книги из ГПНТБ / Глембоцкий В.А. Флотация учебник

по всему объему пульпы непосредственно на подготовленных к фло­ тации частицах. Процесс выделения газов может тонко регулиро­ ваться пересыщением их раствора в воде пульпы и кинетикой изме­ нения этого пересыщения. Практически пересыщение регулируется понижением давления над пульпой — скоростью падения давления и минимальным его значением. Данные о флотационном разделении

Например, при флотации тонкоизмельченных таконитовых руд вначале тонкоизмельченный материал пептизируется обычными реа­ гентами (жидким стеклом и другими реагентами). Затем подбирают избирательно действующий реагент-флокулянт. В данном случае

197

лучшим реагентом оказался крахмал с разветвленной цепью. После перемешивания с ним сфлокулированные частицы окислов железа осаждаются, а тонкие кремнистые частицы остаются во взвешенном состоянии и удаляются при декантации. Дальнейшая доводка осев­ шего материала осуществляется флотацией с помощью катионного или анионного собирателя.

Данный метод зависит в основном от избирательности действия флокулянтов, поэтому их подбору должно уделяться большое внима­ ние. Это направление весьма перспективно. Например, исследова­ ние различных флокулянтов — полиакриламида, карбоксиметилцеллюлозы, гидролизов анного полиакрилнитрила показали, что только последний является достаточно селективным для некоторых

Если их размер превышает данный предел, то в принятых условиях эти частицы не могут быть сфлотированы. Достигаемый практически верхний предел крупности частиц, извлекаемых в пену при обычной флотации, приведен в табл. 14, где помещены также результаты ори­

раз меньшие, чем это можно было предположить на основании про­ изведенных расчетов. Причина такого расхождения следующая: в расчетах" принималось, что отрывающая сила измеряется только весом частицы в статических условиях, а фактически же отрыв частиц от пузырьков происходит под действием инерционных сил [102]. Пузырек с прилипшими к нему частицами двигается в пульпе, пере­ мешиваемой во флотационных машинах, по весьма неправильным, изогнутым траекториям, ударяясь о твердые детали машины и о дру­ гие пузырьки и частицы, резко меняя скорость и направление дви­ жения. При этом силы отрыва значительно возрастают. В статиче-

1ЭЗ

ских условиях силы отрыва изменяются пропорционально кубу среднего размера частицы (пропорционально ее объему, обусловли­ вающему массу частицы). При наличии же значительных ускорений движения, как это имеет место фактически, отрывающие силы воз­ растают еще в большей мере.

По мере увеличения размеров флотируемых частиц возникает своеобразное противоречие. В то время как прочность слипания частиц с пузырьками увеличивается пропорционально примерно первой степени размера частицы, силы, отрывающие ее от пузырька,

выше которого они не способны удержаться на пузырьке при фло­ тации.

Для подъема крупных частиц в пену нужны очень крупные пу­ зырьки (диаметром более 5 мм), которые крайне неустойчивы и обычно распадаются на более мелкие.

Для флотации очень крупных частиц необходимы следующие условия [106].

1. Максимальная гидрофобизации их поверхности в результате применения повышенных расходов наиболее активных собирателей.

2.Добавление в пульпу практически нерастворимых (аполярных) реагентов, обычно повышающих прочность закрепления частиц на пузырьке.

3.Применение повышенной аэрации пульпы с целью создания условий для групповой флотации крупных частиц несколькими воздушными пузырьками. При этом частица может флотироваться более мелкими устойчивыми пузырьками. Суммарный трехфазный контур прилипания значительно увеличивается, чем снижается удельная (приходящаяся на единицу длины трехфазного контура) сила отрыва. Групповая флотация возможна при высокой аэрации пульпы при повышенном количестве в ней достаточно мелких пузырьков.

Высокая аэрированность пульпы улучшает флотацию крупных частиц и другим «эстафетным» путем: крупные частицы даже при недостаточно прочном прилипании частиц к пузырькам как бы под­ тягиваются вверх поочередно серией всплывающих пузырьков.

Увеличение аэрации пульпы не дожно сопровождаться слишком сильным ее перемешиванием. Это может быть достигнуто: добавочной аэрацией пульпы и применением специальных, успокаивающих пульпу приспособлений и новых конструкций машин.

пенного слоя, а также осторожное удаление пены, сводящееся к минимуму выпадения частиц из пены в пульпу.

Н. В. Матвеенко с помощью уравнения (5а) рассчитал макси­ мальные диаметры частиц, флотируемых одиночными пузырьками

199

при различных ускорениях отрыва (у машин типа «Механобр» они колеблются в пределах 100—340 м/с 2 ) [134].

Результаты этих расчетов приведены на рис. 61 .

Максимальное ускорение движения частиц во флотационных машинах импеллерного типа на периферии импеллера уменьшает верхний предел крупности флотируемых частиц в 5—6 раз сильнее, чем действие силы тяжести. Эти расчеты количественно подтвердили качественные зависимости, высказанные ранее [106]. Кроме того,

из 4 5

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 Максимапьньш диаметр флотируемых частиц. dKp, мм

Рис. 61. Относительная максимальная крупность флотируемых частиц при раз­ личных ускорениях (м/с2) их отрыва от пузырька. В диапазоне углов смачивания 90—60? максимальные диаметры флотирующих частиц постепенно снижаются до 0,93 табличных значений. Заштрихована область действия механических флотационных машин стандартного ряда. Расчет по уравнению

показано, что смачиваемость водой играет меньшую роль в определе­ нии верхнего предела крупности флотируемых частиц. Главное зна­ чение имеют их масса и интенсивность перемешивания.

Если бы минерализованные пузырьки имели при флотации уско­ рение, равное g, то максимальная крупность флотируемых частиц возросла бы в несколько раз (табл. 15).

Конструктивная реализация перечисленных принципов повыше­ ния крупности флотируемых частиц может быть весьма различной. Например, с помощью спокойных восходящих аэрированных пото­ ков пульпы удалось в 3—5 раз увеличить верхний предел крупности флотируемых частиц сильвинита, фосфорита и серы [134, 138, 155].

200

Т а б л и ц а 15

Крупность флотируемых частиц при различных ускорениях потоков аэрированной пульпы

Все приведенные выше положения справедливы для обычного при флотации случая минерализации пузырьков в пульпе. Прин­ ципиально иной метод был впервые предложен и обоснован В. А. Ма­ линовским [131]. В этом случае подготовленная к флотации пульпа подается на поверхность пенного слоя и селективность разделения частиц является результатом вымывания из пены недостаточно гидрофобизированных частиц. В пенном слое крупные частицы удерживаются лучше [106, 107] ввиду большей развитости трехфаз­ ного контакта и сведения к минимуму отрывающих сил.

При пенной сепарации очень резко возрастает крупность флоти­ руемых частиц. Этот метод уже нашел в дальнейшем различное кон­ структивное воплощение в Советском Союзе [ИЗ, 155] и за рубежом.

Экспериментально установлено, что при пенной сепарации успеш­ но флотируются зерна сильвинита размером до 4 мм, фосфорита — до 1,5—2 мм, арсенопирита — до 3 мм, алмаза — до 2 мм и угля до 6 мм [113, 155]. Этот метод весьма перспективен и находится в ста­ дии быстрого развития.

§ 7. Скорость и селективность флотации

Определение скорости и селективности флотации необходимо для оценки технологии процесса.

Скорость флотации характеризуется на практике временем, необходимым для достижения определенного извлечения, или нагрузкой на 1 м 3 полезного объема флотационных машин. В лабо­ раториях определяют скорость флотации на основании результатов дробной флотации, при которой пенный продукт снимается отдель­ ными порциями в течение равных отрезков времени в отдельные сосуды и затем определяется вес полученных порций концентрата и

201

содержание в них флотируемого материала. Математический анализ полученных таким путем данных может быть весьма различен.

Наиболее распространен метод расчета, разработанный К. Ф. Белоглазовым [7] . Если принять за п число частиц, подлежащих фло­ тации, находящихся в исходной пульпе, а за х — число этих час­ тиц, перешедших в пенный продукт к моменту времени t, то к этому времени в пульпе будет оставаться п — х частиц.

При прохождении сквозь пульпу в единицу времени N пузырь­ ков за время dt пройдет Ndt пузырьков и сфлотируется dx частиц.

Число столкновений частиц с пузырьками за время dt будет пропорционально N (п — х) dt. Обозначив вероятность устойчивого закрепления частиц на пузырьках через ф з а к р и учтя все другие обстоятельства, влияющие на флотацию (флотационную активность поверхности частиц, условия удаления пены и д. п.), можно следую­

О

Величина I n может быть названа коэффициентом удельной

скорости флотации. Его величина не зависит от того, сколько частиц минерала было сфлотировано за время, предшествующее рассматри­ ваемому.

Кривые изменения коэффициента удельной скорости флотации,

дробной флотации, могут иметь три принципиально отличные формы (рис. 62). Прямолинейная зависимость (кривая 1) свидетельствует о том, что флотация протекает все время с постоянной скоростью. Выпуклая форма кривой 2 свидетельствует об уменьшении скорости флотации к концу процесса. Это может быть следствием удаления из пульпы в первые минуты более легкофлотируемых зерен, умень­ шения концентрации реагентов в пульпе. Вогнутая форма кривой 3 показывает, что к концу флотации ее скорость возрастает, причиной этого может быть выведение тонких шламов из пульпы в первые

202

минуты флотации, повышение извлечения за счет более длительного контактирования минералов с реагентами, улучшение аэрации пульпы в последних камерах флотационной машины.

Формула (6) получена для условий свободной флотации (при избытке пузырьков и относительной незагруженности их поверх­ ности частицы занимают при этом не более 15—20% поверхности пузырьков).

Общее уравнение скорости флотации, принятое Арбайтером по аналогии с химическими реакциями, подчиняющимися закону боль­ ших чисел, и выведенное В. И. Мел­ ких на этой же основе имеет вид

фановым для характеристики скорости флотации и представляет

среднюю скорость флотации за время t.

Показатель степени п уравнения (8) изменяется от 1 до 6. Таким образом, уравнение (9) имеет частную, хотя и распространенную

флотации наиболее приемлем индекс селективности л, рассчитан­ ный по отношению коэффициентов удельной скорости флотации:

где е и е 4 — извлечение в пенный продукт одного и другого ком­ понента.

Зависимость скорости и селективности флотации от отдель­ ных факторов подробно рассмотрена С. И. Митрофановым [142].

203

В практике чаще всего замедление флотации уменьшением аэрации пульпы повышает избирательность флотации. К этому же приводит порционная (частями) подача собирателя, применение избирательно действующих регуляторов.

Г л а в а I I I

ФЛОТАЦИОННЫЕ ПЕНЫ

§1 • Свойства пен и их значение при флотации

Флотационная пена должна обладать следующими свойствами 1 : удерживать всплывшие с пузырьками частицы флотируемых минералов. Опытами установлено, что значительная часть флотиро­ ванного материала (около половины) выпадает из пены обратно в пульпу, в результате чего резко замедляется флотация и сни­

жается извлечение [130].

В пене должно происходить дополнительное обогащение концен­ трата вследствие избирательного выпадения частиц пустой породы

чае будут затруднения при сгущении и фильтрации пенных продук­ тов. Эффективность перечистных флотации заметно снижается при неполном разрушении поступающей в эти операции пены.

Лучшее использование пены и регулирование ее свойств при флотации осуществляются совместным изменением физических и физико-химических условий.

К физическим факторам, определяющим технологические свой­ ства пены, относятся толщина пенного слоя, скорость и способ уда­ ления пены из флотационной камеры, количество и дисперсность пузырьков и минеральных частиц, поступающих из пульпы в пену, и, наконец, интенсивность движения пульпы в подпенном слое.

К физико-химическим факторам относятся изменения реагентного режима, влияющие на устойчивость жидких прослоек, разделя­ ющих пузырьки, и на прочность прилипания к ним минеральных частиц.

Все эти факторы должны быть тщательно подобраны с обязатель­ ным учетом их взаимосвязи.

§ 2. Строение флотационных пен

Флотационные, пены состоят из пузырьков воздуха, разграничен­ ных прослойками воды. К поверхности пузырьков прилипают одной или несколькими гранями минеральные частицы, находящиеся в этих

1 В Советском Союзе основные исследования строения и свойств пен прове­ дены П. А. Ребиндером [191, 194, 195] и Г. О. Ерчиковским [78].

204

прослойках. Некоторые частицы (пустая порода, мельчайшие шламо­ вые частицы) находятся в водных прослойках.

При флотации получаются пены различного строения. По этому признаку флотационные пены делятся на три основных типа: пленоч- но-структурные, агрегатные и пленочные (рис. 63).

Пленочно-структурные пены встречаются при флотации наиболее часто и главным образом при обогащении частиц обычной флотацион­ ной крупности. Строение этих пен отличается следующими особен­ ностями:

Рис. 63. Строение пенного слоя:

а — пленочно-структурная пена; б — агрегатная пена; в — пленочная пена

крупность пузырьков воздуха в верхних слоях пены больше, чем

внижних;

толщина прослоек воды, разделяющих пузырьки воздуха в пене, уменьшается по мере приближения к поверхности пены;

в нижних слоях. Устойчивость этих пен изменяется в широких пределах, подвижность их весьма значительна.

Агрегатные пены состоят из относительно крупных частиц, устой­ чиво скрепленных множеством пузырьков воздуха. Размеры послед­ них — меньшие, чем у пленочно-структурных пен, хотя и наблю­ дается аналогичное распределение пузырьков разных размеров по высоте. Пены содержат относительно небольшое количество воды и

205

являются достаточно устойчивыми, но при падении в желоб легко разрушаются с характерным шелестом.

Пленочные пены очень схожи с агрегатными, но имеют неболь­ шую толщину, равную размерам всего нескольких частиц. Мине­ ральные частицы, составляющие пленочные пены, очень крупные, небольшой плотности и обычно сильногидрофобные.

Некоторое представление о строении и технологических свой­ ствах пены можно получить, наблюдая ее поверхность. Хорошая пена обычно состоит из достаточно мелких, минерализованных пу­ зырьков воздуха, разрушающихся на поверхности пены без образо­ вания больших (^>5 см) пузырей с вязкой оболочкой. Такая пена должна отличаться большой подвижностью и не обладать чрезмер­ ной вязкостью. Если при флотации образуется сухая пена, состоя­ щая из чрезмерно минерализованных мелких пузырьков, то эти пузырьки становятся очень устойчивыми. Дополнительное обогаще­ ние концентрата в такой пене происходит плохо.

Иногда наблюдается появление над поверхностью пены брызг, что свидетельствует о чрезмерной хрупкости (неустойчивости) пены чаще всего вследствие избыточной концентрации пенообразователей. Такая пена обычно мало нагружена и свидетельствует о неудовлет­ ворительно подобранном реагентном режиме.

Своеобразным признаком, характеризующим хорошую флотацию, является появление на поверхности пены пузырьков размером 1 — 3 см, частично покрытых пленкой минеральных частиц, так что на верхушках пузырьков остаются свободные участки.

По внешнему виду пены (ее строению, минерализации, цвету) можно довольно правильно судить о степени отрегулированности флотационного процесса. Поэтому при регулировке процесса необ­ ходимо запомнить, какой пене соответствует получение лучших

Устойчивость флотационных пен определяет их основные техно­ логические свойства. В процессе отстаивания пена обычно частично разрушается, теряя при этом значительную долю минеральных

чем извлечение. Это показывает, что в первую очередь из пены выпа­ дают частицы пустой породы.

Элементарным актом разрушения пены является слияние соста­ вляющих пену пузырьков друг с другом. Такое слияние происходит после значительного утончения прослоек воды, разделяющих пузырьки, при отсутствии у них достаточной устойчивости.

206