Класифікація мінералів за флотованістю

Схема флотаційного процесу, характер використовуваних реаґентів і результати збагачення у першу чергу залежать від мінерального складу і фізико-хімічних властивостей поверхні мінералів корисної копалини. Залежно від особливостей умов флотаційного розділення основні мінерали корисних копалин можна розділити на такі групи.

Аполярні мінерали неметалічних корисних копалин характеризуються високою природною гідрофобністю. До них належать кам’яне вугілля, графіт, алмаз, самородна сірка і тальк. Для флотації мінералів цієї групи використовують нафтові масла, а іноді тільки спінювачі.

Сульфіди важких металів і самородні метали характеризуються певною природною гідрофобністю і вибірковою здатністю адсорбувати на своїй поверхні сульфгідрильні збирачі (ксантогенати). До цієї групи належать сульфіди заліза, свинцю, міді, цинку, стибію, молібдену, кобальту та інших, а також золото, срібло, платина.

Окиснені мінерали важких металів представлені карбонатами, сульфатами, гідратами і силікатами міді, свинцю, цинку і змішаних руд. Ці мінерали не мають природної гідрофобності, тому їх флотація можлива жирними кислотами і їх милами або ксантогенатами після попередньої сульфідизації поверхні сульфідом натрію.

Полярні несульфідні мінерали лужноземельних мінералів мають у складі кристалічних ґраток катіони кальцію, барію, магнію і стронцію. Мінерали цієї групи дуже чутливі до йонного складу пульпи, вони добре флотують при використанні як збирачі жирних кислот і їх мил.

Оксиди, силікати і алюмосилікати представлені великою групою мінералів, до якої входять кварц, андалузит, діаспор, берил, гематит, каолініт, каситерит, кіаніт, корунд, піролюзит, польові шпати, слюди і ін. Більшість цих мінералів добре флотується з використанням оксигідрильних збирачів, жирних кислот і збирачів катіонного типу.

Розчинні солі представлені такими мінералами, як ґаліт, каїніт, карналіт, сильвін і іншими. Ці мінерали флотують з насичених розчинів солей жирними кислотами, амінами і їх сумішами з аполярними реаґентами.

Близькість флотаційних властивостей різних за складом мінералів визначає складність флотаційних схем і в цілому технології флотаційного збагачення корисних копалин.

Флотаційні машини

Апарати, в яких здійснюється процес флотації, називаються флотаційними машинами. Призначення флотомашин – створення умов для змішування пульпи з тонкодисперсним повітрям, забезпечення прилипання мінеральних частинок до бульбашок, вилучення утворених комплексів у пінний шар і виділення потрібного продукту з водного середовища.

Широке використання флотації для збагачення найрізноманітніших корисних копалин привело до розробки великої кількості конструктивних типів флотаційних машин, основні з них наведені на рис. 3.45.

Механічна флотаційна машина (рис. 3.45 а) складається з послідовного ряду двокамерних секцій 1. За конструкцією вони відрізняються наявністю у першій секції завантажувального кармана, а у останній – розвантажувального. Кожна секція складається із завантажувальної (всмоктувальної) і прямотечійної камер. У центральній частині кожної з них (усередині труби 4) розміщений вал 2 з імпелером 3, при обертанні якого пульпа подається (засмоктується) у камеру і перемішується. При цьому пульпа ежектує атмосферне повітря і насичується ним. Імпелер викидає у камеру пульпо-повітряну суміш, внаслідок її турбулізації створюється велика кількість дрібних бульбашок. У камері при зустрічі з бульбашками оброблені реаґентами частинки закріплюються на них і утворюється комплекс «мінеральна частинка – повітряна бульбашка».

Мінералізовані бульбашки спливають на поверхню пульпи і створюють пінний шар. Пінний продукт (звичайно концентрат) видаляється пінознімачем 5 (з однієї або двох сторін) і направляється на зневоднення або перечищення. Нефлотований матеріал переміщується у подальшу камеру, де процес флотації продовжується, або видається з кінцевої камери як камерний продукт (звичайно відходи). Рівень пульпи у секціях підтримується шиберами з електроприводом. Направлення зйому пінного продукту на рис. 3.45 а умовно повернено на 90º відносно руху пульпи.

Механічні флотаційні машини застосовуються для флотації пульп звичайної крупності (максимальна крупність до 1 мм при вмісті класу –0,074 мм близько 50 %) у розвинутих схемах флотації, що вимагають регулювання рівня пульпи на малому числі камер. Вони забезпечують безнасосне повернення промпродуктів з попереднього перечищення в наступне. Машини механічного типу застосовуються на збагачувальних фабриках малої виробничої потужності при відсутності повітряного господарства, а також у перечисних операціях і циклах розділення колективних концентратів з відносно невеликими виходами. Механічні флотомашини є найбільш універсальними, тому вони використовуються для збагачення багатьох видів корисних копалин.

Рис. 3.45. – Схеми флотаційних машин:

а – механічної; б – пневмомеханічної; в – пневматичної;

г – пінної сепарації.

1 – камера; 2 – вал; 3 – імпелер; 4 – повітряна труба; 5 – пінознімач; 6 – пустотілий вал; 7 – аератор; 8 – вікно; 9 – повітряна труба;

10 – пориста перегородка; 11 – конічна частина камери; 12 – аератори; 13 – завантажувальний карман; 14 – розвантажувальний карман.

Пневмомеханічна флотаційна машина (рис. 3.45 б) складається з чотири-, шестикамерних секцій і відрізняється від механічної тим, що аератор 7 має призначенням тільки перемішування пульпи зі стисненим повітрям, яке подається по пустотілому валу 6. Аератор диспергує повітря, але не має здатності засмоктування, тому камери сполучаються між собою через отвори 8 у бокових стінках. У пневмомеханічну машину можуть бути включені механічні камери для підсмоктування продуктів і для прийому пульпи (головна камера). Загальний рівень пульпи у машині підтримується порогом, що встановлений в останній камері.

На збагачувальних фабриках великої потужності найчастіше використовуються пневмомеханічні флотаційні машини. Це обумовлено тим, що вони забезпечують вищу швидкість флотації і менші питомі витрати електроенергії в порівнянні з механічними машинами. Крім того, у цих машинах можливе регулювання аерації пульпи в широкому діапазоні (витрати повітря можуть складати до 1,8 м³/хв на 1 м³ пульпи). Пневмомеханічні машини застосовуються при флотації звичайних пульп (до 40 % твердого і близько 50 % класу –0, 074 мм). Установка пневмомеханічних машин доцільна в операціях міжциклової, основної і контрольної флотацій на фабриках великої і середньої виробничої потужності, їх варто також встановлювати в перечисних операціях при великих виходах пінних продуктів. Прямотечійні пневмомеханічні машини рекомендуються для встановлення там, де не потрібне покамерне регулювання рівня пульпи і немає частих повернень промпродуктів. Пневмомеханічні флотомашини знаходять широке використання в основних і контрольних операціях при збагаченні руд кольорових металів та інших корисних копалин.

Пневматична флотаційна машина (рис. 3.45 в) являє собою довгу камеру (ванну) 1 з пористими перегородками 10 у днищі або у бокових стінках. Пористі перегородки виготовляють з тканини, перфорованої ґуми або кераміки. Через пористі перегородки вдувається повітря, що надходить по трубі 9. Крупність повітряних бульбашок і циркуляція пульпи залежать від тиску повітря і розміру отворів використаних перегородок. Вихідна пульпа подається у машину через завантажувальний карман 13 на одному кінці камери, нефлотований матеріал (камерний продукт) видаляється з протилежного кінця через розвантажувальний карман 14. Пінний продукт видаляється самопливом з бортів камери. Пневматичні флотомашини характеризуються простотою конструкції і малими витратами електроенергії, але їх технологічні показники неконкурентоздатні з показниками механічних і пневмомеханічних машин.

Пневматичні флотаційні машини варто встановлювати в основних і контрольних операціях при крупності продуктів менше 0,15 мм і за таких умов: легкої флотованості матеріалу, малої або середньої його густини, простої схеми збагачення і великому виході концентрату. При відсутності зазначених умов перевагу варто віддати механічним або пневмомеханічним машинам.

Машина пінної сепарації (рис. 3.45 г) за способом аерації може бути віднесена до апаратів пневматичного типу. Але від них вона відрізняється тим, що процес розділення гідрофобних і гідрофільних частинок здійснюється подачею пульпи на міцний шар піни, який створюється ґумовими аераторами 12. Гідрофобні частинки утримуються в шарі піни і розвантажуються самопливом або пінознімачами з бортів камери. Гідрофільні частинки під дією сили ваги стікаючої води проходять крізь піну у конічну частину машини 11, звідки розвантажуються через спеціальний затвор.

Машини пінної сепарації застосовуються для збагачення матеріалів крупністю до 3 мм, що в декілька разів перевищує крупність матеріалу, збагачуваного у машинах інших типів. Машини пінної сепарації знаходять все більше застосування при збагаченні сильвіну, фосфоритів, вугілля, марганцевих і інших руд.

Умовні позначки флотаційних машин наведені в табл. 3.9.

Таблиця 3.9 – Умовні позначки флотаційних машин

Літерні позначки	Цифрові позначки
ФМ – флотаційна машина МФУ – машина флотаційна вугільна ФПМ – флотаційна пневмомеханічна машина ФП – флотаційна пневматична машина ФПС – флотаційний пінний сепаратор	V – місткість однієї камери

Нормальне функціонування флотаційного відділення збагачувальної фабрики забезпечується допоміжним обладнанням.