Флотация

                                                ФЛОТОРЕАГЕНТЫ

        Гидрофобность ( гидрофильность ) минералов  регулируется с помощью специальных  реагентов, которые сорбируются  на поверхности раздела  твердое  тело – жидкость и жидкость  – воздух ( газ ). флотореагенты  – соединения органического и неорганического  происхождения, - применяются для регулирования и управления процессом флотации.  В зависимости от роли, выполняемой при флотации флотореагенты делятся на три большие группы: собиратели,  пенообразователи ( вспениватели ) и модификаторы.

     Собиратели – это реагенты, которые образуют на поверхности минерала гидрофобную пленку и делают поверхность несмачиваемой. Таким образом они увеличивают скорость прилипания частиц к пузырьку, т. е. повышают их флотируемость. К собирателям относятся органические соединения – природные жиры, содержащие олеиновые и другие кислоты, ксантогенат калия или натрия и другие. Для флотации сильвинитовых руд применяют амины. Собиратели подразделяются  на:

-Неионогенные (константа диссоциации меньше, т. е. они малорастворимые ) к ним относятся соединения, которые не содержат полярных групп, не диссоциируют на ионы и труднорастворимы в воде: аполярные собиратели, высшие жирные спирты, т. е. те у которых имеет место физическая, а не химическая сорбция. При флотации руд цветных металлов наиболее широко применяют керосин, трансформаторное масло, машиное и индустриальное масла.

- Ионогенные (константа диссоциации больше ). Ионогенные собиратели представляют собой органические соединения, имеющие гетерополярное строение молекулы, одна часть которой является  полярной, а другая – аполярной. По типу полярных  групп  ионогенные собиратели  подразделяются на:

• Анионные- такие, у которых углеводородный  радикал входит в   анион, отвечающий за гидрофобизацию  поверхности минерала. Они в свою очередь подразделяются на:
• Сульфгидрильные, к которым относятся ксантогенаты, меркаптаны, дитиофосфаты и т. д. область применения – флотация  сульфидов и окисленных минералов цветных металлов, а так же благородных  самородных металлов.
• Оксигидрильные- жирные кислоты и их мыла, алкилсульфаты.  Они используются при флотации несульфидных минералов.
• Катионные- у которых углеводородный радикал вхо дит в катион. К ним относятся амины и четверичные  аммонивые основания.
• Амфотерные- к ним относятся гидроксамовые кислоты ИМ-50.

       Вспениватели – это гетерополярные  органические соединения, которые  адсорбируясь на границе раздела жидкость – газ и тело – жидкость, тем самым сохраняют поверхность раздела газ – жидкость, препятствуя коалесценции пузырьков, и повышают прочность пены. Т. е. вспениватели добавляются для получения устойчивых пузырьков воздуха. Представителями класса вспенивателей являются спирты, фенол, крезол и другие.

      Модификаторы- неорганические  и органические соединения,  способные изменять флотируемость минералов за счет регулирования  действия собирателей и влиять на взаимодействие поверхности минералов с водой и реагентами. Так как действие регуляторов при флотации очень сложно и разнообразно, принято эту группу флотореагентов разделять на три подгруппы:                 

       Депрессоры ( подавители ) – уменьшают или полностью прекращают адсорбцию собирателей на поверхности минералов, предотвращая тем самым его флотацию. Их применяют при наличии в руде нескольких минералов и необходимости выделения в пенный продукт только некоторых. В качестве депрессоров применяются соли, щелочи и кислоты. Наиболее употребимы цианистый калий, цинковый купорос, известь. Существует несколько способов подавления флотации  минералов:

       1 повышение гидратации поверхности  может быть достигнуто обработкой  ее реагентами, образующими малорастворимые  гидрофильные соединения;

       2 предотвращение активации солями  тяжелых и щелочноземельных  металлов достигается  в результате связывания катионов в малорастворимые и комплексные соединения, гидроксиды, карбонаты, фосфаты и др. соединения на поверхности;

       3 защита поверхности минерала  от действия собирателей;

      4 разрушение пленки собирателя на минеральной поверхности может быть достигнуто термическим и химическим путем ( пропаркой или переводом поверхностных соединений в более растворимые соединения );

       5 растворение активирующей пленки ( например, цианид дезактивирует  поверхность сфалетита от ионов меди ).

      Активаторы - реагенты, способствующие закреплению собирателя на поверхности некоторых  минералов (образующие активную пленку). Эти минералы флотируются только после того, как образовалась пленка. Т. е. используются в том случае, когда минералы депрессированны или когда природная флотируемость самих минералов недостаточна. Может состоять в химической очистке минералов от депрессирующих пленок,  т.е активаторы способны нейтрализовать действие депрессоров. Наиболее распространенными являются медный купорос, серная кислота и сернистый натрий. Активация также происходит в результате ионного обмена, например, активация сфалетита катионами меди.

      Реагенты – регуляторы процесса применяются для улучшения факторов, способствующих флотации. Регуляторы вводятся в пульпу, изменяя среду, делая ее щелочной или кислотной, что способствует более эффективному воздействию активаторов или депрессоров на поверхности минералов.

       Флотационные реагенты дозируют  в технологический процесс   в виде водных растворов- суспензий, эмульсий, реже  в виде газовой фазы ( SO2 ). Некоторые твердые реагенты обладают ограниченной растворимостью в воде, например известь.  Для подачи ее в технологический процесс готовят не раствор, а суспензию, т.е. взвесь частиц твердого в воде ( известковое молоко ). При необходимости  дозирования плохо растворяющихся в воде реагентов  ( керосин, олеиновая кислота и др. )  готовят эмульсию, т.е. взвесь реагентов в воде.

         Ко всем флотореагентам предъявляются следующие требования:

  1 избирательность  действия

  2 стандартность  качества

  3 дешевизна

  4 недефицитность 

  5 удобство  в перемещении ( экологичность  – с точки зрения охраны  окружающей среды, очень важное требование;  хорошая растворимость в воде,  устойчивость при хранении, отсутствие  запаха ).

                                               ФЛОТОМАШИНЫ

        Измельченная до необходимой крупности, обеспечивающей наиболее полное раскрытие сростков, руда подвергается флотации в аппаратах, называемых флотационными машинами. Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин, обладающих высокой производительностью. Применяемые в практике флотационные машины классифицируются в зависимости от способа аэрации пульпы воздухом и способа перемешивания пульпы, и подразделяют на три большие группы:

1) механические; в механических флотомашинах воздух засасывается в пульпу импеллером через полую трубу. Распределение воздуха по всему объему пульпы и перемешивание ее осуществляется тем же импеллером.

2) пневмомеханические; в пневмомеханических флотомашинах воздух засасывается вращающимся импеллером и, кроме того, дополнительно подается в пульпу под давлением 0,015…0,02 МПа по специальным воздуховодным трубам.

3) пневматические; в пневматических флотомашинах аэрация пульпы осуществляется только сжатым воздухом под давлением 0,025…0,03 МПа, подаваемым от воздуходувок.

      Во всех флотомашинах последовательно происходит засасывание или подача пульпы во флотационную камеру, диспергирование воздуха на мелкие пузырьки, прилипание гидрофобных частиц к пузырькам и всплывание их в виде минерализованной пены, разгрузка пенного продукта ( концентрата ) и хвостов. Работа всех флотационных машин характеризуется степенью аэрации, которая определяет скорость флотации и ее эффективность. Размер пузырьков воздуха изменяется в широких пределах и зависит главным образом от типа флотомашины. Так в механических и пневмомеханических размер пузырьков составляет 0,6…1,5 мм, а в пневматических 2,5…4 мм.  Объемное содержание воздуха в хорошо аэрированной пульпе составляет 20-30%.

        Механические флотомашины конструкции института Механобр получили наиболее широкое распространение. Эта машина представляет собой ряд сдвоенных прямоугольных камер, из которых первая – всасывающая, вторая - прямоточная. Импеллер, являющийся диском с радиальными лопатками, вращаясь, обеспечивает засасывание воздуха. Вал вращается внутри трубы, к расширенной части которой крепится диск с отверстиями. Для внутрикамерной циркуляции пульпы служит также отверстие в стакане, которое может перекрываться заслонкой. Исходная пульпа поступает в аэратор по трубе, пенный продукт разгружается пеносъемником в сборный желоб, а камерный продукт ( хвосты ) переливается через камеру.

      Для многих процессов обогащения применяют пневматические машины. Например флотационная  пневматическоая машина ФП-100. Машины такого типа применяют для обогащения некоторых руд цветных металлов, угля, солей и других полезных ископаемых. Машина представляет собой вертикальную цилиндрическую камеру с коническим основанием, имеющим угол наклона до50°. В нижней конической части по оси машины устанавливается аэратор из листовой резины, а сверху крепится основной трубчатый аэратор . Он представляет собой набор перфорированных эластичных трубок, через которые подается аэрационный воздух. Аэратор этой конструкции обеспечивает хорошее диспергирование воздуха в пульпе и поддержание твердой фазы во взвешенном состоянии при одновременном энергичном перемешивании фаз. Загрузка машины осуществляется в верхней ее части через штуцер. При расчете флотационных машин определяют время флотации т, необходимое для обеспечения заданной степени извлечения х флотируемого минерала. Эту величину получают опытным путем или интегрированием кинетического уравнения флотации:

                                                            U =dx/dv= kN

 где U—скорость  флотации; N—число пузырьков воздуха, проходящих через пульпу в единицу времени; v - вероятность устойчивого закрепления частиц минерала на пузырьках; k—константа скорости процесса, зависящая от свойств флотируемого материала.

     Производительность пневматических машин Q (м3/ч) определяют по формуле :                                          Q=60 L S k / (R+1),

где L — длина  машины, м; S — площадь живого сечения камеры машины, м2; k — коэффициент, учитывающий изменение объема пульпы вследствие насыщения ее воздухом и снижения уровня пульпы в машине (k=0,7(0,8); R—отношение жидкого к твердому в пульпе;

Производительность  механических и пневмомеханических машин находят по формуле :                                    Q=60 vknk / (R+l/),

где vk—объем флотационной камеры, м3;   п—число камер в машине.

Наибольшее распространение  в операциях основной и контрольной  флотации получили машины пневмомеханического  типа. Принудительна подача воздуха  позволяет снизить скорость импеллера  до 6..7 м/с. Для подачи воздуха внутрь вала в его нижней части имеются три отверстия.воздух поступает в коллектор, расположенный вдоль задней стенки машины, далее по трубам через отверстия проходит внутрь вала. Пневмомеханические машины относятся к типу прямоточных , поэтому при компоновки машины из нескольких камер предусматривается всасывающая камера механической машины через каждые шесть прямоточных камер. Преимущества пневмомеханических машин:

1 большая скорость  флотации

2 большая производительность

3 удельный расход электроэнергии на 1 м3 воздуха значительно меньше удельного расхода электроэнергии на 1 м3 воздуха, засасываемого импеллером механической флотомашины.

4 скорость процесса  выше на 30…40 %

5 расход электроэнергии  ниже на 30…40 %

                                              ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расширение сырьевой базы  горно-добывающих предприятий  в настоящее время  происходит в основном за счет разведки и освоения месторождений бедных, труднообогатимых руд, так как богатые месторождения практически уже отработанны. В этих условиях необходимо совершенствовать и оптимизировать существующие технологии обогащения на основе современных тенденций их развития, достижений отечественной и зарубежной обогатительной науки и техники. Технологические и рехнико-экономические показатели зависят от очень многих факторов, к основным относятся: вещественный состав руды, реагентный  режим, технологическая схема флотации,  плотность и температура пульпы, химический состав воды, время флотации и конструкция флотомашины. Режим флотации,реагентный режим,  процесс и время флотации, а так же использование той или иной флотомашины для каждой руды подбирается индивидуально, с учетом ее состава и минеральной формы. Снижение содержания металлов в рудах  требует увеличения объема переработки руд для получения того же количества концентратов, а также определило основные направления совершенствования и разработки технологий обогащения  и  конструкций флотомашин. Что создает непростую задачу для следующих поколений металлургов.