Влияние тонких шламов » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние тонких шламов

08.10.2020

Тесно связанные друг с другом вопросы установления нижнего предела крупности флотируемых частиц и влияния тонких шламов (мельче 10—5 u) на флотацию являлись предметом многих исследований. Установлено, что почти всегда присутствие в пульпе тонких шламовых частиц в тон или иной мере ухудшает флотацию, снижая извлечение, качество концентрата и скорость

флотации.

Наряду с незначительным влиянием, которое оказывают тонкие шламы на флотацию, имеются многочисленные примеры разительного ухудшения флотации тонкими шламами. Так, установлено резкое ухудшение флотации сульфидных минералов небольшими количествами тонких шламов. Аналогичное явление было отмечено при флотации фосфоритов и гидроборацита, каменного угля. Резко ухудшается флотация тонкими шламами при применении катионных реагентов, требующих почти всегда полного предварительного обесшламливания пульпы. Число подобных примеров можно было бы значительно увеличить.

Верхний предел крупности тонких частиц, обладающих резко аномальными флотационными свойствами, примерно установлен. Для разных руд и реагентных комплексов он колеблется от 10 до 3 u. Годэн и Шуман показали, что в случае флотации ксантатом галенита аномальные свойства тонких частиц начинают сказываться при их размере меньше 4 u. Очевидно, что диаметр частиц, оказывающих специфическое влияние на флотацию, намного превышает те размеры, при которых происходит интенсивное броуновское движение (известно, что последнее достигает существенных размеров при крупности частиц менее 0,5 u). Отсюда вытекает несостоятельность продолжающихся до последних дней попыток объяснить аномальность флотационных свойств тонких шламов наличием в них броуновского движения.

В целом ряде случаев тонкие частицы минералов пустой породы разубоживают пенный продукт. В других случаях основные потери флотируемого минерала в хвостах приходятся на его тонкие классы. Очень часто тонкие шламы резко ухудшают флотируемость более крупных частиц, хорошо разделяемых флотацией при условии удаления тонких шламов. При этом в ряде случаев в начале процесса в пену переходят преимущественно тонкие шламы, и лишь после их удаления из пульпы начинают флотироваться более или менее удовлетворительно частицы нормальной крупности. Скорость флотации в присутствии тонких шламов обычно снижается.

Общая схема влияния тонких шламов на флотацию. Перечень причин ухудшения флотации в присутствии тонких шламов показывает, что влияние их весьма разнообразно, вызывая зачастую противоречивые результаты (повышенный или пониженный переход в пену тонких частиц и т. п.). Поэтому нельзя, искать, как это делает, например, Стремовский одно универсальное объяснение причины отрицательного влияния шламов на флотацию. Аномальность флотационных свойств тонких шламов обусловлена целым рядом причин, действующих совместно и резко меняющихся в зависимости от индивидуальных условий процесса.

Общая схема причин, вызывающих отмеченное влияние тонких шламов на флотацию, представлена на рис. 259.
Влияние тонких шламов

Очень небольшая масса тонких частиц, как обосновано было ранее, затрудняет столкновение пузырьков и частиц, преодоление ими энергетического барьера водной прослойки между пузырьками и частицей, снижая вероятность прилипания частицы к пузырьку при их столкновении. Эти соображения не распространяются на флотацию мельчайших частиц пузырьками, выделяющимися из раствора. В этом случае, наоборот, создаются благоприятные условия для флотации мелких частиц ввиду их малого веса и небольшого расстояния диффузии растворенных газов к их поверхности.

Налипание тонких шламовых частиц на более крупные (рис. 260) является одной из важнейших причин вредного влияния их на процесс флотации.

В принципе возможны два варианта механизма налипания тонких шламовых частиц на остальные минеральные частицы вследствие их химического взаимодействия чисто коагуляционно флокуляционным путем.

Таггарт с сотрудниками считает, что при флотации полиметаллических руд закрепление на поверхности частиц галенита тонкодисперсных частиц кальцита с образованием цемента происходит по реакции:

Возможность этой реакции обосновывается Таггартом, Дель Джудиче и другими тем, что углекислый свинец имеет меньшую растворимость, чем сернокислый или углекислый кальций. По их утверждению, исходя из такой химической гипотезы, можно безошибочно выбирать реагенты, препятствующие образованию указанным способом шламовых покрытий.

Против такой, чисто химической теории образования шламовых покрытий имеется ряд возражений.

Во-первых, она не может объяснить большое чисто наблюдаемых фактов. Так, образование кальцитовой пленки на галените предотвращается не только силикатом натрия. По Дель-Джудиче, это происходит вследствие вытеснения с поверхности галенита пленки сернистого свинца пленкой силиката свинца; последняя имеет низкую растворимость и не может реагировать с углекислым кальцием с образованием цемента, удерживающего кальцтовые шламы на поверхности галенита. Образование кальцитовой пленки на галените предотвращается с равным успехом едким натром. Другой пример: шламовые пленки кальцита образуются не только на поверхности галенита, но и церуссита и родохрозита, что полностью противоречит «химической теории», поскольку в этих случаях не могут образовываться соединения требуемого типа. С позиций «химической теории» нельзя так же объяснить неоднократно наблюдаемое наличие пленки глинистых шламов на поверхности чистых частиц каменного угля и алмазов.

Во-вторых, нельзя отожествлять закономерности реакций в растворах с реакциями между твердыми соприкасающимися поверхностями, имеющими ряд особенностей, в том числе резко замедленную скорость.

Прямые наблюдения Дорифельда показали, что во многих случаях топкие шламы могут передвигаться по поверхности частиц, к которой они прилипли. Это видно на фотографиях (рис. 261), где отмечается смещение части шламовых покрытии под пузырьками воздуха.

Таким образом, химическая теория образования шламовых покрытии не выдерживает критики.

Наиболее общим механизмом образования шламоыых покрытий являются коагуляционный и флокуляционны механизмы. Как показано, необходимо различать эти два понятия, хотя и выражающиеся в конечном результате в одинаковом слипании частиц, но вызываемые принципиально различными причинами.

Если тонкие шламы сфлокулированы, то они легко переходят в пену (в случае отсутствия слишком крупных флокул); скоагулированные же шламы остаются в непенном продукте.

Процессы коагуляции и флокуляции протекают не только между шламовыми частицами, но и между ними и более крупными частицами. Регулируются они неорганическими и органическими веществами, находящимися в пульпе, поэтому влияние на эти процессы реагентов и неизбежных ионов пульпы заслуживает особого внимания.

Опытами было показано, что коагуляция твердых частиц в воде зависит от состава этой воды, природы частиц и времени их взаимного контакта. При прочих равных условиях, лучше всего слипаются частицы с поверхностями, имеющими близкую гидратированность, причем слипание в воде гидрофильных частиц ухудшается, гидрофобных — улучшается, что вполне согласуется с вышеприведенными соображениями. Наблюдавшиеся в некоторых случаях колебания мельчайших частиц на твердых поверхностях, к которым они прилипали, свидетельствуют о наличии между ними прослойки жидкости.

Гидратация поверхностей характеризуется скачком их электрохимического потенциала, чем и определяется его связь с коагуляцией. Влияние электролитов на скачок потенциала общеизвестно.

Следовательно, снижение налипания тонких шламовых частиц на более крупные может быть достигнуто путем строгого регулирования ионниго состава пульпы. Зависимость прилипаемости частиц от величины электрокинетического потенциала (составной части электрохимического потенциала) иллюстрируется результатами опытов, приведенными в табл. 86.

Экспериментально установлено, что при высоком электрокинетическом потенциале шламовых частиц шламовые покрытия отсутствуют, за исключением случаев наличия различного знака электрокинетического потенциала у крупных и шламовых частиц.

Если бы нужно было лишь пептизировать суспензию, особенно ее тонкодисперсные фракции, то вопрос решался бы применением достаточно больших дозировок реагентов. Ho флотация сильно гидратированных частиц, образуемых в результате этого процесса, невозможна. поэтому приходится прибегать к очень кропотливому подбору условии, при которых, с одной стороны, гидратированность тонких частиц будет настолько велика, что они не будут налипать на другие. Ho тонкие частицы флотируемых минералов должны быть гидратированы до такой степени, что они могут быть сфлотированы. Во многих случаях такие условия удается подобрать. В частности, при флотации несульфидных материалов хорошие результаты достигаются применением оптимальных соотношении соды и жидкого стекла и других пептизаторов.

Большую роль в процессах образования шламовых покрытий играют чисто механические факторы.

Степень покрыт частицы шламовыми пленками возрастает с увеличением времени контакта и силы их взаимного сжатия. Причины этой зависимости те же, что и в случае прилипания частиц к пузырькам. С увеличением силы взаимного сжатия частиц улучшаются возможности разрушения разделяющей их гидратной прослойки. Можно привести ряд опытов, подтверждающих это важное для флотации положение. Так, при исследовании прилипаемости минеральных частиц микронных размеров к поверхности кварцевой пластинки установлено, что прилипание улучшается при большем времени контакта и с увеличением веса частиц (силы их давления на кварцевую пластинку). Было отмечено также, что в перемешиваемой суспензии мелкие частицы активней налипают на более крупные, чем слипаются друг с другом. Это может быть также объяснено имеющимся в данном случае увеличением силы столкновения частиц.

Перемешивание пульпы играет большую роль в определении условий образования шламовых покрытий, причем это влияние сказывается в противоположных направлениях. Увеличение силы и числа столкновений частиц вызывает улучшение образования шламовых покрытий; в этом же направлении действует вторичное шламообразование, возрастающее при более интенсивном перемешивании пульпы. С другой стороны, при более интенсивном перемешивании пульпы улучшается механическая очистка поверхности частиц от шламовых покровов. Поэтому целесообразность изменения в ту или другую сторону режима перемешивания пульпы должна определяться в каждом отдельном случае опытным путем.

Шламовая пленка, покрывающая минеральные частицы, повышая гидратированность поверхностей и изолируя пузырек от частицы, препятствует прилипанию ее к воздушным пузырькам. Влияние шламового покрытия на гидратированность поверхности, оцениваемое по величине краевого угла смачивания, подтверждается, в частности, опытами.

В приведенных опытах во всех случаях шламовые частицы были гидрофильны: частицы кварца и кальцита отличаются высокой гидратированностью; сильно окисленные твердые частицы галенита обладают такими же поверхностными свойствами. Однако пока нет достаточных оснований утверждать, что шламовые покровы во всех случаях повышают гидратированность поверхности. Частицы гидрофобных неокисляющихся минералов могут не повышать гидратированность поверхности, к которой они прилипают.

Если пузырек все же прилипнет к шламовому покрову частицы, то при малейшем внешнем воздействии легко отделится от последней, увлекая за собой шламовую подкладку. Такая «очистка» поверхности от шламовых покрытий восстанавливает ее первоначальные флотационные свойства.

Большая удельная поверхность тонких шламовых частиц, в 50—100 раз превышающая удельную поверхность частиц обычной флотационной крупности, обусловливает ухудшение флотации путем покрытия поверхностей частиц и воздушных пузырьков.

Для примера укажем, что при 1% извлечении минерала из 1 л пульпы при содержании минерала в руде в количестве 10% и крупности частиц 10 u, извлекается около 60 миллиардов частиц. На это явление нужно обратить особое внимание, поскольку флотационная активность пузырьков, «бронированных» пленкой шламов (рис. 262), будет всегда существенно пониженной; так как флотация может осуществляться путем прилипания флокул, в определенных условиях для перевода в пену значительных количеств тонких шламов требуется не так много воздушных пузырьков, как это следовало бы по теоретическому расчету.

Тонкие шламы связывают значительное количество реагентов что обусловлено их большой удельной поверхностью и повышенной активностью. Последняя в свою очередь обусловлена малым радиусом кривизны поверхности тончайших частиц. Необходимость применения повышенных расходов собирателя в случае присутствия в пульпе значительных количеств тонких шламов хорошо иллюстрируется следующими опытами. Искусственная смесь галенита и гранита измельчалась до —4 u, флотировалась ксантогенатом калия и терпинеолом. Даже при исключительно высоких расходах ксантогената (2 кг/т) извлечение галенита в пену оставалось небольшим (табл. 88).

Примером, иллюстрирующим подавляющее действие тонкодисперсных шламов при поглощении ими собирателей, являются опыты с минералами апатитовой руды — апатитом, нефелином, эгирином, сфеном и шпроуштейном. Флотируемость этих минералов жидким мылом охарактеризована рис. 263. Наиболее активно флотируется этим реагентом апатит; одним из плохо флотирующихся минералов является нефелин. Как видно из рис. 264, добавление тонких шламов (80—90% — 10 u) этих минералов резко подавляет флотацию. Ho действие тонких шламов отдельных минералов не одинаково; сильнее всего подавляют флотацию шламы апатита (наиболее активно взаимодействующего с реагентом-собирателем); слабее — шламы нефелина (плохо взаимодействующего с собирателем).

Если бы повышению извлечения тонких фракций при флотации с большими расходами собирателя обычно не сопутствовало снижение качества пенного продукта, то увеличение концентрации в пульпе собирателя могло бы быть рекомендовано в качестве достаточно эффективной меры снижения потерь тонких частиц в хвостах. Однако при повышенных расходах собирателя увеличивается переход в пену мелких частиц пустой породы, так как избыток собирателя приводит к неселективной флокуляции всех тонких частиц и к коллективному переходу их в пену. Поглощение тонкими шламами с большой скоростью значительных количеств реагентов-собирателей вызывает также ухудшение флотации крупных частиц. Выше было показано, что такие частицы требуют повышенной гидрофобизации поверхности, без чего их флотация становится маловероятной. Таким образом, поглощение тонкими шламами больших количеств реагентов во многом объясняет их отрицательное влияние на флотацию.

Одним из способов борьбы с поглощением тонкими шламами реагентов является фракционная загрузка собирателя. Другая мера заключается в раздельном контакте шламов и зернистой фракции с собирателем.

Вязкость пульпы в случае содержания в ней достаточных количеств тонких шламов может значительно возрасти. В соответствии с общеизвестными положениями теории Смолуховского, вязкость дисперсных систем резко возрастает с уменьшением размеров твердых частиц (рис. 265). Повышение вязкости пульпы резко ухудшает условия ее аэрации и затрудняет всплывание минерализованных пузырьков в пену.

Повышение устойчивости пены, часто вызываемое присутствием в ней тонких шламовых частиц, может в отдельных случаях существенно ухудшить весь флотационный процесс. На рис. 266 приведена в качестве примера стабилизация пены тонкими шламами разных минералов при флотации апатита жидким мылом.

При сопоставлении этих данных с рис. 263 видно, что лучше всего флотирующиеся шламы апатита наиболее заметно повышают устойчивость пены.

Излишне устойчивые пены снижают эффективность очистных операций и затрудняют транспортирование и сгущение пенных продуктов. На некоторых фабриках такие свойства пены настолько ухудшают условия регулировки процесса, что снижают показатели флотации.

Повышенная растворимость мелких частиц в воде вытекает из известного в физической химии уравнения:

где r — радиус частицы;

о — поверхностное натяжение частицы (при очень малых радиусах кривизны о зависит от r);

р' — упругость пара частицы;

р — упругость пара в растворе;

M — молекулярный вес;

b — плотность жидкости.

Из приведенной выше формулы видно, что чем мельче частицы минералов, тем больше упругость их пара и, следовательно растворимость. Так, растворимость такого высокорастворимого минерала, как гипс, при его измельчении до - 1,0—0,5 u возрастает на 20%; растворимость ряда труднорастворимых минералов (барита и т. п.) при достижении ими коллоидальных размеров возрастает в несколько раз и т. д.

Повышение конечной растворимости минералов может иметь заметное количественное значение лишь в случае очень тонкого их измельчения. Для малорастворимых минералов, к которым относится большая часть объектов флотации, главную роль играет не только конечная растворимость, но и скорость растворения. Большая удельная поверхность в десятки и сотни раз увеличивает скорость растворения тонкодисперсных частиц.

Повышенное содержание в пульпе так называемых «неизбежных» ионов, сопутствующее присутствию тонких шламов, всегда отрицательно влияет на флотацию. Оно сказывается как на изменении флотационных свойств минералов и реагентов, так и на изменении вспенивающих свойств последних. Поэтому, если присутствие в пульпе какого-то небольшого количества «неизбежных» ионов и является трудноустранимым, то всемерное уменьшение их обычно улучшает флотацию. Таким образом, наличие в руде минералов с повышенной растворимостью может усугубить отрицательное влияние тонких шламов на флотацию.

Меньшая компенсированность молекулярных сил на поверхности минеральных частиц с очень малым радиусом кривизны обусловливает меньшую специфичность взаимодействия их со средой и с реагентами. Если такая минеральная частица в момент своего возникновения при дроблении соприкоснется вначале с водой, то она окажется сильно и устойчиво гидратированной. Если же в этот момент частица хотя бы в течение небольшого отрезка времени контактирует с газами, то эти газы, адсорбируясь па поверхности, устойчиво ее гидрофобизируют. Поскольку обычно измельчение руды перед флотацией производится в присутствии воды, то топкие шламовые частицы оказываются сильно гидратированными. Зависимость смачиваемости твердых частиц от их размеров была подтверждена прямыми наблюдениями. Попытка флотации таких гидратированных частиц обусловливает применение высоких расходов реагентов-собирателей, в результате чего достигается лишь неселективная флотация мельчайших частиц и их флокул. Поверхность сверхмелких частиц может быть гидратирована настолько сильно, что их флотационное извлечение становится весьма маловероятным.

Высказанное положение позволяет сделать два важных практических вывода. Во-первых, флотируемость и селективность флотации мелких частиц могут улучшаться при измельчении исходной руды в присутствии воздуха и реагентов-собирателей, поскольку в этих условиях предотвращается устойчивая гидратация раскрываемых в процессе измельчения частиц. Во-вторых, целесообразно испытать флотацию шламовых частиц воздухом, выделяющимся из раствора, так как последний является более активным дегидрататором поверхностей и легче преодолевает энергетический барьер гидратной прослойки.

Приведенные выше зависимости между крупностью частиц и вероятностью минерализации пузырьков при флотации послужили основанием для проведения опытов флотации тонких шламов выделяющимися из раствора газами, хотя Таггарт до последнего времени считает, что подобный процесс «... пригоден только для пульп, свободных от шламов».

Опыты показали, что применением «вакуум-флотации» и ряде случаев удается значительно улучшить разделение частиц флюорита и кварца, барита и кварца размером менее 10 u (содержание фракций мельче 5 u составляло примерно 65%). Опыты проводились на установке, показанной на рис. 267. Особенностями этой установки являлось следующее. Она позволяла проводить непрерывный процесс флотации, а не периодический (с непрерывным питанием флотационной машины пульпой и непрерывным удалением из нее концентрата и хвостов). Флотация как механическим, так и вакуумным способом производилась в одной и тон же машине механического типа. В последнем случае импеллер вращался очень медленно, делая всего 80 об/мин. Здесь импеллер не участвует в аэрации пульпы и лишь слегка ее перемешивает. Машина покрывалась колпаком 1, из которого выкачивался воздух и флотация осуществлялась газами, выделяющимися из раствора.

Результаты некоторых параллельных опытов флотации вакуумным и механическим способом приведены на рис. 268, 269, 270. Они показывают, что в первом случае при прочих равных условиях флотация протекает более избирательно, даже при большем извлечении флотируемого минерала в пену, чем при флотации обычным способом.


Результаты разделения смесей чистых минералов были воспроизведены на баритовой руде, измельченной до —10 u (содержание фракции мельче 5 u равнялось 63%). Опыты флотации проводились в условиях непрерывного процесса в течение 30 мин.

Видно, что вакуумная флотация протекает гораздо более эффективно, чем обычная. Повышение показателей в полном соответствии с теоретическими предпосылками происходит главным образом за счет улучшения флотации класса —5 + 0 u.

Эти начальные данные представляют существенный интерес.

При флотации некоторых руд имеет большое значение так называемый «механический вынос» шламовых частиц в пену, т. е. перевод их в пену без прилипания к пузырькам. Эйгелес считает, что такой механизм перевода в пену не существует и термин «механический вынос» маскирует название истинного механизма флотации шламовых частиц. С этим нельзя согласиться. Известно, что пузырьки воздуха увлекают в пену большое количество воды, стекающей затем из пены. Ничтожно малые скорости падения тонких частиц в воде не могут не привести именно к их «механическому выносу» (в вышесказанном понимании) в пену. При удалении из пены избыточной воды вместе с ней может быть удалена и часть тонких шламовых частиц.

Механизм и степень влияния на флотацию тонких шламов зависят от состава руд и конкретных условий флотации. Например, в ухудшении флотируемости тонких фракций сульфидных минералов ксантогенатом играют процессы избыточного-окисления этих частиц. Эффект налипания особенно ярко выражен и трудно преодолим в случае присутствия в руде легкорастворимых минералов — гипса и др. Повышенная устойчивость пены особенно неприятна при больших выходах пенных продуктов и при наличии их многократных перечисток. Неудачное решение компоновки аппаратуры, непродуманная конфигурация желобов большое число перечистных операций и другие, чисто конструктивные факторы могут усугубить вредное влияние повышенной вязкости пены. Повышенная растворимость и большая скорость растворения тонких шламовых частиц особенно заметно ухудшают процесс селективной флотации несульфидных минералов жирными кислотами и другими собирателями анионного типа, мало влияя на их флотацию собирателями катионного типа.

Поэтому прежде чем приступить к решению проблемы устранения вредного влияния на флотацию тонких шламов, необходимо выяснить, каков основной механизм влияния этих шламов в данном конкретном случае.

He менее важно учитывать, что действие тонких шламов на флотацию зависит от минералогического состава шламов, их количества, реагентного режима и ряда других факторов.

Следует подчеркнуть, что практика флотации знает много случаев вполне успешной борьбы с ухудшением флотации тонкими шламами. В качестве одного из многих удачных примеров сошлемся на опыт устранения резко отрицательного влияния тонких шламов при флотации фосфоритных руд. Применением оптимальных расходов реагентов-пептизаторов и отмывкой электролитов, коагулирующих тонкие шламы, в этом случае удалось осуществить эффективную флотацию фосфоритных руд без их предварительного обесшламливания, выгодно отличающуюся от флотации фосфоритов во Флориде (рис. 271).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: