книги / 940
.pdfкаться по поверхности, а при максимальной мощности излучения происходит полное диспергирование жидкости и переход в парообразное состояние. Процесс диспергирования занимает доли секунды.
Проведенный эксперимент показал, что повышение эффективности УЗ-обработки процесса удаления инкрустаций при смачивании слоя отложения соли КС1 происходит за счет диспергации жидкой фазы, находящейся на границе раздела фаз Ж-Т. В результате происходит быстрый переход слоя жидкой фазы в паровую, что создает высокий градиент давления и отрывает закристаллизованный слой КС1 от поверхности металла.
На втором этапе исследований проводили очистку металлических поверхностей от слоя хлорида калия в объеме реактора с установленными в нем инкрустированными солью КС1 металлическими пластинами. Для получения закристаллизованной поверхности использовали предварительно механически очищенные, обезжиренные металлические пластины определенной массы с определенной площадью поверхности, которые помещали в насыщенный раствор хлорида калия. По мере испарения жидкости на поверхности пластин вырастал слой кристаллов. После этого пластины взвешивали, определяя массу инкрустаций КС1, а также замеряли площадь закристаллизованной поверхности.
Методика эксперимента заключалась в следующем: пластины с нанесенным слоем кристаллов хлорида калия помещали в цилиндрический аппарат или термостатируемый реактор, заполненный насыщенным раствором хлорида калия, и в течение определенного времени (10, 30, 60, 90 с) подвергали их УЗ-обработке. В цилиндрическом аппарате УЗ-излучение передавалось через стенки аппарата, а в реакторе источником УЗ-волн служил погружной экспоненциальный излучатель. Контрольный опыт состоял в том, что инкрустированную пластину помещали в насыщенный раствор хлорида калия и выдерживали определенное время без УЗ-обработки. Эффективность процесса оценивали по массе удаленного хлорида калия и освобожденной от инкрустаций поверхности. Полученные данные приведены на рис. 4.
На рис. 4 видно, что воздействие ультразвуковых волн положительно влияет на удаление солевой инкрустации КС1, причем использование цилиндрического аппарата эффективнее, чем погружного экспоненциального. С увеличением продолжительности проведения процесса с 10 до 90 с эффективность очистки значительно увеличивается.
131
Так, после 10 с обработки она составляла для экспоненциального и цилиндрического аппаратов 6,7 и 23,9 %, а при увеличении длительности до 90 с степень очистки поднялась до 82,1 и 98,7 % соответственно.
Рис. 4. Зависимость степени очистки металлической поверхности от длительности УЗ-обработки и типа аппарата УЗ-обработки
Выводы:
1.Установлено, что воздействие ультразвуковых волн на солевые отложения КС1 приводит к очищению поверхности от слоя хлорида калия, как в присутствии жидкой фазы, так и без нее. В присутствии жидкой фазы в налипшем слое соли очищение поверхности происходит с большей скоростью и эффективностью.
2.Выявлено, что повышение эффективности УЗ-обработки процесса удаления инкрустаций при смачивании слоя отложения соли КС1 происходит за счет диспергации жидкой фазы, находящейся на границе раздела фаз Ж-Т. В результате происходит быстрый переход слоя жидкой фазы в паровую, что создает высокий градиент давления и отрывает закристаллизованный слой КС1 от поверхности металла.
3.Для удаления налипшего слоя хлорида с металлической поверхности могут применяться экспоненциальные или цилиндрические аппараты ультразвуковых волн. При этом степень очистки металлических поверхностей за 90 с составляет 80–100 %.
132
Список литературы
1.Пат. 2301698 РФ, МПК B01D1/12. Выпарной аппараткристаллизатор/ Васильев В.И. [и др.]. Опубл. 27.06.2007.
2.Пат. 1777268 РФ, МПК B01D9/02. Аппарат для кристаллизации растворов/ Ронкин В.М., Левераш В.И. Опубл. 10.04.1996.
3.Пат. 1457200 РФ, МПК B01D9/02. Кристаллизатор/ Гонионский В.Ц., Ронкин В.М., Левераш В.И. Опубл. 10.06.1996.
4.Пат. 1352699 РФ, МПК B01D9/02. Аппарат для кристаллизации/ Ковзель В.М. [и др.]. Опубл. 20.01.1995.
5.Заявка 92002044/05 РФ, МПК B29C33/64; C09D183/06. Спо-
соб получения кремнийорганического антиадгезионного покрытия холодного отверждения/ Лотарев М.Б. [и др.]. Опубл. 10.05.1996.
6.Заявка 94030570/04 РФ, МПК C09D5/08; C08J5/16. Компо-
зиция для получения антипригарного, антиадгезионного, антикоррозионного покрытия способом гетероадагуляции/ Беспалова Ж.И., Ма-
маев С.А. Опубл. 20.06.1996.
7.Пат. 2202576 РФ, МПК C09D5/08; C09D127/18. Композиция для получения антикоррозионного, антиадгезионного, антипригарного покрытия способом автофореза/ Беспалова Ж.И. [и др.]. Опубл.
20.04.2003.
8.Пат. 2070444 РФ, МПК B05D1/38; C09D127/16; C09D127/18; C09D127/20; C09D127/24. Способ получения фторопластового покрытия на металлической поверхности / Демин В.Ю., Раховский В.И.
Опубл. 20.12.1996.
9.Пат. 6863974 США, МПК B05D5/08; B05D7/00; C09D127/18;
C09D127/12; C08L81/04. Multilayer non-stick coating/ Shah [et al.]. Опубл. 08.03.2005.
10.Пат. 2118575 РФ, МПК B08B3/12. Способ обработки загрязненных поверхностей/ Некрасов С.Г. [и др.]. Опубл. 10.09.1998.
11.Заявка 20080029132 США, МПК B08B3/12; B08B003/12; H01L41/09; H01L041/09. Ultrasonic cleaning apparatus/ Sakurai; Naoaki;
[et al.]. Опубл. 07.02.2008.
12.Пат. 2184625 РФ, МПК B08B3/12. Устройство для ультразвуковой очистки/ Корнев Н.П., Поваренкин Н.Н., Соломаха В.Н.
Опубл. 10.07.2002.
13.Промтов М.А. Кавитация. 2006 [Электронный ресурс]. Ре-
жим доступа: http://www.tstu.ru/r.php?r=structure.kafedra&sort=&id=3
Получено 17.06.2009
133
УДК 553.632:622.765
С.А. Миронова, О.К. Косвинцев, В.З. Пойлов, К.Г. Кузьминых
Березниковский филиал Пермского государственного технического университета
ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИЛЬВИНИТОВОЙ РУДЫ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
И ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ БКПРУ–3 ОАО «УРАЛКАЛИЙ»
Проведены исследования состояния поверхности минералов, входящих в состав сильвинитовой руды на разных стадиях процесса обогащениявусловияхфлотофабрики БКПРУ-3 ОАО«Уралкалий».
Сильвинитовая руда Верхнекамского месторождения перерабатывается в основном методом пенной флотации в насыщенных солевых растворах. Эта руда характеризуется высоким содержанием полезного компонента сильвина в диапазоне 24–34 % и водонерастворимыми примесями, которые легко флотируются по причине большого значения поверхностной энергии.
Нерастворимые примеси представлены галопелитом, который называют нерастворимым остатком (н.о.) или шламом, представляющим собой различное сочетание глинистых минералов, карбонатов, сульфатов и т.д. Преобладающая часть находится в виде прослоек, толщина которых колеблется от долей миллиметра до нескольких сантиметров.
Особенность галопелита состоит в том, что в сухом виде, сразу после извлечения из шахты, он является довольно прочным минералом и поддается измельчению несколько хуже, чем кристаллы хлорида калия и хлорида натрия, однако в водных средах он набухает и размягчается с диспергированием в жидкую фазу в виде мельчайших частиц. Наличие в измельченной руде тонкодисперсного глинисто-карбонат- ного шлама оказывает отрицательное влияние на процесс флотации калийных солей. Это объясняется тем, что мелкие частицы галопелита имеют большую поверхность и адсорбируют на ней катионный собиратель (амин), тем самым увеличивая расход реагента в процессе флотации из-за необходимости образования достаточного сорбционного
134
слоя на частицах сильвина, необходимого для их закрепления на пузырьках воздуха. В связи с этим влияние шламов проявляется в ухудшении флотируемости сильвина, особенно его крупных фракций, и соответственно увеличении потерь крупных фракций сильвина с галитовым отвалом.
В данной работе проведен оптический анализ поверхности агрегатов сильвинитовой руды с использованием оптического микроскопа.
Как видно на рис. 1, руда в мелкой фракции представлена сильвином, галитом, сростками сильвина и галита, а также нерастворимым остатком. Последний представлен тонким несоляным материалом, сцементированным мелкими частицами каменной соли, основная масса которого быстро, особенно в условиях повышенной влажности и в водных растворах разрушается с образованием тонкодисперсных частиц несоляного материала.
На рис. 1 также видно, что основная масса тонко-, микрозернистого галопелита связана с зернами сильвина (облекающая и межзерновая составляющая). В отличие от сильвина галитовые зерна практически лишены примесей галопелита, он присутствует в виде мелкозернистой фазы.
Рис. 1. Мелкая фракция сильвинита, поступающего на флотационную обогатительную фабрику (×16)
135
Также необходимо отметить, что на измельченных частицах сильвинитовой руды удельная концентрация глинисто-карбонатных минералов, сцементированных мелкими частицами каменной соли, значительно меньше. Присутствуют частицы руды, не покрытые нерастворимым остатком. В то же время существуют слои глинистокарбонатных минералов, прочно закрепленные на поверхности минерала. Эти слои н.о. относятся к ранее сформированным и закрепившимся на поверхности минерала, т.е. возникшим при генезисе солевых отложений.
В отличие от крупных агрегатов руды на измельченных частицах сильвина наблюдается большое число мелких кристаллов кубической формы прозрачного белого цвета, характерных для хлорида натрия. Видно, что такие частицы покрывают поверхность частицы сильвина примерно на 40–50 % и слабо закреплены на поверхности сильвина. При флотационном обогащении руды такие частицы будут отделяться от сильвина с выделением солевого шлама.
Как видно на рис. 2, нерастворимый остаток скапливается в местах, где наблюдаются сколы, трещины, впадины. В тех местах, где поверхность является гладкой, глинисто-карбонатные шламы отсутствуют. Поверхность сухих крупных агрегатов сильвинитовой руды покрыта островками частиц пылевидного н.о. Распределение н.о. на поверхности сильвина неравномерно, наибольшая концентрация н.о. наблюдается преимущественно во впадинах, складках, трещинах, углублениях агрегатов руды. Наблюдаются также прожилки н.о. и области сплошного тонкого слоя н.о. По силе закрепления частиц н.о. на поверхности минерала можно отметить, что существуют слабо удерживаемые (адгезионные) частицы н.о. на поверхности сильвина, попадающие на поверхность при дроблении руды, так называемый свободный н.о., а также частицы н.о., сформированные и закрепившиеся на поверхности минерала ранее при генезисе солевых отложений, так называемый связанный н.о.
Оптический анализ поверхности сильвинита, поступающего на измельчение, показывает, что независимо от размера агрегата поверхность руды сильно загрязнена мелкодисперсными частицами н.о.
Даже после процесса дробления руды (см. рис. 1, 2) и ее измельчения в стержневой мельнице на флотофабрике (см. рис. 5) н.о., связанный с сильвином, сохраняется и четко обозначен в виде сростков н.о. и сильвина.
136
Рис. 2. Крупные агрегаты сильвинита, поступающего на флотационную обогатительную фабрику (×8)
Несоляной материал Верхнекамского месторождения в сильвинитовой залежи присутствует в виде вкраплений внутри зерен солей, межзеренных вкраплений итонких прослоек между слоями сильвинита.
Минеральный состав руды, естественный размер и форма зерен сильвина, количество и размер галита в межзерновом пространстве сильвинита – эти факторы влияют на степень раскрытия полезного компонента калийных руд.
Кроме того, на степень раскрытия оказывает влияние содержание галита в межзерновом пространстве. Чем меньше зерна галита в межзерновом пространстве, тем ниже степень раскрытия, так как чтобы полностью отделить сильвин от галита, необходимо дробить руду
137
до естественного размера галита. Но такое измельчение требует высоких энергозатрат. Для руды Верхнекамского месторождения принято допустимое содержание сростков в руде, соответствующее степени раскрытия 90 %.
При флотационном методе обогащения не играют роли вкрапления несоляного материала внутри зерен. Наибольшее влияние на содержание н.о. в руде оказывают прослои галопелитов, залегающие внутри слоев сильвинита.
Согласно существующей технологической схеме фабрики БКПРУ-3 исходная рудная суспензия проходит предварительную классификацию по граничной крупности обогащаемой руды. В подрешетный продукт отделяется материал, обогащенный мелкодисперсными частицами глинистокарбонатных примесей (рис. 3), а в надрешетный продукт поступают солевые частицы и агрегаты, которые измельчаются в стержневой мельнице
ивторично классифицируются. Подрешетные продукты предварительной
иповерочной классификации объединяются и совместно обесшламливаются сначала в гидроциклонах (механическое обесшламливание), а затем вофлотомашине.
Вподрешетный продукт первого каскада классификации по ка- чественно-количественной схеме поступает приблизительно 25 % твердой фазы. Это фракция размером менее 0,9 мм, обогащенная мелкодисперсными частицами н.о. Надрешетный продукт поступает на второй каскад классификации. Подрешетный продукт второго каскада классификации представлен более равнозначными по массе агрегатами как соляного, так и несоляного материала (рис. 4).
Вподрешетном материале как первого, так и второго каскада классификации, присутствуют сростки сильвина с н.о. Сростки представляют собой агрегаты из двух или трех зерен. Простые сростки
спрямолинейным или выпукло-вогнутым контактом легко распадаются при механическом воздействии. Сложные сростки имеют вееро-, пилообразный контакт между зернами сильвина и галита, и при механическом воздействии раскол происходит чаще по спайности сильвина. Тогда образовавшееся зерно, если в нем преобладает галит, уходит
схвостами, а если преобладает сильвин – в концентрат, разубоживая его. Простые сростки образует розовый и молочно-белый сильвин. В красной, сургучно-красной и пестроокрашенной разновидностях сильвина преобладают сростки со сложным строением, поэтому они характеризуются более низкой степенью раскрытия [4].
138
Рис. 3. Подрешетный продукт первого каскада дуговых сит предварительной классификации (×16)
При циркуляции суспензии в контуре кристаллы солей соприкасаются друг с другом и происходит оттирка с их поверхности частиц других минералов. Флотационный способ извлечения хлорида калия из сильвинитовой руды является довольно простым при условии, что в руде содержится небольшое количество галопелита. Для устранения вредного влияния глинисто-карбонатного шлама на обогатительных фабриках используют несколько способов: гидромеханический – от-
139
тирка шламов с последующим удалением мелких частиц в гидроциклонах и гидросепараторах; флотацию шламов; депрессию шламов с помощью реагентов депрессоров, которые, адсорбируясь на поверхности глинисто-карбонатных частиц, предотвращают адсорбцию на них собирателей.
Рис. 4. Подрешетный продукт второго каскада дуговых сит предварительной классификации (×16)
Согласно данным технического отдела ОАО «Уралкалий», измельченный сильвинит на выходе из мельницы содержит около 20 % по массе частиц, имеющих размер менее 150 мкм. А так как гидроциклон на стадии обесшламливания работает с граничным зерном разделения 150 мкм, то, следовательно, значительная часть мелкодисперсного сильвинита в виде шлама удаляется в отвал и тем самым снижает-
140