Лекция №4. Образование комплекса пузырек – флотируемая минеральная частица

Образование комплекса пузырек – флотируемая минеральная частица

Прилипание осуществляется при кратковременном контакте воздушного пузырька с гидрофобизированными минеральными частицами. Процесс включает ряд этапов:

1) сближение частицы минерала и пузырька воздуха на расстояние, на котором начинают действовать поверхностные силы взаимодействия;

2) закрепление, связанное с утончением промежуточной водной прослойки до толщины, обеспечивающей слипание частиц и пузырька воздуха;

3) упрочнение прилипания, связанное с дальнейшим утончением промежуточной водной прослойки, образованием и ростом краевого угла смачивания.

Краевой угол смачивания является мерой гидрофобности или гидрофильности поверхности минерала и определяется из уравнения:

, (4.1)

где,, – поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз соответственно твердое-газ, твердое-жидкость и жидкость-газ,.

Теоретически величина краевого угла смачивания может изменяться от 0^о, когда поверхность минерала полностью смачивается водой (полная гидрофильность) до 180^о – совершенно не смачивается (гидрофобность).

На условия и вероятность столкновения частицы и пузырька оказывают влияние размеры и масса частиц, гидродинамический характер движения флотационной пульпы (ламинарный или турбулентный), форма частиц и воздушных пузырьков и т.д.

Минеральная частица закрепляется на воздушном пузырьке в результате утончения промежуточной водной прослойки между ней и пузырьком. Скорость утончения водной прослойки зависит от степени гидратированности поверхности частиц. При предельной гидрофобности поверхности происходит лавинный распад водной прослойки и мгновенное соприкосновение поверхности с пузырьком, что свидетельствует об исключительно высокой флотационной активности.

Для того, чтобы частица прилипла к пузырьку при столкновении с ним, необходимо определенное время контакта, в течение которого происходит разрушение и удаление прослойки воды, находящейся между частицей и пузырьком.

В реальных условиях флотируются те частицы, которые прилипают к пузырькам с достаточной скоростью при времени контакта в доли секунды.

На время контакта солевых частиц с пузырьком воздуха в условиях концентрированных растворов солей, а также на их флотацию большое влияние оказывают ионы щелочноземельных металлов. По своему депрессирующему действию ионы щелочноземельных металлов могут быть расположены в ряд:

Самым сильным из изученных депрессоров оказался CaCl₂. Уже при концентрации 0,005г/л время контакта возрастает более чем в 40 раз. Поэтому очень маленькие добавки CaCl₂ фактически могут прекратить флотацию сильвина аминами. Сильный депрессор – ионы Zn²⁺.

Пенообразователи

Основным назначением реагентов-пенообразователей является увеличение дисперсности пузырьков воздуха в пульпе и повышение устойчивости пены, насыщенной частицами флотируемого минерала.

В качестве пенообразователей применяют органические вещества и неорганические электролиты. Наиболее широко, особенно в практике обогащения полиметаллических руд, в качестве пенообразователя используют сосновое масло. Однако в практике калийных предприятий сосновое масло вытеснено реагентом Т – 66 (смесь терпеновых кислот – природных углеводородов с общей формулой (C₅H₈)_n). Кроме основного действия, пенообразователь типа Т – 66 может замедлять всплывание пузырьков и влиять на коллекторное действие реагентов и прочность закрепления частиц на поверхности пузырьков.

Депрессоры и флокулянты

Важной составной частью флотационного метода обогащения калийных руд является процесс депрессии глинистых шламов, а также обезвоживания (сгущение и фильтрование) глинистых шламов и продуктов обогащения.

Для депрессии глинистых шламов перед основной сильвиновой флотацией и их флокуляции при осветлении оборотных растворов используют депрессоры. На первых калийных флотационных фабриках Солигорска в качестве депрессора применяли тилозу (C₆H₇O₂(OH)₂·OCH₂COONa). Однако в дальнейшем метод депрессии был заменен более эффективным флотационным и механическим способами удаления шламов. А в качестве флокулянта стали использовать полиакриламид (ПАА), имеющий следующую структурную формулу:

CH₂ CH CH₂

C = O

NH₂

Механизм флокуляции с помощью ПАА сводится к тому, что молекулы ПАА, адсорбируясь на поверхности глинистых частиц, за счет электростатического взаимодействия и образования водородных связей закрепляются своими концами на двух частицах. Благодаря тому, что молекулы ПАА обладают способностью к сворачиванию, происходит притяжение закрепившихся отдельных частиц и их соединение в более крупные флоккулы, что ускоряет процесс осаждения.

Кинетика процесса флотации

Как уже указывалось, пенофлотационный процесс состоит из ряда стадий. Образование комплекса пузырек-флотируемая частица состоит из трех этапов:

1) сближение минеральной частицы (сильвина) с пузырьком воздуха;

2) разрыв промежуточного гидратного слоя;

3) закрепление частицы на поверхности пузырька.

Самой медленной (лимитирующей стадией) является разрыв промежуточного гидратного слоя между частицей и пузырьком. При этом прослойка отдает жидкость в объемную фазу, т.е. происходит диффузия частиц жидкости, поэтому процесс хорошо описывается уравнением Фика.

Началом сближения минеральной частицы с воздушным пузырьком считается момент, когда поток пульпы, несущий частицу, начинает изменять направление своего движения, огибая пузырек. Конец этапа сближения условия, когда поверхностные силы начинают играть заметную роль. Обычно возможны два варианта встречи пузырька и частицы – удар и скольжение.

Для встречи ударом можно считать достаточными силы инерции частицы, падающей навстречу поднимающемуся пузырьку, и слабое сносящее частицу давление потока воды, огибающего воздушный пузырек. Частицы достаточной массы сталкиваются ударом, частицы малой массы относятся потоком и в ряде случаев скользят вдоль поверхности пузырька.

Наименьший диаметр минеральной частицы, соприкосновение которой возможно за счет инерционной силы, обусловленной разницей в скоростях движения пузырька и частицы, можно определить по уравнению Дерягина-Духина для флотационных условий:

, (4.2)

где и – плотность частицы и воды, кг/м³;

– диаметр пузырька, м.

При минерализации пузырька продолжительность прилипания частиц к пузырьку находится в пределах 0,0001 – 0,015с.

Для определения скорости флотации предложено несколько формул. При флотации широкого класса крупности используют уравнение:

, (4.3)

где – извлечение ценного компонента во времени, %;

и – величины, зависящие от свойств флотируемого материала и условий флотации.

При обогащении сильвинитовой руды продолжительность основной шламовой флотации не превышает 10 минут, перечистки шламов – 12 мин., основной сильвинитовой флотации – 6-10 мин., перечистки флотоконцентрата – 10 мин.

В практике некоторых калийных предприятий используется крупнокристаллическая флотация, что обусловлено раскрытием сростков сильвинита уже при относительно крупном измельчении (1 – 5 мм).

При подаче исходной сильвинитовой руды на поверхность аэрированной пульпы протекает флотация частиц, масса которых в 60 раз превышает массу частиц, флотируемых из объема пульпы. Для крупнокристаллической флотации хлорида калия обычно применяют смесь хлораминов и аполярный коллектор в виде мазута или газойля.

Таким образом, для интенсификации процесса флотации необходимо:

1) аэрация пульпы с достижением лучших условий распределения пузырьков газа и кратчайших путей движения пульпы;

2) предварительное обесшламливание флотируемого минерала;

3) периодический вывод из маточника хлорида магния, который накапливается в процессе флотации и оказывает депрессирующее действие.

Исследования, проведенные в Уральском филиале НИИ галургии, показали, что предварительная обработка флотореагента ультразвуком позволяет не только снизить его расход на 25-30%, но и на столько же увеличить скорость флотации. Установлено, что при использовании для аэрации пульпы вместо воздуха азота также повышает эффективность флотации на 5-6%.

Технологические схемы получения хлорида калия из сильвинита методом флотации

В настоящее время флотационное обогащение калийных руд осуществляют, как правило, путем перевода в пенный продукт хлорида калия, используя собиратели катионного типа.

Технологические схемы обогащения включают в себя обычно следующие основные стадии:

1) измельчение руды с целью раскрытия зерен сильвинита;

2) предварительное удаление глинистого шлама из руды или его подавление в процессе основной флотации;

3) основная флотация сильвинита с перечисткой полученного концентрата;

4) перечистка глинистых шламов;

5) обезвоживание шламов, хвостов, концентрата и возвращение в цикл оборотного насыщенного раствора.

Применяемые в калийной промышленности схемы флотационного обогащения сильвинита несколько отличаются друг от друга из-за различного качества перерабатываемой руды.

Изучение структурных особенностей сильвинитовых руд показало, что преобладающее раскрытие зерен сильвина и галита достигается при сравнительно крупном дроблении (1 – 3 мм). Однако селективное действие катионного собирателя проявляется лишь при ылотации зерен сильвина с размером менее 0,75 мм. Поэтому в некоторых схемах обогащения всю руду измельчают до -0,75 мм. Иногда прибегают к комбинированным схемам обогащения, где мелкую фракцию обогащают флотацией, а более крупную – флотогравитацией или гидросепарацией. Это позволяет снизить расход электроэнергии на измельчение и удельный расход флотореагентов.

Схемы флотационного обогащения сильвинита различаются также по способам выделения из руды глинистого шлама. На практике нашли применение следующие схемы:

1) флотация шламов в самостоятельном цикле перед основной флотацией;

2) депрессия глинистых шламов с помощью специальных реагентов;

3) механическое выделение шламов в стадии измельчения и классификации руды;

4) комбинация перечисленных методов.

Механическое обесшламливание руды осуществляют в аппаратах различной конструкции (гидроциклоны, дуговые сита, конусы, гидросепараторы, сгустители и др.). Выбор способа обесшламливания и типа оборудования определяется вещественным составом шламов, их содержанием в руде, распределеним по классам крупности.

В некоторых схемах флотационного обогащения сильвинита, пульпу, содержащую галитовые хвосты, подвергают нагреванию на 10-15^оС. При этом некоторое количество сильвина, оставшееся в хвостах при флотации, за счет увеличения растворимости переходит в оборотный маточный щелок. После отделения галитовых хвостов этот щелок подвергают охлаждению, что сопровождается кристаллизацией хлорида калия.

Технологическая схема получения хлорида калия с предварительной флотацией глинистого шлама

Схема применяется для переработки сильвинитовых руд, содержащих не более 2,5 %масс нерастворимого остатка (Верхнекамское месторождение).

Руда измельчается в стержневой мельнице 5, классифицируется на дуговых ситах 3 до крупности 0,8 мм и при отношении Ж:Т = 4-5 поступает на обесшламливание в гидроциклоны 7.

Слив гидроциклонов направляют в гидросепараторы 8, где получают обесшламленные пески и шламовый продукт. Шламовый продукт с отношением Ж:Т = 15-20 поступает в сгустители 9. Сгущенный продукт (отношение Ж:Т = 1,5-1,7; W(KCl) = 13-18%масс; W(н.о.) = 60-75%масс) после выщелачивания оборотным рассолом, поступающим с шламохранилища, и водой направляют на уплотнение в накопительные бассейны.

Пески гидроциклонов и гидросепараторов с Ж:Т = 2,2-2,5 являются питанием основной сильвиновой флотации, которую осуществляют в механических флотомашинах «Механобр - 7» 19. Две перечистные операции проводят в машинах такого же типа (20, 21).

Реагенты при флотации: депрессор – КМЦ, собиратель – смесь алифатичных аминов, пенообразователь – сосновое масло, регулятор пенообразователя - спиртовая фракция. Расход реагентов – 450, 70, 15 и 50 г/т калийной руды соответственно. Продолжительность основной флотации 6-7 мин, двух перечистных операций – 10-12 мин. Перечистки проводят в разбавленных пульпах при отношении Ж:Т = 4-5. Хвосты направляют на контрольную флотацию, а затем на сгущение в гидроциклоны 22 и сгустители 24. Хвосты (галитовые отвалы) фильтруют на вакуум-фильтрах 23 типа БОУ – 40 и БЛК – 40 и системой конвейеров направляют на высотное складирование в солеотвалы.

Концентрат после перечистки с отношением Ж:Т = 0,9 подвергают фильтрации на вакуум-фильтрах 11. Конечная влажность концентрата 8-9 %масс. После сушки в барабанных сушилках 15 концентрат с содержанием KCl 91%масс отгружают потребителю, дополнительно обработав аминами для предотвращения слеживаемости.

Дата добавления: 2014-01-11