Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Флотационные методы обогащения. Лабораторный практикум
.pdf
Таким образом, нахождение собирателя в молекулярной или ион-
4
1, 4 10
6
5,5 10
ной форме в пульпе сказывается на форме сорбции на минеральной
поверхности и, следовательно, влияет на флотируемость минерала.
Влияние рН на устойчивость гидратных слоев. Ионы Н
+
и ОН–,
адсорбируясь на минерале, влияют на устойчивость гидратных слоев
и, следовательно, на гидратированность поверхности. Изменяя концентрацию водородных ионов в пульпе, можно изменять заряд поверхности минерала и тем самым влиять на закрепление ионов собирателя в диффузном слое или непосредственно на поверхности.
В случае применения во флотационном процессе щелочи Ca(OH)
депрессирующее действие усиливается за счет налипания на поверхности минерала соединений Ca
Ca(OН)
1,65 кг/м
ОН
= 5,5 · 10
⎡⎤
ОН
⎣⎦
при 20 °С составляет всего 0,165 г/100 см3; 1,65 г/л или
2
3
.
Зная рН пульпы, легко определить концентрацию катионов Са
+
, так как они связаны с концентрацией ОН– через ПР: ПР
–6
и ПР
−
3
=
СаОН+,ОН–
−
⋅
= 1,4 · 10–4. Значение
.
4
2+
, Ca(OH)2 и CaSO4. Растворимость
2+
и Са-
Са2+, 2ОН–
−−
⎡⎤
ОН
⎣⎦
=⋅
=
и
При концентрации СаО в жидкой фазе больше 1,65 г/л нерастворимая Са(ОН)
находится во флотационной пульпе в тонкодисперс-
2
ном состоянии. Эти осадки активно закрепляются на гидрофильной
поверхности минералов за счет сил адгезии.
2
4.3. Описание установки
Опыты проводятся на флотомашине, описание которой дано в 2.3.
4.4. Методика проведения опытов
Каждая группа студентов получает у преподавателя задание на
работу, в котором указаны:
1) минерал, флотируемость которого
необходимо исследовать;
2) диапазон щелочности пульпы, при котором исследуется флоти-
руемость минерала;
3) концентрация собирателя и пенообразователя.
Флотацию исследуемого минерала проводят во флотационной
машине «Механобр» с емкостью камеры 75…100 мл.
Опыты проводят от меньшего значения рН пульпы к большему.
31
Рис. 4.2. Схема проведения опыта
Каждый опыт (рис. 4.2) ставится в определенной последователь-
ности:
1. Перемешивание с водой, имеющей различные значения рН
(5 мин).
2. Перемешивание с собирателем (бутиловый ксантогенат 0,1 %
3 мг, 1 мин).
3. Перемешивание с пенообразователем Т-80 (2 мл, 1 мин).
4. В конце опыта измеряется значение рН.
5. Концентраты высушиваются и взвешиваются.
4.5. Техника безопасности
1. При работе флотомашины запрещается снимать
ограждение
привода импеллера.
2. При обрыве клиноременной передачи привода импеллера необ-
ходимо выключить двигатель, а затем производить сшивку ремня.
3. При включенном электродвигателе запрещается изменять число
оборотов импеллера.
4. Правила работы с реагентами см. в 1.5.
4.6. Оформление работы
1. Результаты опытов представить в виде таблицы (табл. 4.2) и
графика.
2. Привести химическую
и кристаллохимическую характеристику
исследуемого минерала.
3. Дать эскиз флотомашины с описанием ее работы.
32
Результаты опытов
Таблица 4.2
№
опыта
1
Выход
Продукт
г %
Пенный
Камерный
Исходный
материал
Значение рН
пульпы
Исход-
ное
Конеч-
ное
Наименование и концен-
трация реагентов, мг/л
Собиратель
Пенообра-
зователь
В таблице следует указать столько опытов, сколько значений рН
пульпы было исследовано.
На графике должны быть нанесены все кривые, которые получила
группа студентов, флотируя разные минералы или один минерал при
различной концентрации собирателя в пульпе.
Обосновать полученные результаты и сделать выводы, отметив
оптимальное значение рН пульпы и критическое значение щелочности
пульпы для исследуемых минералов. Объяснить полученную за-
висимость флотируемости минерала от щелочности пульпы.
Написать отчет по принятой форме.
Литература
Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. М.: Недра, 1984.
Сорокин М.М. Химические основы флотации: Курс лекций.
М.: МИСиС, 1993.
Контрольные вопросы
1. Перечислите возможные воздействия ионов OH
–
на поверх-
ность минералов и ионный состав пульпы.
2. Как образуются неизбежные ионы?
3. Каков порядок адсорбции сульфгидрильных собирателей по-
верхностью основных сульфидных минералов?
4. Напишите выражения из закона действующих масс для вычис-
ления ионных и молекулярных форм реагента в зависимости от рН.
5. Как зависят величина и форма сорбции
сульфгидрильных соби-
рателей на сульфидных минералах от значения рН?
6. Какие причины влияют на изменение извлечения сульфидного
минерала в кислой и щелочной средах рН?
33
Лабораторная работа № 5
УСЛОВИЯ АКТИВАЦИИ ФЛОТАЦИИ
ЦИНКОВОЙ ОБМАНКИ И ДРУГИХ СУЛЬФИДНЫХ
МИНЕРАЛОВ
(2 часа)
5.1. Цель работы
Определить оптимальные условия активации сульфидных минералов медным купоросом, изучить влияние концентрации медного
купороса на эффективность активации.
5.2. Теоретическое введение
Некоторые минералы слабо сорбируют собиратель, поэтому требуется повышенная концентрация собирателя. Обычно такие мине-
перед кондиционированием с собирателем подвергают активи-
ралы
рованию. В результате на поверхности этих минералов образуется
поверхностное соединение, обладающее повышенной способностью
к сорбции собирателя. Так, при кондиционировании сульфидов цинка и железа с медным купоросом на поверхности минерала образуется поверхностное соединение типа CuS (Cu
S). Окисленные минера-
2
лы меди, свинца и цинка активируются сернистым натрием, а кварц
и другие силикаты – катионами кальция, железа и др.
Активаторы – класс реагентов, способствующих закреплению собирателя на поверхности минерала и образованию сорбционного
слоя такого состава, при котором обеспечивается эффективная флотация минерала. Действие активатора должно быть легко устранимо,
это необходимо. Характер действия активатора в пульпе может
если
быть различен:
1) образование активирующей пленки на минерале;
2) удаление депрессирующей пленки с поверхности минерала в
присутствии активатора.
Например, при флотации анионным собирателем катионы щелочноземельных и тяжелых металлов активируют силикаты; медный
купорос активирует цинковую обманку и сульфиды железа, серная
кислота способствует флотации пирита
сти пленку из гидроксидов металлов Ca(OH)
, растворяя на его поверхно-
, Fe(OH)2, Fe(OH)3.
2
34
Медный купорос является активатором сфалерита и сульфидов
железа (пирита и пирротина). Механизм действия медного купороса
сводится к образованию на поверхности минерала по гетерогенной
реакции сульфида меди, являющегося активирующим соединением:
ZnS⎮
+ CuSO4 = ZnSCuS⎮тв + Zn2+ + SO
тв
2–
.
4
Замещение катиона Zn катионом Cu возможно благодаря близости
ионных радиусов и образованию более труднорастворимых соединений. Предполагается, что в сильно щелочной среде образуется CuS, в
слабощелочной – Cu
S.
2
Скорость взаимодействия медного купороса с поверхностью цинковой обманки зависит от щелочности пульпы. При одном и том же
расходе медного купороса максимальная хемосорбция ионов меди
проходит активнее в слабокислой и нейтральной средах. Это обусловлено тем, что в щелочной среде часть медного купороса выпадает в виде Cu(OH)
. Поэтому в щелочной среде активация идет мед-
2
леннее.
Время перемешивания пульпы с активаторами 5–10 мин. Расход
медного купороса в промышленных условиях 100…300 г/т в пересчете на безводную соль. Закрепление ксантогената на активированной цинковой обманке становится более прочным.
Избыток медного купороса оказывает отрицательное действие на
флотацию, так как непрореагировавшие с
поверхностью катионы меди связывают часть ксантогената и тем самым повышают непроизводительный расход собирателя:
2+
Cu
+ 2X– → CuX
Если в пульпе присутствуют ионы CN
чить расход медного купороса для обеспечения связывания их в
виде комплекса Cu(CN)
2–
или труднорастворимого цианида ме-
3
→ CuX↓ + 1/2 X
2 ↓
.
2
–
, то необходимо увели-
ди – CuCN.
Образование сульфида меди на поверхности сфалерита зависит от
концентрации медного купороса в пульпе, температуры, значения рН
и времени кондиционирования. При благоприятных условиях
(рН ~ 6) могут образовываться пленки CuS достаточной толщины (до
2–3 монослоев и больше). Активация пирита и пирротина проходит
аналогичным способом, но в более кислой среде (
рН < 5).
Растворимость сульфидов и ксантогенатов этих металлов находится в симбатной зависимости, т.е. если сульфид металла менее
растворим, то менее растворимыми являются и ксантогенаты данно-
35
го металла. В ряду металлов от Fe2+ до Cu2+ растворимость солей
снижается с ростом потенциала ионизации.
Цинковая обманка может активироваться и другими катионами
тяжелых металлов, дающих с ионами серы менее растворимый
сульфид (солями свинца, серебра, ртути). Эти соли не применяются на практике по экономическим, экологическим и другим соображениям.
5.3. Описание установки
Опыт проводится на флотомашине, описание которой дано
в 2.3.
5.4. Методика проведения опытов
1. Каждая бригада получает у преподавателя минерал, с которым
проводится исследование (сфалерит, пирит или какой-либо другой).
2. Исследование флотируемости полученного минерала проводит-
ся при заданных щелочности пульпы и расходе собирателя и пенообразователя.
3. Флотируемость минерала исследуется при концентрации соби-
рателя, обеспечивающей извлечение около 50 %. Время
контакта
пульпы с медным купоросом 5 мин, затем избыток катионов меди
необходимо удалить декантированием жидкой фазы во избежание
связывания ими ионов ксантогената.
4. Опыт по исследованию влияния медного купороса на флоти-
руемость минерала проводится при концентрациях медного купороса
от 5 до 300 мг/л.
5. Измерение щелочности пульпы производится в начале и в
це каждого опыта (рН
от 4 до 12).
исх
кон-
6. В каждом опыте отмечаются время флотации, характер и вид
пены.
7. Пенный продукт от каждого опыта высушивается и взвеши-
вается.
Выполнение работы начинается с загрузки во флотокамеру навес-
ки 5 г минерала (среда рН 5), затем добавляют CuSO
и перемешива-
4
ют в течение 5 мин, после этого производится декантация жидкой
фазы. Заливают воду (рН 9), добавляют собиратель и пенообразователь и флотируют. Пенный продукт сушат и взвешивают (рис. 5.1).
36
Рис. 5.1. Схема проведения опыта
5.5. Техника безопасности
1. Необходимое количество реагента определяется либо с помощью мерного цилиндра, либо пипеткой, на конце которой находится
груша. Категорически запрещается отбирать требуемое количество
реагентов пипеткой через рот.
2. В помещении лаборатории запрещается курить, принимать пищу.
3. По окончании работы необходимо вымыть руки.
Правила работы на флотомашине приведены в 2.3.
5.6. Оформление
работы
1. Привести характеристику исследуемого минерала и написать
необходимые химические реакции.
2. Поставить 4 опыта при различной концентрации (мг/л) катио-
2+
нов Cu
опыта
. Полученные результаты представить в виде таблицы.
Результаты опытов
Концентра-
№
Продукт
Пенный
1
Камерный
Исходный
материал
Выход
г % мг мг/л
ция актива-
тора
Значение рН
пульпы
На-
чальное
Конеч-
ное
и концентрация
Собира-
тель
Наименование
реагентов, мг/л
Пенообра-
зователь
37
3. По данным таблицы построить график (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Зависимость извлечения PbS от концентрации CuSO4
4. Обосновать полученные результаты, отметив оптимальную
концентрацию медного купороса при исследуемой щелочности
пульпы, объяснить причину изменения оптимального расхода медного купороса при различной щелочности пульпы, проанализировать
влияние расхода собирателя на оптимальный расход медного купороса.
5. Сделать выводы.
Литература
Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. М.: Недра,
1984. С. 117–131.
Сорокин М.М
. Химические основы флотации. М.: МИСиС, 2006.
Контрольные вопросы
1. Как изменяется действие активатора с увеличением его концен-
трации при прочих равных условиях?
2. Может ли активатор быть депрессором?
3. Как установить по экспериментальным данным оптимальный
расход активатора?
4. Как, зная произведение растворимости сульфидов тяжелых ме-
таллов, установить порядок взаимодействия?
5. Назовите
порядок активизации сульфидных минералов медным
купоросом.
38
Лабораторная работа № 6
2
7,7 10 ;
7
110 .
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
СЕРНИСТОГО НАТРИЯ
НА ФЛОТАЦИЮ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
(2 часа)
6.1. Цель работы
Исследовать влияние различной концентрации сернистого натрия
в пульпе на процесс флотации сульфидных (и окисленных) минералов тяжелых металлов.
6.2. Теоретическое введение
Сернистый натрий нашел широкое применение при флотационном обогащении руд цветных металлов. Действие
его зависит от типа
руды и концентрации в жидкой фазе пульпы. При флотации окисленных руд цветных металлов, смешанных и сульфидных руд сернистый натрий используется в качестве активатора (сульфидизатора),
десорбента и подавителя.
Сернистый натрий – соль сильного основания и слабой сероводо-
родной кислоты (K
= 1 ⋅ 10–7 и pK1 = 7; K2 = 1,3 ⋅ 10
1
–13
и pK2 = 12,89).
В воде сернистый натрий хорошо растворяется – 188 г/л при 20 °С
(по безводному веществу):
+
Na
S → 2Na
2
→
– –
S
. (6.1)
Растворы подвергаются гидролизу. В щелочной среде гидролиз
протекает по первой ступени:
–
S
+ HOH = SH– + OH–, (6.2)
так как первая константа гидролиза во много раз больше второй константы гидролиза:
14
−
110
г
== =⋅
KKK
1 Д
⋅
1, 3 10
⋅
13
−
−
г
KKK
== =⋅
2 Д
При протекании гидролиза по первой ступени концентрация гид-
роксид-иона будет примерно равна концентрации [SH
14
−
110
⋅
−
7
110
⋅
–
] и [Nа2S] –
−
39
уравнение (6.2). Более точно концентрация гидроксил-иона может
KKKC
2
⎡
⎣
2
⎡
⎣
2
⎡
⎣
[][
33 2 3 23
CO PbCO Na S CO PbS Na CO
быть рассчитана по уравнению
−
⎡⎤
OH 2 2
⎣⎦
Концентрация ионов [S
=− + + ⋅
222
()()
212
– –
], [HS–] и молекулярной формы рассчи-
2
. (6.3)
тывается по уравнениям
KKC
[S
[HS
[H
– –
] =
KK KH H
⋅+ +
12 1
–
] =
⋅+ +
KK KH H
12 1
S] =
2
⋅+ +
KK KH H
12 1
⋅⋅
120
++
⎤⎡ ⎤
⎦⎣ ⎦
+
⎡⎤
KH C
10
⎣⎦
++
⎤⎡ ⎤
⎦⎣ ⎦
2
+
⎡⎤
HC
⎣⎦
0
++
⎤⎡ ⎤
⎦⎣ ⎦
; (6.4)
; (6.5)
. (6.6)
Из уравнения (6.2) видно, что водные растворы сернистого натрия
всегда имеют щелочную реакцию. Распределение ионных форм и
молекулярной формы зависит от равновесного значения рH: при
рH = рK
концентрации [HS
ходного содержания. При рH 10 [HS
= 7 концентрации [H2S] и [SH–] равны; при рH = рK2 = 12,89
1
–
] и [S–2] также равны и составляют по 50 % от ис-
–
]→100 %.
Окисленные минералы меди и свинца в воде сильно гидратированы, поэтому требуется высокая концентрация сульфгидрильных собирателей для обеспечения эффективной флотации. Гетерогенная
химическая реакция собирателя на поверхности минерала не ограничивается монослоем и проникает в глубину. Образующаяся новая
фаза отличается по параметрам кристаллической решетки от подложки. Поэтому она слабо
удерживается на поверхности и постепен-
но отслаивается.
Это приводит к тому, что флотация окисленных минералов меди
(азурита и малахита) и свинца (церуссита и англезита) протекает недостаточно эффективно.
Более эффективно флотация этих минералов происходит после их
активации:
40
−⋅ + ↔−⋅ +
тв тв
]
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]