Флотируемость частиц разной крупности

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Флотируемость частиц разной крупности

08.10.2020

Технологическое значение. Уже с первых дней промышленного применения флотации внимание исследователей было сосредоточено на установлении зависимости флотируемости минеральных частиц от их размеров. Этот вопрос был тесно связан с чисто прикладными задачами и представлял большой теоретический интерес. Его решение помогает расширить диапазон частиц, эффектно обогащаемых флотацией, повысить скорость и селективность последней и улучшить ряд смежных обогатительных процессов.

В рассматриваемой проблеме интересует возможность решения четырех групп вопросов, из которых первая группа связана с подбором оптимальных условий флотации полидисперсных пульп; вторая — с устранением вредного влияния на флотацию тонких шламов, третья — с повышением верхнего предела крупности флотируемых частиц и четвертая — с флотацией тонких шламов.

Промышленная важность решения перечисленных задач несомненна. Так, повышение верхнего предела крупности флотируемых частиц имеет большое технологическое и технико-экономическое значение. В целом ряде практических случаев достаточно полное раскрытие сростков разделяемых минералов достигается при измельчении, гораздо более крупном, чем это допускаемся условиями флотации. Поэтому приходится измельчать руду значительно тоньше, лишь для того, чтобы минеральные частицы могли увлекаться при флотации пузырьками в пену.

Если бы удалось осуществить флотацию более крупных частиц с достаточном полнотой перевода их в пену, то это позволило бы значительно интенсифицировать процессы измельчения, фильтрации и сушки, сгущения и другие стадии обогащения руды, снизив тем самым стоимость обогащения. В ряде случаев флотация более крупных частиц минерала повышает селективность процесса и значительно улучшает процессы дальнейшего технологического передела концентратов, в принципе изменяя роль и место флотационного метода обогащения полезного ископаемого. Например, увеличение крупности флотируемых углей повышает значение этого метода обогащения полезного ископаемого. Автоклавная плавка концентратов руд самородной серы протекает более эффективно на крупных продуктах. Крупные частицы графита в ряде случаев имеют большую ценность, чем мелкие и т. д.

Улучшение селективности флотации тонких минеральных фракций, устранение их отрицательного влияния на флотацию вообще является едва ли не самой важной проблемой современной теории и практики флотации. Отсутствие достаточно радикального решения этой проблемы не позволяет вполне удовлетворительно разрешить вопросы флотации целого ряда полезных ископаемых, необходимых народному хозяйству. До сих пор, например, не освоено флотационное обогащение охристых, легко шламующихся окисленных минералов, содержащих железо, молибден, свинец, вольфрам и т. п. Необходимость тщательного обесшламливания делает нерентабельным обогащение ряда руд с большим содержанием глин и первичных шламов. Многие руды обогащаются с низкими результатами вследствие слишком больших потерь полезных минералов в тонких шламовых фракциях.

Поведение при флотации частиц различной крупности весьма разнообразно. Однако в большинстве случаев при условии достаточно тонкого раскрытия сростков имеет место следующее. Во флотационных хвостах основные потери флотируемого минерала происходят либо за счет самых крупных, либо за счет тончайших фракций, либо за счет тех и других. Пенные продукты (при условии достаточно полного раскрытия сростков) загрязняются мельчайшими частицами пустой породы, крупные классы пенных продуктов являются обычно наиболее чистыми. Попытки повышения извлечения обычно приводят к ухудшению качества концентрата. Задача таким образом сводится к эмпирическому подысканию «оптимальных условий», дающих компромиссное решение вопроса подбора условий флотируемости отдельных классов, исходя из принципа получения наиболее высокого общего извлечения и качества концентрата. В практических условиях решение задачи в большинстве случаев связано с кропотливым подбором реагентного режима и других условий флотации.

Многочисленные данные практики и специальные исследования свидетельствуют о том, что в обычных условиях лучше всего подвергаются флотационному разделению минеральные частицы средних размеров, крупность которых находится примерно в пределах 0,10—0,01 мм, причем в отдельных случаях четко выраженный оптимум флотируемости имеет индивидуальное значение. Даже в этих относительно узких пределах крупности существует известная дифференциация скорости флотации частиц различной крупности.
Флотируемость частиц разной крупности

Кинетика флотации частиц разных размеров при обогащении угля иллюстрируется опытами Трушлевича, приведенными на рис. 249. Видно, что в первые минуты флотации в пену переходят преимущественно средние частицы наиболее флотационно активного блестящего угля. С течением времени флотируются все более крупные частицы угля, на четвертой минуте начинают флотироваться мельчайшие частицы пустой породы. В конце флотации флотируются крупные, наименее флотационно активные частицы пустой породы и ее сростки с углем.

Характерная флотнруемость частиц разной крупности несульфидных и сульфидных минералов иллюстрируется рис. 250 и 251. Видно, что в этих случаях наибольшее извлечение имеет место для частиц некоторой средней крупности.

Специальные опыты Желнина и Мануховой показали, что при флотации апатита наибольшей скоростью флотации обладают частицы средних размеров. Гуцалюк нашла экспериментально, что лучшая флотируемость частиц средних размеров более резко проявляется при флотации монодисперсных пульп, чем полидисперсных (т. е. реальных).

Исследования Эйгелеса и Левиуш показывают, что на протяжении всей флотации скорость ее максимальна у средних по крупности классов. В промышленных условиях с наибольшей скоростью флотируются частицы флюорита размером 90—10 u и галенита размером 75—13 u.

Кинетика флотации частиц разной крупности зависит от гранулометрической характеристики твердой фазы пульпы, порядка и числа загрузок собирателя, а также и от ряда других причин.

Так, установлено, что влияние регуляторов флотации при разделении сульфидных минералов находится в определенной зависимости от крупности их частиц. На мелких частицах образуются гораздо менее устойчивые активирующие пленки, чем ка крупных, в частности ухудшается образование гидрата окиси меди на поверхности мелких частиц сфалерита.

Ряд исследователей установил определенную зависимость флотируемости минералов различной крупности от аэрированности пульпы. Отмечается улучшение флотируемости ряда частиц с повышением дисперсности воздушных пузырьков и содержания их в единице объема пульпы. Часто фиксируется факт преимущественной флотации минеральных частиц более мелкими пузырьками и, наоборот, больших частиц — более крутыми пузырьками Самые крупные частицы флотируются при помощи нескольких пузырьков (рис. 252).

Опыты показывают, что флотация крупных частиц требует закрепления на их поверхности значительно больших количеств собирателя, чем необходимо для флотации средних частиц. Свойства флотационной пены также находятся в определенной зависимости от дисперсности содержащихся в ней минеральных частиц. Мелкие частицы лучше стабилизируют пену, чем крупные, но самые тончайшие частицы в ряде случаев бывают менее эффективными стабилизаторами пены, чем более крупные.

Для флотации крупных частиц в ряде случаев является целесообразным создавать условия, содействующие образованию своеобразных, сверхустойчивых пен, названных Алейниковым «агрегатными».

Наконец, неоднократно устанавливался факт значительного влияния на флотируемость частиц различных размеров и формы. Как показано, в частности Петровым, флотируемость крупных частиц улучшается в случае наличия у них острых углов и плоской формы.

Особо следует отметить обычно имеющее место ухудшение крупных частиц в присутствии недостаточно пептизированных тонких шламов.

Как показано ниже, большинству из перечисленных эмпирических зависимостей можно в настоящее время дать теоретическое объяснение. В то же время подобный общий анализ в реальных условиях осложняется такими факторами, как неполнота разрушения сростков различных минералов, флокуляция частиц, прилипание к частицам групп пузырьков, наличие аэрофлокул и др.

Слишком крупные частицы флотируются хуже из-за больших сил, отрывающих их от пузырьков; у слишком мелких частиц мало вероятности столкнуться с пузырьком. Однако такое рассмотрение является самым общим. В действительности влияние изменения размеров частиц на их флотируемость более сложно. Причины ухудшения флотируемости частиц крайних размеров подробно рассмотрены в этой же части. Можно проследить влияние крупности частиц на вероятность флотации по схеме рис. 83.

Для флотации частиц данных размеров существует оптимум крупности пузырьков воздуха. Поскольку размеры этих пузырьков колеблются в относительно узком диапазоне, этот фактор определяет лучшую флотируемость частиц определенной крупности.

Анализируя причины, обусловливающие наличие оптимального соотношения размеров пузырьков и минеральных частиц при флотации, необходимо учитывать следующие важные, чисто кинетические соображения.

Как показано ранее, необходимое для слипания частицы и пузырька преодоление энергетического барьера водной прослойки между сталкивающимися частицей и пузырьком достигается в известной мере приложением внешних механических сил. Скорость столкновения и масса частицы определяют величину энергии, необходимой для компенсации возрастания в определенный отрезок времени свободной энергии системы.

Большая частица, естественно, при прочих равных условиях ударяется о пузырек с большей силой. Однако при этом существенную роль играет соотношение размеров пузырька и минеральной частицы. Во-первых, в самом общем случае относительная скорость перемещения пузырька и частицы должна увеличиваться с возрастанием разности их размеров. Поскольку при минерализации пузырька путем столкновения его с частицей обычно пузырек больше частицы то, следовательно, более крупные частицы по указанной причине должны лучше прилипать к крупным пузырькам. Во-вторых, если частицы сталкиваются со слишком маленьким (относительно) пузырьком, то сила удара может быть существенно ослаблена тем, что пузырек слишком легко отодвинется от нее в направлении удара. Этим также улучшаются условия прилипания крупных частиц к более крупным пузырькам. В-третьих, вероятность направления столкновения, нормального по отношению к поверхности пузырька при котором значение величины удара имеет максимальную величину, также, несомненно, зависит от соотношения размеров частицы и пузырька.

Исследования позволяют считать несомненным наличие оптимального соотношения размеров пузырьков и частиц, обусловливаюших их лучшую слипаемость при столкновении. Необходимо учитывать другие способы минерализации пузырьков и влияние на акт флотации отрывающих сил.

Поскольку дисперсность пузырьков и минеральных частиц характеризуется определенной кривой распределения, то для улучшения флотируемости основной массы минеральных частиц необходимо, чтобы между этими кривыми было определенное соответствие. При этом следует учитывать точно установленную более плохую флотируемость частиц крайних размеров. Может оказаться необходимым, чтобы в пульпе присутствовали в повышенном количестве пузырьки нескольких размеров, например: минерализующиеся частицами крайних размеров и наиболее распространенными в пульпе частицами. Получить кривую распределения пузырьков по крупности с несколькими максимумами едва ли можно даже с применением различных методов диспергирования воздуха.

Прежде чем закончить рассмотрение вопроса оптимального соотношения размеров пузырьков и частиц необходимо подчеркнуть неправильность того, что в ряде случаев исследователи априорно считают единственно возможным процесс минерализации пузырьков при их столкновении с минеральными частицами. Такой подход страдает ничем не оправдываемой односторонностью. Приведенные материалы доказывают необходимость учета процессов выделения воздуха из раствора и групповую флотацию минеральных частиц несколькими пузырьками.

Условия аэрации и перемешивания пульпы во многом определяют флотируемость частиц различной крупности. Особо следует отметить влияние аэрированности пульпы на вероятность и прочность образования агрегата минерал — пузырек при разных размерах минеральных частиц.

При минерализации пузырьков путем их столкновения с частицами аэрационные процессы определяют размеры пузырьков, вероятность столкновения пузырьков с частицами минералов и удельную поверхность пузырьков воздуха.

He требуется специального доказательства того, что существует количественная зависимость выхода сфлотированного минерала от величины поверхности раздела газ - жидкость, содержащейся в единице объема пульпы.

Понятно, что число столкновений пузырьков с минеральными частицами, находящихся в данном объеме пульпы до известного предела прямо пропорционально числу частиц и пузырьков и скорости их взаимоперемещения. От последней зависит и сила столкновения. От интенсивности перемешивания пульпы зависят также и аэрационные процессы. Поэтому вероятность столкновения нельзя рассматривать в отрыве от разности скоростей и направления движения пузырьков и частиц минералов в пульпе.

В процессе образования агрегата минерал — пузырек путем выделения воздуха из раствора значительную роль играют размеры частиц, плотность пульпы и интенсивность перемешивания. Если при данной плотности пульпы минеральные частицы имеют меньшие размеры, то выделение воздуха из раствора возрастает вследствие увеличения удельной поверхности частиц и уменьшения расстояния диффузии к ним растворенных газов. Кроме того, повышение до известного предела плотности пульпы обусловливает возрастание числа Рейнольдса и турбулентности потоков, что способствует увеличению выделения воздуха из раствора. Аналогично действует и увеличение интенсивности перемешивания пульпы.

Самостоятельно флотируются мелкими пузырьками, выделившимися из раствора, в основном мелкие частицы. Коалесцентный механизм минерализации пузырьков более вероятен для крупных частиц, для которых также имеют большое значение процессы аэрофлокулярной флотации.

На устойчивость агрегата минерал — пузырек в некоторых случаях значительно влияет прочность оболочек пузырьков. Наличие больших отрывающих сил, динамического их приложения и значительного гистерезиса смачивания содействует разрыву пузырьков. С другой стороны, повышение устойчивости оболочки достигается применением оптимальных концентраций наиболее пригодных в каждом отдельном случае пенообразователей. Можно предполагать, что иногда прочность оболочки пузырька повышается в случае оптимальной минерализации ее мелкими минеральными частицами.

Вероятность разрыва оболочки пузырька снижается при уменьшении отрывающих сил, отнесенных к единице длины сечения пузырька. В частности, это достигается при групповой флотации частиц несколькими пузырьками.

Анализируя флотируемость частиц разной крупности, необходимо также учитывать изменение физико-химических свойств и геометрической неоднородности их поверхности. При этом Должно быть принято во внимание, что истинная удельная поверхность порошков всегда существенно больше рассчитанной при допущении правильности очертаний частиц. Соотношение истинной и расчетной поверхностей не является постоянным и зависит от микрошероховатости поверхностей частиц.

В настоящее время отсутствуют достаточно надежные экспериментальные данные, обосновывающие общую зависимость изменения геометрической неоднородности частиц различных минералов при их измельчении. Эта зависимость обусловливается физическими и физико-химическими свойствами конкретных минералов и условиями их измельчения. В качестве примера на рис. 6 показано, что частицы фосфорита микронных размеров имеют очень сильно трещиноватую поверхность, а такие же частицы апатита — гораздо более ровную.

Вторая группа причин, обусловливающих возможность флотации, связанная с величиной сил, отрывающих частицу от пузырьков, описана в общем виде при исследовании кинетики процесса отрыва частиц от пузырьков воздуха.

Интенсивность перемешивания пульпы и турбулентность ее потоков наряду с массой частицы являются основными факторами, определяющими величину этих сил. При этом величина отрывающих сил всегда находится в определенной зависимости от размеров флотируемых частиц. Для результата действия сил отрыва имеет значение время их приложения. Слишком кратковременное действие отрывающих сил снижает вероятность отрыва частицы от пузырька. Изменение размеров частицы сказывается на величине отрывающих сил не только путем изменения массы частицы. Большие частицы требуют для своей флотации более крупных пузырьков, а с увеличением пузырьков в свою очередь возрастают отрывающие силы. От величины минеральных частиц также во многом зависят размеры «абразивного действия пульпы. В современных флотационных машинах на кинетику и селективность флотации несомненно оказывает большое влияние процесс «бомбардировки» минерализованного пузырька огромным количеством минеральных частиц, взвешенных в пульпе, и другими пузырьками. Этому процессу до последнего времени уделялось недостаточно внимания, в связи с чем исследован он слабо. Надо иметь в виду, что силы взаимотрения минеральных частиц в перемешиваемой пульпе очень велики. Так, при помощи этих сил удается счищать при флотации с поверхности частиц кварца толстые лимонитовые пленки. Общеизвестно наличие значительного вторичного шламообразования при перемешивании пульпы во флотационных машинах и контактных чанах и т. п.

Деминерализация воздушных пузырьков при многократных ударах о них других частиц и пузырьков широко развита в пульпе. При этом в первую очередь отрываются наиболее крупные частицы из-за своей большей массы. Ряд частиц отрывается вследствие их сбивания «прямым попаданием» других частиц для каждого случая флотации должен иметься определенный диапазон крупности, при котором минеральные частицы пульпы являются наиболее активными деминерализаторами пузырьков Этот диапазон устанавливается из следующих двух факторов. живои силы частиц-«снарядов» и их числа в единице объема пульпы.

При прочих равных условиях вероятность «абразивной» деминерализации пузырьков заметно возрастает с увеличением плотности пульпы, с возрастанием числа частиц, содержащихся в единице объема пульпы. Так, прямыми опытами установлено, что в ряде случаев в разжиженных пульпах крупные частицы флотируются лучше; упомянутая выше оттирка лимонитовой пленки протекает более эффективно в плотных пульпах и т. п. С другой стороны, повышение плотности пульпы может в некоторых случаях улучшать флотируемость крупных частиц, повышая устойчивость пены и отдельных пузырьков.

Следует также отметить, что для поддержания во взвешенном состоянии крупных частиц при флотации требуется более интенсивное перемешивание пульпы, которое, одновременно предопределяет возрастание отрывающих сил.

Стадия транспортирования минеральных частиц пузырьками из пульпы в пену является весьма важным звеном в процессе флотации, в значительной степени определяющим конечные ее результаты.

С одной стороны, минерализованный пузырек должен быть с достаточной скоростью выведен из пульпы. Если он будет находиться в пульпе избыточно долго, то возрастет вероятность отрыва частиц; кроме того, снижение скорости подъема минеральных частиц связано со снижением интенсивности флотации.

С другой стороны, пузырек воздуха не должен чересчур быстро выводиться из пульпы, в противном случае он не успеет в достаточной степени минерализоваться, а иногда и очиститься от частиц, которые не должны переводиться в пену.

Оптимальное время пребывания пузырька в пульпе и скорость его всплывания зависят от свойства флотируемых минералов, реагентного режима, плотности пульпы и, наконец, от крупности минеральных частиц.

Совершенно естественно, что для подъема в пену с нужном скоростью более крупных частиц требуются более крупные пузырьки. Это подтверждается расчетами, сделанными без учета стесненных условий движения пузырька и с учетом этих условий. При постоянном коэффициенте минерализации поверхности пузырьков в случае прилипания к ним более крупных частиц вес минеральной нагрузки возрастает. Поэтому в последнем случае требуется больший суммарный объем пузырьков. С другой стороны, высокая удельная поверхность мелких частиц также требует увеличения суммарной поверхности пузырьков.

С точки зрения создания наиболее выгодных условий для всплывания минерализованных пузырьков в пену при флотации должны выдерживаться следующие качественные зависимости:

1. Чем плотнее пульпа, чем больше содержится в ней частиц минерала, которые должны быть подняты в пену, и наконец, чем меньшее время контакта требуется для прилипания частиц к пузырьку, тем короче должен быть путь всплывания пузырьков В разбавленных пульпах, содержащих небольшое количество труднофлотируемых минералов, путь пузырьков должен быть относительно большим.

2. Чем крупнее частицы, минерализующие пузырек, тем труд, нее пузырьку всплывать в пену. Поэтому при флотации крупных частиц желательно, чтобы во флотационной машине были прямые восходящие потоки пульпы.

3. С увеличением интенсивности перемешивания пульпы возрастает время пребывания пузырьков в пульпе вследствие более тонкого диспергирования воздуха, удлинения траектории движения пузырьков и увеличения сопротивления среды. С уменьшением размеров частиц необходимо, чтобы в зоне всплывания минерализованных пузырьков пульпа перемешивалась энергичнее, чем при флотации более крупных частиц. В обратном случае при флотации крупных частиц необходимо наличие спокойной зоны всплывания пузырьков. Как в том, так и в другом случае аэрационные процессы не должны быть ухудшены при изменении режима потоков пульпы в зоне всплывания.

Влияние плотности пульпы на флотируемость частиц разных размеров заслуживает более подробного рассмотрения, поскольку этот фактор относительно легко изменять во время флотации.

По данному вопросу пока имеются во многом противоречивые сведения. Таггарт указывает: «Крупнозернистые пульпы должны быть плотнее, чем тонкозернистые, чтобы было легче бороться с выпадением крупных тяжелых минералов». Несомненно, это соображение может иметь известный смысл. Ho, как нам кажется, едва ли оно может явиться во всех случаях главным в определении условий флотации частиц разной крупности. Изменение плотности пульпы влияет не только на устойчивость суспензии, но и на многие другие факторы — на взаимотрение частиц с пузырьками, на аэрацию пульпы, на концентрацию реагентов и др. Отсутствие простой однозначной свят плотности пульпы с условиями флотации, наряду с недостаточным числом специальных исследований обусловило то, что в этот вопрос в настоящее время не внесена еще достаточная ясность.

С одной стороны, наши опыты показали, что при флотации самородной серы разной крупности крупные частицы извлекались лучше в более разбавленных пульпах, а мелкие — в более плотных пульпах (рис. 253). Эта зависимость наблюдается при различных расходах реагентов, постоянных по отношению к единице веса руды или к единице объема пульпы. Аналогичные выводы наблюдаются в ряде случаев промышленной флотации несульфидных руд и каменных углей, когда по мере разбавления пульпы в камерах водой (или за счет вывода из пульпы флотацией существенной части минерала) получаются более крупнозернистые концентраты.

С другой стороны, опыты Гуцалюк показали, что при флотации галенита в слишком разбавленных пульпах крупные частицы флотируются хуже. У сфалерита это выражено гораздо менее заметно. Тонкие частицы сфалерита флотируются более полно в плотных пульпах.

В данном случае наблюдается совместное действие физических и физико-химических факторов. Первые из них влияют в соответствии со схемой, показанной на рис. 80. Вторые, связанные с концентрацией реагентов (собирателей и регуляторов) в пульпе, с постоянным обновлением поверхности частиц при взаимотрении, с условиями пенонакопления и т. п., могут различно влиять на процесс в отдельных конкретных случаях. Иногда действие этих факторов может перекрывать действие чисто физических факторов.

Сказанному отнюдь не противоречит установленная на практике целесообразность флотации шламистых руд в разбавленных пульпах. В этом случае ухудшаются условия флотации тонких шламов пустой породы и повышается качество концентратов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: