Vn должна быть больше сил инерции Fi, противодействующих

подъему;

плотность бп минерализованного пузырька должна быть

меньше плотности бж пульпы, так как иначе он не будет всплы- ·

вать;

скорость v подъема минерализованных пузырьков должна

быть оптималыюй и равной по данным практики (5+ 15) Х

. 57

Х 10 ··² м/с. При меньшей скорости пузырьки не успевают всплы­

вать на поверхность пульпы и большая их часть переходит

в хвосты. Более высокие скорости подъема· минерализованных

пузырьков требуют получения крупных пузырьков, что связано

• уменьшением поверхности раз~ела жидкость- газ и вероят­

ности флотации.

По первому условию минимальный необходимый размер ми­

нерализованного пузырька определяется из условия равенства

между подъемной силой Fa пузырька, равной весу вытесненной жидкости,- и силой инерции Fi частицы:

Vпбже>- kd3 (c\- бж)С.	(3.16)
Выражая объем пузырька через его диаметр D
Vn = nD3/6	(3.17)

и подставляя поJ1ученное выражение для Vп в уравнение (3.16), ·

находим

D >-d .;t6=k,..-";C:-:-(с\"---:б,....-,ж),....,./(:-n--сgб:-ж~).

Результаты расчетов в диапазоне ускорений С от g до 30g

для частиц минералов с критической крупностью и плртностью

~т=(3,5+17,5)·10З кг·м-³ дают диаметр пузырьков D=2,2+ -:-1 мм. Для всплывания с несколькими частицами нужны бо­

лее крупные пузырьки.

По второму условию необходимо, чтобы
бп = Qп/V п<бж,	(3.18)

где Qп- вес минерализованного пузырька, практически равный весу частиц, закрепившихся на пузырьке. Объем закрепившихся

частиц можно найти' как произведение значений площади пу­

зырька nD² , занятой частицами, и средней тоJ1щины слоя ча­ стиц, равной-среднему диаметру частиц d. Поэтому вес минера­ лизоваиного пузырька, если пренебречь весом воздуха, будет

равен
Qп = nD2dбтa,	( 3.19)

где а- коэффициент минерализации пузырьков, характеризу­

ющий отношение площади поверхности пузырька, покрытой

минеральными частицами, к площади его поверхности и рав­

ный 0,03-0,3.

Подставляя в уравнение (3.18) Qп из уравнения (3.19) и Vп из уравнения (3.17), получаем

бп = 6а.dбт1D<бж,

откуда
D>6а.dбт1бж.	(3.20)
Результаты расчетов по формуле (3.20)	при ~т=7,5 · 103 кг·

·м-з, d=0,05 мм, 6ж=1,2·10³ кг·м-3 и ·а=0,15 показывают, что

диаметр пузырьков не должен быть меньше 0,28 мм.

58

Определим теперь ·размер. воздушного пузырька, исходя из третьего условИя, предусматриваЮщеrо оnтимальную скорость

~одъема минерали·зованного пузырька {v= (5+ 15)· 10-² м/с].

Скорость подъема пузырька в ·жидкости можно вычислить по формуле Аллена .

(3.

где J.L- вязкость пульпы. Допуская, что вязкость пульпы равна

вязкости воды (0,001 Па· с) и подставляя в уравнение (3.21)

значение f>п=баdбт/D, получаем уравнение д.1я опредеJiения

диаметра пузырька по заданной скорости его подъема

(3.22)

Результаты расчетов по уравнению (3.22) для тех же зна­ чений а, d, 6ж, бт, что и в предыдущем случае, показывают, что nри v==5 ·10-² м/с D=0,6 мм, а при v= 15 • 10-² м/с D= 1,27 мм.

Таким образом, минимальный размер транспортирующих

пузырьков при флотации зерен обычной крупности должен

быть не менее 0,6 мм, а при ф.'Iотации зерен критической круп­ ности- не менее 1-2 мм. Однако СJiедует учитывать, что по ре­ зультатам исследований И. Свен-Ни.1ьсона и В. И. Классена [7, 15] очень мелкие пузырьки, закрепляясь на поверхности фJютируемых частиц, активируют их прилипание к более круп­

ным пузырькам, имеющим достаточную подъемную сиду и тем

самым повышают их скорость флотации. Причиной этого явля­ ются как увеличение показателя флотируемости [см. уравнение (2.13)], так и повышение эффективности прорыва гидратной

nрослойки между пузырьком и частицей при наличии на ее по­

верхности тонких пузырьков газа, играющих роль гидрофобных выступов. Поэтому желательно одновременное присутствие

в пульпе как очень мелких, например выделЯ:ющихся из рас­

твора (для активации), так и крупных транспортирующих пу­

зырьков.

Бо.1ьшое влияние на скорость флотации оказывает соотно­

·nение размеров пузырьков и частиц. Поверхность, изобража­

ощая экспериментально полученную зависимость кинетической константы К флотации от крупности угольных частиц и пузырь­ ков имеет область экстремумое (рис. 3.10).

Все кривые К= f (d) в плоскостЯх, соответствующих опреде­

ленному размеру пузырька (Di=const), асимметричны, что свя­ зано с постепенным уменьшением значения К при увеличении ·

крупности частиц и резким спадом его при уменьшении размера

·частиц ниже .оптимального. Максимальный размер dнр уголь­ ных частиц при К-+0 можно оценить по уравнению (3.15), а ми­ нимальный их размер dm1п- по уравнению (3.8).

При увеличении пузырьков на кривых K=f(D) в плоско­ стях, соответствующих определенному размеру частицы (di=

59

Рис. 3.1 О. Зависимость кинетической конс:ганты К ф.ютации от крупности d

угоЛьных частиц и D пузырьков воздуха (но Ю. Б. Рубинштейну)

=const), набJ1юдается монотонное уменьшение значений К.

Причем влияние размера пузырьков на флотируемость уголь­ ных частиц разпой крупности различно и проявляется наиболее

сильно для средних к"1ассов крупности (см. рис. 3.10). Можно

полагать, что самая высокая эффективность мелких пузырьков

при флотации· частиц раз"1ичной крупности связана с боJ1ьшей

вероятностью столкновения их с частицами, а также с разви­

той поверхностью раздеJ1а жидкость- газ и с увеличением вре­

мени их пребывания в объеме пульпы из-за меньшей скорости подъема. Только при уменьшении крупности пузырьков ниже

допустимого предела, когда их подъемная сила становится не­

достаточной д"1я транспортировки частиц, наб.ТJюдается резкое падение их активности. Минимальный размер пузырьков при

этом можно оценить с учетом оптимальной скорости их

подъема по уравнению (3.22).

· Сопоставление значений скорости подъема пузырьков с эф­

фективностью их минерализации показывает коррелирован-

60

вость этих параметров. При увеличении. скорости подъема пу­

зырька (при увеличении его размера) сверх оптимальной

[(5-15)·10-² м/с] эффективность извлечения угольных частиц

всех классов крупности уменьшается.

С увеличением интенсивности перемешивання до определен­

ного предела при флотации тонких частиц мелкими пузырь­

ками скорость флотации может увеличиваться, тогда как при

флотации крупных частиц во всех случаях скорость флотации

уменьшается при любом увеличении интенсивности перемеши­

вания.

. · Уменьшение эффективности флотации при увеличении отно­ сительной скорости движения пузырька (например, вследствие увеличения его размера) и частицы (например, при увеличе­ нии интенсивности перемешивания пульпы) сверх критического

значения согласуется с уменьшением ~ероятности закрепления

из-за избытка кинетической энергии частицы, приводящего

к отрыву ее или упругому соударению с последующим отскаки­

ванием от пузырька. Поэтому крупные частицы (d>0,4 мм для угля и d>0,1 мм для минералов цветных металлов) гораздо

.лучше флотируются при прямоточном режиме движения ча­

стиц и nузырьков в пульпе (характеризующимся резким умень­ шением относительной скорости их движения), чем при проти­ воточном. Этому способствует также то, что при движении сус­

nензии снизу вверх крупные частицы движутся медленнее

nотока и время пребывания их в камере увеличивается. Однако уменьшение времени пребывания пузырьков в камере и соот­

ветственно времени минерализации и числа столкновений ча­

стиц с пузырьком при прямоточном движении твердой и _газо­

образной фаз вызывает в результате понижение флотируемо­ сти более мелких классов. Все это приводит к необходимости -обеспечения различных аэродинамических режимов и разного

времени нахождения крупных и мелких частиц при флотации

{37]. Решение данных задач может быть связано как с созда­

нием в одном аппарате потоков двух направлений, так и с раз­

делением исходного материала на песковую и шламовую фрак­

.ции с последующей раздельной флотацией их в машинах или

·.аппаратах специальной К<?Нструкции.

3.8. Характеристика nроцесса nенно~ сеnарации м сиn,

.деkтву10щих на частицу в nенном cnoe

При пешюй сепарации пульпа или раствор, содержащие разнообразные гидрофобные, гидрофобизированные и гидро­ фиJiьныс частицы, а также поверхностно-активные вещества,

.поступают на подготовленную любым способом пену сверху.

Гидрофобные и гидрофобизированные частицы и поверхностно­

.активные вещества концентрируются в верхних слоях пены,

.а гидрофИJiьные частицы удаляются из пены потоками жид­

кости, постуnающей на пену с пульпой [20].

61

Такой принцип осуществлени~ флотации отличается от

рбычной пенной флотации исключительно благоприятными ус ..

ловиями для быстрого образования комплексов гидрофобная

частица - воздушный пузырек.

Это обусловлено, во-пе~вых, высокой вероятностью Wc

столкновения пузырьков с частицами при подаче пульпы на

поверхность сплошнего слоя пены.

Во-вторых, в условиях встречного движения воздушных пу­

зырьков вверх, а частиц вниз, когда пульпа как бы фильтру­

ется через пену, в ней создаются исключительно благоприят­

ные условия для необходимого времени контакта между гидро­

фобными, частицами и воздушными пузырьками и тем самым обеспечивается высокая вероятность Wаакр закрепления частиц

на пузырьках.

Высоким значениям вероятностей столкновения и закреп­ ления частиц на пузырьках способствует также более развИ­

тая, чем при обычной венной флотации, поверхность, на кото­

рой могут . закрепляться гидрофобные частицы. Они могут

закрепляться не только на внешней поверхности пены, внутрен­

ней и внешней поверхностях пузырьков, но и на высокоразви­ той поверхности гидрофобных частиц и веЩеств, уже ранее за­ крепившихся на воздушных пузырьках. Следовательно, при

ленной сепарации наблюдаются явления, на которых основана

не только пенная, но и пленочная, масляная флотация, а также флотация твердой стенкой. При этом создаются условия д.1я

аэрофлокулярной и групповой флотации, возрастает вероят­ ность флотации крупных и труднофлотируемых зерен.

Почти полное отсутствие центробежных сил, стремящихся

оторвать гидрофобную частицу от пузырька в пене, в свою оче­

редь, обеспечивает высокое значение вероятности Wcoxp сохра­

нения закрепившихся частиц на поверхности пены, пузырьков.

гидрофобных частиц и веществ.

Время разделения минеральных зерен в пенном слое опре­

деляется скоростью выпадения из пепы гидрофильных частиц. причем крупные частицы выпадают за 1-2 с, а мел~ие- за 7-10 с [20, 46]. Быстрое извлечение (в течение неско"1ьких се­ кунд) из поступающей на пену пульпы гидрофобных частиц и

отсутствие заметного разрушения флотационных комплексов в пене под действием динамических сил обеспечивают высокуl()

вероятность w₁ удержания частиц в слое пены.

Схема, иллюстрирующая особенности пелной сепарации по сравнению с флотацией из объема пульпы, приведена на

рис. 3.11.

Пенная сепарация обладает рядом преимуществ по отноше­

нию к обычной певной флотации из объема пульпы. К ним

относятся [20, 21, 46]:

возможность извлечения из. пульп крупнозернистых гидро­

фобных частиц. Максимальная крупность успешно флотируе­ мых зерен при ленной сепарации возрастает, например, для:

62

--1 Иuнииальнан.	~	--j1	,~	8/ilcoкuti кnil	1-
		0mcgmcmlul!'
iJIJHUHIJЧHOC/116		/J/1/pw//QIOЩIJZ сил		НIIШIJH

flalaчa	Omcgmcm8al!' flllин·	....	flOЧ/1/U ЛOIINOf'	OmcgmcmBue ptD-
"fе'н":ь~и."а t-1-	нан npeiltльнo и~r		l/тcgтcm61/t	рgшенин l/lllllmo-
	NCpa111i.106aNH6IX		тренин иг:xcilg .	..,кfll'tnм11Cti6.1a
cлoti	ng.1ырька6		wzcmuqaнu	счет iluнaмiJW!C-
				KUZ сил
	ДIIIJIIICЛ6НW /fOH-			nочти	полное
				отсgтстВие ua-
	такт wtCII/fJЦ с			ие~ttни" c6oucm6
-	11!J361p6KDHU
				noleprнocmu WIC-
				П71JЦ 6	Лl''IНОН

слое

Споеооность

Лl'N61 gilep.жu-

_~ 6ать крg_пньtс

гuiJpoфOiнl'"

3/!PHII

~·86/CO/fUR CI(O- ~

рость pa.1tk-

1/I!HIJR

Рис. 3.11. Особенности ус.1овий пенной сепарации (по О. М. К.наусу, Р. И. Гуревичу, Ю. П. Уварову и Е. Н. Никитину)

.

СИJIЬВИНа ДО 4 ММ, ДJ\Я фосфорита ДО 1,5 ММ, ДJIЯ уrи1Я ДО }0 -

13 мм, д.1я марганцевых и су.1ьфидных минералов до 2 мм, т. е.

она в 5-7 раз бо.1ьше, чем nри nешюй флотации из объема

nу.1ЫIЫ; .

резкое сокращение времени флотационного разделения ги­

дрофобных и гидрофильных частиц, что оnреде.1яет большую

производительность машин nенной сеnарации и позволяет пре­

дотвратить nротекание некоторых нежелательных	реакций
в nульпе во время флотации;	.
отсутствие необходимости во взвешивании частиц в	пульпе,

-что значитс.1ыю сокращает энергозатраты по сравнению с Ф•1О-

-тацией из объема п.уJiьгiы и уменьшает истирание зерен хруп-

ких минералов при флотации;

возможность извJiечения гидрофобных частиц при .1юбом

разбавлении пульnы (от T:Ж=l:l до T:Ж=l:lOO и более).

Пенная сепарация начинает находить nрименение при обо­ гащении различных полезных ископаемых. Учитывая отмечен­ ные особенности, в nервую очередь цеJiесообразно ее примене­

'НИе при обогащении крупнозернистых матерйалов, в межцикло­ вой флотации, при обогащении очень разбавленных или очень·

плотных пу.1ьп, для получения грубых концентратов. Широ-