книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

Регулирование окислительно-восстановительного потенци­ ала пульпы. Окислительно-восстановительный потенциал (Ehпотенциал) пульпы может оказать существенное влияние на со­ стояние поверхности минералов, скорость протекания реак­ ций окисления-восстановления (например, в системе ксантоге- нат-диксантогенид) на поверхности сульфидных минералов, соотношение окисленных и восстановленных форм реагента в объеме пульпы. Eh-потенциал пульпы может регулироваться загрузкой окислителей (например, перекиси водорода, перман­ ганата и др.) или восстановителей (сульфита, тиосульфата и др.), электрохимической обработкой пульпы или ее аэрацией.

Регулирование процессов диспергации и коагуляции шламов.

Во флотационных пульпах часто наблюдаются коагуляция тонких шламов и их налипание на более крупные частицы. Налипание как гидрофильных, так и гидрофобных шламов приводит к депрессии флотации крупных частиц. Гидрофильные частицы предотвращают разрыв гидратной прослойки между частицей и пузырьком, а гидрофобные, закрепляясь на пузырьке, отрываются при подъеме пузырька от крупных частиц, оставляя их в пульпе.

Коагуляция тонких частиц в большинстве случаев являет­ ся неселективной. При этом слипаются шламисгые частицы раз­ личных минералов, приводя к образованию «искусственных» сростков и нарушению селективности флотации тонких частиц.

Для предупреждения неселективной коагуляции и нали­ пания тонких частиц на крупные применяются реагенты, по­ лучившие название диспергаторов. В качестве диспергаторов обычно применяются жидкое стекло, фосфаты, крахмал, сер­ нистый натрий и некоторые другие реагенты.

10.2.6. Пенообразователи

В качестве реагентов-пенообразователей наиболее широко применяются гетерополярные поверхностно-активные веще­ ства, содержащие полярную (водоактивную) и неполярную (воздушно-активную) части. Вещества такого типа способны адсорбироваться на i-ранице раздела вода — воздух, ориенти­ руясь своей полярной группой к воде, а неполярной — к воз­ душной фазе.

Полярные группы пенообразователей могут быть неионизи­

рующиеся или слабоионизирующиеся (—ОН, = С = О, — С = О),

ионизирующиеся анионные, например — С— ОН, — О— S— ОН

— S^— ОН, и ионизирующиеся катионные: — NH2 = N. Аполяр-

ная часть молекулы может быть представлена алкильным или арильным радикалом. Молекулы пенообразователей содержат обычно один углеводородный радикал и одну или небольшое число полярных групп. Используемые на практике пенообра­ зователи содержат, как правило, от 5 до 12 атомов углерода в цепи, а их растворимость составляет обычно 0,2 —5,0 г/л.

Адсорбция пенообразователей на границе раздела жид­ кость — газ позволяет изменять коалесцентную способность (слияние) воздушных пузырьков и степень их дисперсности в пульпе, скорость подъема пузырьков, структурно-механические свойства оболочек воздушных пузырьков и прочность пены.

Уменьшение коалесцентной способности и средней крупно­ сти пузырьков. В присутствии пенообразователя процесс коалесценции резко замедляется, так как в результате адсорбции на поверхности раздела жидкость — газ пенообразователь об­ разует ориентированный слой молекул, полярные концы ко­ торых гидратируются диполями воды (рис. 10.9, б). Этот гид­ ратированный слой приводит к повышению механической стой­ кости оболочек пузырьков и препятствует их слиянию при столкновении друг с другом, что позволяет сохранить в пуль­ пе более мелкие пузырьки. Зависимость средней крупности пузырьков воздуха от концентрации пенообразователя в пуль­ пе изображена на рис. 10.9, в.

Уменьшение скорости подъема пузырьков. При отсутствии пенообразователя в пульпе пузырьки не имеют на своей по­ верхности структурно-устойчивой гидратной оболочки (рис. 10.9, а), поэтому при всплытии в пульпе они легко деформи­ руются и принимают форму, выгодную в гидродинамическом отношении. В результате этого скорость их подъема возраста­ ет. Иначе обстоит дело с пузырьками воздуха, которые за­

ключены в довольно «жесткую» гидратную оболочку (см. рис. 10.9, б) и имеют вследствие этого форму, близкую к сфериче­ ской. При подъеме такие пузырьки меньше деформируются, у них меньше возможностей принять выгодную в гидродина­ мическом отношении форму и поэтому скорость их подъема гораздо меньше скорости подъема пузырьков такого же раз­ мера в чистой воде. Снижение скорости подъема пузырьков под действием пенообразователей увеличивает содержание воз­ духа в пульпе и тем самым повышает вероятность их столк­ новения с минеральными частицами и флотации.

Повышение прочности пены. Пеной называется концен­ трированная эмульсия газа в жидкости. Если она не содержит твердых частичек, то ее называют двухфазной, если содержит

Рис. 10.9. Схема структуры гидратного слоя на поверхности чистого пу­ зырька воздуха в воде (а), покры того гетерополярными молекулами (б) и

влияние концентрации пенообразователя С на средний размер пузырьков d в пульпе (в):

I — масло; 2 — дипольные молекулы воды; 3 — гетерополярные молекулы; 4 — знак диполя

Повышение прочности закрепления пузырька на частице.

Пенообразователи, являясь поверхностно-активными вещест­ вами, закрепляются не только на поверхности раздела жид­ кость — газ, но и на поверхности раздела жидкость — твердое, активно влияя на гидрофобизацию поверхности и флотируемость многих минералов. Например, основная масса сульфид­ ных минералов может быть сфлотирована одним пенообразо­ вателем без добавки собирателя.

Разрушение слоя флотационной пены, представляющей собой трехфазную систему, состоящую из пузырьков, водных прослоек и твердых частиц, происходит в результате коалесценции пузырьков в пенном слое и разрушения их на поверх­ ности. Флотирующиеся частицы в зависимости от степени их гидрофобности могут ускорять (если 0 > 90°) и затруднять (ес­ ли 0 < 90°) эти процессы. В результате разрушения и коалесценции пузырьков наблюдается вторичная концентрация мине­ ралов в пене. Обогащение верхних и обеднение нижних слоев пены происходят вследствие вымывания частиц породы или депрессируемого минерала стекающей между пузырьками водой.

Из большого числа соединений, предложенных в качестве пенообразователей, наибольшее распространение на обогати­ тельных фабриках получили гетерополярные соединения с неионизирующейся полярной группой, сосновое масло и синте­ тические реагенты: ОПСБ, Т-88, М И БК , циклогексанол, ма­ сло X, ТЭБ, Д-3 и др.

10.3. Реж им ы Флотаипп

10.3.1. Класспфккаипя минералов по Флотпруемости

Предложенная М.А. Эйгелесом классификация минералов по флотируемости позволяет сгруппировать их следующим образом.

1.Неполярные минералы, обладающие высокой естествен­ ной гидрофобносгью (самородная сера, графит, каменный уголь, молибденит, тальк, озокерит). М инералы этой группы флоти­ руются аполярными собирателями, например керосином.

2.Самородные металлы (золото, серебро, платина, медь), сульфиды цветных, черных и редких металлов и близкие к

ним по флотационным свойствам теллуристые (теллуриды) и селенистые (селениды) металлы. Минералы легко флотируют­ ся сульфгидрильными собирателями.

3. Окисленные минералы цветных металлов (карбонаты свинца, цинка и меди, сульфат свинца, окислы меди и др). Ми­ нералы этой группы флотируются сульфгидрильными соби­ рателями после сульфидизации.

4.Соли щелочноземельных металлов, не содержащие кремнекислоты и карбонаты черных металлов (апатит, фосфори­ ты, кальцит, шеелит, флюорит, барит, сидерит, родохрозит и др.). М инералы легко флотируются оксигидрильными соби­ рателями без предварительной активации.

5.Окислы железа, марганца, олова (магнетит, гематит, псиламелан, пиролюзит, касситерит и др.). Минералы этой группы флотируются без активации оксигидрильными собирателями, но значительно хуже, чем минералы предыдущей группы.

6.Силикаты и кварц. М ногие из минералов этой группы флотируются анионными оксигидрильными собирателями. Ино­ гда требуется предварительная активация, если на гранях или поверхностях разлома минерала не имеется достаточного ко­ личества катионов, способных образовывать с анионным со­ бирателем труднорастворимые или прочные комплексные со­ единения. Такие минералы часто лучше флотируются катион­ ными собирателями. Более детальное исследование флотаци­ онных свойств минералов данной группы приведет в даль­ нейшем к разделению ее на отдельные подгруппы.

7.Растворимые в воде минералы: галит (NaCl), сильвин

(КС1), карналлит (K C l-M gC l2-6H20 ), биш офит (M gC l2-6H20 ) и др. М инералы этой группы флотируются из насыщенных растворов, называемых «маточником» или «рапой», обычно катионными и гораздо реже анионными собирателями.

10.3.2.Флотаипя руд. содержащих минералы

свысокой естественной гидроФовностью

Высокая естественная гидрофобность каменного угля, гра­ фита, самородной серы и талька обусловлена особенностями их кристаллических структур. Значения краевого угла смачи­ вания при этом зависят от соотношения на макроповерхности

минерала высокогидрофобных плоскостей спайности и гид­ рофильных торцевых участков кристалла.

Несмотря на высокую естественную гидрофобность угля, самородной серы, графита и талька, термодинамическая вероят­ ность их флотации реализуется плохо. Эффективная флотация минералов достигается только после загрузки аполярных со­ бирателей (керосина, масла, нефтепродуктов и др.), которые закрепляются на поверхности в виде линз или капелек, обес­ печивая прорыв гидратной прослойки между частицей и пу­ зырьком при их встрече и способствуя многократному упроч­ нению образовавшегося контакта. Ф лотационная активность аполярного собирателя обычно тем выше, чем больше содер­ жание в нем непредельных соединений и ароматических угле­ водородов, чем лучше он эмульгирован и чем выше исходная гидрофобность флотируемых частиц.

Для гидрофобизации полярных участков поверхности не­ обходима добавка гетерополярных реагентов. Поэтому в об­ щем случае наиболее эффективной при флотации рассматри­ ваемой группы минералов является смесь или сочетание двух типов реагентов: поверхностно-активных веществ с гетерополярным строением молекул и малорастворимых в воде апо­ лярных веществ. Оптимальное соотношение их определяется характером перерабатываемого сырья и устанавливается экс­ периментально. Расход смеси составляет 0,5— 1,5 кг/т.

Помимо гидрофобизации полярных участков поверхности флотируемых частиц, добавка поверхностно-активных реаген­ тов улучшает эмульгирование аполярных реагентов, а также аэ­ рацию пульпы и образование устойчивой пены. Лучшие ре­ зультаты получены с реагентами, имеющими в качестве поляр­ ной группы гидроксил (пенореагент, синтетические спирты, ку­ бовые остатки производства бутилового спирта, метилизобутилкарбинол, сосновое масло и др.).

Минералы первой группы обычно совместно в рудах не встречаются, поэтому задача обогащения сводится к отделе­ нию их от пустой породы при минимальных расходах на из­ мельчение, реагенты и минимальном времени флотации. К технологическим особенностям флотационного обогащения руд, содержащих минералы первой группы, следует отнести:

•необходимость преодоления вредного влияния тонко­ дисперсных глинистых шламов, гипса, растворимых органиче­ ских веществ или битуминизированной пустой породы. Для этого применяются загрузки жидкого стекла (до 2 кг/т), пиро­ фосфат, тринатрийфосфат или сульфитцеллюлозный щелок. Они пептизируют тонкие шламы и подавляют флотацию би­ туминизированной пустой породы;

•при разработке режима измельчения и схемы обогаще­ ния необходимо учитывать, во-первых, что более мягкие полез­ ные минералы при измельчении режутся острыми краями твер­ дых зерен пустой породы, а это может привести к ухудшению качества конечного, например графитового, концентрата. Вовторых, при взаимотрении гидрофобных минералов и пустой породы в мельницах последняя приобретает флотационную активность, что снижает эффективность перечистных операций флотации и ухудшает качество получаемых концентратов;

•сера, графит, уголь и тальк имеют относительно малую плотность, поэтому максимальная крупность флотирующихся зерен для них несколько выше, чем для других минералов. Она составляет при флотации в машинах механического типа около 0,5 мм, а при флотации в машинах пенной сепарации может достигать несколько миллиметров, что позволит полу­ чить максимальный выход, например, более ценных сортов крупночеш уйчатого графита.

10.3.3. Флотация сульФппных рул

и самороаных металлов

Сульфидные руды являются основным источником полу­ чения цветных металлов. Н а всех обогатительных фабриках при их флотации используются сульфгидрильные собиратели

— ксантогенаты, аэрофлоты и др.

Ф л о т а ц и я м е д н ы х и м е д н о -м о л и б д е н о в ы х р у д . Медь в та ­ ких рудах в основном представлена халькопиритом (CuFeS2), борнитом (Cu5FeS4), халькозином (Cu2S), а железо — пиритом (FeS2) и пирротином (FeS), содержание которых в рудах изме­ няется от нескольких процентов (в медных порфировых ру­ дах) до 65— 85 % (в медистых пиритах). Практически единст­

венным извлекаемым молибденовым минералом в медных рудах является молибденит.

Сульфидные минералы меди обладаю т высокой флотаци­ онной активностью в широком диапазоне pH: от 6 до 13— 14. Причем вторичные сульфиды меди флотируются лучше пер­ вичных и депрессируются при более высоких значениях pH пульпы. Депрессирующее действие на флотацию сульфидов ме­ ди оказывают цианидные, сульфидные и гидроксильные ионы.

Отличительной особенностью флотационного поведения сульфидов железа по сравнению с сульфидами меди является гораздо более высокая их чувствительность к депрессирующему действию цианидных и гидроксильных ионов, что и ис­ пользуется на практике.

Особенности гидрофобизации и флотации молибденита близки к таковым для минералов, обладающих естественной гидрофобностью, к которым он относится в силу особенно­ стей своего кристаллического строения. Обычные подавители сульфидов на молибденит (при обычных расходах) практиче­ ски не действуют. В то же время молибденит депрессируется органическими коллоидами — крахмалом и декстрином.

Принципиальные схемы последовательного извлечения сульфидов меди, железа и молибдена при флотации медных и медно-молибденовых руд приведены на рис. 10.11.

Коллективная медно-пиритная или медно-молибденовая флотация осуществляется в нейтральной или слабощелочной среде при плотности пульпы 25— 35 %. Слабощ елочная среда создается или содой, или небольшими загрузками сернистого натрия (0,1— 0,3 кг/т), подаваемого для активации флотации окисленных медных минералов. Повышению качества коллек­ тивного концентрата и извлечению в него металлов способст­ вует применение депрессоров пустой породы: жидкого стекла, гексаметафосфата, КМ Ц и других реагентов. Для усиления действия сульфгидрильного собирателя и более полного из­ влечения сростков и молибденита используются добавки аполярных масел, загружаемых в виде эмульсии. В качестве пе­ нообразователей в этом случае применяют спиртовые реаген­ ты (сосновое масло, ОПСБ, метилизобутилкарбинол), пено­ образующее действие которых изменяется незначительно в присутствии аполярных собирателей.