7. Контрольные вопросы

7.1. Что такое сорбционно-активные центры на поверхности минералов и какова их природа.

7.2. Как связан механизм адсорбции собирателя с природой активных центров минералов.

7.3. Чем определяется степень химического сродства собирателей и минералов.

7.4. Чем определяется селективность действия реагентов-собирателей.

7.5. Каков порядок депрессии сульфидных минералов щелочами при флотации сульфгидрильными собирателями.

7.6. В чем заключается роль различных форм закрепления сульфгидрильного реагента на сульфидах с точки зрения их флотируемости.

7.7. Объяснить роль диаграмм Еh - рН при расшифровке механизма и обосновании закономерностей действия собирателя.

7.8. Как определить практически и рассчитать теоретически минимально необходимую концентрацию собирателей, обеспечивающую полную флотируемость минерала.

7.9. Зависит ли величина минимально необходимой концентрации данного собирателя для одного и того же минерала от типа руды.

Рис. 4.1. Зависимость извлечения минерала от концентрации собирателя.

8. Литература

8.1. Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. Учебник для ВУЗов. 2-е изд., перераб и дополн. - М.: Недра, 1993., 412 с.

8.2. Абрамов А.А. Теоретические основы оптимизации селективной флотации сульфидных руд. М.: Недра, 1978.

8.3. Подвишенский Н.С. Лабораторный практикум по дисциплине «Флотационные методы обогащения» М.: МГИ, 1990.

8.4. Теория и технология флотации руд (под общей редакцией О.С. Богданова). М.: Недра,1994.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ рН ПУЛЬПЫ НА ФЛОТАЦИЮ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ

1. Цель работы

1.1. Установить зависимость флотируемости сульфидных минералов от щелочности пульпы.

1.2. Определить возможность коллективной флотации или разделения сульфидных минералов при различных значениях рН.

2. Теоретическое введение

Ионное произведение воды есть величина, постоянная при данной температуре:

.

Добавление в воду щелочи или кислоты изменяет соотношение концентраций катионов водорода и анионов гидроксила при постоянстве величины их произведения. Для выражения степени кислотности или щелочности воды используют параметр рН - отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода

рН=-lg[Н⁺].

Значение рН жидкой фазы пульпы является одним из важнейших параметров, обусловливающих эффективность флотационного разделения руд, и поддержание его оптимальных значений входит в число обязательных элементов технологических режимов флотации на обогатительных фабриках.

Для регулирования рН используют обычно наиболее дешевые реагенты из группы сильных кислот и оснований. Для создания щелочной среды наибольшее распространение получили известь Cа(OH)2, сода Nа2CО2 , реже применяется едкий натр NаOH. Для создания кислой среды или нейтрализации щелочной среды обычно применяют серную кислоту Н2SO4, но может также использоваться плавиковая HF соляная HCl и другие, редко применяемые на практике, кислоты. Необходимо также отметить, что изменение рН в той или иной степени вызывает подача большинства флотационных реагентов ионогенного типа в результате их диссоциации и гидролиза. Например: сернистый натрий, силикат натрия (жидкое стекло), цианид, фосфаты, соли тяжелых металлов (железный, цинковый и медный купорос) и др.

Действие фактора рН при флотации связано с изменением состояния минеральной поверхности, флотационных реагентов в растворе, осаждением одних и растворением других компонентов, присутствующих в пульпе, усилением или ослаблением конкуренции между флотационными реагентами и неизбежно присутствующими в жидкой фазе пульпы ионами за место на поверхности минерала.

Закрепление анионов ксантогената на поверхности сульфидных минералов всегда протекает в условиях конкуренции с анионами гидроксила. Увеличение значения рН, что соответствует повышению концентрации ионов ОH - в растворе, приводит в общем случае к снижению величины адсорбции собирателя на минерале и ухудшению его флотации. Однако степень депрессирующего действия щелочей на флотацию различных сульфидов неодинакова. Исследованиями установлено, что при определенной концентрации ксантогената для каждого сульфидного минерала имеется свое критическое значение рН, определяющее границу его флотируемости.

Устойчивость сульфидного минерала к депрессирующему действию щелочи определяется соотношением степеней химического сродства его катионов, выполняющих роль адсорбционных центров минеральной поверхности, к ионам гидроксила и ксантогената, что выражается в устойчивости соответствующих поверхностных соединений. Наибольшей устойчивостью к депрессии щелочами обладают вторичные сульфиды меди - ковеллин, борнит, халькозин, а также активированный медью сфалерит; наименьшей - сульфиды железа (пирит, пирротин, арсенопирит, пентландит). Поэтому флотацию сульфидных руд, как правило, ведут в щелочной среде.

Таким образом, регулирование рН является одним из главных средств повышения селективности процесса флотации. Например, при селективной флотации медно-пиритных или цинково-пиритных руд сначала создают сильно щелочную среду, способствующую депрессии пирита, и флотируют медные минералы или активированный медью сфалерит. Перед пиритной флотацией, наоборот, уменьшают щелочность пульпы, добавляя кислоту.

Влияние рН пульпы на концентрацию ионной и молекулярной формы собирателя в пульпе.

В пульпе ксантогенат подвергается диссоциации в кислой среде происходит образование ксантогеновой кислоты, нестойкой и разлагающейся на сероуглерод, спирт и воду. Эти соединения не могут гидрофобизировать поверхность минералов. Поэтому ксантогенат целесообразно использовать в щелочной или слабокислой среде при рН>4,5. Нахождение собирателя в молекулярной или ионной форме в пульпе будет изменять форму сорбции на минеральной поверхности и, следовательно, влияет на флотируемость минерала.

Влияние щелочности пульпы на концентрацию молекулярной и ионной формы депрессора.

При селективной флотации сульфидных Cu-Zn, Cu–Zn–FeS2, Pb–Cu, Pb–Cu–Zn–FeS2 — руд очень широко применяются такие депрессоры, как цианид и сернистый натрий.

Ионами, ответственными за депрессию определенного минерала (FeS2, ZnS, CuFeS2) являются СN- и HS-. Концентрация их в растворе зависит от щелочности пульпы. Концентрация иона СN- возрастает с повышением щелочности пульпы. Следовательно, для достижения необходимой депрессии того или иного минерала цианида нужно тем меньше, чем выше щелочность пульпы. Щелочь и цианид действуют при депрессии совместно и, кроме того, щелочь усиливает действие цианида, понижая его расход. Это обстоятельство имеет очень важное значение, так как цианид - сильный яд и сокращение его расхода в процессе целесообразно с точки зрения техники безопасности, с одной стороны, с другой - цианид дорогой реагент, и снижение его расхода будет сказываться на снижении себестоимости получаемых концентратов.

При использовании цианида как депрессора необходимо регулировать депрессирующее действие цианида не только изменением его расхода (т.е. концентрации его в пульпе), но и изменением рН пульпы.

То же самое можно отнести к сернистому натрию. Определение констант диссоциации сернистого натрия и сероводородной кислоты показало, что максимум концентрации иона HS-) получается при рН пульпы около 9,5. В присутствии сернистого натрия повышается значение рН, и ион гидроксила оказывает дополнительное влияние на депрессию.

Влияние рН на активацию минералов.

Щелочность жидкой фазы пульпы оказывает влияние и на процессы активации минералов катионами металлов. Например, активация кварца катионами металлов Al, Fe, Ca,Mg, активация сфалерита катионами меди зависит от щелочности, что связано, прежде всего, с зависимостью концентрации активирующих катионов в растворе и их сорбционной активности по отношению к минералам от величины рН.

Влияние рН на состояние минеральной поверхности.

Адсорбция Н+ или ОН- ионов на поверхности минералов вызывает изменение ее заряда, состава поверхностных соединений и устойчивости гидратных слоев. Отрицательный заряд поверхности затрудняет адсорбцию анионных реагентов и облегчает закрепление катионных, положительный заряд оказывает соответственно. противоположное действие. Высокий заряд любого знака препятствует взаимодействию минералов с нейтральными реагентами, например, с дополнительными собирателями неионогенного гетерополярного типа и с аполярными собирателями.

При селективной флотации, выбирая регулятор щелочности пульпы, нужно иметь в виду, что на процесс флотации минерала оказывают влияние оба иона, входящие в состав молекулы регулятора, так как регулятор среды изменяет не только щелочность пульпы, но также может вступать в химические реакции на поверхности минерала и в объеме жидкой фазы пульпы, влияя тем самым на состояние минеральной поверхности и формы существования собирателей и других реагентов.