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

Подождите немного. Документ загружается.

пользуемые для решения этих задач различны. Иногда создается среда, в ко-

торой собиратель основного цикла слабо активен, например, кислая среда для

концентрата, полученного карбоксильным собирателем, и в этих условиях ве-

дется флотация новым собирателем, например, алкилсульфатом. Иногда чер-

новые концентраты обрабатываются растворами (с подогревом и без него) де-

прессоров (силиката натрия и других) при концентрациях реагентов, доходя-

щих до нескольких десятков граммов в литре. Эти процессы дороже обыч-

ных, используемых во флотации, и экономически приемлемы, если их приме-

нять для черновых концентратов при малом выходе последних.

При коллективной флотации нескольких солеобразных полезных мине-

ралов черновой коллективный концентрат также перечищается, после чего

его подвергают селективной флотации, условия которой принципиально

близки к описанным выше.

Некоторые руды смешанной вкрапленности (флюоритовые, апатито-

вые) уже при грубом измельчении содержат свободные частицы полезных

минералов. При флотации крупных частиц получается иногда недостаточно

высокое извлечение. Для флотации грубозернистого апатита часто использу-

ют столы, винтовые сепараторы. В настоящее время созданы конструкции

пневматических машин со слабой турбулентностью пульпы, в которых ведет-

ся флотация апатита крупностью минус 6,8 плюс 0,2 мм. Для усиления гидро-

фобизирующего действия анионных собирателей и флотации избыточных зе-

рен в состав реагентов вводятся нефтяные масла.

Иногда флотационное обогащение руд солеобразных минералов сме-

шанной вкрапленности сочетается с гравитационным. При обогащении

вольфрамитовых и флюоритовых руд гравитационными методами часто из-

влекается зернистая часть полезного минерала. Другой задачей гравитаци-

онного цикла может быть удаление хвостов гравийно-зернистой крупности,

что уменьшает количество материала, идущего в тонкое измельчение и фло-

тацию, и при большем масштабе производства существенно удешевляет обо-

гащение.

Флотационное обогащение растворимых солей осуществляется в кон-

центрированных насыщенных их растворах. Принципиальная возможность

флотации в концентрированных солевых растворах была установлена в рабо-

тах Б. Ф. Пылаева и М. А. Эйгелеса. Этот новый характер жидкой фазы сус-

пензии приводит к существенным изменениям во флотационном поведении

солей. В ряде исследований выявлено интенсивное влияние состава и концен-

трации раствора на флотируемость растворимых солеобразных минералов.

Например, по данным С. А. Кузина, присутствие NaCl уменьшает и затем

прекращает флотацию KCl жирными кислотами, хотя в отдельности каждый

из минералов флотируется этими собирателями. По выводам Л. И. Стре-

мовского в растворе нескольких солей уменьшается флотируемость той соли,

растворимость которой в новой среде уменьшается.

101

В качестве собирателей для флотации солей могут быть использованы

алкилсульфаты, карбоновые кислоты, синтетические карбоновые кислоты,

амины и другие.

Наиболее ценными собирателями оказались первичные амины, подни-

мающие в пенный продукт калийные соли при флотации крупноизмельчен-

ных (до 0,75 мм) природных солей. Возможность флотации солей аминами

связывается некоторыми исследователями с близостью параметров кристал-

лической решетки и полярной группы амина. В других исследованиях отме-

чается, что при положительном тепловом эффекте растворения соли ее флота-

ция возможна только сильно полярными карбоксильными собирателями. Та-

кие соли не должны флотироваться аминами и сульфонатами. Эксперимен-

тальные данные в ряде случаев подтверждают и ту, и другую гипотезу. Вме-

сте с тем ряд опытных данных не согласуется ни с одной из гипотез.

Некоторые схемы обогащения несульфидных руд приведены на рисун-

ках 3.6 – 3.7.

102

Рис.3.6. Принципиальная схема обогащения фосфатно-редкоземельной руды

В работах последних лет установлено, что октадециламин адсорбирует-

ся и на галите и на сильвине, но на последнем с большей скоростью и интен-

сивностью. В смеси сильвина и галита первый практически полностью погло-

щает амин. Именно с этим явлением связывается флотация сильвина аминами

из пульп, в которых он содержится вместе с галитом.

Рис. 3.7. Схема обогащения графитовой руды на Завальевском комбинате

Исследования по кинетике прилипания частиц сильвина в присутствии

октадециламина показывают обычное для собирателя резкое уменьшение вре-

мени индукции, большее для хлористого калия и меньшее для хлористого на-

трия. Депрессор (хлористый магний) увеличивает время индукции. Эти дан-

ные находятся в хорошем согласии с представлениями о зависимости флота-

ции KCl и NaCl от скорости закрепления на них амина.

103

Лекция 16

План лекции:

1. Классификация флотационных машин [1 с.540-542, 2 с.304-305, 3

с.202-203]

2. Механические флотационные машины [1 с.550-588, 2 с.311-317, 3

с.204-212]

3. Пневмомеханические флотационные машины [1 с.559-566, 2 с.318-

324, 3 с.213-215]

4. ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ. ПЕРСПЕКТИВЫ И

НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ФЛОТАЦИ-

ОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

4.1. ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ

Для флотационного обогащения созданы сотни машин и аппаратов, из

которых лишь несколько десятков нашли широкое промышленное примене-

ние. Общим для всех современных конструкций флотационных машин яв-

ляется использование в качестве рабочего агента воздуха в виде мелких пу-

зырьков, образуемых в пульпе тем или иным способом. Минерализация воз-

душных пузырьков осуществляется при непосредственном столкновении их с

частицами, скольжении частиц по поверхности пузырьков, выделении пу-

зырьков на поверхности частиц и сочетании этих способов. Относительная

роль способов минерализации зависит от применяемых способов аэрации и

конструкций флотационных машин.

4.1.1. Классификация флотационных машин

Флотационные машины различаются по конструктивным признакам,

способу аэрации и технологическому назначению. В большинстве случаев

для их классификации за определяющий признак принимают способ аэрации.

По этому признаку машины могут быть разделены на следующие группы:

1. Механические флотационные машины, в которых аэрация пульпы

осуществляется в следствии засасывания воздуха из атмосферы мешалками

различных конструкций.

2. Пневматические обеспечивающие аэрацию пульпы сжатым возду-

хом, подаваемым в машину от вентиляторов, воздуходувок или компрессо-

ров.

3. Пневмомеханические обеспечивающие аэрацию сжатым воздухом (от

вентиляторов, воздуходувок) деспергирование которого осуществляется ме-

шалками.

104

4. Пневмогидравлические с самоаэрацией или принудительной подачей

сжатого воздуха, в которых для диспергирования применяются различные

гидравлические устройства.

5. Вибрационные, в которых принудительно подаваемый воздух диспер-

гируется различными виброустройствами.

6. Электрофлотационные машины с аэрацией жидкости пузырьками,

выделяющимися при электролизе.

7. Флотационные машины с измененным давлением ,аэрация в которых

обеспечивается вследствие выделения растворенных газов из пульпы при

снижении давления над ней.

8. Комбинированные флотационные машины, в которых пульпа аэриру-

ется несколькими способами.

Могут быть выделены следующие области применения флотационных

машин различных типов:

• механические, типа ФМР – в сложных схемах флотации, требую-

щих установки большого числа всасывающих камер и тщательного по-

камерного регулирования выхода пенного продукта. Они обычно ис-

пользуются также при флотации крупнозернистых материалов;

• пневмомеханические, типа ФПМ и ОК – в схемах флотации при

крупности перерабатываемого материала не менее 40% – 0,074 мм с

максимальной крупностью зёрен до 1 мм;

• аэролифтные – в простых схемах флотации, не требующих высо-

кой селективности, с большим выходом пенного продукта;

• колонные – в схемах флотации тонкозернистых материалов и в

циклах перечистки концентратов.

К современным флотационным машинам предъявляются следующие

требования:

1. Равномерная по всему объему аэрация пульпы при высокой дисперга-

ции воздуха и оптимальном количестве тонкодисперсных и более крупных

(несущих) пузырьков.

2. Все твердые частицы в пульпе должны находиться во взвешенном со-

стоянии и в условиях тесного контакта с пузырьками воздуха. Максимальная

частота столкновения частиц с пузырьками должна протекать при минималь-

ных относительных скоростях их движения, но при достаточном для полной

минерализации пузырьков пути их движения в пульпе.

3. Всплывание минерализованных пузырьков должно проходить в отно-

сительно спокойной (безвихревой) среде или в восходящем потоке пульпы

(что улучшает флотацию крупных частиц и агрегатов).

4. Должно обеспечиваться оптимальное соотношение между количе-

ством флотационной пены и скоростью ее удаления. Если эта скорость будет

чрезмерно большой, то не будет обеспечиваться возможность возврата частиц

пустой породы, механически захваченных пузырьками, из пены в пульпу и

105

качество концентрата ухудшится. Если же скорость удаления пены будет

недостаточной, то из-за деминерализации пены снизится извлечение.

5. Непрерывность флотации, т. е. непрерывное питание машины и не-

прерывная разгрузка сфлотированных и несфлотированных частиц.

6. Возможность регулировки высоты уровня пульпы и пены, величины

внутрикамерной циркуляции и аэрации пульпы.

Кроме этих требований к флотационной машине как и ко всякой дру-

гой, предъявляются общетехнические требования: надежность в работе, высо-

кая износоустойчивость деталей, малая энергоемкость, дешевизна, простота

конструкции и т. д.

4.1.2. Механические флотационные машины

Аэрацию и перемешивание пульпы в механических флотационных ма-

шинах осуществляет аэратор, всасывая необходимый для флотации воздуха

непосредственно из атмосферы. В качестве импеллеров используются мешал-

ки различных конструкций (дисковые с радиально расположенными лопатка-

ми, стержневые типа беличьего колеса с осевыми насосами внутри них и дру-

гие).

Во всех аэрационных узлах флотационных машин засасывание воздуха

из атмосферы и образование пульповоздушной смеси, выбрасываемой под

действием центробежных сил в камеру, обусловлено образованием небольшо-

го вакуума в полости вращающегося импеллера. При этом аэрация пульпы

определяется окружной скоростью импеллера и конструктивными особенно-

стями аэрирующих узлов и камер механических флотационных машин.

Чтобы выбросить пульповоздушную смесь, импеллер должен создать

напор больше H

, а также преодолеть сопротивление движения пульпы в по-

лости импеллера, вследствие трения, завихрений и ударов.

Этот статистический напор H

можно найти по формуле:

где φ – коэффициент зависящий от конструкции импеллера (φ=0, 76 – 0,8);

U – окружная скорость импеллера м/сек.

Работа импеллера отличается от работы турбины центробежного насоса

тем, что насос работает наиболее эффективно при полном заполнении турби-

ны пульпой, импеллер же не может засасывать воздух, если его полость за-

полнена (пульпой), но без нее тоже не может работать.

Импеллер начинает засасывать воздух только при некоторой критиче-

ской скорости U

, отвечающей условию:

106

Напор, вызывающий аэрацию пульпы, будет равен избыточному над

критическим (H

)(

)(2

UUK

UUq

−=

−

При постоянном дебите пульпы и различных окружных скоростях вра-

щения импеллера количества выбрасываемого в камеру воздуха связаны от-

ношением:

)(

UUK

−

где Q

' и Q

'' соответственно объемы выбрасываемого воздуха при ско-

ростях U

и U

;

– коэффициент пропорциональности.

Аэрация пульпы в камере будет пропорциональна Q

, поэтому:

)(

UUK

−

где a

и a

– аэрация пульпы.

Существует оптимальный поток пульпы через импеллер Q

, при кото-

ром аэрация пульпы будет максимальной.

Количество пульпы и воздуха, засасываемое импеллером зависит от ра-

диальной скорости движения импеллера.

ВП

опт

рад

⋅

или

ВП

опт

рад

⋅

; где

– количество воздуха выбрасываемого импеллером;

– количество пульпы;

– диаметр импеллера;

и h

– высота лопаток;

– диаметр входного отверстия импеллера.

Зависимость радиальной скорости протекания пульповоздушной смеси

через импеллер от окружной будет выражаться уравнением:

107

)(

UUmC

рад

−=

где m – коэффициент пропорциональности;

U = πDn;

n – число оборотов импеллера в секунду;

– критическая скорость, до которой импеллер не будет засасывать

воздух;

По опытным данным машины «Механобр 7» при n=250 об/мин.

=0,75;

=0,8м;

φ=0,75;

m=0,8;

h=0,116.

оптимальный объем пульповоздушной смеси составил:

=17 м

/мм.

Таким образом, производительность импеллера по воздуху и пульпе ли-

нейно зависит от разности окружной скорости вращения и критической ско-

рости.

Количество пульпы поступающей на импеллер равно свежей пульпе,

поступающей в виде питания и циркулирующей нагрузке поступающей из ка-

меры через отверстие в крышке, через зазор между импеллером и крышкой.

Механические флотационные машины изготавливают с камерами

объемом от 0,2 до 12,5м

Механические флотационные машины изображены на рисунках 4.1. –

4.2.

Рис.4.1. Механическая флотационная машина «Механобр»: 1 – карман,

2 – центральная труба, 3 – труба для засоса воздуха, 4 – перегородка, 5 - тяга,

6 – короб, 7 – стержень, 8 – контргруз, 9 – стакан, 10 – вал импеллера,

108

11 – подвижная заслонка, 12 – песковое отверстие, 13 – окно,14 – шибер, 1

5 – пробка, 16 – направляющие лопатки статора, 17 – диск статора, 18 – отвертстие,

19 – импеллер, 20 – патрубок.

Крупность руды в питании механических флотационных машин не

должна превышать 1 – 1,2мм, наибольшая крупность частиц минералов, под-

нимаемых в пену составляет 0,2 – 0,3мм.

Крупность воздушных пузырьков изменяется в широких пределах и за-

висит от типа машины. Самые мелкие пузырьки (диаметром 0,8 – 1мм) дают

машины механического типа.

109

Рис.4.2. Механические флотационные машины:

а – ФМ; б – Денвер М (США); в – БУТ (США);

г – Гумбольд (ФРГ); д – кипящего слоя

110

а б в