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

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

«Сибирский федеральный университет»

В.И.Брагина

В.И.Брагин

ФЛОТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

Конспект лекций

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ

в качестве учебного пособия

Красноярск

ИПК СФУ

2010

УДК 622.765.

ББК 33.4

Б 87

Рецензенты:

Брагина В.И

Б87 Флотационные методы обогащения: конспект лекций для студентов

специальности 130405.65 «Обогащение полезных ископаемых» / В.И. Браги-

на, В.И.Брагин – Красноярск: ИПК СФУ,2010. –123 с.

ISBN

В конспекте лекций рассмотрены теоретические основы процесса фло-

тации, флотационные реагенты и механизм их действия.

Описаны конструкции флотационных машин.

Рассмотрены технологии и практика флотации с учетом комплексного

использования руд и углей.

Показаны перспективы и направления дальнейшего развития флотаци-

онного обогащения полезных ископаемых.

УДК 622.765.

ББК 33.4

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ISBN Сибирский федеральный

университет, 2010

2

Содержание

Введение ......................................................................................................................................... 5

Лекция 1 .......................................................................................................................................... 5

Лекция 2 .......................................................................................................................................... 9

Лекция 3 ............................................................................................................................ 16

Лекция 4 ........................................................................................................................................ 22

Лекция 5 ........................................................................................................................................ 29

Лекция 6 ........................................................................................................................................ 35

Лекция 7 ........................................................................................................................................ 38

Лекция 8 ........................................................................................................................................ 45

Лекция 9 ........................................................................................................................................ 49

Лекция 10 ...................................................................................................................................... 52

Лекция 11 ...................................................................................................................................... 59

Лекция 12 ...................................................................................................................................... 70

Лекция 13 ...................................................................................................................................... 82

Лекция 14 ...................................................................................................................................... 92

Лекция 15 ...................................................................................................................................... 95

Лекция 16 .................................................................................................................................... 105

Лекция 17 .................................................................................................................................... 113

РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................ 125

3

Введение

Лекция 1

План лекции: _

1. Роль флотации в обогащении полезных ископаемых [1 с.3, 2 с.5]

2. История развития флотационных методов обогащения [3 с.9-13]

3. Вклад отечественных ученых и инженеров в развитие теории и прак-

тики флотации [1 с.17, 2 с.3, 3 с.14-15]

4. Классификация процессов флотации [1 с.5-14, 2 с.9-11]

Роль флотации в обогащении

Флотация − основной процесс обогащения полезных ископаемых. Она

применяется при обогащении 95% добываемых руд цветных металлов, а не

металлических (фосфориты, графит, тальк, мелкие классы угля) − 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 и те руды, которые не могут быть переработаны другими процес-

сами.

В настоящее время только в России работают сотни обогатительных фа-

брик, на которых флотируют руды цветных, редких, черных металлов, камен-

ные угли, фосфатные руды, серу, полевой шпат, борные руды, калийные соли

и другие полезные ископаемые.

Для многих руд, особенно руд цветных и редких металлов, нет другого

технологического процесса обогащения, который был бы в состоянии конку-

рировать с флотацией.

Флотация способствует решению ряда важных народно-хозяйственных

проблем, к числу которых относятся:

1. Проблема расширения минеральных ресурсов. До открытия флотаци-

онного процесса в эксплуатацию вовлекались месторождения только богатых

мономинеральных и полиминеральных крупновкрапленных руд, поддающих-

ся обогащению другими нефлотационными методами. Флотация позволила

вовлечь в эксплуатацию месторождения бедных, тонковкрапленных

комплексных руд, что значительно расширило промышленные ресурсы мине-

рального сырья.

2. Проблема комплексного использования руд. До применения флота-

ции, например, из полиметаллических руд удавалось получать только коллек-

тивные концентраты, поскольку полезные минералы, обладающие близкими

физическими свойствами, нельзя было разделить гравитационными, магнит-

ными и другими нефлотационными процессами обогащения полезных иско-

паемых. Получаемые коллективные концентраты обычно были непригодны

для эффективного металлургического передела, поэтому при их переработке

4

некоторые металлы и элементы терялись и полного использования всех цен-

ных компонентов руды не достигалось.

При обогащении ряда руд и особенно руд редких металлов, в которых

полезные минералы или часть их по удельному весу и магнитным свойствам

часто близки к минералам пустой породы, флотация является практически

единственным приемлемым способом разделения минералов и извлечения

каждого из них в соответствующий концентрат и тем самым повышения

комплексности использования минерального сырья.

3. Проблема обогащения шламов. При обогащении тонковкрапленных

ископаемых гравитационными процессами часть полезных минералов и пу-

стой породы переизмельчается и переходит в шламы. До появления флотации

эти шламы не могли перерабатываться и поэтому они направлялись в хвосты,

или использовались в необогащенном виде. Применение флотации для пере-

работки шламов гравитационного обогащения позволило улучшить

комплексное использование оловянных руд, ценных и дефицитных коксую-

щихся углей и другого сырья.

Применение флотационного процесса непрерывно расширяется. По ко-

личеству и разнообразию перерабатываемого сырья флотация занимает пер-

вое место среди других технологических процессов обогащения. Кроме того,

флотацию широко применяют в металлургии (например, для флотационного

разделения файнштейна, отделения криолита от частиц угля и алюминия), хи-

мическом производстве (например, для разделения хлористого аммония и би-

карбоната натрия), биологии (например, для разделения различных видов бак-

терий) сельском хозяйстве (например, для разделения друг от друга различ-

ных семян), геологии, медицине и других отраслях народного хозяйства. Не-

сомненно, что вследствие универсальности флотационного процесса его зна-

чение будет все время возрастать.

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.

История развития флотационных методов обогащения

Еще в глубокой древности было известно свойство масла покрывать ме-

таллические частицы, о чем упоминается в сочинениях Геродота. 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 англичанин Вильям

Хайнс предложил способ разделения сульфидных минералов и минералов пу-

стой породы при обработке их маслом, сульфиды, обволакиваясь маслом,

отделялись от пустой породы, которая падала на дно.

5

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

ственником флотационного процесса, получившим в дальнейшем названия

«масляной флотации». Процесс скоро был отвергнут из-за высокого расхода

масла, составляющего 10 − 20% от веса руды.

Позднее в 1885 году этот процесс был несколько усовершенствован

американкой Карри Эверсон добавкой кислоты. Это позволило впервые осу-

ществить этот процесс на практике для обогащения золотосодерщих руд.

В 1892 году был предложен процесс пленочной флотации, при котором

тонко измельченная руда осторожно вносилась на поверхность воды. Части-

цы, смачиваемые водой, осаждались, а не смачиваемые оставались на поверх-

ности воды и снимались в виде концентрата. Производительность этого про-

цесса была очень низкой, и он был забыт с появлением пенной флотации.

В 1877 году впервые братьями Бессель из Дрездена была предложена

пенная флотация, которые 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 год) когда В. Поттер применил в промышлен-

ном масштабе в Австралии на руднике Броккен-Хилл этот метод, но пузырь-

ки газа получались в результате реакции, происходящей при воздействии

H

2

SO

4

на карбонаты. Процесс экзотермический, температура пульпы повыша-

лась до 80 – 90

0

, и выделялись пузырьки CO

2

, к которым прилипали частицы

минералов. На этом руднике были переработаны старые отвалы и получены

концентраты с содержанием Zn = 45 − 50%. Расход серной кислоты составлял

2,5 % от веса руды.

А. Фромент в Италии в 1902 году взял патент на флотацию сульфидных

руд (применялось 1 − 1,5% масла), а газ получали при действии кислоты на

известняк, который для этого загружали в пульпу.

В последствии здесь же был применен процесс вакуумной флотации.

Под действием вакуума выделяется воздух, растворенный в пульпе.

В 1906 году Н.Л. Салман, Н.Ф. Пикар, И. Балло предложили непосред-

ственное введение газа в пульпу с помощью вращающегося импеллера. Так

возник современный процесс пенной флотации.

После усовершенствования способа подачи воздуха в пульпу при фло-

тации и широкого внедрения этого процесса в практику наиболее важными

этапами в развитии флотации является возникновение селективного разделе-

ния сульфидных минералов (c 1912 года) и неметаллических полезных иско-

паемых (с 1935 года).

6

Вклад отечественных ученных и инженеров в развитие теории и

практики флотации

Одновременно с развитием промышленного применения флотации раз-

вивались и теоретические исследования. Еще в 19 веке работами профессора

Казанского университета П.С. Громеко были заложены основы физико-хими-

ческих поверхностных явлений (гистерезис смачивания). Принципы термоди-

намики, положенные в основу пенообразования были установлены еще Д.В.

Гиббсом (1876г.). Широко были развиты экспериментальные исследования по

пенообразованию. Глубоко развил представления о гидрофобности и гидро-

фильности русский ученый Л.Г. Гуревич.

Теоретические основы процесса формировались в работах П.А. Ребин-

дера и А.Н. Фрумкина. Ими были разработаны физико-химические основы

прилипания частиц к пузырьку.

Работы Д.А. Шведова и А. Таггарта, А. Годена, И.Н. Плаксина, С.И.

Полькина, С.И.Митрофанова, В.А. Глембоцкого посвящены разнообразным

вопросам теории и практики флотации.

Ряд важнейших работ выполнен в институтах ВИМС, ГИНЦветмет,

ИГД АН СССР, Механобр, Уралмеханобр, Иргиридмет и кафедрами вузов в

Ленинграде, Москве, Свердловске и др. научных центрах.

Классификация процессов флотации

Флотационное обогащение (флотация) − это процесс обогащения по-

лезных ископаемых, основанный на избирательном прилипании частиц мине-

ралов к поверхности раздела двух фаз: жидкость − газ; жидкость − жидкость

и другие. В зависимости от участвующих в процессе фаз флотация может

быть масляной, пенной, на гидрофобной твердой поверхности, на жировой

поверхности.

Пенная флотация − это процесс, при котором гидрофобные частицы

прилипают к вводимым в пульпу пузырькам воздуха или газа и поднимаются

с ними кверху, образуя пену, а гидрофильные частицы остаются взвешенны-

ми в пульпе.

Пленочная флотация − это процесс, при котором гидрофобные части-

цы, попадая на поверхность движущегося потока воды, остаются на ней, об-

разуя пленку, а гидрофильные частицы тонут.

Масляная флотация − это процесс, при котором гидрофобные частицы

прилипают к каплям масла в пульпе и всплывают наверх, а гидрофильные

частицы остаются взвешенными в пульпе.

Флотация твердой стенкой − это процесс флотации тонких шламов

(−10 мкм) с помощью носителя − гидрофобных частиц флотационной крупно-

сти, селективно взаимодействующих с извлекаемыми шламами, при этом об-

разующиеся агрегаты подвергаются обычной пенной флотации.

7

Ионная флотация − это процесс, предназначенный для извлечения из

растворов ионов, образующих при взаимодействии с реагентами-собирателя-

ми тонкодисперсные гидрофобные осадки.

Вакуумная флотация − это разновидность процесса флотации с исполь-

зованием газовых пузырьков, выделяющихся из растворов или суспензий в

вакууме.

Электрофлотация − это процесс флотации минерального сырья пу-

зырьками кислорода и водорода, образующимися при электролизе воды.

Флокулярная флотация − это процесс флотации, характеризующийся

извлечением частиц в виде флокул, образованных в результате предваритель-

ной обработки частиц реагентами.

Пенная сепарация − это разновидность процесса флотации, при котором

исходная гетерогенная смесь (суспензия) подается сверху на заранее подго-

товленный пенный слой без его разрушения.

Флотогравитация − это процесс обогащения минерального сырья, ко-

торый заключается в сочетании флотационных и гравитационных методов

обогащения и при котором смесь минералов, обработанная реагентами, под-

вергается гравитационному обогащению (на концентрационных столах, отса-

дочных машинах, суживающихся желобах).

В настоящее время наибольшее распространение получил процесс пен-

ной флотации как наиболее универсальный метод обогащения практически

всех типов полезных ископаемых.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ФЛОТАЦИИ

Лекция 2

План лекции:

1. Термодинамика элементарного акта флотации [1 с.18-35]

2. Краткая характеристика фаз [2 с.14-26]

3. Характер ненасыщенных связей на поверхности минерала и его взаи-

модействие с водой [2 с.22-24]

1.1. ТЕРМОДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТАРНОГО АКТА

1.1.1. Краткая характеристика раздела фаз

Основной и определяющей стадией флотационного процесса является

элементарный акт флотации, под которым понимается закрепление единично-

го зерна на поверхности раздела фаз.

В процессе пенной флотации имеет место взаимодействие трех фаз: Т,

Ж, Г. Твердая фаза − это минерал, жидкая фаза − вода, газообразная − воздух.

8

Жидкая фаза

Вода − среда, в которой происходит разделение минералов при пенной

флотации, от ее свойств зависят результаты флотации.

Поэтому рассмотрим ее строение и свойства, вспомним, какие бывают

связи.

Неполярная молекула − это молекула, в которой электростатические

центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают (N

2

,H

2

-

CO

2

,CH

4

), у которых общие пары электронов в равной мере принадлежат обо-

им атомам:

H

HCH

H

..

::

..

Полярная молекула − это молекула, в которой электростатические цен-

тры тяжести не совпадают:

– диполь

Вода является полярной молекулой.

Молекулы воды обладают дипольным моментом равным μ = 1,84 × 10

-18

электростатических единиц.

Схема строения отдельной молекулы воды представлена на рисунке 1.1.

Рис.1.1.Схема строения

молекулы воды

Атомы водорода в молекуле воды связаны с кислородом ковалентной

связью, молекулы воды друг с другом − молекулярной связью.

Атомная (ковалентная) связь − это когда атомы химических элементов

приобретают устойчивые электронные оболочки, подобно оболочкам атомов

инертных газов:

9

Ва-дер-Ваальсовая связь − характерна для аполярной поверхности. Это

самая «слабая» связь.

Водородная связь − атом водорода, ковалентно связанный с атомом

сильно электроотрицательного элемента (особенно F, О

2

), может вступать в

связь еще с другим атомом такого же элемента, например, с кислородом. Это

вторая связь и называется водородной, например, в воде:

Водородная связь слабее ионной и ковалентной, но сильнее молекуляр-

ных сил.

Диэлектрическая постоянная воды высокая и равна 81. Поэтому мно-

гие вещества под действием воды диссоциируют:

NaCl → Na

+

+ Cl

−

Наличие в воде иона приводит к мгновенному образованию вокруг него

уплотненной атмосферы диполей воды, т.е. к гидратации иона:

Гидратация − это оболочка из воды (диполей) вокруг иона или поверх-

ности частицы.

Энергия гидратации:













−

=

D

r

e

H

1

12

2

,

где H − энергия гидратации;

10

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

Подождите немного. Документ загружается.