книги из ГПНТБ / Глембоцкий В.А. Флотация учебник

На рис. 106, а изображена простая схема флотации, состоящая из основной, контрольной и перечистной операции, которые должны быть осуществлены в десяти камерах машины механического типа «Механобр». При этом для основной флотации требуется пять, для перечистной флотации три и для контрольной флотации — две ка­ меры. Конструкция машины обусловливает перемещение пульпы из камеры в камеру слева направо. На рис. 106, б'операции флотации размещены во флотационной машине по порядку. Камерный продукт основной флотации самотеком поступает в контрольную флотацию.

Рис. 106. Пример распределения операций флотации в десятикамерной флота­ ционной машине механического типа:

а. — схема флотации; б — неправильное распределение; в — правильное распределение

Пенный продукт также самотеком поступает в перечистную. Однако камерный продукт перечистной флотации выходит на таком большом расстоянии от первой камеры основной флотации, что уже не может поступать туда самотеком; для подачи этого продукта в начало цикла флотации приходится ставить специальный насос. Этого можно из­ бежать, если разместить операции флотации так, как это показано на рис. 106, в. Здесь камерные продукты перечистной и основной флотации перемещаются вдоль машины самотеком. Пенные же про­ дукты основной и контрольной флотации могут также передаваться самотеком, так как выходная труба желоба должна находиться выше приемного патрубка блока импеллера, а расстояние между ними от­ носительно невелико. Следует иметь в виду, что трубы, по которым пенный продукт поступает из желоба в патрубок блока импеллера, должны иметь некоторый уклон, так как всасывающее действие им­ пеллера при перекачке пены проявляется слабее, чем при перекачке пульпы.

283

Концентрат

Рис. 107. Распределение операций флотации с большим числом перечисток в десятикамерной флотационной машине механического типа:

в — схема флотации; б неправильное распределение; в — правильное распределение

При компоновке и размещении флотационных схем следует учи­ тывать возможность известной экономии высоты подачи пульпы применением желобов с уклоном в одну сторону.

Еще нагляднее проявляется необходимость максимального ис­ пользования передачи промежуточных продуктов при перемещении пульпы вдоль флотацион­ ной машины при примецении схем с большим чи­ слом очистных операций (рис. 107, а). При не­ правильном расположе­ нии операций флотации (рис. 107, б) приходится устанавливать большое число насосов, что оказы­ вается излишним при правильном размещении операций флотации (рис.

107, в).

При применении флотационных машин пневматического типа осуществление более или менее сложных схем становится весьма затруднительным, поскольку эти машины (корытного типа) не де­ лятся на небольшие камеры и не способны засасывать промежуточ­ ные продукты. В качестве примера на рис. 108 изображено размеще­ ние операций схемы флотации, показанной на рис. 106, а. Из схемы видно, что даже при правильном решении не удается обойтись без дополнительного насоса.

Флотационное отделение обычно является одним из наиболее важных звеньев обогатительной фабрики, тесно связанным с другими ее отделениями.

Перед пуском флотационного отделения приводятся в действие все аппараты, насосы, сгустители (если они также были остановлены, что бывает редко), в которые будут поступать продукты флотации. Пуск этих аппаратов обычно осуществляется, начиная с конца схемы цепи аппаратов. Регулировку реагентных питателей лучше всего проводить во время остановки фабрики. При этом реагенты не должны поступать в процесс, их следует направить временно в специальные бачки.

Затем следует пустить насосы, подающие пульпу на флотацию, в контактные чаны и флотационные машины, и лишь потом присту­ пить к пуску отделения измельчения (сначала классификаторов и

285

РАЗДЕ." ШЕСТОЙ

ПРАКТИКА ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Г л а в а I

ФЛОТАЦИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

САПОЛЯРНЫМИ НЕСУЛЬФИДНЫМИ МИНЕРАЛАМИ

Кископаемым данной группы относятся каменные угли, графит,

самородная сера и тальк. Их флотационные свойства определяются

восновном высокой естественной гидрофобностью поверхности

частиц. Краевые углы смачивания этих минералов колеблются в пределах 50—90°. Другими, менее значимыми для флотации свой­ ствами являются относительно небольшая плотность и незначитель­

Все эти свойства аполярных несульфидных минералов обуслов­ ливают следующие особенности их флотации.

1. Высокая природная гидрофобность позволяет осуществлять флотацию.при сравнительно простом реагентном режиме с приме­ нением пенообразователей и малорастворимых в воде реагентов — масел.

2. Большая прочность прилипания аполярных несульфидных минералов к воздушным пузырькам наряду с небольшой плот­ ностью позволяет флотировать сравнительно крупные их частицы.

3. Образование значительного количества тонких шламов при добыче и измельчении может в отдельных случаях осложнять фло­ тацию.

287

§ 1. Флотация каменных углей

Флотация является в настоящее время единственным эффектив­ ным методом обогащения мелких классов шлама и пыли каменных углей. Широкое промышленное развитие флотации углей обусло­ влено рядом причин: значительным увеличением масштабов углеобо­ гащения, усиливающейся необходимостью использования для выжига кокса мелких классов углей и, главное, резким возрастанием содер­

углей для разделения сростков приходится довольно мелко их дро­ бить, чем дополнительно увеличивается количество мелких классов.

Содержание класса < 1 мм резко возрасло: по отдельным фабрикам с 25—30% в 1958 г. до 40—50% в 1963 г. В связи с вводом в эксплу­ атацию более зольных пластов общая зольность каменных углей за последнее семилетие повысилась.

По сравнению с другими методами обогащения флотация угля является молодым методом. Впервые флотация угля была осуществле­ на в Испании в 1920 г. В тридцатых годах в Европе действовало около 50 установок.

Первая небольшая флотационная установка была изучена у нас в 1935 г. (на Ново-Енакиевской фабрике). Флотация угля резко воз­

Флотационные свойства углей зависят, от их минералого-петро- графического состава, от степени окисленности поверхности зерен и от характера (состава и дисперсности) включений пустой породы.

Минералого-петрографическая характеристика каменных углей отличается большой сложностью. По макро-петрографическим при­ знакам угли, согласно распространенной классификации, делятся на четыре типа (ингредиента): сверхблестящий, блестящий, матовый и матовый сажистый. Блестящие типы обладают высокой флотацион­ ной активностью и содержат относительно мало посторонних мине­ ральных включений. Матовые угли при прочих равных условиях флотируются хуже. Они (особенно фюзенит) обычно содержат боль­ шое количество тонкодисперсных включений пустой породы и, пере­ ходя в концентрат, значительно повышают содержание в нем серы и золы. Присутствие значительных количеств матовых типов резко ухудшает спекающие свойства концентрата.

Степень природной гидрофобности углей значительно зависит также от их метаморфизма (от того, какой стадии достигли процессы превращения органических веществ, составляющих уголь). В при­ роде с течением времени в углях осуществляются два основных про­ цесса, влияющих на флотационные свойства углей в противополож­ ных направлениях. Во-первых, происходит обуглероживание (кар-

288

t

бонизация) органического вещества и упорядочение его кристалли­ ческой структуры. Эти процессы повышают природную гидрофобность углей. Во-вторых, происходит окисление органического ве­

II

(—С—ОН) групп, активно взаимодействующих с водой и гидрофилизирующих поверхность углей. Поэтому максимальной гидрофоб­ ностью отличаются угли некоторо'й средней степени метаморфизма (коксовые и паровично-жирные). Однако и угли других марок имеют значительную природную гидрофобность (табл. 29).

Т а б л и ц а 29

Краевые углы смачивания углей разной степени метаморфизма и некоторых видов породы (по данным М. Г. Ельяшевич)*

* Измерения проводились нанесением капли.

Большое значение для флотационных свойств каменных углей имеет степень окисленности поверхности их частиц. Поверхностное окисление происходит сравнительно быстро и приводит к значитель­ ной гидрофилизации угля. Наибольшей окисленностью обладают угли, флотирующиеся на Томусинской фабрике (Кузбасс).

По сравнению с другими минералами ископаемые угли обладают очень высокой пористостью. Так, 1 г угля средней стадии метамор­ физма имеет поры с общей поверхностью 150—170 м 2 (вместо 5— 10 м 2 , обычных для рудных минералов). Эти поры очень мелкие. Около 8 0 % их имеют диаметр менее 10 мк. Эта особенность обусло­ вливает повышенную адсорбционную активность углей.

Флотационные свойства углей зависят от свойств неорганических минеральных примесей, содержащихся в них, от состава, количества и дисперсности включений минералов пустой породы (табл. 30).

Значительная часть примесей попадает в угли из вмещающих пород и прослойков — глин, песчаников и (реже) известняков. Глины в воде размокают, переходя в тонкодисперсные шламы. В результате вторичного отвердения глины переходят в аргиллиты

Т а б л и ц а 30

Классификация минеральных примесей в углях по их флотационным свойствам (по В. И. Классену)

Группа Представители Основные свойства, влияющие на флотацию

ляются от него флотацией

и теряют способность к размоканию. Часть же минеральных примесей образует тонкодисперсные включения в угле, которые практически не отделяются от него при измельчении.

Кроме этих примесей, называющихся «внешними», в углях име­ ются так называемые внутренние минеральные примеси, происходя­ щие из растительного материала, образовавшего уголь. Они настоль­ ко тесно связаны с органической массой углей, что не обнаруживаются под микроскопом. Количество таких минеральных примесей в углях колеблется обычно в пределах 1 — 2 % .

Минеральные примеси в углях в той или иной мере пропитаны углистым веществом (гумифицированы), что повышает флотационную активность минералов пустой породы и существенно затрудняет их отделение от угля. Например, углистый сланец, состоящий из тонко­ чешуйчатых глинистых частиц, густо пропитанных гумусовым ве­ ществом, имеет большой краевой угол смачивания.

Доказано, что флотация углей осуществляется с максимальной эффективностью при сочетании двух типов реагентов: поверхност­ но-активных веществ с гетерополярным строением молекул и мало­ растворимых в воде аполярных веществ.

290

Гидрофобизации является следствием ориентированной адсорб­ ции молекул реагентов на угле с закреплением полярной группы, по-видимому, с помощью водородных связей [1101;

улучшают эмульгирование аполярных реагентов; пептизируют тонкие шламы, особенно глинистые.

Эффективность действия данных реагентов зависит от характе­ ристик основных групп (табл. 31). Пока лучшие результаты полу­ чены с реагентами, имеющими в качестве полярной группы гидроксил. « При этом отмечается и лучшая пептизация тонких глинистых шламов. Гидроксилыюй полярной группой обладают пенореагент, синтети­ ческие спирты, кубовые остатки производства бутилового спирта, метилизобутилкарбинол. Аполярный радикал молекул этих реаген­ тов должен иметь оптимальную характеристику, соответствующую наибольшей поверхностной активности реагента. При применении алифатических радикалов они должны содержать 6—8 углеводород­ ных групп. Разветвление радикалов обычно усиливает их гидрофобизирующее действие.

А п о л я р н ы е р е а г е н т ы действуют находясь в капель­ ном состоянии. Они гидрофобизируют поверхность угля, повышают прочность закрепления его частиц на пузырьках. Эти реагенты обладают сильным, обычно селективным собирательным действием.

Действие аполярных реагентов зависит от их химического соста­ ва. Их флотационная активность тем выше, чем больше содери*ание углеводородов, обладающих^'высокой адсорбционной способностью (непредельных соединений, ароматических углеводородов). Изопарафиновые, нафтеновые и особенно парафиновые углеводороды нормального строения являются с такой точки зрения малоактивными. Фракционный состав наиболее активных аполярных реагентов ха­ рактеризуется максимальным содержанием компонентов, имеющих температуру кипения в пределах 170—250° С. От химического со­ става аполярных реагентов зависит также и такая их физическая характеристика, как вязкость, которая оказывает существенное влияние на эмульгирование реагентов и их собирательное дей­ ствие.

Следует остановиться еще на одном совершенно специфичном классе реагентов — неорганических солях (хлористом натрии, хло­ ристом кальции и им подобных). В соляных растворах, содержащих 1—3% соли, возможна флотация углей в отсутствии органических реагентов. При концентрации соли 0,1—0,2% удается'снизить при­ мерно вдвое расход керосина. Добавление солей значительно по­ вышает избирательность флотации, в том числе отдельных петро­ графических ингредиентов.

292