Работа № 3 «гранулометрический анализ и флотация твердого сырья».

Перед химической переработкой сырье подвергают предварительной подготовке с целью придания ему состава и свойств, необходимых для осуществления химико-технологического процесса, повышения концентрации полезного компонента, понижения содержания влаги и вредных примесей, достижения определенной дисперсности. Важнейшими операциями подготовки твердого сырья являются измельчение, классификация и обогащение. Для оценки степени измельчения сырья определяют содержание в нем частиц различных размеров – гранулометрический состав.

Наиболее распространенным методом обогащения твердого сырья является флотация. Флотационное обогащение представляет физико-химический процесс разделения компонентов сырья (полезного материала и пустой породы), основанное на различной смачиваемости их.

Смачиваемость минералов характеризуется величиной краевого угла смачивания Q вдоль границы раздела фаз «твердое тело – жидкость – воздух». В соответствии с величиной угла смачивания минералы подразделяются на несмачиваемые (гидрофобные), для которых Q 90⁰ и смачиваемые (гидрофильные), для которых Q90⁰.

Так как силы поверхностного натяжения стремятся выровнять уровень жидкости, то вследствие различия углов смачивания частицы гидрофобных материалов всплывают с пузырьками воздуха в виде пены и могут быть собраны, а частицы гидрофильных материалов погружаются в жидкость. Таким образом, в результате флотации получают один или несколько флотационных концентратов, содержащих полезные компоненты, извлеченные из сырья, и флотационные хвосты, состоящие, главным образом, из пустой породы.

Эффективность флотации, полнота выделения полезного компонента из сырья зависит от ряда факторов. К ним относятся:

1. Природа и состав флотируемого сырья, в том числе различие в смачиваемости полезного минерала и пустой породы;

2. Дисперсность сырья; достаточная скорость и избирательность процесса достигается только при некоторой средней крупности частиц, обычно, размер частиц сырья составляет 0,1-0,3 мм;

3. Концентрация пульпы, т.е. соотношение твердой и жидкой фаз в ней; обычно колеблется в пределах от 1:5 до 1:3;

4. Состав воды, в том числе рН и природа содержащихся в ней примесей; эффективность флотации максимальна при рН=7;

5. Ассортимент, применяемых в процессе флотореагентов.

Флотореагентами называется вещества, способствующие более полному разделению полезного минерала и пустой породы, т.е. повышению эффективности флотации. Так как природные минералы, входящие в состав сырья, обычно не сильно различаются по смачиваемости, то для повышения гидрофобности полезного компонента в пульпу вводят коллекторы (собиратели) – поверхностноактивные вещества, адсорбирующиеся на его частицах и покрывающие их мономолекулярной гидрофобной пленкой. Коллекторы обладают избирательной способностью, поэтому выбор их зависит от типа флотируемого сырья.

Для создания устойчивой пены в пульпу добавляют пенообразователи (вспениватели) – ПАВ, образующие на пузырьках воздуха адсорбционную пленку, препятствующую их слипанию. В качестве вспенивателей применяют терпеновые спирты (сосновое масло), каменноугольную смолу, высокомолекулярные алифатические спирты, крезолы, алкиларилсульфонаты и другие вещества.

При флотации полиметаллических руд для выделения в виде отдельных концентратов всех полезных компонентов в пульпу вводят регуляторы, повышающие гидрофобное действие собирателей (активаторы) или способствующие повышению гидрофильности (подавители), и предотвращающие адсорбцию собирателя на поверхности минерала.

В некоторых случаях один и тот же флотореагент может играть различную роль – собиратель может быть и пенообразователем, пенообразователь проявлять собирательные свойства и т.п.

Так как флотореагенты обладают весьма высокой активностью, количество их, вводимое в пульпу, не превышает 100-200 г на тонну флотируемого сырья. Только в отдельных случаях, например при флотации углей, оно повышается до 400-3000 г на тонну.

В качестве материала для изучения флотации в работе используют сульфидные руды различных металлов (галенит, сфалерит, халькопирит, известняки (кальцит), флюорит, каменный уголь. При общей методике проведения процесса флотации, флотация этих материалов отличается природой применяемых флотореагентов и рН среды.

Флотация сульфидных руд. Цель флотации – повышение содержания сульфидов соответствующих металлов и отделение в виде флотационных хвостов железного колчедана и пустой породы. Флотореагенты – ксантогенат натия (10 г/т), а при флотации сфалерита дополнительно пенообразователь Т-66, рН= 8-9

Флотация известняков и флюорита. Цель флотации – отделение пустой породы, флотореагент – олеат натрия (100 г/т). рН = 9-9,5.

Флотация каменного угля. Цель флотации – отделение примесей сульфида железа, оксида кремния и глины. Флотореагенты – керосин (1500 г/т) и Т-66 (15 г/м³ пульпы).