Лекция №3. Флотация калийный руд

Флотация калийный руд

Из всех известных методов обогащения в производстве хлорида калия из сильвинитовых руд наиболее широкое распространение получил метод флотации (от англ. всплывать).

Основываясь на внешних признаках, процесс флотации можно было бы определить как способ разделения при котором один минерал всплывает на поверхность пульпы и плавает на этой поверхности, а другой тонет и остается внутри пульпы. Однако такое определение исходит только из внешней стороны процесса и не отражает сущности явлений происходящих при флотации. Наиболее правильным следует признать такое определение флотации: флотация – метод обогащения, заключающийся в разделении минералов измельченной руды на основе различной способности их удерживаться на границе раздела фаз, в жидкой среде.

Различают три основных вида флотации: пленочную масляную и пенную.

При пленочной флотации разделение минералов происходит на плоской поверхности раздела фаз вода – воздух.

Рисунок – пленочная флотация

При пленочной флотации измельченная руда, подлежащая разделению, насыпается с небольшой высоты на поверхность воды. Несмачиваемые частицы остаются на поверхности и выделяются во флотационный продукт, смачиваемые переходят в водную фазу. Из – за низкой производительности этот процесс не получил широкого применения. Однако эффект пленочной флотации используется при флотогравитационном способе получения крупнозернистого хлористого калия.

Масляная флотация заключается в избирательном смачивании частиц минерала диспергированным в воде жидким маслом. Образующиеся при этом агрегаты частиц,заключенные в масляные оболочки, всплывают на поверхность пульпы. Вследствие незначительной подъемной силы капли масла могут нести лишь небольшой груз частиц, а расход масла велик. Промышленного применения этот способ не получил.

Рисунок – масляная флотация

Пенная флотация заключается в том, что через суспензию, состоящую из мелких частиц перерабатываемой руды и жидкости, продувают воздух.к образующимся пузырькам пены некоторые минералы прилипают, образуя пенный продукт, а другие(хвосты) такой способностью не обладают и тонут. В большинстве случаев пенный продукт является тем, ради чего организован процесс обогащения. В этом случае имеет место флотация. Если цель процесса – получение "хвостов", то происходит обратная флотация.

Образующаяся пена должна быть устойчивой только во время флотации, т.е. при пропускании воздуха через суспензию. В противном случае потребуется производить дополнительно разрушение пены, что может значительно усложнить процесс. При наличии в рудах водорастворимых солей, в качестве жидкой фазы суспензии используют водный раствор, насыщенный относительно этих солей.

Непременным условием эффективной флотации является дробление частиц до таких размеров, когда частицы каждого из минералов, составляющего смесь, окажутся не связанными друг с другом.

Для сильвинитов максимальный размер до 4 мм.

В зависимости от назначения флотационные реагенты разделяются на:

А)собиратели или коллекторы(неполярные или гетерогенные вещества) молекулы которых могут адсорбироваться на поверхности обрабатываемых частиц, а неполярной частью удерживаться на поверхности воды или пузырьков пены: эти вещества способствуют флотации;

Б)депрессоры(подавители), предотвращающие адсорбцию собирателей на поверхности частиц;

В)активаторы, способствующие адсорбции собирателей на поверхности минерала;

Г)вспениватели, способствующие образованию пены;

Д)регуляторы, изменяющие эффективность действия реагентов.

В зависимости от способа насыщения пульпы пузырьками газа, пенная флотация подразделяется на обычную пенную, вакуум – флотацию, химическую флотацию, флотацию кипячением и т.п.

При обычной пенной флотации в качестве газа используется воздух, причем аэрация пульпы обеспечивается или засасыванием воздуха из атмосферы и диспергированием его в пульпе специальными механическими аэраторами, или же вдуванием в пульпу сжатого воздуха.

Аэрация пульпы при вакуум – флотации осуществляется за счет выделения воздуха из раствора(согласно закону Генри), т.к. вода растворяет воздух.

При химической или газовой флотации пузырьки газа образуются в результате химического взаимодействия. Например, в руде, содержащей кальцит или магнезит, добавляют H₂SO₄ или кислую соль. При этом на выделяющихся пузырьках CO₂ флотируются несмачивающиеся материалы.

При флотации кипячением процесс идет за счет образующихся пузырьков пара или пузырьков растворенного газа. Этот процесс использовался для обогащения графитовых руд.

В калийной промышленности используется объемная пенная флотация.

Физико-химические основы флотации растворимых солей

Для того чтобы сознательно управлять процессом флотационного обогащения природных руд и выбрать рациональный технологический режим, необходимо знать происходящие при этом явления.

Процесс флотации состоит из ряда последовательных стадий, важнейшими из которых являются следующие:

1)диффузия в растворе и селективная адсорбция собирателя на поверхности флотируемого компонента обогащаемой руды;

2)образование воздушного пузырька и адсорбция пенообразователя на границе жидкость – газ;

3)образование комплекса пузырек – флотируемые минеральные частицы;

4)всплывание воздушных пузырьков с прилипшими к ним минеральными частичками;

5)распад флотационной пены и выделение концентрата.

В теоретическом отношении наиболее изучена флотация нерастворимых в воде минералов(оксиды, сульфиды).

Флотация растворимых солей осуществляется в их насыщенном растворе. До настоящего времени нет единого мнения о природе флотации растворимых солей, поэтому многие практически важные вопросы(выбор флотореагентов, технологические параметры) приходится решать эмпирическим путем.

Выделения хлористого калия(сильвина) из сильвинита в пенный продукт возможно благодаря способности гидрофобных частиц сильвина прилипать к пузырькам воздуха. В основе процесса гидрофобизации сильвина лежит явление избирательной сорбции на его поверхности реагента собирателя.

Сорбция собирателя на поверхности флотируемого минерала – одна из главнейших и определяющих стадий суммарного процесса флотации. Последующие стадии, т.е. закрепление пузырьков воздуха на поверхности минерала, всплывание минерализированных пузырьков и их деминерализации находятся в функциональной зависимости от первой стадии.

В качестве собирателей обычно применяют органические вещества с полярно-аполярной структурой молекул. Полярная группа взаимодействует с ионами и атомами кристаллической решетки минерала, а аполярная часть молекулы собирателя, представленная углеводородным радикалом алифатического или циклического ряда, образуют аполярный мозаичный слой, который делает поверхность флотируемого минерала гидрофобным и обеспечивает быстрое и устойчивое прилипание частиц к пузырькам воздуха.

Степень гидрофобности минерала, покрытого собирателем, зависит от физико-химических свойств малекулы последнего, в том числе природы углеводородной цепочки ее состава и строения.

По химическим свойствам собиратели делят на ионогенные(т.е. ионизирующиеся в водной среде) и неионогенные. По вхождению углеводородного радикала в состав аниона или катиона ионогенные собиратели подразделяют на анионоактивные и катионоактивные.

К ионогенным анионоактивным собирателям относятся: карбоксильные кислоты и их мыла, алкилсульфаты, сульфонаты, меркаптаны и дитиофосфаты.

К ионогенным катионоактивным собирателям относятся: первичные, вторичные, тритичные амины и их соли.

В группу неиногенных собирателей входят некоторые масла(аполярные углеводороды, керосин, трансформаторные масла).

Наибольшее значение для флотации калийных солей имеют катионоактивные собиратели – первичные алифатические амины жирного ряда с числом углеродных атомов 16 – 22(октадециламин – С₁₈Н₃₇NH₂; армин 18 – С₁₈Н₃₇NH₂ и др.).

Амины с коротким радикалом хорошо растворимы в воде, но с увеличением углеводородной цепи растворимость их сильно снижается.

В водных растворах амины склонны к образованию комплексного иона по реакции

RNH₂↔ RNH₃⁺ + OH^-

R – углеводородный радикал.

Это явление обуславливает щелочную реакцию водных растворов аминов.

Т.к. амины – это органические основания,они способны образовывать соли как с минералами так и с органическими кислотами:

RNH₂ + HCl = RNH₂ · HCl(RNH₃Cl)

Т.к. эти соли более растворимы в воде, то при флотации обычно используют уксуснокислые или солянокислые соли аминов.

Разбавленные растворы этих солей являются истинными растворами и можно считать, что растворенная соль практически полностью диссоциировала на ионы:

RNH₃Cl ↔ RNH₃⁺ + Cl^-

С увеличением концентрации соли образуются коллоидные растворы, содержащие ионные и нейтральные мицеллы(частицы дисперсной фазы золя, окруженные слоем молекул или ионов дисперсной среды).

Исследование адсорбции аминов на поверхности KCl и NaCl в насыщенных растворах этих солей показали, что при прочих равных условиях на кристаллах галита собирателя адсорбируется в несколько раз меньше чем на сильвине.

Амины, адсорбированные на NaCl, после первой промывки насыщенным растворам переходят в раствор, в то время как амины, адсорбированные на KCl, даже после многократных промывок лишь частично переходят в водный раствор.

Адсорбция аминов на NaCl и KCl зависит от температуры, свойств собирателя, pH среды, наличия примесей и др. Если с увеличением температуры количество амина, адсорбирующегося на хлористом натрии, резко растет, то на кривой зависимости этого показателя для KCl есть максимум. Максимум адсорбции хлористым калием октадециламина наблюдается при 35^оС. Флотация калийных солей, лишенных посторонних примесей, хорошо идет при концентрации амина в пульпе 10^-3%.

Количество амина, адсорбированного на поверхности флотируемого хлористого калия, при условии образования мономолекулярного слоя составляет 20 г на одну тону KCl. В реальных условиях расход амина значительно выше.

При переходе pH среды из кислой области в щелочную форма существования молекул амина в растворе может изменяться. Растворимые соли аминов, находящиеся в кислой среде в виде катионов RNH₃⁺, в щелочной среде, благодаря наличию гидроксильных ионов, образуют соединения RNH₃OH, которые недостаточно устойчивы и распадаются:

RNH₃OH = RNH₂ + H₂O

Найдено, что при pH среды более 9, в растворе находятся только молекулы амина, которые адсорбируются значительно хуже чем ионы RNH₃⁺, что приводит к уменьшению скорости флотации и степени извлечения KCl. Резкое снижение степени извлечения KCl в концентрат наблюдается при pH 8 – 10.

Важный показатель флотационной активности аминов – степень их агрегации в мицеллы, которые отличаются пониженной сорбционной способностью.

Критические концентрации мицеллообразования(ККМ) первичных жирных аминов с числом углеродных атомов С12 – С18, т.е. концентрации выше которых амины находятся в мицеллярной форме, составляют 10^-2 – 10^-4 моль/л.

Дата добавления: 2014-01-11