Лекции - Химия и применение флотационных реагентов
Подождите немного. Документ загружается.
Концентрированная серная кислота – сильный окислитель, но с
железом взаимодействует только разбавленная H
2
SO
4
. Добавляют в процесс в
натуральном виде, используя кислотоупорные коммуникации и питатели.
Кислород необходим для частичного окисления сульфидов, т.к. ион
серы не может быть вытеснен ксантогенатными ионами. При избытке
кислорода происходит сильное окисление и извлечение понижается, т.к.
продукты взаимодействия ксантогената с объемными пленками полностью
окисленных соединений отслаиваются. Необходим контроль содержания
кислорода в пульпе.
2.9.2. Основные механизмы действия активаторов
А – образование активирующего поверхностного соединения на зернах
минералов
ZnS ZnS + Cu
2+
= ZnS CuS + Zn
2+
.
По такому же принципу идет активация железа катионами меди. Это
объясняется тем, что сульфид меди меньше растворим, чем сульфиды цинка
и железа.
Для сульфидных минералов всякая растворимая соль металла, дающая
при взаимодействии с ионами серы менее растворимый сульфид, будет
активатором для этих сульфидов. Например, для сфалерита активатором
могут быть не только ионы меди, но и ионы свинца, серебра и ртути, так как
PbS, Ag
2
S и HgS менее растворимы, чем ZnS. На активированных
поверхностях закрепление ксантогената более прочное.
Б – растворение с поверхности минералов депрессирующего слоя.
Пример: действие серной кислоты на пирит. При взаимодействии
кислорода и воды на поверхности минерала образуется сульфидосульфат
железа, а в объеме жидкой фазы – серная кислота
FeS
2
FeSO
4
FeS
2
+ 7O
2
+ H
2
O = FeS
2
+ HSO
4
.
FeS
2
FeSO
4
В щелочной среде серная кислота нейтрализуется и происходит
вытеснение с поверхности минерала сульфатных ионов гидроксильными с
образованием менее растворимого сульфидгидрата железа
FeS
2
FeSO
4
+ 2ОН
-
= FeS
2
Fe(OН)
2
+ SO
4
2-
При высокой щелочности сульфидогидрат железа менее растворим,
чем сульфидоксантогенат, поэтому минерал депрессируется. При сильном
окислении в щелочной среде на поверхности пирита может образовываться
кроме сульфидогидрата объемная пленка гидратов закисного или окисного
железа или пленка труднорастворимых основных сульфатов закисного или
окисного железа
FeS
2
Fe(OН)
2
{Fe(OН)
2
}
n
; FeS
2
Fe(OН)
3
{Fe(OН)
3
}
n
;
FeS
2
Fe(OН)
2
{Fe(OН)
2
FeSO
4
}
n
;
После добавки серной кислоты пленки гидратов закиси (окиси) или
основных сульфатов железа растворятся, а гидроксильные ионы в
33
сульфидгидратах заменятся на сульфатные с образованием
сульфидосульфатов, одновременно нейтрализуются гидроксильные ионы в
объеме раствора с уменьшением его щелочности.
FeS
2
Fe(OН)
2
{Fe(OН)
2
}
n
+ (n+1)H
2
SO
4
=FeS
2
FeSO
4
+ nFeSO
4
+ 2(n+1)H
2
O.
Растворимость сульфидосульфата больше, чем ксантогената железа и
при низкой щелочности пульпы будут вытеснять сульфатные ионы из
поверхностного слоя, т.е. после добавки серной кислоты происходит
активация пирита.
2.10. Пенообразователи
2.10.1. Роль и механизм действия пенообразователей
Это гетерополярные поверхностно-активные органические вещества,
способные адсорбироваться на поверхности раздела вода-воздух.
В зависимости от эффективности действия пенообразователей при
различных значениях рН пульпы они подразделяются на:
основные, обладающие максимальными пенообразующими
свойствами в щелочных пульпах;
кислые, снижающие свои пенообразующие свойства по мере
повышения щелочности пульпы;
нейтральные, применение которых во флотации не зависит от рН
пульпы.
Рис.5. – Механизм закрепления пенообразователя
Вспениватели препятствуют коалесценсии пузырьков воздуха,
понижают скорость их подъема и увеличивают прочность пены.
В присутствии вспенивателя процесс коалесценсии замедляется, т.к.
вспениватель, адсорбируясь на поверхности раздела Г-Ж, образует
ориентированный слой молекул, полярные концы которых гидратируются
диполями воды. Этот гидратированный слой препятствует слиянию и
позволяет сохранить в пульпе более мелкие пузырьки.
При наличии вспенивателя пузырек становится более жестким и лучше
сохраняет сферическую форму, поэтому скорость подъема пузырьков в
эмульсии или растворе вспенивателя близка к теоретической. Сферическая
форма не является хорошо обтекаемой. В отсутствие вспенивателя,
вследствие меньшей жесткости пузырьки деформируются, приобретая более
34
обтекаемую форму, поэтому скорость подъема увеличивается. Улучшение
обтекаемости пузырьков в отсутствие вспенивателя наблюдается при
диаметре пузырьков не более 1,5-2,0 мм. При больших диаметрах
поднимающие пузырьки имеют форму сфероидов, которые менее обтекаемы,
чем сферические, поэтому пузырьки с диаметром более 2 мм поднимаются
медленнее, чем жесткие.
Вспениватели увеличивают прочность пены. В отсутствие вспенивателя
происходит истечение воды из верхней части пузырька, состоящей из двух
поверхностей раздела Г-Ж (внутренняя и внешняя). Если гидратная
прослойка тонкая, она испарится. При наличии пенообразователя пузырьки
становятся более прочными, т.к.:
около полярных групп образуется гидратный слой, причем
полярные группы удерживают воду и препятствуют ее стеканию
из прослоя;
молекулы вспенивателя затрудняют испарение воды;
адсорбционный слой вспенивателя увеличивает эластичность
пузырька, вследствие чего сопротивляемость разрушению
увеличивается;
Пенообразователи могут быть ионогенными и неионогенными.
Ионогенные подразделяются на анионоактивные, катионоактивные и
амфолитные. Используемые на практике вспениватели содержат от 5 до
12 атомов углерода.
2.10.2. Селективнодействующие вспениватели
Крезол – маслянистая темно-коричневая жидкость. При флотации
применяется в основном технический продукт – смесь различных фенолов:
собственно фенол C
6
H
5
OH, крезол CH
3
C
6
H
4
OH, ксиленол (CH
3
)
2
C
6
H
5
OH. Дает
хрупкую пену, расход 50-150 г/т. Высокая токсичность.
Циклогексанол - вторичный спирт ряда циклогексана. Поучается
каталитическим гидрированием фенола. Применяется при селективной
флотации полиметаллических руд при расходах 50-150 г/т.
CH
2
CH
2
H
2
C CH-OH
CH
2
CH
Диметилфталат (Д-3) – эфиры фталевой кислоты. Нетоксичен, расход
25-75 г/т.
Метилизобутилкарбинол (МИБК) –обладает собирательным действием,
малотоксичен, расход 10-50 г/т.
СН
3
– СН- СН
2
– СН – СН
3
СН
3
ОН
35
2.10.3. Неселективнодействующие вспениватели
Алифатические спирты – лучшие вспениватели с числои атомов
углерода 6-8. Чистые гексиловый, гептиловый и октиловый спирты не нашли
применения из-за высокой стоимости. Обычно используют техническую
смесь спиртов с 6-8 атомами углерода – реагент ИМ-68, расход 10-50т г/т.
Пенореагент – смесь предельных и непредельных спиртов с 4-8
атомами углерода, альдегидов, эфиров и углеводородов. Применяется в
качестве вспенивателя при флотации углей.
Сосновое масло - смесь ароматических спиртов терпенового ряда с
ароматическими углеводородами. Прозрачные жидкости желтого цвета с
приятным скипидарным запахом, слабо растворимые в воде (до 20 мг/л).
Плотность 0,915 – 0,948 г/см
3
. Температура вспышки соответственно 73 и
81°С. Выделяемая при перегонке скипидара-сырца. Основной действующий
компонент –ароматический спирт-терпинеолю Расход 20-100 г/т.
СН
2
СН
2
СН
3
СН
3
-С СН-С-ОН
СН СН
2
СН
3
Сосновое масло флотационное получают двух видов –
экстракционное (СМФ) и сухоперегонное (СУМФ). СУМФ получают при
переработке пневого осмола, марка СМФ-1 характеризуется большим
содержанием спиртов. СУМФ получают окислением очищенного скипидара
кислородом воздуха. В нем ниже содержание терпеновых спиртов,
содержание фенолов до 5 %, что ограничивает его применение.
Алкилэфирполигликоли (вспениватели ОПСБ и ОПСМ – «окись
пропилена спирт бутиловый (метиловый)»). Получают смешением окиси
пропилена с соответствующим спиртом, расход примерно в 2 раза меньше,
чем соснового масла.
Вспениватель Э-1 – монобутилэфирпропиленгликоль, получается при
взаимодействии бутилового спирта с окисью этилена, хорошо растворим в
воде.
Оксиэтилированные алкилфенолы (ОП-4, ОП-7, ОП-10) – продукты
взаимодействия высокомолекулярных алкилфенолов с окисью этилена, по
строению аналогичен Э-1. Яваляются монооктилфениловыми эфирами
полиэтиленгликоля. Применяются в качестве эмульгаторов жирных кислот и
вспенивателей. ОП-4 уменьшает расход собирателя и понижает устойчивость
пен. Обладают собирательным действием. Расход 20-40 г/т.
Тяжелый пиридин. Пиридин C
5
H
5
N – по свойствам напоминает
третичный амин. Тяжелый пиридин – побочный продукт коксохимического
производства. Содержит гомологи пиридина, хинолин, гомолокатионный
вспениватель. Расход около 300 г/т.
36
Т-80 –оксаль – стандартный побочный продукт производства
диметилдиоксана. Оксаль – светло – коричневая жидкость со слабым
приятным запахом, умеренно растворимая в воде. Плотность 1,06-1,08 г/см
3
,
массовая доля ОН-группы 23-36 %, температура вспышки не ниже 90°С,
температура самовоспламенения 272°С, концентрация взрываемости в смеси
с воздухом 30,6-51 % по объему. ПДК паров в воздухе 10 мг/м
3
. Дозируется в
натуральном виде.
Запрещается открывать тару инструментом, создающим искру, не
работатьс реагентом вблизи огня. Использовать спецодежду, рукавицы, очки,
иногда противогаз. При попадании реагента на руки промыть водой.
3. Технология приготовления реагентов
3.1. Технология приготовления ксантогената
Ксантогенаты имеют малый срок хранения, т.к. легко гидролизуются.
Гидролиз происходит быстрее при низких концентрациях, высокой
температуре, низком значении рН и малой молекулярной массе.
Ксантогенаты – горючие вещества, пылевоздушные смеси
взрывоопасны. Гарантийный срок хранения бутилового ксантогената -2
месяца; этилового, изопропилового, изобутилового – 6 месяцев. Ксантогенат
растворяют в холодной воде в контактных чанах в течение 2-4 часов. После
растворения не требуют перемешивания.Масса загружаемого ксантогената
(кг):
Q = VK100/A,
где V – заданный объем раствора, м
3
;
К – заданная концентрация раствора, %; А – активность ксантогената,
%. Обычно К = 5-10 %,
Подача ксантогената к месту растворения
Взвешивание
Вода Растаривание Вода
Обмывка тары Растворение
Отстаивание
раствор
Определение Осадок в спецотвал
концентрации
37
чан для готового раствора
расходные баки
дозирующее устроыство
Определение концентрации раствора
Рис.6. -Схема приготовления раствора ксантогената
3.2. Технология приготовления аэрофлотов
При работе с фенольными дитиофосфатами необходимо строго
соблюдать правила техники безопасности, т.л. они обладают сильнокислыми
свойствами и большой реакционной способностью и при определенных
условиях могут выделять вредные газы, а при попадании на кожу – ожоги.
Рабочие, соприкасающиеся с аэрофлотом, должны работать в противогазах,
открывать цистерны должны обязательно 2 человека. Емкости с аэрофлотом
должны быть закрыты, защищены от нагрева, для чего емкости
окрашиваются в белый цвет. ПДК сероводорода в воздухе – не более 0,01 мг/
л.
Дитиофосфаты – токсичные и горючие вещества. По степени
воздействия на организм относится к умеренно опасным веществам ( 3 класс
опасности). Температура вспышки 104°С. При хранении необходимо
исключить попадание в них кислых паров, в противном случае происходит
разложение аэрофлота. В помещениях, где работают с реагентом, необходим
систематический контроль содержания в воздухе сероводорода (ПДК не
более 10 мг/м
3
). Работа только в местах, оборудованных приточной
вентиляцией или местными отсосами.
3.3. Технология приготовления известкового молока
Известь плохо растворима в воде. В прцесс подается в виде
известкового молока, поэтому в пульпе всегда имеется часть извести в
нерастворенном состоянии. Если емкости с известью открыты, то снижается
рН ввиду поглощения углекислого газа.
В зависимости от сорта негашеная известь содержит различное
количество активного СаО и число непогасившихмся зерен. Содержание
извести в известковом молоке можно определить по его плотности ( по
специальным таблицам). Для предотвращения осаждения взвешенных частиц
известкового молока в чанах мешалка в них должна работать постоянно,
трубопровод монтируют с большим уклоном.
38
Для дробления извести применяют щековые дробилки, для
измельчения – шаровые мельницы, работающие в замкнутом цикле с
классификаторами или гидроциклонами. При двухстадиальных схемах
вторую стадию классификации проводят в гидроциклонах.
Известь, подаваемая в мельницу, должна быть однородной по
крупности. При недостаточной подача воды в мельницу и классификатор и
циркулирующей нагрузки меньше оптимальноц получают загрубленный
готовый продукт, что обуславливает недоиспользование части извести,
ухудшение условий транспортировки известкового молока и дозирования его
в процесс.
Гашеную известь «пушонку» получают: СаО + Н
2
О = Са(ОН)
2
Подача на растворение (комковая известь -250+0 мм)
Дробление до -80+0 мм
Вода
Измельчение и гашение
Классификация
Классификация в г/ц (35-40% кл. -0,074 мм)
Слив (изв.молоко)
Чан для готового
молока
Определение концентрации
Расходный чан
нераствор. Дозирующее устройство
осалок
Определение концентрации
Рис.7. – Схема приготовления известкового молока
Для перекачки известкового молока в цех используют насосы типа
НПГ. Активность готового известкового молока 28-32 %.
Опасность: поглощение из кожи влаги, раздражение и прижигание
тканей, поражение слизистой оболочки носа и дыхательных путей. При
попадании в глаза возможна слепота.
При ожоге кожи используют минеральные или растительные масла с
последующими примочками слабыми растворами (не более 5 %) лимонной
или уксусной кислоты. Смывать водой нельзя! ПДК 5 мг/м
3
(в воздухе).
3.4. Технология приготовления цианистого натрия
39
Содержит основного вещества не менее 87-90 %, NaOH не более 2 %;
NaCl до 3 %; соды 1,4-3 %; влаги 3-5 %; нерастворимых в оде веществ 0,2 %.
Подача цианидов к месту растворения
Взвешивание
Вода Вода (20-30°С)
Растаривание
Нейтрализация тары Растворение
На пресс Отстаивание
Промывка осадка и
Вода осветление раствора (I выщелачивание)
Промывка осадка и
осветление раствора (II выщелачивание)
Промывные воды
Определение содержания активного
вещества Определение концентрации
Чан для готов
. раствора
Нерастворимый осадок
в спецотвал после нейтрализации Расходные баки
Дозир. устр-ва
Определение концентрации
Рис.8. – Технология приготовления раствора цианистого натрия
Продолжительность перемешивания цианидов 2-4 часа. Концентрация
цианидов в нерастворенном осадке не более 0,5 г/л. Относятся ко 2 классу
опасности. Пожароопасен. В присутствии влаги, кислот и углекислоты
выделяет газообразный цианистый водород. В растворе дает щелочную
реакцию. При рН менее 9 работать с цианидами опасно, безопасно при рН 10
и более. ПДК в воздухе 0,003 мг/м
3
(в расчете на NaCN), ПДК в водоеме – 0,1
мг/л. Смертельная доза 100 мг.
Растворение производят в отдельном изолированном помещении с
усиленной вентиляцией. Двери и ворота должны быть постоянно закрыты,
ключ должен находиться у ответственного лица из ИТР, на воротах и дверях
здания должны быть знаки и надписи «Осторожно – яд», «Посторонним вход
40
воспрещен». Перед входом в помещение включают аварийную вентиляцию
на 20-30 мин, затем в противогазе входят в цех. Противогаз снимают только
после пуска в работу всех вентиляторов и проверки загазованности
помещения. Тару вскрывают в противогазе и резиновых перчатках. При
работе с цианидами поверх спецодежды надевают халат или фартук без
карманов. Данные о расходе реагента и взятых барабанах записывают в
специальный журнал.
При сливе растворов в канализацию недопустим слив кислых вод. Тару
из-под цианидов нельзя обезвреживать FeSO
4
/
FeSO
4
+ 2 H
2
O = Fe(OH)
2
+ H
2
SO
4
; H
2
SO
4
+ 2Na
2
SO
4
+ 2HCN
Обезвреживание обычно проводят при смешивании 10%-ного раствора
FeSO
4
с раствором извести до рН 7-7,3.
Если раствор цианида или порошок попадают внутрь организма,
пострадавшему дают 0,4%-ный раствор перманганата калия или раствор
перекиси водорода. Если яд поступил через дыхательные пути, то
пострадавшего удаляют из отравленной атмосферы, обеспечивают доступ
свежего воздуха и дают вдыхать аминнитрит.
3.5. Технология приготовления раствора кальцинированной соды
Na
2
CO
3
приеняется для создания невысокой щелочности, либо для
связывания ионов Са
++
и Mg
++
. Кальцинированная (безводная) Na
2
CO
3
;
кристаллическая Na
2
CO
3
·10 Н
2
О.
Сода кальцинированная содержит в зависимости от сорта от 87 до
96,5% основного вещества.
Сода хорошо растворима в воде, в горячей воде (50-60°С) растворяется
в 5-6 раз быстрее,
чем в холодной. После каждой операции растворения соды удаляют
нерастворимый осадок.
При частом воздействии соды возможны повреждения слизистой
оболочки носа, заболевания кожи. При попадании соды на кожу или в глаза
их следует промывать водой, а на коже сделать кроме того 3-5%-ные
примочки борной кислоты и опять промыть. ПДК в воздухе рабочей зоны 2
мг/м
3
.
Подача к месту растворения (мешки)
Взвешивание
Вода 50-60°С Растаривание
Растворение и непрерывное Мешки
перемешивание
Отстаивание
41
Нерастворимый осадок Определение
в отвал концентрации
Чан для готового
раствора
Расходные баки
Дозирующие
Устройства
Определение
Концентрации
Рис.9 – Схема приготовления раствора кальцинированной соды
3.6. Технология приготовления растворов цинкового купороса
Основной способ – растворение металлического цинка в 18-25%-ной
серной кислоте. Промышленный ZnSO
4
в зависимости от сорта содержит
цинка не менее 36-39 %, хлора не более 0,3-0,5 %. Относится к III классу
вредных веществ, гарантийный срок хранения 5 лет.
При попадании на слизистую оболочку пораженный участок промыть
водой и обработать 2%-ным раствором соды.
Подача в таре к месту растворения
Взвешивание
Растаривание Вода (40-50°С)
Отмывка тары Растворение с перемешиванием
Взвешивание тары Отстаивание
На пресс Определение Нерастворимый
концентрации осадок после
промывки
Чан для готового
Раствора
Расходные баки
Дозирующие устройства
Определение
Концентрации
42