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

Подождите немного. Документ загружается.

Бутиловый ксантогенат – C

OCSSK или CH

OCSSК.

Амиловый ксантогенат – C

OCSSK или CH

OCSSK.

Формулы ксантогената и дитиофосфата имеют следующий вид:

Ниже приводится структура молекулы ксантогената (табл. 5.1.)

Таблиц 5.1.

Структура молекулы ксантогената

−CH

COSS –

СОSS К

МОЛЕКУЛА

Апполярная группа Полярная группа катион

АНИОН катион

Углеводородный радикал

Солидофидофильная

группа

катион

Гидрофобизирующий ион

Негидрофобизирую-

щий ион

Произведение растворимости ксантогенатов меди, свинца и других тя-

желых металлов весьма незначительно, а растворимость ксантогенатов ще-

лочноземельных металлов – кальция, бария, магния – велика, что объясняет

эффективность и избирательность ксантогенатов при флотационном отделе-

нии минералов цветных металлов от сопутствующих минералов пустой поро-

ды, в состав которых часто входят Ca, Mg.

Ксантогенаты обычно применяют а слабощелочных пульпах (в кислой

среде ксантогенаты разлагаются). Сильнощелочная пульпа также не благо-

приятна для собирательного действия ксантогената поскольку гидроксильные

ионы способны вытеснять анионы ксантогената с поверхности минерала, на

которых в других условиях ксантогенат закрепляется достаточно устойчиво.

В нейтральной и щелочной средах ксантогенат диссоциирует:

ROCSSK ROCSS

В слабокислой среде (pH от 4 до 7) ксантогенат гидролизуется:

ROCSSK

+ H

О ROCSSH

+ ОН

При pH<4 ксантогеновая кислота расподается с образованием спирта и

сероуглерода:

ROCSSН ROH+CS

В нейтральной и щелочной средах ксантогенат активно взаимодейству-

ет с сульфидами:

PbS + 2ROCSSK Pb(ROCSS)

Ксантогенаты могут окисляться до диксантогенида:

2ROCSS

2e+ROCSS−SSCOR

Скорость окисления в растворе ксантогената мала она увеличивается в

присутствии сульфидной поверхности или электрического (магнитного) поля.

При повышении температуры ксантогенаты разлагаются. Чем выше

температура раствора, тем интенсивнее разлагается ксантогенат. Разложение

ксантогената становится особенно интенсивным при температуре раствора

выше 10º, причем скорость разложения увеличивается почти в 30 раз при по-

вышении температуры от 10º до 40ºС.

При проведении флотации той или иной руды очень важно правильно

выбрать тип собирателя и его расход. Практика флотационного обогащения

установила большое влияние концентрации собирателя на технологические

показатели, то есть на степень извлечения минерала в концентрат и качество

последнего.

Оборудование и материалы

Флотационная машина механического типа с емкостью камеры 75

см

,навески сульфидных минералов, емкости для продуктов обогащения, ди-

стилированая вода, реагенты.

Методика проведения опытов

1. Каждая бригада ведет работу на своем минерале.

2. Каждая бригада ставит серию опытов при оптимальном для данного

минерала и постоянном рН пульпы и расходе вспенивателя.

3. Концентрацию собирателя в пульпе изменять: 1, 5, 10, 50, 100 мг/л.

4. Каждый опыт проводить по методике, описанной в работе 4.

Меры безопасности

Необходимо соблюдать все правила работы с реагентами (см. работу 1)

и на флотационных машинах (см. работу 3).

Оформление работы

1. Дать краткое описание содержания работы.

2. Привести характеристику реагентов, с которыми проводилась работа,

возможные примеси.

3. Полученные данные представить в виде таблицы 5.2.

4. Построить график зависимости извлечения изучаемого минерала в

пенный продукт от концентрации собирателя (рис. 5.1).

5. На основании полученных результатов сделать выводы о минимально

необходимой концентрации собирателя для полной флотируемости исследуе-

мых материалов.

Контрольные вопросы

1. Какие типы собирателей существуют?

2. Какую роль при флотации играет собиратель?

3. Какой вид адсорбции характерен для аполярных собирателей.

4. Что такое активные центры и их природа?

5. Зависит ли величина минимально необходимого расхода данного

собирателя от типа руды?

6. За счет каких сил осуществляется закрепление гетерополярного и

аполярного собирателя на поверхности минералов?

7. Каковы нормы ПДК керосина, ксантогената и аэрофлота?

Рис. 5.1. Зависимость извлечения минерала от концентрации собирателя

ε,

с, г/л

Таблица 5.2.

Результаты опытов

Литература

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

ник для ВУЗов/В.А.Глембоцкий ,В.И.Классен. М.: Недра, 1981. С. 66 –120.

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, 2004.С.312 –322.

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.: МГГУ, ,

2001.С.303 –307, 338 –339.

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

ние твердых полезных ископаемых. Технология обогащения полезных иско-

паемых [Текст]: Т. 2.Учебник для ВУЗов /А.А. Абрамов, М.: МГГУ,

2004.С.114 –150.

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

металлов [Текст]:Книга 1 .Т. 3 Учебное пособие для ВУЗов / А.А. Абрамов.

М.: МГТУ, 2005.С.173 –236.

6. 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.

Лабораторная работа 6

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ рH ПУЛЬПЫ НА ФЛОТАЦИЮ СУЛЬ-

ФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ

Ц е л ь р а б о т ы: выяснить влияние щелочности пульпы на флотируе-

мость сульфидных минералов, установить разницу во флотируемости суль-

фидных минералов и возможность их разделения с помощью рН пульпы.

Продукт

Выход,

Извлечение,

Концентрация

ксантогената в

пульпе, мг/л

Постоянные

условия опытов

1 2 3 4 5 6

Пенный

продукт

Камерный

продукт

Исходный

продукт

100,0

Теоретическое введение

рН = – lg[Н

] это концентрация водородных ионов, выраженная в осо-

бых единицах, т.е. не сама концентрация, а ее отрицательный логарифм.

При значениях рН = 7 концентрация водородных ионов и гидроксиль-

ных ионов одинакова. При рН < 7 возрастает количество водородных ионов,

т.е. кислотность увеличивается. При рН > 7 кислотность уменьшается, т.е.

уменьшается количество водородных ионов.

Максимум концентрации гидроксильных ионов при рН = 14.

Максимум концентрации водородных при рН = 0.

Сохранение концентрации водородных ионов в пределах заданного зна-

чения – обязательное условие правильного ведения флотационного процесса.

Это объясняется тем, что оптимальная флотируемость одних минералов и де-

прессия других находятся в достаточно узком диапазоне величины рН. Сущ-

ность влияния рН сводится к следующему:

удаление неизбежных ионов (нарушающих селективность флотации).

Например, высаживания в виде гидратов окиси тяжелых металлов;

гидратация поверхности минералов за счет адсорбции ионов ОН

;

непосредственное депрессирующее действие на некоторые минералы.

Например, на пирите, пирротине образуются гидраты окиси железа, препят-

ствующие взаимодействию минерала с собирателем;

изменение степени диссоциации значительной части собирателей и

вспенивателей жирных и ароматических кислот, ароматических аминов и фе-

нолов (эти органические соединения слабо диссоциируют в водном растворе);

изменение электрических зарядов частиц.

Для таких минералов, как кварц, силикаты, гидроокислы, ионы Н

ОН

–

являются потенциалопределяющими, а их адсорбция весьма интенсивна,

что объясняет высокую чувствительность указанных минералов к изменению

щелочности пульпы и значительную зависимость результатов их флотации от

изменения рН пульпы.

Адсорбция ионов Н

и ОН

–

может происходить как в отсутствии, так и в

присутствии собирателя, поскольку собиратель и эти ионы могут закреплять-

ся на разных участках поверхности минерала. Ввиду этого изменение концен-

трации водородных ионов может привести иногда к увеличению количества

закрепленного собирателя без одновременного улучшения флотационных по-

казателей или даже при их некотором ухудшении.

Кроме того, эти ионы могут влиять на закрепление собирателя и даже

вытеснять его с поверхности минерала.

Известь, являющаяся дешевым реагентом, наиболее широко использу-

ется как регулятор щелочности пульпы и подавитель пирита. Известь приме-

няется в виде специально приготовляемого известкового молока. Расход изве-

сти на обогатительных фабриках в среднем составляет 1,5–2 кг/т. Перемеши-

вание пульпы усиливает подавление флотации пирита известью.

В щелочной среде будут легко депрессироваться минералы железа (пи-

рит, пирротин, арсенопирит, пентландит, гематит, магнетит, лимонит). При

рН = 8-9 ухудшается флотация галенита и молибденита.

При значениях рН выше 12 наблюдается депрессия всех минералов, т.к.

ионы гидроксила вытесняют ксантогенатный ион с минеральной поверхно-

сти.

Минимально необходимая концентрация собирателей для полной фло-

тации данного минерала зависит от значения рН пульпы.

Наибольшей устойчивостью к депрессии щелочами обладают вторич-

ные сульфиды меди: ковеллин, борнит, халькозин, а также активированный

ионами меди сфалерит. При отделении сульфидов меди от сульфидов железа,

активированного сфалерита от сульфидов железа, сульфидов меди от пент-

ландита и пирротина применяют депрессию щелочами. Поэтому флотацию

сульфидных руд, как правило, ведут в щелочной среде (щелочная среда все-

гда предпочтительна при флотации и с экономической точки зрения).

Регулировка рН пульпы является одним из основных средств повыше-

ния эффективности флотационного разделения руд.

Оборудование и материалы

Навески минералов, реагенты, приемники для продуктов обогащения,

флотомашина механического типа с емкостью камеры 75 см

Методика проведения опытов

1.Поочередно перемешивать минерал с реагентами (без подачи воздуха)

при заполнении камеры пульпой на 1/3 ее объема;

2.Открыть воздух;

3.Долить камеру водой с рН, при котором вести флотацию, до сливного

порога;

4.Включить пеносъемник и вести флотацию до истощения пены; во вре-

мя флотации уровень пульпы в камере поддерживать постоянным путем по-

дачи воды с рН, при котором ведут флотацию;

5. По окончании флотации обмыть сливной порог камеры и пеносъем-

ник водой;

6. Выключть флотомашину и пеносъемник, закрыть воздух; разгрузить

материал из камеры в приемник;

7. Продукты опыта маркировать и поставить сушить, камеру обмыть и

приступить к проведению следующего опыта;

8. Результаты занести в таблицу 6.1.

Опыты провести от меньшего значения рН пульпы к большему.

Минерал и реагентный режим каждая бригада студентов получает у

преподавателя.

Меры безопасности

1. Необходимо соблюдать правила работы на флотационных машинах и

с реагентами (см. работы 1 и 3).

2. По окончании работы реагенты, камеру и посуду необходимо убрать

в установленное место, убрать рабочее место, затем вымыть руки.

Оформление работы

1. Дают краткое описание хода работы.

2. Приводят кристаллохимическую характеристику исследуемого мине-

рала.

3. Представляют полученные результаты в виде таблицы 6.1.

4. Строят кривую зависимости извлечения от рН раствора.

На рисунке должны быть нанесены все кривые, которые получила под-

группа студентов

Таблица 6.1

Результаты опытов

№ опы-

та

Продукт Выход,г.

Извлече-

ние, %

рН пуль-

пы

Постоянные условия

опытов

1 2 3 4 5 6

Пенный про-

дукт

Камерный про-

дукт

Исходный про-

дукт 100,0

Контрольные вопросы

1. Что такое рН?

2. Каковы возможные механизмы действия рН на поверхность минера-

лов и ионный состав пульпы.

3. Какие методы применяют для определения рН?

4. Как действует рН на состояние собирателей?

Литература

1. Инструкция по эксплуатации лабораторного рН-метра.

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, 2004.С.332–334.

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.: МГГУ, ,

2001.С.303–307, 338–339.

4. 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.114–

150.

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

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

М.: МГГУ, 2005.С.173–236.

Лабораторная работа 7

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СЕРНИСТОГО НА-

ТРИЯ НА ФЛОТАЦИЮ СУЛЬФИДНЫХ И ОКИСЛЕННЫХ МИНЕРА-

ЛОВ

Ц е л ь р а б о т ы: выяснить роль сернистого натрия при различной

концентрации его в пульпе в процессе флотации сульфидных и окисленных

минералов тяжелых металлов.

Теоретическое введение

Сернистый натрий применяется как активатор, депрессор и десорбент.

При малых расходах (100-300 г/т) он активирует окисленные минералы, а при

больших – депрессирует как окисленные, так и сульфидные минералы.

Основным назначением реагентов депрессоров является повышение из-

бирательности (селективности) флотации при разделении минералов, облада-

ющих близкими флотационными свойствами. Основные варианты механизма

действия депрессоров приведены ниже.

Механизм 1 – растворение ранее закрепившегося собирателя ( без по-

вторного его закрепления).

Механизм 2 – вытеснение ионов собирателя ионами подавителя, обра-

зующими с ионами минерала труднорастворимое гидрофильное соединение.

Механизм 3 – реагент-подавитель образует гидрофильные соединения

на участках поверхности, не занятых собирателями (без его вытеснения). В

результате суммарная гидратированность поверхности возрастает и флотация

ухудшается.

Механизм 4 – закрепление на свободных от собирателя участках по-

верхности относительно крупных гидрофильных образований – тонкодис-

персных неорганических или органических частиц (продуктов реакций, про-

текающих в растворах, коллоидных частиц органических веществ типа крах-

мала и др.). Эти образования экранируют молекулы собирателя, подавляя

флотацию.

Механизм 5 – изменение свойств реагентов-собирателей, находящихся

в жидкой фазе пульпы, приводящее к ухудшению их закрепления на поверх-

ности минералов. Такими изменениями могут быть: связывание собирателя в

нерастворимые соединения (например, перевод карбоновых кислот в мыло

щелочноземельных металлов), уменьшение степени диссоциации собирателя

со снижением концентрации флотационно-активных анионов собирателя и

др.

Механизм 6 – связывание активирующих ионов в растворе в комплексы

или нерастворимые соединения приводит к уменьшению числа активных цен-

тров на поверхности минералов.

Механизм 7 – покрытие поверхности пузырьков пленкой коллоидных

соединений – продуктов химических реакций в водной фазе пульпы. Такое

экранирование поверхности пузырьков замедляет (подавляет) флотацию.

Основные факторы, определяющие тот или иной флотационный эффект

применения одного и того же реагента-подавителя: концентрация водород-

ных ионов (рН среды); тип и концентрация реагента-собирателя; характери-

стика разделяемых минералов.

Основные применяемые в настоящее время реагенты-подавители: сер-

нистый натрий, цианиды, соли хрома, жидкое стекло, соли фосфорных и по-

лифосфорных кислот, карбоксиметилцеллюлоза, сульфитно-целлюлозный

щелок, сульфит-спиртовая барда и др.

Водорастворимые полимеры весьма гидрофильны. Размеры их молекул

значительно превышают размеры углеводородных радикалов собирателей.

Как указывалось выше при малых расходах сернистый натрий играет

роль активатора.

Основным назначением действия реагентов-активаторов является улуч-

шение взаимодействия реагетов-собирателей с поверхностью определенных

минералов.

Действие реагентов-активаторов осуществляется созданием на поверх-

ности минералов активных центров, на которых закрепляется собиратель,

либо удалением с поверхности гидрофильной пленки, чаще – путем ее раство-

рения.

Основные варианты механизма действия активаторов приведены ниже.

Механизм 1 – образование на поверхности минералов пленки, на кото-

рой активно закрепляется собиратель.

Механизм 2 – закрепление на поверхности минералов ионов-активато-

ров, с которыми затем взаимодействует собиратель. Примером такого меха-

низма активации флотации является активация флотации кварца собирателем

с карбоксильной полярной группой с помощью предварительного закрепле-

ния на ней ионов двух- и трехвалентных металлов.

Механизм 3 – растворение и удаление с поверхности вторичной гидро-

фильной пленки с последующим взаимодействием собирателя со свежеобна-

женной поверхностью. Пример – удаление с помощью кислоты с поверхности

пирита пленки гидроокислов железа и закрепление затем на пирите ксантоге-

ната.

Сернистый натрий – сульфидизирует окисленные минералы цветных

металлов (церуссит, англезит, малахит, азурит и др.).

Как соль сильного основания и слабой кислоты сернистый натрий гид-

ролизуется:

S + 2H

O = 2 NaOH + H

Диссоциация Na

S происходит ступенчато:

S = H

+ HS

= H

+ S

−

Константа диссоциации первой стадии К

= 8 7 · 10

– 7

, второй стадии −

= 2 · 10

– 15

, поэтому в пульпе концентрация ионов HS

будет значительно

больше, чем ионов S

−

. Максимум концентрации иона HS

наблюдается при

рН = 9,5.

Окисленные минералы имеют повышенную растворимость, вследствие

чего закрепившийся на их поверхности ксантогенат отслаивается. При подаче

небольшого количества сернистого натрия гидросернистые и сернистые

ионы, замещая сульфатные или карбонатные ионы, входят в кристаллическую

решетку окисленного минерала, превращают его в сульфид, снижая тем са-

мым и произведение растворимости его в воде:

PbCO

+ Na

S = PbS + Na

После сульфидизации ксантогенатный анион, вытесняя оставшиеся

окисленные ионы на поверхности, остается на ней. При сульфидизации окис-

ленных минералов цветных металлов сернистый натрий необходимо подавать

порционно, иначе его действие переходит в депрессирующее вследствие

окисления ионов HS

и S

−

и поверхности сульфидизированного минерала.

При высоких значениях щелочности пульпы процесс сульфидизации окислен-

ных минералов становится затруднительным, т.к. на поверхности минерала

образуется слой гидроокиси. Поэтому сульфидизацию ведут при рН = 9 – 9,5,

при котором концентрация ионов HS

наиболее высокая.