенного вещества, такой раствор называют разбавленным (бесконечно разбавленным). В количественном отношении этот термин весьма не определён, поэтому условились считать раствор разбавленным, если можно пренебречь взаимодействием частиц растворенного вещества между собой. Указанное условие соблюдается, если на один моль растворенного вещества приходится 300–500 и более молей растворителя. При этом свойства компонентов раствора изменяются пропорционально их концентрациям. Приведем примеры.

6

Понижение давления пара растворителя над раствором пропорционально концентрации растворенного вещества (закон Рауля):

Растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над раствором (закон Генри):

где Сi – весовая концентрация газа в растворе; К – коэффициент пропорциональности; Рi – давление газа над раствором.

Растворение в жидкостях смеси газов подчиняется закону Дальтона, в соответствии с которым весовая концентрация каждого из газов в растворе пропорциональна парциальному давлению его в газовой фазе.

Отношение концентраций растворённого вещества в двух равновесных фазах есть величина постоянная (закон распределения):

Понижение температуры кристаллизации (повышение температуры кипения) растворителя пропорционально моляльности растворённого вещества:

Здесь – давление пара растворителя над чистым веществом и давление пара растворителя над раствором; ХА, ХВ – мольные доли компонентов раствора; Ci – концентрация компонента в растворе; Pi –

давление газа над раствором; Ci ,Ci – концентрация i-го компонента в равновесных фазах I и II; Ткр ТА0 ТА– температура кристаллиза-

ции растворителя и раствора соответственно; Ткип ТА ТА0 – темпе-

ратура кипения раствора и растворителя соответственно; К – криоскопическая константа; Е – эбуллиоскопическая константа; mB – моляльная концентрация.

Закон распределения применим для разбавленных растворов, поэтому переход растворённого вещества из одной фазы в другую не приводит к изменению объёмов растворов. Конденсированные фазы, между которыми распределяется i-е вещество, образуют два слоя, ко-

7