Вопрос 32

Характеристика жидкой и газовой фаз, участвующих во флотационных процессах.

Жидкая фаза.

Действие воды на минералы при флотации многообразно и имеет важное значение, т.к. флотация осуществляется в водной среде, 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

физико-химических свойств минеральной поверхности, проявляющихся в ее смачиваемости. Гидратируемость поверхности минерала влияет на прилипание к нему воздушных пузырьков и чем она значительнее, тем в меньшей степени возможно прилипание, а, следовательно и флотация.

Действие воды на минералы вызывает их частичное растворение. Растворение минералов в воде происходит в том случае, если энергия гидратации превышает энергию кристаллической решетки. Энергия гидратации иона увеличивается с ростом его валентности и уменьшении ионного радиуса. 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 флотации.

Важнейшей особенностью жидкостей является наличие в них сильного межмолекулярного взаимодействия. Эта особенность проявляется наиболее заметно у ассоциированных жидкостей (к ним относится вода). Для молекул подобных жидкостей характерно наличие значительных дипольных моментов, которые усиливают взаимодействие молекул и вызывает образование комплексов, состоящих из нескольких молекул, представляющих своеобразные агрегаты диполей.

Межмолекулярное притяжение у воды усиливается наличием водородной связи между ее молекулами. Некоторая часть молекул воды в каждый момент времени группируется в комплексы определенной величины и пространственной конфигурации на короткое время и по расположению в пространстве воспроизводит кристаллическую структуру льда. Эти образования постоянно возникают и разрушаются под влиянием беспорядочного теплового движения молекул.

Структурные изменения воды связаны с взаимодействием многих физических факторов (температура, давление, воздействие магнитного и ультразвукового поля и др.), и в значительной степени определяются не только разрывом водородных связей, но и возможностью их изгиба, который наступает при энергетических затратах, значительно меньших, чем энергия разрыва водородной связи.

Существенное влияние на структуру воды оказывают присутствующие в ней примеси – ионы (особенно ионы солей жесткости – Ca, Mg) и молекулы. Некоторые из солей (особенно Ca и Mg) вступают во взаимодействие с реагентами (например, с мылами и жирными кислотами), образуя нерастворимые осадки, которые отрицательно влияют на флотацию. Также эти ионы могут воздействовать на флотационные свойства некоторых минералов, повышая их (кварца) и тем, нарушая селективность процесса. Кроме ионов Ca, Mg, K в воде могут присутствовать ионы Cl, сульфат-ионы, силикат - и карбонат – ионы. В некоторых случаях воду перед процессом умягчают.

Нужно учитывать попадание в пульпу продуктов износа металлических деталей и др. аппаратуры и благоприятные условия для окисления этих продуктов с последующим переходом в раствор ионов Fe. Также вместе с рудой на О.Ф. могут поступать продукты разложения органических остатков, имеющихся в почве, их влияние на процесс почти всегда отрицательно.

Значительна роль и гидратации ионов. Растворенные газы сильно влияют на структуру воды. Особенно сильное влияние на физико-химические свойства воды оказывает кислород и углекислота. (см. ниже в газовой фазе.)

Химическая активность дождевой воды заметно повышена в сравнении с обычной, что вызвано более высоким содержанием О₂ и углекислоты.

Газовая фаза.

В воде количество кислорода резко увеличено:

в атмосферном (O₂ ~ 21%, CO₂ ~0,06%), воздух, растворенный 1 раз в воде (O₂ ~35%, CO₂ ~0,23%).

Воздух, растворенный в воде, резко обогащен по сравнению с атмосферным кислородом и углекислым газом. О₂, действуя химически, способен резко изменять химический состав поверхности сульфидов. В результате взаимодействия О₂ (особенно в присутствии воды) на сульфиды, они окисляются и превращаются в сульфаты или другие соединения.

Углекислый газ оказывает влияние на состав поверхности отдельных минералов и ионный состав пульпы: из сульфатов могут образовываться карбонаты. Также изменяет величину рН пульпы.

Газовая фаза в пульпе находится в виде пузырьков.

Газы играют при флотации двоякую роль, вынося подготовленные частицы минералов на поверхность и взаимодействуя с минералами и реагентами.

В объеме воздушных пузырьков кроме воздуха находятся еще и пары воды, которые в следствии их газообразного состояния следует также отнести к одному из компонентов газовой фазы и флотационного процесса. Большое значение для флотации имеет растворимость воздуха в воде, а также понижение растворимости от температуры и давления. Растворимость газов снижается с повышением температуры и повышением давления. В местах перепада давления во флотационных машинах активно выделяются воздушные пузырьки из раствора. На использовании данных пузырьков основано применение энжекторных пневматических флотомашин, методы вакуумной флотации; основанные на выделении растворенного воздуха в виде микропузырьков(весьма перспективны для флотации тонких шламов).