Брагина В.И., Брагин В.И. Флотационные методы обогащения. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 1.1

Результаты измерения краевого угла на горизонтальной поверхности шлифа (галенита, малахита, кварца) капель (пузырьков) различного

диаметра

Продолжение табл. 1.1

№ п/п

Минерал

Условия обработки

Диаметр капли 1,5 мм

Краевой угол

Диаметр капли 2,3 мм

Краевой угол

Диаметр капли 3,5 мм

Краевой угол

= θ` - θ``

= θ` - θ```

= θ`` - θ```

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Галенит

без реагентов

Капля 2 Капля 1

пр

=45

пр

=45

Капля 2 Капля 1

пр

=35

=40

пр

=30

=35

Капля 2 Капля 1

'''

пр

=25

'''

=20

'''

пр

=25

'''

=30

10 20 10 100 400 100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Сумма 90 140 100 40 80 40 600 1650 550

Среднее 45 35 25 10 20 10

Галенит

с собиратлем

Сумма

Среднее

Галенит

с десорбентом

Таблица 1.2

Критические значения краевого угла натекания и отекания

Угол наклона θ

cos θ

2 cos θ

=( θ

+ θ

/2)

1 2 3 4 5 6 7 8

Контрольные вопросы

1. Почему определение краевых углов смачивания проводят на полиро-

ванной поверхности?

2. Какой угол имеет максимальное и минимальное значение?

3. Какие причины вызывают гистерезис краевого угла?

4. Какова необходимая степень покрытия минерала собирателем для

полной флотации?

5. Как зависит необходимая степень покрытия собирателем от длины

его аполярной части и исходной гидрофобности поверхности минерала?

6. Значение какого краевого угла входит в уравнение Фрумкина-Каба-

нова?

Литература

1. Мелик-Гайказян В.И. Краевые углы и их применение в работах по

флотации [Текст] /В.И. Мелик-Гайказян //Обогащение руд. 1981. № 5. С. 13 –

20.

2. Абрамов, А.А. Флотационные методы обогащения [Текст]: Т.4.учеб-

ник для ВУЗов / А.А.Абрамов. М.:МГГУ,2008.707с.

3. Абрамов А.А. Переработка,обогащение и комплексное использова-

ние твердых полезных ископаемых [Текст]: Т. 2.Учебник для ВУЗов /А.А.

Абрамов, М.: МГГУ, 2004.С.94 – 150.

4. Абрамов А.А. Технология переработки и обогащения руд цветных

металлов [Текст]: учебное пособие для ВУЗов / А.А. Абрамов. М.: МГТУ,

2005.173 – 236.

Лабораторная работа 2

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ФЛОТАЦИИ

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с видами флотационного разделения

минералов на различных поверхностях раздела.

Теоретическое введение

Ф л о т а ц и я – основной процесс обогащения полезных ископае-

мых. Несмотря на то, что это сравнительно молодой процесс, возникший бо-

лее 100лет назад, применяется при обогащении 95% добываемых руд цветных

металлов, а неметаллических (фосфат, графит, тальк) и мелких классов углей

– почти 100%.

Такое широкое применение этого процесса объясняется тем, что флота-

ция позволяет извлекать ценные компоненты наиболее полно и комплексно

при необходимом качестве концентратов, а также обогащать тонко вкраплен-

ные, бедные руды, которые не могут быть переработаны другими процесса-

ми.

Флотация – английское слово (flotation) - означающее в буквальном

переводе – всплывание.

Флотация состоит в том, что компоненты измельченного полезного ис-

копаемого разделяются на основе различной их способности удерживаться на

границе раздела двух фаз жидкость – жидкость или жидкость – газ. Закрепле-

ние минеральных частиц происходит избирательно. Одни частицы прилипают

к фазе и всплывают, отделяясь от других частиц, поверхность которых не

способна к прилипанию.

Флотация проводится обычно в водной среде (одна фаза) другой фазой

служит воздух и редко масло (иногда вместо воздуха применяют другой газ).

Флотация подчиняется второму закону Термодинамики.

С момента открытия процесса флотации и первого применения его в

промышленности, он претерпел значительные изменения, причем со време-

нем изменялась сама сущность метода.

Очень кратко рассмотрим основные этапы развития флотационного

процесса.

Еще в глубокой древности было известно свойство масла покрывать

металлические частицы, о чем упоминается в сочинениях Геродота (400 лет

до н. э.). По этим описаниям девушки одного острова смазывали жиром перья

птиц, опускали их в ил озера и извлекали частицы золота. Это изобретение

древних девушек нашло применение через 2000 лет, когда в 1860 году англи-

чанин Вильям Хайнц предложил способ разделения сульфидных минералов

и минералов пустой породы при обработке их маслом. При этом сульфиды

обволакивались маслом и отделялись от пустой породы, которая падала на

дно.

Этот процесс еще не был истинной флотацией, но все - таки был пред-

шественником флотационного процесса, получившим в дальнейшем названия

«м а с л я н о й ф л о т а ц и и».

Позднее в 1885 году этот процесс был несколько усовершенствован

(американкой Эверсон) добавкой кислоты. Это позволило впервые осуще-

ствить этот процесс на практике для обогащения золотосодерщих руд.

Таким образом, процесс масляной флотации основан на различной

способности минералов закрепляться на поверхности раздела жидкость-жид-

кость, а именно, на поверхности раздела вода-масло. При масляной флотации

гидрофобные частицы прилипают к каплям диспергированного в пульпе мас-

ла и всплывают наверх, а гидрофильные частицы остаются в пульпе во взве-

шенном состоянии. Если плотность масла меньше единицы, то его капельки

вместе с закрепившимися частицами всплывают на поверхность пульпы, об-

разуя слой минерализованного масла.

Процесс масляной флотации вследствие большого расхода масла(10-

20% от веса руды) широкого промышленного применения не получил.

Флотационное разделение может также осуществляться на поверхности

жир-вода. Примером такого разделения может служить обогащение алмазов

на жировых поверхностях.

В 1892 году была открыта п л е н о ч н а я флотация, при которой тон-

ко измельченная руда осторожно вносилась на поверхность воды. Частицы,

смачиваемые водой, осаждались, а не смачиваемые оставались на поверхно-

сти воды и снимались в виде концентрата.

Процесс пленочной флотации малопроизводителен, весьма чувстви-

телен к технике проведения, и в настоящее время ограничен в применении,

так как различие во флотационных свойствах разделяемых минеральных ча-

стиц должно быть значительное. В связи с этим пленочная флотация не на-

шла широкого применения в практике обогащения, кроме как при доводке зо-

лото- и алмазосодержащих руд. Ее принцип используется в процессе флото-

гравитации.

В 1877 г. в Дрездене братьями Бессель была предложена п е н н а я

ф л о т а ц и я, в которой использовали газ для всплывания частиц графита.

Флотация осуществлялась пузырьками водяного пара, получаемого при кипя-

чении воды.

Первое существенное достижение в области применения флотации от-

носится к началу 20 века (1901 г) когда Поттер использовал этот метод в про-

мышленном масштабе в Австралии на руднике Брокен-Хилл. Пузырьки газа

получались в результате реакции, происходящей при воздействии H

на

карбонаты. Процесс – экзотермический, температура пульпы повышалась до

80 – 90ºС и выделялись пузырьки CO

, к которым прилипали частицы минера-

лов. На этом руднике были переработаны старые отвалы и получены концен-

траты с содержанием Zn = 45 – 50%. Расход серной кислоты составлял 2,5 %

от веса руды. Фромент в Италии 1902 году взял патент на флотацию суль-

фидных руд (применялось 1 – 1,5% масла), а газ получали действием кислоты

на известняк, который для этого загружали в пульпу.

В последствии здесь же был применен процесс вакуумной флотации.

Под действием вакуума выделялся воздух, растворенный в пульпе.

В1906 году Салман, Пиккар, Балло предложили непосредственное вве-

дение газа в пульпу с помощью вращающегося импеллера. Так возник совре-

менный процесс пенной флотации.

Флотационное разделение минералов, происходящее на криволинейной

поверхности раздела жидкость-газ (на поверхности пузырьков газа, образую-

щихся в пульпе), называется пенной флотацией. В этом случае гидрофобные

частицы прилипают к вводимым в пульпу пузырькам воздуха или газа и под-

нимаются с ними к верху, образуя минерализованную пену, а гидрофильные

частицы остаются взвешенными в объеме пульпы.

Пенная флотация в зависимости от способа насыщения пульпы пузырь-

ками воздуха имеет несколько разновидностей: вакуумная (выделение возду-

ха из раствора), компрессионная (насыщение воды воздухом под повышен-

ным давлением), химическая (образование пузырьков газа вследствие хими-

ческого взаимодействия), флотация кипячением (образование пузырьков пара

и выделение растворенного в воде воздуха при кипячении пульпы), электро-

флотация (образование пузырьков газа в результате электролиза воды) и др.

При обычной пенной флотации в качестве газа используется засасывае-

мый или подаваемый под давлением воздух, который диспергируется в пуль-

пе на мелкие пузырьки с помощью различных устройств.

Оборудование и материалы

Смеси чистых минералов крупностью минус −0,2+0,074 мм: кварца –

серы (1:1), кварца – свинцового блеска (1:1); технические весы с разновесами,

фарфоровые чашки (d=50мм); сушильный шкаф, шпатели, предметные стек-

ла, пробирки, химические стаканы емкостью 250÷500см

, штатив, бюретка,

тигли, пипетки, флотационные реагенты: 0,1%-ный раствор бутилового ксан-

тогената, сосновое масло, машинное масло или другой аполярный собира-

тель.

Методика проведения опытов

А. Пленочная флотация

В химический стакан с водой всыпать навеску минеральной смеси квар-

ца − серы (1:1) массой 2г. Загрузку смеси необходимо производить осторож-

но, с небольшой высоты, легким встряхиванием и одновременным наклоном

стеклянной пластинки, на которой помещена навеска, чтобы минеральная

смесь попадала на поверхность воды тонким слоем. Одновременно в стакан

из бюретки подвести тонкую струю воды. Воду со слоем несмачивающихся

минеральных частиц из стакана через носик слить в подставленную фарфоро-

вую чашку. Утонувший материал подвергнутьобезвоживанию, сушке и взве-

шиванию. После взвешивания материал перенести в тигель и прокалите в

печи в течение 15 мин. при t = 300÷400

С. Дать остыть и взвесить. По разнице

массы определить состав хвостов.

Пример расчета

В расчетах принять следующие обозначения:

и γ

выход концентрата и хвостов соответственно, г или %;

масса хвостов после прокаливания, г;

и β

− содержание серы в концентрате и хвостах соответственно, %;

и ε

− извлечение серы в концентрат и хвосты соответственно, %;

α − содержание серы в исходном питании, %, α = 50%.

Пусть в результате опыта:

= 1,3г до прокаливания, γ

= 65%, γ

= 0,97г после прокали-

вания.

Отсюда β

3,1

100)97,03,1(

⋅−

= 25,385 (%)

Определив β

и ε

, находим показатели для концентрата:

= 100 – ε

= 100 – 33 = 67 %;

= 100 – γ

= 100 – 65 = 35 %;

Б. Масляная флотация

В пробирку, до половины наполненную водой, насыпать 2 г смеси,

например, кварца и свинцового блеска (1:1). Пробирку закрыть пробкой и не

сколько раз встряхните. Затем добавить в пробирку 1 ÷ 2 мл машинного масла

и снова встряхните. Дать отстояться и через 3 ÷ 5 мин. слить слой масла, со-

держащий свинцовый блеск. Оставшийся в пробирке материал перенести в

фарфоровую чашку и просушить. После охлаждения хвосты взвесить, пере-

мешать, поместить на стеклянную пластинку, просмотреть под микроскопом

и дать примерную оценку содержания свинцового блеска в хвостах.

В. Пенная флотация

В пробирки, до половины наполненные водой, насыпать: в первую 2 г

кварца и серы (1:1), во вторую – смеси из кварца и свинцового блеска (1:1).

Пробирки закрыть и несколько раз встряхнуть. Затем добавить 0,5 ÷ 1 см

0,1%-ного раствора бутилового ксантогената и по 1 капле соснового масла,

пробирки закрыть и энергично встряхнуть. Дать отстояться и через 3 ÷ 5 мин.

слить пену и большую часть воды из обеих пробирок. Осадки перенести в

фарфоровые чашки, высушить, взвесить. Осадок первой пробирки перенести

в тигель, прокалить в печи 15 мин. Дать остыть и взвеить. По разнице массы

определить состав хвостов. Осадок второй пробирки перемешать, поместить

на стеклянную пластинку и с помощью микроскопа оценить содержание

свинцового блеска в хвостах.

Меры безопасности

1. Выполнять все необходимые правила работы с реагентами (см. рабо-

ту 1).

2. Перед включением весов и сушильного шкафа необходимо убедиться

в их исправности и наличии заземления.

3. Фарфоровые чашки из сушильного шкафа необходимо доставать

только щипцами.

Оформление работы

1. По каждому виду флотации подсчитать выход, содержание, извлече-

ние серы или свинцового блеска в продукты обогащения.

2. Свести данные в таблицу (табл. 2.1).

3.Сопоставить результаты опытов по различным видам флотации, сде-

лать вывод об эффективности.

Таблица 2.1

Результаты пленочной, масляной и пенной флотации

Вид

флотации

Материал

Продукт

флотации

Выход,

Содержание,

Извлечение, %

г %

Масляная

Пленочная

Пенная

Контрольные вопросы

1. Какие существуют разновидности флотационных процессов разде-

ления минералов?

2. Какой вид флотации используется при флотогравитации?

3. Для каких руд применяется процесс пенной сепарации?

Литература

1. Абрамов А.А. Переработка, обогащение и комплексное использова-

ние твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты:

[Текст]: Т.1. Учебник для вузов/А.А. Абрамов. М.: МГГУ, 2004.С.307 – 310.

2. Абрамов А.А. Переработка, обогащение и комплексное использова-

ние твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

[Текст]: Т.1. Учебник для вузов/А.А. Абрамов. М.: МГГУ, 2001.С.303 – 307,

338 – 339.

3. Абрамов А.А. Переработка, обогащение и комплексное использова-

ние твердых полезных ископаемых.Технология обогащения полезных ископа-

емых [Текст]: Т. 2.Учебник для ВУЗов /А.А. Абрамов. М.: МГГУ, 2004.С.94 –

150.

4. Абрамов А.А. Технология переработки и обогащения руд цветных

металлов [Текст]:Книга 2 Т. 3 Учебное пособие для ВУЗов / А.А. Абрамов.

М.: МГТУ, 2005.С.173 – 236.

Лабораторная работа 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИЗБЕЖНЫХ ИОНОВ ПУЛЬПЫ

(качественный анализ)

Ц е л ь р а б о т ы: определить в пульпе катионы Fe

, Zn

, анионы

−

, SO

−

и установить взаимосвязь ионного состава пульпы с минералоги-

ческим составом руды.

Теоретическое введение

При флотации мы имеем дело не с химически чистой водой, а с при-

родной, т. е. с раствором различных органических и неорганических соедине-

ний.

Кроме того в воде могут присутствовать катионы различных металлов и

анионы. Характерными катионами в воде являются Na

, Ca

, Mg

, K

, анио-

нами - Cl

−

, SO

−

, HCO

−

и ионами металлов − Cu

, Zn

,Fe

Вода характеризуется жесткостью (20,04 мг/л Ca

и 12,16 мг/л Mg

со-

ставляет 1 мг. экв. жесткости). Мягкая вода – 1,5 – 3 мг/экв. Жесткая вода –

до 9 мг/экв.

Кроме неорганических и органических солей в воде растворены газы. При

T=0°С в воде растворяется 49,2 мл кислорода, 23,2 мл азота, 17,3 мл углекис-

лоты.

Таким образом, вода является сильно действующим химическим аген-

том, что нельзя не учитывать.

Взаимодействие воды с минералом проявляющееся, в частности, в сма-

чивании последнего и образовании на его поверхности гидратного слоя, мо-

жет привести также к растворению минерала. Вследствие того, что в состав

полезного ископаемого всегда входит несколько минералов, в жидкой фазе

пульпы обычно присутствует некоторое количество молекул и ионов, входя-

щих в состав этих минералов. Состав перешедших в раствор ионов может

быть сложным и разнообразным.

Ионы (или молекулы) минералов, перешедшие в раствор, активно воз-

действуют на флотационный процесс: они могут вступать во взаимодействие

с поверхностью частиц минералов и с вводимыми в пульпу флотационными

реагентами.

Эти ионы называются «н е и з б е ж н ы м и и о н а м и», поскольку они

всегда присутствуют в том или ином количестве в жидкой фазе флотацион-

ной пульпы.

Оборудование и материалы

Реагенты, пробирки, мерные цилиндры, навески железной и медно-

свинцово-цинковой руды, механическая мешалка.