Скорость флотации

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Скорость флотации

30.09.2020

Скорость флотации или, иначе говоря, ее интенсивность, является важной технологической характеристикой процесса Она не только характеризует производительность флотационных цехов обогатительных фабрик, но и позволяет судить об изменениях условий флотации и анализировать их влияние на процесс.

Под скоростью флотации можно понимать производную по времени от измеряемого извлечения de/dt. Такой показатель характеризует скорость флотации в данный момент процесса. Кроме того, можно оперировать величиной e/t, характеризующей среднюю скорость флотации за определенный промежуток времени.

В течение времени, необходимого для достаточно полного перевода в пену флотируемого минерала, процесс протекает неравномерно. Характер этой неравномерности определяется многими факторами, чем крайне затрудняется анализ причин, изменяющих скорость флотации. Ho анализ закономерностей изменения скорости флотации во времени является весьма перспективным направлением исследования флотации.

Как отмечает Белоглазов, первое определение понятия «скорость флотации» и количественная ее оценка по величине тангенса угла наклона кривой, построенной в координатах извлечение — время, были осуществлены Губер-Пану. С тех лор и у нас и за рубежом проведено много исследований в этой области, что свидетельствует о проявлении к ней значительного интереса. Несмотря на это, в настоящее время трудно сделать какие-либо окончательные выводы.

Необходимо особо подчеркнуть, что наиболее полное обоснование важности анализа изменения скорости флотации во времени было осуществлено Белоглазовым.

Вопросы, связанные со скоростью флотации, можно расчленить на три раздела: 1) методы экспериментального изучения скорости флотации; 2) конкретные закономерности влияния на скорость флотации отдельных факторов (крупности частиц, расхода реагентов, аэрации и пр.); 3) уравнения, характеризующие скорость флотации.

Наиболее позитивные данные получены в первых двух направлениях. Однако основная полемика развернулась главным образом по третьему направлению.

Экспериментально скорость флотации изучается при раздельном съеме пенного продукта в течение одинаковых, достаточно небольших отрезков времени. В лабораторных условиях это осуществляется съемом пены из одной и той же камеры, но в отдельные приемники. В промышленных условиях опробуются все камеры по фронту флотации; при небольшом выходе пенного продукта можно считать, что время пребывания пульпы в каждой из камер одинаково.

Таким образом, проведен ряд исследований, позволивших внести ясность в отдельные вопросы при изучении скорости флотации. В качестве примера можно привести исследования Митрофановым влияния на флотацию плотности пульпы, расхода воздуха и крупности частиц, Классена — по изучению связи плотности пульпы, ее аэрированности и флотируемости минералов, Богданова и Хайнмана — по изучению флотируемости частиц разных размеров и др.

Наибольшие споры возникли при установлении универсальных уравнений, описывающих изменение скорости флотации во времени, хотя это и не является самым основным в вопросах скорости флотации.

С давних пор изменение скорости флотации во времени оценивалось отношением y/t или e/t (где у — выход концентрата, %, е — извлечение флотируемого минерала в концентрат, %; t — время флотации, мин.). Эти коэффициенты рассчитываются очень просто. Однако они не могут достаточно точно и в общей форме характеризовать изменение скорости флотации во времени. На величине таких коэффициентов сказывается не только скорость флотации в данный отрезок времени, но и то, как протекал процесс до этого отрезка времени. Расчет ведется относительно того количества флотируемых частиц, которое было в пульпе к началу флотации. Если до анализируемого отрезка времени было сфлотировано много частиц, то в течение этого отрезка в пену, естественно, перейдет мало частиц. Наоборот, если в течение анализируемого отрезка времени было сфлотировано мало частиц, то в течение этого же отрезка в пену перейдет гораздо больше частиц, чем в предыдущем случае. Ho скорость флотации во втором случае не обязательно больше, чем в первом, так как необходимо учитывать извлечение частиц в пену в течение данного отрезка времени относительно того количества частиц, которое находится в пульпе именно в этот отрезок времени.

Органическая особенность уравнений подобного рода — отсутствие учета количества частиц, подлежащих флотации, находящихся в пульпе именно в данный узкий отрезок времени, — несомненна, хотя и не учитывается в некоторых работах.

Было много попыток устранить этот недостаток. Так, Эйгелес и Левиуш для характеристики скорости флотации учитывали показатели извлечения по отношению к исходному материалу и к находящемуся в машине в данный отрезок времени. Самым правильны все же является применение дифференциальных уравнений, что блестяще обосновано Белоглазовым. Наиболее употребительной является следующая форма уравнений этого типа:
Скорость флотации

где е — извлечение; t — время;

k — коэффициент.

К этому уравнению можно прийти различными путями. Белоглазов приводит вывод, основанный на статистических закономерностях; при этом Белоглазов исходит из представления, что скорость флотации может быть выражена как скорость химической реакции первого порядка. Грюндер и Кадур, а позднее Плаксин, Классен и Бергер и др. исходили из закона действия масс. Однако, как известно, закон действия масс может быть выведен на основе того положения теории вероятностей, согласно которому вероятность одновременного осуществления независимых событий равна произведению вероятностей каждого из них. Теория вероятности оперирует статистическими понятиями и указанное выше дифференциальное уравнение может быть выведено различными способами.

В настоящее время дискутируются следующие два взаимосвязанные вопроса: 1) применим ли закон действия масс для данного случая; 2) какой показатель степени n должен быть в упомянутом дифференциальном уравнении. Нельзя не заметить, что большая часть сомнений и споров является прямым следствием явных недоразумений.

Необходимость выяснения применимости закона действия масс обусловливается тем, что от этого зависит возможность придания точного физического смысла сомножителям и показателю степени уравнения. Как известно, закон действия масс впервые был сформулирован Бекетовым (1865 г.) применительно к случаю осуществления химических реакций; впоследствии этот закон был наиболее развит также применительно к этим процессам. Может быть, поэтому исследователи-флотаторы смешивают применимость закона действия масс к анализу кинетики флотации с возможностью проведения аналогии между кинетикой флотации и кинетикой химических реакций.

Между тем закон действия масс является общим законом. Он применим к анализу любого процесса, связанного с агрегацией по разным причинам частиц любого размера (атомов, молекул, частиц и т. п.). Обязательным условием применимости закона действия масс является статистичность процесса — не отъемлемое свойство флотационного процесса. Поэтому можно утверждать, что закон действия масс может являться основой научного анализа процесса агрегации пузырьков и минеральных частиц, т. е. процесса флотации. И уравнения, выведенные на основании этого закона, не являются только уравнениями химическом кинетики, а уравнениями агрегации в широком смысле слова.

Математической формулировкой закона действия масс является уравнение:

где dC/dT - скорость изменения концентрации веществ, исходная концентрация которых соответственно равна

Для слипания частицы с пузырьком необходимо их столкновение, т. е. нахождение в одной точке. Вероятность такого нахождения прямо пропорциональна концентрации. Ho успешными, приводящими к прилипанию частиц к пузырькам будут не все их столкновения; это положение подробно было разобрано ранее.

Следовательно, среднестатистическая скорость прилипания частиц к пузырькам будет определяться не только числом столкновении, но и их эффективностью. Схема факторов, определяющих вероятность флотации, приведена на рис. 83. Число этих факторов очень велико. Самое главное — это то, что количественная характеристика отдельных факторов меняется во времени. По ходу флотации часто весьма существенно изменяется минералогический состав, крупность и форма флотируемых частиц, а также адсорбционное покрытие их теми или иными реагентами. Изменяются также плотность пульпы, концентрация реагентов, количество тонких шламов, характеристика пенного слоя. В итоге практически никогда не соблюдается такое постоянство условий флотации во времени, при котором процесс однозначно определялся бы только вероятностью столкновения частиц пузырьками.

Белоглазов подробно рассмотрел случаи, когда имеются такие исключения искусственно созданные условия. Откладывая по оси ординат величину lg 1/1-e, он получал для таких процессов прямую линию. Ho это — не обычные или характерные, а исключительные случаи.

Закон действия масс в его классической фирме придает следующий физический смысл отдельным составляющим общего уравнения, приведенного выше. Число сомножителей равняется числу компонентов (частиц различных веществ), вступающих во взаимодействие. Для случая минерализации пузырьков, где в процессе образования флотационного агрегата участвуют частицы и пузырьки, в уравнении должны быть два сомножителя. Показатель степени характеризует число частиц данного вещества, участвующего в образовании агрегата при данном столкновении. Учитывая все сказанное выше, для минерализации пузырьков во флотационных машинах будет справедливым и наиболее общим следующее уравнение:

где Nt — количество пузырьков в единице объема пульпы, способных минерализоваться;

х0—х — число частиц в единице объема пульпы, способных прилипнуть к пузырьку;

ф — коэффициент эффективности столкновений (доля столкновений, заканчивающихся прилипанием);

z — коэффициент пропорциональности.

При начальном рассмотрении величин показателей степени принималось, что они зависят от того, сколько частиц минерала единовременно ударяется о пузырек. Чаще всего показатель степени должен равняться единице, реже — двум и гораздо реже — трем и более. Действительно, в очень многих уравнениях n = 1; это принимается Зуньига, Белоглазовым, Грюндером и Кадуром, Сазерлендом, и др. Однако многие экспериментальные данные показывают, что в разных случаях величина n > 1 и колеблется в широких пределах. В целом ряде работ (Арбайтера, Митрофанова и др.) доказывается, что n = 2, а Богданов с сотрудниками экспериментально нашли, что n колеблется в пределах от 1 до 6. Как отмечается, вероятность одновременного столкновения с пузырьком трех и более частиц ничтожно мала. Отсюда можно сделать поспешный вывод, что применение к флотации понятий, связанных с законом действия масс, не оправдано. Такой вывод иногда и делается.

Однако гораздо естественней предположить, что преобладающей формой агрегата в данном случае является пузырек с несколькими прилипшими частицами, а пресловутое «мгновенье», в которое эти частицы должны «единовременно» удариться о пузырек, равно преобладающему времени пребывания пузырька в пульпе, в течение которого этот преобладающий агрегат сформируется. При таком подходе (при его соответствующем развитии) может наметиться путь установления преобладающей формы агрегата минерал — пузырек в каждом конкретном случае. Ho нельзя считать, что условия и формы минерализации пузырьков остаются постоянными в течение всего периода флотации. В подавляющем большинстве случаев они изменяются Поэтому трудно предполагать, что величина n остается постоянной. С такой точки зрения понятны попытки характеризовать скорость флотации при помощи нескольких уравнений, которые делали Крохин и Каковский], условно расчленяя процесс на несколько этапов.

Каковский отмечает, что характер действующих сил при флотации не сохраняется постоянным во времени. Это не позволяет применить для характеристики скорости флотации в широком интервале времени одно уравнение химической кинетики. Ho это отнюдь не является доводом против возможности применения подобных уравнений с разными значениями n для отдельных этапов флотации.

В обогатительной литературе, посвященной уравнениям скорости флотации, много внимания уделяется так называемой стесненной флотации, когда поверхность пузырьков настолько заполнена частицами, что прилипание следующих частиц затруднено. Рассматривается и ряд других аналогичных вопросов. Все они имеют частный характер, и попытки их обсуждения в общей форме носят умозрительный характер. Стремление ряда авторов дать чисто эмпирические уравнения вряд ли правильно. Таким способом можно решить лишь часть задачи, далеко не исчерпав возможностей аналитического рассмотрения скорости флотации.

В заключение еще раз подчеркнем, что работы по математическому анализу скорости флотации находятся в первой стадии развития и поэтому лишь в самой общей форме приводятся в нашей книге.

Попытки реально, практически применить имеющиеся уравнения флотации пока весьма ограничены. Белоглазов пытался анализировать таким методом закономерности поведения при флотации различных частиц и влияния отдельных факторов процесса (плотности пульпы и др.). Классен и Бергер разработали на основе статистических представлений метод определения оптимального распределения выходов пенных продуктов по камерам флотационных машин (применительно к случаю флотации углей.

Промышленная практика и данные многочисленных исследований позволяют установить в общей форме влияние различных факторов на скорость флотации, оцениваемую тем или иным методом.

Увеличение до определенного предела расхода собирателя, лучшее его взаимодействие с флотируемыми минералами при увеличении гидрофобизирующего действия приводят к повышению скорости флотации. В большинстве случаев подача всего количества собирателя перед флотацией также увеличивает скорость флотации. Однако в целом ряде случаев для повышения селективности флотации приходится дозировать собиратель отдельными порциями.

Максимальной скорости флотации соответствует лучшая аэрированность пульпы, определяемая количеством и дисперсностью пузырьков воздуха в пульпе и равномерностью их распределения в последней. Поскольку от аэрации пульпы зависит также концентрация растворенного в воде кислорода и в отдельных случаях скорость флотации зависит от химического действия кислорода, это общее правило может иметь известные отклонения.

На практике скорость флотации удобно регулировать изменением расхода пенообразователя: максимальной скорости флотации соответствует оптимальный расход этого реагента. Ho и в этом случае, избыточный расход пенообразователя может снизить селективность флотации.

Одним из оперативных способов регулирования скорости флотации является также изменение высоты слоя пены и скорости ее удаления. Этот фактор, как показано ниже, во многом влияет также на селективность флотации. Плотность пульпы, влияние которой на флотацию весьма разносторонне, обусловливает достижение максимальной скорости флотации при определенном своем значении. Здесь также очень часто слишком большая скорость флотации может сопровождаться снижением качества концентрата.

Размеры частиц могут влиять различно на скорость их флотации. В данной монографии приводится ряд примеров, показывающих, что в отдельных случаях скорей всего флотируются частицы некоторых средних размеров, в других — более тонкие частицы.

Таким образом, в большинстве случаев имеется оптимальная скорость флотации, обеспечивающая достижение приемлемой селективности данного процесса. Это, конечно, обязательно должно учитываться и учитывается при подборе оптимальных условии флотации. С другой стороны, указанное обстоятельство подчеркивает известную односторонность оценки флотации только по ее скорости.

Нахождение правильных, теоретически обоснованных уравнений скорости флотации может принести определенную пользу при решении отдельных вопросов теории и практики флотаций. С их помощью можно, например, обосновать оптимальное распределение съема пены по фронту флотации, сопоставлять и оценивать флотируемость разных полезных ископаемых в разных условиях, выявлять действие тех или иных факторов флотации.

Кроме того, выявляя отдельные изменения общей закономерности и физический смысл отдельных констант, можно получить дополнительные суждения о механизме процесса.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: