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

Подождите немного. Документ загружается.

Методика проведения опытов

Навески железной и медно-свинцово-цинковой руды (по 250г) флотаци-

онной крупности в течение 30 минут перемешивают с водой в механической

мешалке при Т:Ж = 1:3. После чего отфильтровывают твердую фазу. Налива-

ют в пробирку 6 мл фильтрата и определяют присутствие того или иного

иона.

О б н а р у ж е н и е и о н о в Fe

осуществляют путем реакции с рода-

нидом аммония. Фильтрат, помещенный в пробирку, подкисляют нескольки-

ми каплями соляной кислоты, добавляют 3-5 капель раствора NH

SCN. При

этом появляется кроваво-красное окрашивание.

Ионы трехвалентного железа с SCN

ионами в зависимости от их кон-

центрации реагируют с образованием комплексных ионов:

При [SCN

] = 5·10

−

г-ион/л

+ SCN

= [Fe(SCN)]

При [SCN

] = 1,2·10

−

г-ион/л

[Fe(SCN)]

+ SCN

= [Fe(SCN)

]

При [SCN

] = 4·10

−

г-ион/л

[Fe(SCN)

]

+ = Fe(SCN)

– роданид железа.

При еще большем избытке роданид-ионов образуются окрашенные

ионы: тетра-, пента- и гексароданиды.

Условия проведения реакции:

реакцию следует проводить при рН ‹ 7;

избыток раствора NH

SCN усиливает окраску;

проведению реакции мешают анионы фосфорной, мышьяковой, фтори-

стоводородной кислот и нитрат-ионы.

О б н а р у ж е н и е Zn

-ионов осуществляют каплями раствора КОН.

При этом появляется белый осадок гидроокиси цинка:

ZnCl

+ 2KOH = Zn(OH)

+ 2KCl

О б н а р у ж е н и е ионов SO

2 ¯

проводят путем реакции с хлоридом

бария. В пробирку с фильтратом добавляют 4 – 6 капель раствора HCl и затем

приливают 2 – 3 капли раствора BaCl

. В присутствии SO

−

ионов мгновенно

образуется белый кристаллический осадок BaSO

нерастворимый в соляной

кислоте:

+ BaCl

= BaSO

+ 2NaCl

Условия проведения реакции:

рН раствора должен быть меньше 7;

содержащие серу ионы, окисляющиеся сильными окислителями в кис-

лой среде до SO

−

ионов, мешают реакции;

другие анионы, образующие в нейтральной среде с ионами бария осад-

ки, практически не мешают открытию SO

ионов.

О б н а р у ж е н и е и о н о в SO

−

осуществляют посредством реакции

с KMnO

. Фильтрат из пробирки по каплям добавляют к раствору KMnO

(предварительно подкисленного H

). Обесцвечивание раствора KMnO

до-

казывает присутствие в фильтрате SO

−

ионов, KMnO

в кислом растворе

окисляет SO

−

ионы в ионы SO

−

, восстанавливаясь при этом до бесцветного

иона Mn

по рекции

5Na

+ 2KMnO

+ 3K

= 5Na

+ 2MnSO

+ K

+ 3H

Условия проведения реакции:

рН раствора должен быть кислый;

ион S

−

мешает открытию SO

−

иона.

Результаты определений записывают в таблицу 3.1.

Меры безопасности

1. Выполнять все правила работы в лаборатории.

2. При работе мешалки нельзя снимать ограждение привода мешалки.

3. При обрыве ремня клиноременной передачи привода мешалки необ-

ходимо выключить двигатель, а затем проводить работу по сшивке рем-

ня или его замене.

4. Работая с растворами кислот и щелочей, необходимо соблюдать осто-

рожность, чтобы они не попали на кожу рук. При попадании слабых

растворов реагентов на руки необходимо обмыть руки водой под водо-

проводным краном.

5. Соблюдать все правила работы с реагентами (см. работу 1).

Оформление работы

1. Результаты определений неизбежных ионов пульпы железной и мед-

но-свинцово-цинковой руды заносят в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Результаты определения неизбежных ионов пульпы

Руда

Неизбежные ионы

−

Железная

Медно-свинцово-цинковая

2. Составить отчет по установленной форме.

3. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Какие ионы называют неизбежными?

2. Вследствие чего ионы из минералов переходят в раствор?

3. Какое влияние на флотацию оказывают неизбежные ионы пульпы?

4. Каким образом можно регулировать ионный состав пульпы?

Литература

1. Глембоцкий В.А., Классен В.И. Флотационные методы обогащения

[Текст]: учебник для ВУЗов / В.А. Глембоцкий, В.И. Классен. М.: Недра,

1981. С. 36 – 47.

2. Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения [Тескт]: учебник

для ВУЗов / А.А. Абрамов. М.: Недра, 1984. С. 349 – 350.

3. 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.: Издательство МГГУ,

2001.С.332 – 334.

Лабораторная работа 4

ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Ц е л ь р а б о т ы: освоить методику изучения кинетики флотации и

научиться использовать кинетические данные для улучшения процесса фло-

тации.

Теоретическое введение

Кинетика флотационного процесса характеризуется зависимостью из-

влечения ε флотирующегося минерала от времени t, т.е. ε = f(t). Производная

dε /dt представляет собой с к о р о с т ь ф л о т а ц и и в данный момент вре-

мени и определяется тангенсом угла наклона кривой ε = f(t).

Практически скорость флотации характеризуется ее продолжительно-

стью (в минутах), необходимой для получения определенного процента из-

влечения или удельной производительностью флотационных машин.

Скорость флотации в конечном итоге определяет экономичность и се-

лективность флотации. Зная ее зависимость от основных параметров флота-

ции, реагентного и гидродинамического режимов, можно промышленный

процесс полностью автоматизировать.

Определение скорости флотации необходимо для оценки технологии

процесса. Иногда определяют скорость флотации как среднюю скорость по

уравнению:

ср

, (4.1)

где ε – извлечение, %; t – время флотации, мин.

Будучи весьма простой для расчета, средняя скорость флотации не все-

гда дает правильную характеристику процесса. Она не показывает скорости

изменения флотации в пределах времени Δt: скорее или медленнее флотиру-

ются частицы в начале процесса, ускоряются или замедляются они к концу.

Правильнее определить скорость флотации на основании результатов

дробной флотации, при которой пенный продукт снимается в течение равных

отрезков времени в отдельные сосуды и затем определяется вес полученных

порций концентрата и содержание в них флотируемого минерала.

Качественной оценки скорости флотации для одного и того же исходно-

го материала в различных условиях – недостаточно. Необходимо иметь воз-

можность количественного суждения о скорости флотации, что можно де-

лать, анализируя результаты дробной флотации. Например, методом Белогла-

зова К.В., который вывел следующее уравнение скорости флотации:

−

= кt

(4.2)

где ε - извлечение, %;

к - константа, учитывающая прочность прилипания пузырьков, пара-

метр машины, количество пузырьков;

t - продолжительность флотации, мин;

−

- коэффициент удельной скорости флотации.

Кривые изменения скорости флотации, построенные в координатах (t;

−

) на основании результатов дробной флотации могут иметь три формы

(рис. 4.1)

П р я м о л и н е й н а я зависимость (кривая 1) свидетельствует о том,

что флотация протекает все время с постоянной скоростью.

В ы п у к л а я форма кривой 2 свидетельствует об уменьшении скоро-

сти флотации к концу процесса (что может быть вследствие удаления в пер-

вые минуты легко флотируемых минералов, уменьшения концентрации реа-

гентов).

В о г н у т а я форма кривой 3 показывает, что к концу процесса ско-

рость флотации увеличивается и причиной может быть выведение тонких

шламов из пульпы в первые минуты флотации, более длительное контактиро-

вание с реагентами, улучшение аэрации.

Рис. 4.1. Изменение коэффициента удельной скорости флотации:

1 – прямолинейная зависимость; 2 – выпуклая

форма кривой; 3 – вогнутая форма кривой

Оборудование и материалы

Флотационная машина 240ФЛ ,навеска руды, реагенты, приемники для

продуктов обогащения.

Методика проведения опытов

1.Навеску сульфидной руды крупностью −0,1мм засыпать в камеру

флотомашины, залить водой (Т : Ж = 1 : 3), включить привод импеллера,

перемешать пульпу в течение 2 мин при закрытом воздухосборном патрубке.

2.В перемешиваемую пульпу подать реагенты согласно выданному пре-

подователем режиму флотации.

3.После контактирования с реагентами открыть кран воздухозаборного

патрубка, отрегулировать подачу воздуха и включить привод пеносъемника.

Уровень пульпы в камере поддерживать добавлением воды грушей. Флота-

цию вести до полного исчезновения минерализованной пены или в течение

заданного времени. Во время флотации необходимо вести наблюдения за из-

менением характера и цвета пены, степени минерализации. Через каждую ми-

нуту пену снимать в отдельный приемник.

4. По окончании опыта камерный продукт выгрузить в приемник.

Тщательно промыть камеру и промывную воду вылить в тот же прием-

ник.

5. В приемники с пенными и камерным продуктами положить этикетки,

подписанные карандашом, в которых указать наименование продукта, дата

выполнения опыта, индекс группы и фамилия.

6. После отстаивания продуктов необходимо удалить из них излишки

воды и продукты поставить в сушильный шкаф.

7. Высушенные продукты взвесить и методом квадратования отбирают

пробу на химический анализ.

8.Пробу разделать, положить в пакет и сдать преподавателю.

Результаты опыта записать в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Результаты опыта по кинетике флотации

Время сня-

тия кон-

центрата,

мин

Выход к-та, Извлече-

ние,

д.е.

Суммарное

извлечение,

д.е.

1-ε

−

Примечание

г %

Меры безопасности

1. Необходимо соблюдать правила работы с реагентами, на флотацион-

ных машинах и мешалках (см. работы 1, 3);

2. По окончании работы необходимо убрать рабочее место и вымыть

руки.

Оформление работы

1. Дать краткое описание хода работы.

2. Привести полученные результаты в виде таблицы.

3. Построить кривую зависимости ln

−

от времени.

4. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Чем характеризуется флотация?

2. Как по кинетической кривой определить оптимальное время флота-

ции?

3. О чем свидетельствует выпуклая форма кривой?

4. При какой скорости флотации максимальна ее селективность?

5. Что показывает вогнутая форма кривой?

6. Как скорость флотации влияет на экономические показатели обога-

щения?

Литература

1. Глембоцкий В.А. Флотационные методы обогащения [Текст]: Учеб-

ник для ВУЗов / В.А. Глембоцкий, В.И. Классен. М.: Недра, 1981. С.

176 – 179.

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.: Издательство МГГУ,

2001.С.332 – 334.

Лабораторная работа 5

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СОБИРАТЕЛЯ НА

ФЛОТАЦИЮ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ

Ц е л ь р а б о т ы: выяснить влияние концентрации собирателя на фло-

тируемость сульфидных минералов и установить различие во флотационном

поведении исследуемых минералов.

Теоретическое введение

Собиратели представляют собой органические соединения, применяе-

мые при флотации для гидрофобизации минералов, достигаемой в результате

закрепления молекул или ионов собирателя на их поверхности. Назначение

гидрофобизации – снизить до минимума смачиваемость минералов водой, т.е.

сделать их гидрофобными.

Для большинства собирателей характерна сложная асимметричная

структура молекулы, состоящей из двух частей, отличных по своим физико-

химическим свойствам,– аполярной и полярной.

Реагенты-собиратели можно разделить на две большие группы: ионо-

генные (диссоциирующие на ионы) и неионогенные (не диссоциирующие на

ионы). Если ионогенные собиратели взаимодействуют с минералами преиму-

щественно на основе химической адсорбции, то неионогенные закрепляются

на минеральных частицах на основе физической адсорбции и адгезии, т.е. в

результате межмолекулярного притяжения, осуществляемого силами Ван-

дер-Ваальса. В свою очередь, ионогенные собиратели принято делить на ани-

онные и катионные в зависимости от того, какой вид ионов закрепляется на

минерале и вызывает его гидрофобизацию.

Наиболее широкое применение получили ионогенные и особенно ани-

онные собиратели. Они, в свою очередь, разделяются в зависимости от соста-

ва своей солидофильной группы на сульфгидрильные (на основе двухвалент-

ной серы) и оксигидрильные (на основе анионов органических и сульфокис-

лот). Закрепление аниона собирателя на катионе минерала осуществляется за

счет перехода электронов от анионов собирателей к катионам минерала.

В случаях химического закрепления катионных собирателей они присо-

единяются к анионам минерала и электроны переходят от минерала к катиону

собирателя.

Все то, что здесь говорилось о солидофильной группе анионных соби-

рателей, относится и к катионным реагентам, но гидрофобизирующим ионом

последних являются катионы.

Из ряда собирателей сульфгидрильного типа необходимо выделить две

наиболее важные и широко применяемые в промышленности группы: ксан-

тогенаты и дитиофосфаты. Затем идут диалкилтионокарбаматы (ДТК)

весьма перспективные собиратели для сульфидных руд. Дисульфиды (диксан-

тогенид и другие) применяются при флотации медных, медно-молибденовых,

медно-свинцово-цинковых и смешанных сульфидно-окисленных руд.

Оксигидрильные собиратели занимают во флотационном процессе такое

же важное место по отношению к несульфидным минералам, какое имеют

уже рассмотренные выше сульфгидрильные собиратели к сульфидным мине-

ралам.

Катионные собиратели могут флотировать самые разнообразные мине-

ралы, однако практическое применение они завоевали при флотации кварца,

окисленных цинковых минералов, силикатов и растворимых солей. Отмечает-

ся также их применение для отделения кварца от фосфоритов, граната, киани-

та, турмалина, берилла, сподумена; для отделения талька от слюды и полево-

го шпата; полевого шпата от каолина; хромита от оливина, а также для выде-

ления гематита, ильменита, шпинели и сидерита.

Апполярные собиратели хорошо флотируют каменные угли, графит,

серу, алмазы из некоторых коренных месторождений, молибденит и некото-

рые другие минералы.

Из катионных собирателей наибольшее практическое значение получи-

ли первичные алифатические амины и четвертичные аммониевые основания.

Как те, так и другие в кислой среде диссоциируют на ионы и находятся пре-

имущественно в ионной формы, а в щелочной среде – в молекулярной. Чув-

ствительность катионных собирателей к рН среды значительно выше, чем у

анионных собирателей. Диссоциация этих реагентов на ионы, так же как и их

растворимость, изменяются с возрастанием концентрации водородных ионов.

Амины, в углеводородной цепи которых содержится более 6 – 8 атомов угле-

дорода, в воде уже практически нерастворимы.

Аполярные собиратели принадлежат к неионогенным соединениям и

весьма малорастворимымы в воде. Они в большинстве своем представляют

органические жидкости, состоящие из углеводородов, различающихся своей

принадлежностью к разным гомологическим рядам и получаемые из нефти.

По своему составу и структуре аполярные собиратели являются главным об-

разом углеводородами, не содержащими в своих молекулах полярных групп и

поэтому весьма слабо взаимодействующими с водой. Между атомами в моле-

кулах этих соединений действуют ковалентные связи, между молекулами –

силы Ван-дер-Ваальса.

Собиратели адсорбируются на поверхности минеральных частиц из

водной среды, повышая гидрофобность минеральной поверхности и способ-

ствуя закреплению минеральной частицы на пузырьках воздуха. При адсорб-

ции собирателя на поверхности минералов возрастает прочность и скорость

закрепления частиц на пузырьке воздуха, а следовательно, и скорость флота-

ции.

При флотации аполярных минералов обычно используются а п о л я р н

ы е р е а г е н т ы. Это масла и смеси различных соединений, представляю-

щих собой продукты перегонки нефти, угля и т.д.

Закрепление аполярных реагентов можно связать с образованием дис-

персионных межмолекулярных сил между углеводородными цепями реагента

и поверхностью минерала. Адсорбция аполярных собирателей происходит

тем легче, чем меньше гидратирована поверхность минералов. На поверхно-

сти гидрофильных минералов закрепление капелек масла не происходит, т.к.

такой процесс сопровождался бы повышением свободной энергии системы.

Аполярные собиратели не имеют солидофильных групп и не образуют

на поверхности минералов ориентированных адсорбционных слоев.

Механизм их действия отличается от механизма действия ионогенных

собирателей. Из аполярных собирателей применяются: керосин ,трансформа-

торное масло, мазут,ИМ-5.

ИМ-5 углеводородный собиратель предложен институтом Механобр –

смесь экстрактов фенольной очистки маслянных дистиллатов, производится

на ряде нефтеперегонных заводов. Стоимость значительно ниже сорярового и

др. водородных масел. Хорошие результаты показал на фосфоритах и Cu-Mo

рудах.

Растекание аполярной жидкости по поверхности минерала в присут-

ствии воды возможно при условии, если это вещество лучше смачивает по-

верхность, чем вода. Однако в большинстве случаев аполярные собиратели не

могут вытеснять полностью воду. Гидрофобизация достигается при закрепле-

нии капелек на минерале, если их много, то сливаясь, они могут образовать

сплошную пленку.

Образование пленки на минерале зависит от степени гидратированно-

сти поверхности, снизить которую можно при применении поверхностно-ак-

тивных веществ . Которые способны адсорбироваться на поверхности раздела

фаз аполярный собиратель-вода (аполярная группа в сторону аполярного со-

бирателя, полярная в воду). Так будут создаваться благоприятные условия за-

креплений аполярного собирателя на минерале, так как между поверхностью

минерала и аполярного собирателя снижается разность полярности. Эффект

флотации определяется:

F=F

-F

, где

=2πaσ

ж-г

sinθ

=πа

ж-г

(1/R

+1/R

)

Доказано [6], что аполярный реагент, закрепляясь на поверхности мине-

рального зерна, концентрируется главным образом вдоль 3-х периметров сма-

чивания зерна.

Керосин – это продукт перегонки нефти (150-270º) или ее крекинга. Это

смесь предельных углеводородов (парафиновых углеродов 20-50%, нафтено-

вых 30-80%, ароматических соединений 10-30%) прозрачная безцветная жид-

кость. Применяется при флотации графита, талька, молибденита. Иногда при-

меняется в качестве органического растворителя для олеиновой кислоты,

смол.

Добавление аполярных собирателей к анионным часто улучшает ре-

зультаты флотации. Это можно объяснить усилением адсорбционного слоя

собирателя и гидрофобизирующего эффекта за счет концентрации апполярно-

го собирателя в зоне слоя анионного собирателя, а также локального увели-

чения поверхностного натяжения (σ ) и следовательно временного упрочне-

ния прилипания, за счет увеличения силы прилипания F

Например, при флотации медных минералов ксантогенатом, при добав-

ке углеводородного масла увеличивается скорость флотации и извлечение

крупных классов.

Если частица, на гранях которой имеются одна или несколько капелек

масла, столкнется с обмасленным пузырьком, то она закрепится на пузырьке

с помощью коалесцентного механизма.

Как было указанно выше , при флотации сульфидных руд наиболее ча-

сто в качестве собирателя используются ксантогенаты и дитиофосфаты

(аэрофлоты), имеющие гетерополярное строение и закрепляющиеся на по-

верхности минералов химически и физически.

Солидофильные группы этих реагентов имеют много общего, как в

структурном отношении, так и по составу: их молекулы диссоциируют на

ионы в водных растворах, образуя анионы, активно воздействующие на по-

верхность минералов. В состав солидофильных групп ксантогенатов и дитио-

фосфатов входят по два атома серы. Их расположение по отношению к ядру

солидофильной группы так же как и участие во взаимодействии с минерала-

ми, имеет много общего.

Ксантогенаты – это соли ксантогеновых кислот.

ROCSSH – ксатогеновая кислота.

ROCSSK – калиевая соль ксантогеновой кислоты (более употребляемое

название – ксантогенат калия).

Ниже приводится перечень ксантогенатов, наиболее широко применяю-

щихся на фабриках. Наименование ксантогенатов складывается из названия

спирта и металла, на основе которых получен данный ксантогенат. Наи-

большее применение получили калиевые ксантогенаты, но наряду с ними

применяются и ксантогенаты натрия.

Этиловый ксантогенат калия – C

OCSSK или CH

OCSSК.

Пропиловый ксантогенат калия – C

OCSSK или CH

OCSSK.