Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Флотационные методы обогащения. Лабораторный практикум
.pdf
Рис. 3.1. Схема образования пузырьков пены
в водно-спиртовом растворе (по Локтеву)
Пеной называется система, состоящая из двух фаз: Ж–Г или Т–Г.
Во флотационной системе на границе пульпа–воздух образуется, как
правило, трехфазная пена (минерализованная), состоящая из трех
фаз: Ж–Г–Т.
Минерализованные пены могут быть обводненными, и поэтому
очень устойчивыми (такие пены используются для тушения пожаров)
и малообводненными, которые значительно
менее устойчивы.
Основные функции пенообразователя во флотационной системе –
сохранение дисперсности воздушных пузырьков за счет снижения
скорости коалесценции пузырьков воздуха и образование минерализованной пены необходимой устойчивости. Способность к пенообразованию молекул реагента зависит от величины углеводородного
радикала (рис. 3.2), количества полярных групп в молекуле и природы последних (–ОН, –СООН и
др.).
Пенообразование во флотационной пульпе зависит от природы и
концентрации пенообразователя у ПАВ с полярной группой, способной к диссоциации –СООН, –SО
2–
и др., а также от значения рН
4
пульпы.
Основное свойство пенообразователя – влияние на объем и устойчивость пены. Устойчивость пены имеет существенное значение в процессе флотации: пена не должна слишком быстро разрушаться, но и не
должна быть слишком устойчивой. Недостаточная устойчивость пены
приводит к снижению извлечения пенных минералов в
концентрат;
чрезмерная устойчивость затрудняет транспортировку пенного продук-
21
та, снижает эффективность перечистных операций, ухудшает процесс
сгущения, приводит к механическим потерям концентрата и уменьшает
селективность процесса. Оптимальная устойчивость пены достигается
правильным подбором пенообразователя и его расхода.
Рис. 3.2. Зависимость пенообразующей способности спиртов
нормального строения от числа атомов углерода в молекуле
Сильные пенообразователи дают устойчивую пену большого объема и сильно обводненную. В растворах сильных пенообразователей
даже при малых их концентрациях уменьшается скорость подъема
пузырьков воздуха в 1,5–2 раза. У слабых пенообразователей все эти
свойства выражены в меньшей степени.
Сильные пенообразователи применяются в цикле коллективной
флотации и при флотации крупных частиц, а слабые
– при селективной флотации, так как они в меньшем количестве механически выносят мелкие частицы с водной частью пены. Округлые частицы на 50–
70 % осыпаются из пены при ее коалисценции в присутствии слабых
пенообразователей. Оптимальный расход выбранного пенообразователя устанавливается по виду зависимости выхода пенного продукта
от концентрации пенообразователя. Точка, где кривая
зависимости
(экспонента) становится пологой, как правило, соответствует опти-
мальной концентрации пенообразователя.
В практике флотации нашли применение следующие пенообразователи: Т-80, сосновое масло, ОПСМ, ОПСБ, МИБК, циклогексанол
и др. Часто в процесс подается смесь пенообразователей.
22
Расход пенообразователя при флотации обусловлен природой пе-
нообразователя и достигает 50…100 г/т (или 20…40 мг/л).
Существуют два метода измерения стабильности пены:
1) динамический метод, заключающийся в измерении нарастания
объема и времени существования пены;
2) флотационный метод, заключающийся в наблюдении за скоро-
стью разрушения пены в заданных условиях. Для этой цели создают
и наблюдают время ее разрушения (в лабораторной флотацион-
пену
ной машине или в стакане с мешалкой).
3.3. Описание установки
Определение устойчивости пены динамическим методом произво-
дится на приборе, представленном на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Установка для изучения пенообразующей активности
реагентов
Установка состоит из стеклянной трубки 1, соединенной резиновым кольцом 2 с фильтром 3. Фильтр вставлен в пробку, закрывающую колбу 4. В колбу по резиновой трубке 5 поступает воздух из
бутыли 6, вытесняемый водой, поступающей из напорной бутыли 7
по резиновой трубке 9 с краном 10. В напорную бутыль вода
посту-
пает по резиновому шлангу из водопровода, избыток воды сливается
23
в раковину по трубке 8. Трубка состоит из двух частей, соединенных
тройником 11 с манометром 12. Все соединения должны быть плотными, что достигается с помощью вакуумной замазки.
3.4. Методика проведения опытов
В стеклянную трубку 1 (см. рис. 3.3) наливается раствор пенооб-
разователя с заданной концентрацией, затем из бутыли 6 в колбу
4
подается воздух. Проходя через пористую перегородку фильтра Шота в трубку 1, воздух диспергируется, образуя множество пузырьков
воздуха с маленьким диаметром. Молекулы пенообразователя адсорбируются на поверхности пузырьков воздуха. В результате на границе раздела фаз жидкость–воздух образуется пена. Высота слоя пены
растет с увеличением ее концентрации в растворе
, так как расширяется поверхность раздела фаз, занятая пенообразователем. В случае,
когда концентрация пенообразователя высокая и на поверхности пузырьков воздуха фактически нет свободных мест для закрепления
собирателя, нет и свободной воды – она фактически полностью израсходована на образование на поверхности пузырьков воздуха гидратного слоя. При деформации (ударе пузырьков
при столкновении)
поверхность пузырьков становится малоподвижной и хрупкой. При
таких концентрациях пенообразователя пена легко разрушается и ее
объем снижается (таблица, рис. 3.4).
Результаты опытов по определению
пенообразующей способности реагентов
Концентрация,
мг/л
20 150 – –
40 160 – –
100 170 190 30
200 190 235 50
250 200 243 80
350 210 250 180
400 – 250 220
550 – 240 280
700 – 230 280
800 – 220 220
24
Пенообразователь
С
6–С8
Высота подъема пены, мм
Олеиновая кислота Олеат натрия
Рис. 3.4. Пенообразующее действие пенообразователя ( ),
олеиновой кислоты ( ) и олеата натрия ( )
После введения воздуха в раствор пенообразователя, находящегося в трубке, необходимо периодически измерять и записывать высоту
столба пены и время ее появления. Достигнув максимальной высоты
при данной концентрации пенообразователя, пена начинает разрушаться, в записях отмечают время начала и конца разрушения. Опыты ставятся на трех или четырех пенообразователях при 5–6 концен
трациях.
Определение устойчивости пены флотационным методом происходит следующим образом.
Во флотационную камеру подается вода с заданным рН и измельченная навеска
минерала – 5 г. Перемешивание без воздуха происходит 3 мин. Затем подается воздух и осуществляется флотация; пенный продукт подвергается сушке и взвешиванию. При отсутствии в
пульпе пенообразователя пузырьки не имеют устойчивости гидратной прослойки у поверхности, поэтому сразу разрушаются, достигнув поверхности раздела пульпа–воздух; если на поверхности были
гидрофобные частички минерала
, то при разрушении пузырька они
остаются в пульпе, в пену практически не попадают.
По окончании флотации в пульпу в 3–4 приема (концентрацией
10…20 и 30 мг/л) вводится пенообразователь и снова производится
флотация.
-
25
Результаты опытов по определению зависимости выхода пенного
продукта от концентрации пенообразователя при флотации необходимо проанализировать и сделать выводы.
3.5. Техника безопасности
1. Работая с растворами кислот и щелочей, необходимо помнить:
они не должны попадать на кожу, при попадании слабых растворов
на руки их следует обмыть водой под водопроводным краном.
2. Необходимое
количество реагентов определяется либо мерным
цилиндром, либо пипеткой, на конце которой находится груша. Категорически запрещается отбирать реагенты пипеткой через рот.
3. В помещении лаборатории запрещается курить, принимать пищу.
4. По окончании работы необходимо вымыть руки.
3.6. Оформление работы
Результаты опытов по определению устойчивости пены динами-
ческим методом сводятся в таблицу, затем
по полученным данным
строятся графики зависимости времени подъема и времени разрушения пены от концентрации пенообразователя (см. рис. 3.4).
Обосновать результаты опытов, проведенных двумя методами, и
сделать соответствующие выводы.
Литература
Абрамов А.А. Флотация. М.: Недра, 1984.
Сорокин М.М. Химия флотационных реагентов. Разд.: Пенообра-
зователи и регуляторы флотации: Учеб. пособие. М.:
МИСиС, 1979.
Контрольные вопросы
1. Роль пенообразователей во флотационной системе.
2. Растворимость пенообразователей в воде. Как они распределя-
ются в растворе и на границе раздела фаз?
3. Влияние природы пенообразователя на его пенообразующие
свойства.
4. Обладают ли пенообразователи собирательным действием?
26
Лабораторная работа № 4
ВЛИЯНИЕ рН ПУЛЬПЫ
НА ФЛОТАЦИЮ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ
(2 часа)
4.1. Цель работы
1. Установить зависимость флотируемости сульфидных минера-
лов от концентрации гидроксил-ионов в жидкой фазе пульпы.
2. Определить разницу во флотационном поведении сульфидных
минералов.
4.2. Теоретическое введение
Для создания наиболее благоприятных условий взаимодействия
флотационных реагентов с минералами, в том
числе и собирателей,
поддерживается оптимальное значение рН жидкой фазы пульпы с
помощью реагентов регуляторов; значение рН может меняться в
диапазоне от 2 до 12 в зависимости от природы флотируемого минерала.
Вещества, регулирующие ионный состав пульпы и влияющие на
форму нахождения собирателя и других реагентов, называются регуляторами среды. К реагентам-регуляторам относятся
Са(ОН)
а также соли ZnSO
, кислоты – серная H2SO4, соляная НСl, реже другие кислоты,
2
, Na2S, KCN. Известно, что ионное произведение
4
: щелочи NaOH,
воды при данной температуре есть величина постоянная:
O) = [OH–][H+] = const = 1⋅10
Kw(H
2
–14
при 20 °С. Поэтому при введе-
нии в пульпу щелочи или кислоты повышается концентрация или
ионов гидроксида, или ионов водорода.
Величина рН пульпы влияет на флотируемость минералов через
ряд факторов: состояние поверхности минерала, величину и знак ее
заряда и, следовательно, толщину гидратного слоя у поверхности,
состояние собирателя в жидкой фазе (молекулярная
или ионная форма), содержание поливалентных катионов в пульпе. Следовательно,
изменяя щелочность пульпы, можно регулировать состояние поверхности минерала и реагентов в жидкой фазе и концентрацию ионов
тяжелых металлов в пульпе.
Природная вода, используемая во флотационном процессе, со-
держит значительное количество ионов щелочноземельных метал-
27
лов, а при контакте воды с рудой в ней неизбежно появляются ионы,
входящие в состав минералов. Так, при флотации сульфидных руд
тяжелых металлов в пульпе появляются катионы тяжелых металлов и
продукты окисления сульфид-ионов.
Ионы поливалентных металлов дают с ионом ОН
–
труднораство-
римые осадки. Произведение растворимости ряда гидроксидов, наиболее часто присутствующих в пульпе при флотации сульфидных
минералов:
ПРFe(OH)
ПРPb(OH)
= 3,8 · 10
3
= 5 · 10
2
–38
; ПРZn(OH)2 = 1,4 · 10
–16
; ПРCu(OH)2 = 8,3 · 10
–17
; ПРMn(OH)3 = 1 · 10
–20
; ПРAl(OH)3 = 3,2·10
–34.
–36
;
В определенных условиях некоторые ионы тяжелых металлов будут связывать анион ксантогената (в соответствии с ПР) и тем самым
повышать непроизводительный расход ксантогената. Поэтому концентрацию неизбежных ионов обычно снижают, связывая их в труднорастворимые соединения путем подачи Na
, Na2S и Ca (OH)2,
2CO3
вводимых непосредственно в мельницу или слив классификатора.
Наличие этих ионов и продуктов их гидролиза искажает истинную флотируемость разделяемых минералов за счет адсорбции ионов, а также адгезии продуктов гидролиза и шламов на поверхности
частиц руды.
Флотацию сульфидных руд ведут, как правило, в щелочной среде;
такая же среда предпочтительна при
флотации и с экономической
точки зрения.
Приведенные значения произведений растворимости показывают,
что в щелочной среде будут легко гидролизоваться катионы Ме
2+
. Поэтому в щелочной среде депрессируются сульфидные мине-
Ме
3+
и
ралы железа (пирит, пирротин, арсенопирит, пентлантид, а при флотации оксигидрильным собирателем – гематит, магнетит, лимонит).
При рН > 9 ухудшается флотация галенита, а при рН > 10 и молибденита. При высоких значениях рН (выше 12) наблюдается депрессия
всех минералов, так как высокая концентрация ионов гидроксила не
позволяет
минерала. При наличии собирателя на поверхности ионы ОН
собирателю взаимодействовать с катионами поверхности
–
вытес-
няют с нее ксантогенатный ион; при отделении сульфидов меди и
никеля от сульфидов железа (пирита и пирротина), активированного
сфалерита от сульфидов железа, сульфидов меди от пентлантида,
молибденита от сульфидов меди применяют депрессию известью –
Ca(OH)
.
2
28
В табл. 4.1 приведены данные, показывающие влияние рН на величину минимально необходимой концентрации ионов этилового
ксантогената при флотации сульфидов свинца, меди и железа.
Таблица 4.1
Влияние рН на величину минимально необходимой концентрации ионов
этилового ксантогената
Величина минимально необходимой концентрации, мг/л,
при различных значениях рН пульпы Минерал
Галенит
Пирит
Марказит
Пирротин
Халькопирит
Борнит
Ковелин
Халькозин
7 8 9 10 11 12
1,4·10–6
6,8·10–7
2,6·10
3,0·10
1,7·10–7
6,6·10–9
2,8·10
1,5·10
–7
–7
–11
–11
4,5·10–6
3,6·10–6
–6
1,4·10
1,9·10–6
1,8·10–6
–8
4,3·10
–10
6,0·10
–10
2,7·10
–6
1,4·10
–5
1,8·10
–6
6,9·10
–5
1,2·10
–5
4,2·10
–7
2,8·10
–8
1,3·10
4,8·10–9
9,5·10–5
–5
9,3·10
3,6·10–5
–5
7,4·10
–5
2,1·10
–6
1,8·10
–7
2,8·10
8,5·10–8
–4
3,2·10
4,9·10–4
1,9·10–4
–4
4,7·10
1,0·10–4
–5
1,2·10
–6
5,9·10
1,5·10–6
1,5·10–3
2,5·10–3
9,6·10–4
3,0·10–3
–4
4,9·10
–5
7,4·10
–4
1,3·10
2,7·10–5
Анализируя данные этой таблицы, можно отметить, что для всех
сульфидных минералов необходимая концентрация собирателя возрастает с увеличением щелочности пульпы от рН 7 до рН 12. Разница в росте потребной концентрации ксантогената для разных минералов различная: для галенита она возрастает в 10
та – в 10
4
раз, а для халькозина – в 106 раз по сравнению с исход-
3
раз, для пири-
ной. Следовательно, можно определить рН пульпы, при котором
будут активно флотироваться одни минералы и слабо флотироваться другие. В реальных условиях флотации руд эта разница во флотируемости при определенной концентрации ксантогената в пульпе
и при определенной щелочности будет меньше, поэтому становится
еще более важным
тщательный контроль за дозированием ксантогената. Различная концентрация ксантогената в пульпе при одной и
той же щелочности, необходимой для полной флотации или полной
депрессии минерала, объясняется образованием на поверхности
минералов различных соединений. Регулировка рН пульпы является одним из основных средств повышения эффективности флотационного разделения руд.
Исследованиями установлено, что при
флотации сульфидов тяжелых металлов ксантогенатами и другими собирателями, содержащими в функциональной группе сульфидную среду, имеется критическое значение рН, определяющее границу флотируемости данного
минерала. Произойдет закрепление собирателя на минеральной по-
29
верхности или нет, зависит от соотношения в пульпе концентрации
12
22
⎡
⎣
⎡
⎣
ионов водорода и ионов собирателя. Минимально необходимая концентрация собирателя для полной флотации данного минерала зависит от значения рН пульпы и природы минерала. В первом приближении необходимую концентрацию собирателя и гидроксила можно
связать через уравнения
2+
[Me
][OH–]2 = ПР1 и [Me2+][X–]2 = ПР2.
При допущении, что концентрация активных мест на минераль-
ной поверхности величина постоянная, т.е. [Me
2
+
⎡⎤
Me
⎣⎦
Отсюда следует, что [X
ПР ПР
==
−−
⎤⎡⎤
ОН Х
⎦⎣⎦
–
] = k[OH–].
и
ХОН
При сохранении концентрации собирателя [X
2+
] = const, получим:
ПР
−−
⎤⎡⎤
=
⎦⎣⎦
2
ПР
1
–
] и увеличении кон-
.
центрации гидроксил-иона химическое равновесие сдвигается в
пользу образования Me (OH)
.
2
Влияние рН пульпы на концентрацию ионной и молекулярной
формы собирателя в пульпе. В пульпе ксантогенат подвергается дис-
социации. В кислой среде происходит гидролиз Х
–
с образованием
нестойкой ксантогеновой кислоты, разлагающейся на сероуглерод и
спирт:
ROCSSH ROH + CS
2
Эти соединения не гидрофобизируют поверхность минералов. Поэтому ксантогенат целесообразно использовать в щелочной или слабокислой среде при рН ≥ 4,5 (рис. 4.1).
30
Рис. 4.1. Зависимость извлечения минерала
от значения рН пульпы
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]