u_lectures

81

ча смывной воды, которая подается к внутреннему борту желоба.

Потоки концентрата и промпродукта отделяются отсекателями, которые представляют собой поворотные ножи, установленные у отверстий с отводящим трубопроводом. Устанавливаются такие устройства с интервалом 0,5 – 1 виток. На верхних витках снимается концентрат, на нижних – промпродукт. Хвосты разгружаются в конце желоба.

Оптимальное количество витков желоба обычно составляет три. Однако она зависит от крупности питания. Для крупного материала достаточно двух витков, а для мелкого, крупностью менее 0,15 мм, необходимо 4 витка.

Винтовые сепараторы изготовляются из чугуна, силумина (сплава алюминия с кремнием), полимерных материалов, рабочая поверхность желобов обычно футеруется резиной, каменным литьем или полимерами.

Основным конструктивным параметром сепаратора является диаметр винтового желоба. На сепараторах большого диаметра (1000 мм и более) обычно обогащается материал крупностью 1…2 мм. Для обогащения тонкозернистых материалов (менее 0,5 мм) применяются сепараторы диаметром 500 и 750 мм. Материал крупностью минус 1 + 0,074 мм обогащаются успешно на сепараторах различного диаметра. Винтовые сепараторы бывают одно-, двух - и трехжелобными что значительно увеличивает их производительность. Степень концентрации на винтовых сепараторах обычно составляет 5…10 в зависимости от содержания тяжелых минералов исходном питании.

На извлечение и качество выделяемых концентратов влияют: разница в плотности разделяемых минералов, форма и степень окатанности зерен, гранулометрический состав исходного материала, содержание глины и шламов. Перед обогащением на винтовых сепараторах материал подвергается дезинтеграции, обесшламливанию и классификации по крупности (грохочением) или по равнопадаемости (в гидравлических классификаторах). При этом улучшаются технологические показатели обогащения, и увеличивается производительность сепаратора. При большом содержании в питании глины и шламов (более 25%) процесс сепарации становится неустойчивым. Также неустойчивым становится процесс сепарации неклассифицированного материала, содержащего незначительное количество мелкой фракции (менее 10% минус 2 мм) и большого количество крупных (20 ; 16; 12 мм) фракций (более 30%). На винтовых сепараторах хорошо извлекаются тяжелые минералы крупностью от 4 до 0,25 мм, более мелкие минералы улавливаются хуже, а минералы мельче 0,074 мм почти не извлекаются и снижают извлечение более крупных минеральных частиц. Большое значение имеет форма частиц обогащаемого материала. Частицы пластинчатой формы под действием силы трения скольжения, которая больше силы трения качения сферических частиц, удерживаются у внутренней стенки желоба

82

и уходят в концентрат. Частицы сферической формы наоборот, движутся вблизи внешнего борта желоба и уходят в хвосты.

Сростки тяжелых минералов с минералами пустой породы, имеющие промежуточную плотность, плохо извлекаются на сепараторах и нарушают селективность разделения. Поэтому винтовые сепараторы применяются в основном для обогащения россыпей, в которых отсутствуют сростки.

Оптимальная плотность пульпы, поступающей на сепаратор, для песков россыпных месторождений составляет от 35 до 50% твердого, для руд – от 15 до 35% твердого. Повышение содержания твердого в пульпе нарушает процесс расслоения материала и материал движется по желобу сплошной массой, в то время, как при большом разжижении (менее 10% твердого) приходится снижать количество материала, поступающего на сепаратор из-за переполнения желоба. Для повышения качества концентрата, уменьшения заиливания в зоне концентрирования, для транспортировки тяжелых минералов смывная вода подается в приосевую зону каждого желоба Расход смывной воды обычно составляет 0,3…0,6 л/с для одного желоба. При избытке смывной воды тяжелые минералы сносятся в область промпродукта и даже хвостов.

Удельная производительность винтовых сепараторов на 1 м2 площади составляет для сепаратора СВ2Л-1000 довольно высока и составляет 0,9…2,5 т/ч.

Простота устройства, отсутствие механического привода, высокая удельная производительность, малая площадь, занимаемая ими и высокая надежность работы, обеспечили винтовым сепараторам широкое применение их при обогащении титановых и титано-цирконовых песков, золотосодержащих россыпей, оловянных и вольфрамовых руд. Устанавливаются они также на драгах.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы, которые отличаются формой желоба и малым наклоном его днища.

Применяется такой шлюз для обогащения тонкозернистых материалов (менее 0,074 мм) при малых скоростях движения тонкого потока по шлюзу.

83

Лекция 11. ФЛОТАЦИЯ

План лекции

11.1Область применения флотационного метода обогащения

11.2Элементарный акт флотации

11.3Распределение операций флотации по камерам флотационных машин

11.1Область применения флотационного метода обогащения

Сиспользованием флотационного метода обогащения перерабатывается более 90% добываемых руд цветных металлов, большое количества неметаллических полезных ископаемых, железных, марганцевых руд, углей. Широкое применение флотации объясняется универсальностью его и преимуществами перед другими методами обогащения:

- высокая производительность и высокая степень автоматизации, - возможность переработки бедных руд с низким содержанием металлов

(меди до 0,5…1%, молибдена до 0,05…0,06%), - обогащение тонковкрапленных руд, для которых другие методы непри-

емлемы, - получать высокие технологические показатели ( качество концентратов и

извлечение), - комплексно перерабатывать сложные, например, полиметаллические ру-

ды с выделением в концентраты основных ценных компонентов.

Флотация (франц. flottation, от flotter – плавать на поверхности воды) – это метод обогащения, основанный на различии физико-химических свойств поверхности минералов, их способности смачиваться водой. Одни минералы в тонкоизмельченном состоянии в водной среде не смачиваются водой, прилипают к вводимым в воду пузырькам воздуха и всплывают с ними на поверхность, другие минералы, которые не смачиваются водой, не приливают к пузырьками воздуха и остаются в объеме пульпы.

Флотируемость различных минералов зависит от способности поверхности их смачиваться водой. Эти способности можно изменять искусственно, применяя флотационные реагенты.

Для обеспечения избирательности прилипания частиц к пузырькам воздуха вводятся различные неорганические и органические химические соединения.

Все минералы обладают большей или меньшей флотационной способностью и могут быть сфлотированы, если их поверхность будет для этого подго-

84

товлена. Не смачиваются водой и хорошо флотируются такие минералы, как графит, сера уголь, молибденит. После обработки соответствующими флотационными реагентами хорошо флотируются сульфидные минералыгаленит PbS, пирит FeS2, халькопирит CuFeS2 . В тех же условиях плохо или совсем не флотируются окисленные минералы, например, церуссит PbCO3, малахит CuCO3 · Сu(OH)2 , хризоколла CuSiO3 · 2H2O, кварц SiO2 и др.

Путем подбора флотационных реагентов можно создать такие условия, когда одни минералы, присутствующие в руде, будут флотироваться, а другие нет. Например, если в полиметаллической руде содержаться одновременно галенит, халькопирит, сфалерит и пирит, обладающие примерно одинаковой флотируемостью, то во флотационной пульпе применением различных флотационных регентов создаются такие условия, при которых выделяются свинцовый, медный, цинковый и пиритный концентраты.

Флотация может применяться также для извлечения из промышленных растворов и сточных вод тонкодисперсных гидрофобных осадков (флотация осадков) или ионов и молекул (ионная флотация).

Разработка широкой номенклатуры флотационных реагентов различного химического состава и свойств обеспечило создание методов селективной флотации полиметаллических комплексных руд.

11.2 Элементарный акт флотации

Процесс флотации складывается из ряда этапов протекающих в следующей последовательности:

1.С помощью флотационных реагентов создаются условия для прилипания частиц одних минералов к пузырькам воздуха и наоборот, предотвращается прилипание к ним других минеральных частиц.

2.В результате диспергирования воздуха, поступающего в пульпу и выделения его из раствора, образуются мелкие пузырьки.

3.Минеральные частицы прикрепляются к пузырькам воздуха, образовывая минерализованные пузырьки.

4.Минерализованные пузырьки всплывают на поверхность пульпы, образуя слой пены.

5.Минерализованная пена удаляется с поверхности пульпы.

Для проведения процесса флотации в пульпу, представляющую собой смесь тонкоизмельченной руды с водой, загружаются флотационные реагенты, изменяющие степень смачиваемости поверхности минералов. Под действием флотационных реагентов поверхность одних минеральных частиц смачивается водой, т.е. становится гидрофильной, а поверхность других не смачивается во-

85

дой, т.е. становится гидрофобной. Гидрофобные частицы прилипают к пузырькам (рис. 11.1) и выносятся на поверхность пульпы, где образуют слой минерализованной пены, которая снимается в виде пенного продукта.

Рис.11.1 Схема минерализации воздушного пузырька

Основной акт флотации – это закрепление минеральной частицы на пузырьке воздуха. Этот самопроизвольный процесс основан на втором законе термодинамики, согласно которому самопроизвольно могут осуществляться процессы, приводящие к уменьшению свободной энергии системы.

В процессе флотации пузырек воздуха минерализуется благодаря прилипанию к нему большого количества минеральных частиц. Это прилипание с образованием агрегата частица – пузырек принято называть элементарным актом флотации.

При прилипании минеральной частицы к пузырьку воздуха обязательно образуется краевой угол, и чем он будет больше, тем прочнее прилипание. Величину краевого угла можно изменять, обрабатывая минеральную поверхность флотационными реагентами и по его величине судить о способности минералов смачиваться водой. т.е. о их флотируемости. Краевой угол, таким образом, является мерой смачиваемости поверхности.

Краевой угол смачивания - угол, образованный касательными к поверхности минерала и пузырька на границе раздела трех фаз (рис. 11.2, рис. 11.3).

86

Рис. 11.2 Гидрофильная поверхность

Рис.11.3 Гидрофобная поверхность

Краевой угол смачивания изменяется в широких пределах от 00 до 1800. 0о – абсолютная смачиваемость, полная гидрофильность, капля полностью

растекается по поверхности минерала.

180о – абсолютная несмачиваемость, предельная гидрофобность, капля воды совершенно не растекается по поверхности минерала.

Чем больше значение краевого угла, тем хуже минерал смачивается водой, тем лучше флотируемость.

Практика флотации показала, что минеральные частицы могут флотироваться не только тогда, когда краевой угол больше 90˚, но и тогда, когда значение его меньше 90˚. Так многие минералы флотируются при значении краевого угла 10…15˚.

Рассмотренные закономерности и зависимости справедливы лишь для статических условий, в то время как процесс прилипания минеральных частиц к пузырькам воздуха происходит в пульпе при непрерывном и интенсивном перемешивании. Прилипание, следовательно, и флотируемость минералов зависит от большого количества факторов:

- физико-химических свойств поверхности минералов;

87

-их крупности;

-характера и концентрации реагентов;

-степени (времени) перемешивания;

-плотности пульпы (соотношение Т : Ж);

-количества, крупности и прочности пузырьков воздуха;

-вероятности столкновения пузырьков с зернами минералов.

11.3Распределение операций флотации по камерам флотационных

машин

Очень редко в практике флотации удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты в одну операцию.

По своему назначению различают операции флотации (рис.11.4):

-основную;

-контрольную;

-перечистную.

п/п 2

концентрат

Рис. 11.4 Схема флотационного процесса

88

Основная флотация – первая операция флотации в результате которой получают черновой концентрат и хвосты.

Контрольная флотация – операция флотации хвостов, полученных в основной флотации с целью доизвлечения полезного минерала из них.

Перечистная флотация (перечистка) – операция повторной флотации черновых концентратов для повышения их качества.

В зависимости от последовательности выделения ценных компонентов бывают схемы:

-коллективно-селективной флотации;

-селективной флотации.

Коллективная – означает, что флотируются все ценные компоненты обладающие одинаковой флотируемость.

Селективная – ценные компоненты выделяются последовательно в самостоятельный концентрат.

Распределение операций флотации по камерам флотационных машин показано на рисунке 11.5.

Измельченная

руда

Перечистка Основная флотация Контрольная флотация

Отвальные

хвосты

концентрат

Рис. 11.5 Распределение операций флотации во флотационной машине

Лекция 12. ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ

План лекции

12.1Классификация и назначение флотационных реагентов

12.2Собиратели (коллекторы);

12.3Пенообразователи;

12.4Депрессоры (подавители);

12.5Активаторы;

12.5 Регуляторы среды.

12.1 Классификация и назначение флотационных реагентов

Химические вещества, вводимые во флотационную пульпу для управления флотационным процессом, обеспечения высокой избирательности флотации различных минералов, повышения прочности воздушных пузырьков и стабилизации процесса флотации, называются флотационными реагентами.

Путем подбора специальных реагентов можно искусственно изменить поверхностные свойства минералов, а именно их смачиваемость.

Например: комплексная полиметаллическая руда в которой присутствуют следующие минералы обладающие одинаковой природной флотируемостью

-галенит PbS,

-халькопирит CuFeS2,

-сфалерит ZnS,

-пирит FeS2,

Во флотационной пульпе создаются такие условия, когда возможно выделить каждый из них в самостоятельный концентрат.

Каждый из добавляемых во флотационную пульпу реагентов имеет свое целевое назначение.

По своему назначению флотационные реагенты делятся на пять основных групп:

-собиратели (коллекторы);

-пенообразователи;

-депрессоры (подавители);

-активаторы;

-регуляторы среды.

90

12.2 Собиратели

Собиратели – это органические вещества, избирательно концентрирующиеся на поверхности извлекаемых минеральных частиц, гидрофобизирующие их поверхность и способствующие прилипанию их к воздушным пузырькам.

Большинство реагентов-собирателей - это аполярные и гетерополярные (т.е. содержащие полярную и аполярную группы) поверхностно-активные органические вещества, способные закрепится на поверхности извлекаемых минералов и резко увеличить их флотируемость.

Аполярные вещества химически мало активны, плохо растворяются в воде и не смачиваются ею, обладают незначительной поверхностной энергией и не распадаются в воде на ионы. К ним относятся минеральные масла, жиры и другие органические соединения.

Вещества, в состав которых одновременно входят полярная группа и аполярная углеводородная цепь, называются гетерополярными (рис. 12.1).

Рис. 12.1 Строение гетерополярной молекулы

В пульпе молекулы собирателя строго ориентируются своей полярной группой к минералу, а аполярным (гидрофобным) радикалом в водную фазу.

При растворении гетерополярного соединения в воде его молекулы стремятся к границе раздела фаз, где концентрация их больше, чем в объеме раствора. Эти гетерополярные молекулы ориентируются на границе раздела жидкость