u_lectures
.pdf91
- газ так, что полярные группы их направлены в воду, а аполярные углеводородные радикалы – в газовую фазу. Это объясняется тем, что аполярная группа почти не имеет сродства с водой и выталкивается в газовую фазу. Молекулы ПАВ за счет полярной группы, наоборот, имеют сродство к более полярной фазе – воде.
По виду гидрофильных групп поверхностно - активные вещества принято делить на ионогенные и неионогенные (не диссоциирующие на ионы). Ионогенные вещества диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладают адсорбционной активностью, другие – адсорбционно неактивны. Если адсорбци- онно-активными являются анионы, то такие ПАВ называются анионными или анионноактивными, в противоположном случае – катионными или катионоактивными. Если анионные ПАВ - это органические кислоты и соли, но катионные – основания, обычно амины различной степени замещения и их соли.
Наиболее широкое применение получили ионогенные анионные собиратели, являющиеся органическими производными угольной, фосфорной, серной и соответствующих им тиокислот, а также алкилгидраксамовые кислоты и их соли. В зависимости от состава солидофильной группы анионные реагенты подразделяются на сульфгидрильные (на основе двухвалентной серы) и оксигидрильные (на основе органических кислоит и сульфокислот).
Из собирателей сульфгидрильного типа наиболее широко применяются ксантогенаты и дитиофосфаты (аэрофлоты).
Группа ксантогенатов (соли ксантогеновой кислоты) имеют общую фор-
мулу:
где R – углеводородный радикал (аполярная группа) -OCSS- – полярная группа
Примеры:
-C2H5OCSSK – этиловый ксантогенат калия,
-C3H7OCSSK – пропиловый ксантогенат калия,
-C4H9OCSSK – бутиловый ксантогенат калия и др.
Область применения – флотация сульфидных минералов, меди, свинца, цинка, сурьмы, молибдена и самородных металлов (золото, серебро, платина).
Группа дитиофосфатов (аэрофлоты), являющиеся солями дитиофосфат-
92
ных кислот, имеют общую формулу:
Примеры: бутиловый аэрофлот
Область применения – при флотации сульфидных цинковых и медных минералов с минимальным содержанием пирита.
Оксигидрильные собиратели разделяются на две группы: карбоксильные (органические кислоты жирного ряда) и сульфоксильные (мыла).
Общая формула карбоксильных собирателей:
R-COOH
Мыла жирных кислот - общая формула:
R-COOMe
Примеры:
-олеиновая кислота С17Н33СООН,
-олеат натрия C17H33COONa,
-пальмитиновая кислота C15H31COOH,
-стеариновая кислота C17H35COOH.
Используются также нафтеновые кислоты, мылонафты, таловое масло, синтетические жирные кислоты
Область применения – высокоэффективные собиратели для флотации несульфидных минералов (фосфатных, кальциевых и др.) или апатит, шеелит,
93
флюоритсодержащих руд.
Алкилгидроксамовые кислоты и их соли, известны, как реагент ИМ-50. Общая формула:
O
R-C
NH-ONa
Область применения – используются при флотации титана, ниобия, тантала, олова.
Собиратели, производные серной кислоты, представлены алкилсульфатами и алкилсульфонатами, в состав аниона которых входят следующие группы.
- сульфокислоты, общая формула
R O
S
HO O
- алкилсульфаты, общая формула
R-O O
S
MeO O
Катионные собиратели - это реагенты, в которых гидрофобизирующим ионом является катион (положительно заряженный ион), применяются реже анионных.
Они называются аминами, так как являются производными аммиака или аммония.
Общая формула:
R-NH2
Область применения – применяются при флотации силикатных минералов: кварца, полевого шпата, слюд, литиевых и бериллиевых руд.
Неионогенные (Аполярные) собиратели, не диссоциирующие на ионы. К ним относятся: керосин, трансформаторное, машинное и нефтяные масла, смо-
94
лы, продукты перегонки угля, торфа.
Применяются обычно в сочетании с другими собирателями – жирнокислотными или ксантогенатами.
Флотируют минералы с хорошей природной гидрофобностью: молибденит, уголь, серу, графит, алмазы, а также карбонаты, окислы сульфиды.
12.3 Пенообразователи
Гетерополярные ПАВ вещества, слаборастворимые в воде, способные адсорбироватся на границе вода-воздух таким образом, что аполярная группа направлена в воздух, а полярная в воду (рис. 12.2).
Рис. 12.2 Адсорбция пенообразователя
Такая адсорбция препятствует коалесценции, т.е. слипанию воздушных пузырьков и позволяет сохранить их длительное время в дисперсном состоянии.
Например:
Пузырьки d=0,8 мм при диспергировании 1 м3 воздуха могут сфлотировать приблизительно 840 кг галенита крупностью 30 мкм.
Примеры вспенивателей:
-спирты (ОПСБ – окись пропилена спирт бутиловый; ОПСМ – окись пропилена спирт метиловый);
-фенолы;
-крезол;
-терпениол (C10H17OH);
-сосновое, пихтовое, эвкалиптовое масла;
-тяжелые пиридиновые основания.
Наиболее эффективными являются соединения, имеющие в своем составе одну из полярных групп:
95
-гидроксил -OH;
-карбоксил -COOH;
-карбонил =C-O;
-аминогруппа NH2;
-сульфогруппа SO2O.
Радикал R должен иметь не менее 6 атомов углерода.
12.4 Депрессоры
Реагенты, предотвращающие закрепление собирателей, повышающие гидрофильность поверхности минералов называют депрессорами.
Депрессоры должны действовать избирательно, т. е ухудшать флотационные свойства лишь тех минералов, которые не должны флотироваться в данном технологическом процессе.
Механизм депрессирующего действия реагентов может быть:
-за счет образования на поверхности минерала труднорастворимой гидрофильной пленки;
-за счет вытеснения с поверхности минерала собирателя, адсорбированного ранее;
-может связывать действие реагента активатора и собирателя, которые уже не будут выполнять свои функции.
Наиболее широко применяемые депрессоры - это
-органические: крахмал, желатин, декстрин, клей, КМЦ – карбоксилметил целлюлоза;
-неорганические: известь, цианиды, кремнефтористый натрий Na2SiF6, хромат и бихромат калия, тиосульфат Na2S2O3 (подавление цинка, меди,пирита), силикат натрия Na2SiO3 (жидкое стекло).
12.5 Активаторы
Реагенты-активаторы образуют пленки на минералах легко адсорбирующие собиратель или способствующие более прочному закреплению собирателя.
Примеры:
Ксантогенаты не способны взаимодействовать с окисленными минералами (ZnCO3 – смитсонит, PbCO3 – церуссит) поэтому с целью их сульфидизации применяются активатор сернистый натрий Na2S. В результате на минерале образуется пленка сульфида металла, на которой хорошо закрепляется ксантоге-
нат (рис. 12.3):
96
PbCO3 + Na2S => PbS + Na2CO3
Na2S
PbCO3
PbS |
PbCO3 |
Рис. 12.3 Активация PbCO3
Активация может произойти, наоборот, за счет растворения гидрофильных пленок.
Примеры:
Поверхность пирита (FeS2) покрыта вторичной гидрофильной пленкой Fe(OH)2. Действуя на минерал кислотой, пленка растворяется и свежеобразованная поверхность минерала эффективно взаимодействует с собирателем (рис. 12.4):
Fe(OH)2
FeS2 |
H2SO4
FeS2
Рис. 12.4 Активация Fe(OH)2
Реагенты активаторы:
-медный купорос CuSO4 и др. соли тяжелых металлов (Pb, Fe);
-сернистый натрий Na2S;
-кислоты и щелочи (H2SO4, HF).
12.6 Регуляторы среды
Регуляторы среды применяются для изменения щелочности среды, в которой происходит флотация минералов.
Кислотные и щелочные свойства среды характеризуются величиной рН или концентрацией ионов водорода или ионов гидроксила.
97
Флотация любого минерала происходит при определенном значении рН и для получения технологических показателей необходимо строго поддерживать заданное значение концентрации ионов водорода.
При изменении величины рН изменяются свойства и растворимость не только флотационных реагентов, но и самих минералов.
В качестве регуляторов применяются:
-щелочи (известь, NaOH),
-кислоты (H2SO4),
-кальцинированная сода (Na2CO3) – в результате гидролиза Na2CO3 ее растворы приобретают щелочной характер, но рН не превышает 11 (обычно ее применяют для создания рН=7-10).
98
Лекция 13. ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ
План лекции 13.1 Классификация флотационных машин
13.2Машины механического типа
13.3Пневмомеханические машины
13.4Пневматические машины
13.1 Классификация флотационных машин
После измельчения до необходимой крупности и обработки флотационными реагентами руда подвергается флотации в аппаратах, называемых флотационными машинами.
Во флотационных машинах частицы минералов сталкиваются с пузырьками воздуха. Гидрофобные частицы прилипают к ним и выносятся на поверхность пульпы в виде минерализованной пены, которая самотеком или пеносъемниками удаляется в желоб для пенного продукта (концентрата). Гидрофильные минералы пустой породы остаются в камере и удалаются через хвостовое отверстиемашины.
Флотационные машины должны обеспечивать:
-непрерывную равномерную подачу исходной пульпы и разгрузку пенного и камерного продуктов;
-интенсивное перемешивание пульпы для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии и их контактирования с воздушными пузырьками;
-оптимальную аэрацию пульпы и диспергирование воздуха на мелкие пузырьки с равномерным их распределением по всему объему камеры;
-создание спокойной зоны пенообразования на поверхности пульпы. Флотационные машины должны быть высокопроизводительными, быть
простыми в устройстве, иметь малоизнашивающиеся части и детали, занимать небольшую площадь, иметь небольшой расход энергии.
Флотационные машины классифицируют в зависимости от способа аэрации пульпы, т. е. от способа насыщения пульпы воздухом и способа перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяются на:
-механические;
-пневматические;
-пневмомеханические.
99
13.2Машины механического типа
Вмеханических флотационных машинах аэрация пульпы осуществляется засасыванием воздуха из атмосферы мешалками различных конструкций. Эти машины представляют собой аппараты, у которых насыщение пульпы воздухом
иперемешивание пульпы в камере осуществляет аэратор с вращающимся импеллером, всасывая необходимый для флотации воздух непосредственно из атмосферы. Основная масса воздушных пузырьков, образующаяся при этом, имеет диаметр 0,6 – 1 мм.
Ниболее широкое распространение получили механические флотацион-
ные машины конструкции «Механобр» (рис. 13.1).
Флотационная машина состоит из камеры вместимостью от 0,16 до 6,3 м3. Обозначается ФМР – 6,3 где: ФМР – флотационная машина рудная; 6,3 – объем камеры.
Питание |
4 |
|
|
|
|
|
|
Воздух |
|
11 |
2 |
|
|
3 |
|
|
8 |
|
|
7 |
|
|
9 |
1 |
|
|
5 |
10 |
6 |
|
Рис. 13.1 Механическая флотационная машина конструкции «Механобр»
1 - приемный карман; 2 – центральная труба; 3 – труба для засоса воздуха; 4 – шкив привода; 5 – подводящая труба; 6 – импеллер; 7 – блок аэратора; 8 – камера; 9 – диск статора;
10 – направляющие статора; 11 – вал.
Блок аэратора (рис. 13.2) состоит из вертикального вала с импеллером. Вал вращается внутри трубы.
100
Лопатки
статора
Ротор
Рис. 13.2 Конструкция блока аэратора (вид снизу)
Данные машины отличаются большой производительностью Q = 0,15 – 12 м3/мин.
Назначение импеллера:
При вращении ротора (импеллера) поток пульпы засасывает воздух, поступающий по центральной трубе. Лопатки импеллера перемешивают пульпу и воздух. Пульповоздушная смесь выбрасывается на лопатки статора.
Назначение статора:
Статор увеличивает количество засасываемого воздуха и способствует лучшей диспергации его. Отводящими лопатками отводит пульпу от импеллера вглубь камеры без образования завихрений и увеличивает расход воздуха в машине в 2-2,5 раза.
Статор предохраняет машину от заиливания.
Данная машина собирается из двухкамерных секций: первая – всасывающая, вторая – прямоточная.
Может собираться из звеньев или из всасывающей и нескольких прямоточных.
По конструктивным параметрам она находится на уровне лучших зарубежных образцов.
Преимущества машин механического типа:
-просты в обслуживании,
-просты в ремонте,
-просты в регулировке;
-весь приводной механизм с импеллером и статором собран в один блок, который быстро может быть заменен другим;
-применение радиального импеллера позволяет увеличить количество засасываемого воздуха в 2-4 раза без увеличения мощности электродвигателя;