Продолжительность контакта пульпы с реагентами собирателями

Опубликовано: 26.03.2024

Реагенты, применяемые при флотации золотосодержащих руд

Фабрики зарубежных стран получают флотационные реагенты в большинстве случаев от крупных специализированных химических предприятий, которые ведут основную работу по синтезу и приготовлению новых реагентов, поставляя их часто под фирменным названием без точной расшифровки их действительного состава. Применение реагентов в капиталистических странах, как правило, определяется их невысокой стоимостью [10].

Следует отметить значительный ассортимент применяемых в настоящее время флотационных реагентов. В изданном в ГДР справочнике отмечена возможность использования в качестве флотореагентов около 6 тыс. химических соединений. Из распространенных реагентов отмечается наиболее широкое применение стандартизованных синтетических реагентов — спиртовых вспенивателей и собирателей, реагентов-активаторов (промоторов) для крупнозернистой флотации и специальных реагентов-регуляторов пенообразования, получивших название антивспенивателей [10].

Расширяется применение в качестве дешевых и эффективных флотационных реагентов сернистого газа и серной кислоты, выполняющих функции активаторов и регуляторов среды. Данные продукты получают на самом предприятии путем обжига пиритных концентратов или сжиганием комковой серы.

Сравнительная стоимость сернистого газа как реагента-активатора при флотации золотосодержащего пирита была подсчитана для обогатительной фабрики Лейк Шор и составила 1 цент на 1 m руды [3, 441.

Перечень наиболее распространенных флотореагентов, применяемых за рубежом, область их использования и примеры предприятий приведены в табл. 9.

Наблюдается тенденция использовать цикл измельчения руды в качестве узла для кондиционирования пульпы с реагентами. В цикл измельчения дозируют известь, кальцинированную соду, цинковый купорос, сернистый натрий и реагенты-собиратели. Около 40% фабрик США и Канады практикуют дозировку части реагентов-собирателей в цикл измельчения [10].

На фабрике Дални в цикл измельчения дозируется сода, медный купорос, бутиловый и амиловый ксантогенаты; на фабрике Квемонт — сода, сульфит натрия, цианистый натрий и калиевый пентазол—амил ксантогенат; на фабрике Оянкос — известь, цианистый натрий и сосновое масло.

Контакт пульпы с реагентами на большинстве фабрик осуществляется в течение 5 мин в специальных контактных чанах.

В отдельных случаях считают полезным более длительное перемешивание пульпы с реагентами. На фабрике Кэм энд Мотор пульпу перед флотацией перемешивают в четырех последовательно расположенных контактных чанах. Общая продолжительность контакта пульпы с флотореагентами 20 мин. В 1-й чан подают ксантат 301 (вторичный ксантогенат натрия), реагент Z-6 (пентазоловый ксантогенат калия) и сосновое масло; в 4-й чан — Дауфрос 250 (смесь эфиров и пропиленгликолей) [29]. На фабрике Голд Кинг пульпу перед флотацией также обрабатывают реагентами в течение 20 мин.

Реагенты-регуляторы среды. Флотацию руды в зависимости от ее вещественного состава проводят в щелочной (содовой, известковой) и кислой средах.

В содовой среде флотируют золото-медную руду на фабрике Кэмпбел Чибугама, сульфидную золотосодержащую руду на фабрике Дални, упорные золотые руды, содержащие медь, свинец и цинк, на фабрике Паракала, золото-мышьяковую руду с трудноизвлекае-мым золотом на фабрике Джайент Йеллоунайф и др.

При флотации руд, содержащих минералы цветных металлов, луч-шие результаты получаются в содовой среде.

Замена извести содой на фабрике Бая Маре позволила повысить извлечение золота в свинцовый концентрат с 50,8 до 68%.

Известковая среда чаще всего используется при флотации окисленных и частично окисленных сульфидных руд. Так, на фабрике Оянкос смешанные (окисленно-сульфидные) золото-медные руды флотируют в известковой среде при pH = 9,4ч-9,6; на фабрике Пуни-такви создают необходимую щелочность среды (pH = 8,6-н8,8) при флотации окисленных золотосодержащих руд, а также хвостов амальгамации прошлых лет, вводом в пульпу 3,3 кг/т извести.

Иногда флотацию проводят в известково-содовой среде. Так, при флотации золото-мышьяковых руд на фабрике Мариетта в цикл измельчения руды подается извести 450 г/т и соды 675 г/т. Флотацию ведут при pH = 8,5 [33, 50].

Теллуриды золота хорошо флотируют в известково-цианистой среде с углеводородным маслом в качестве собирателя и вспенивателя. Концентрация цианида достигает 0,01%, окиси кальция 0,045%. Выход концентрата ввиду подавления цианидом получается очень небольшим [29].

На одной зарубежной фабрике теллуридсодержащую руду после цианирования, наоборот, отмывают от цианистого раствора и флотируют в содовой среде с добавлением медного купороса, ксантогената Z-8, спиртовых вспенивателей и крезиловой кислоты [10].

В кислой среде, как правило, флотируют хвосты цианистого процесса. На обогатительной фабрике Пачука в качестве реагента среды используют серную кислоту.

На фабрике Грейт Боулдер, перерабатывающей золото-теллуристые руды, флотация хвостов цианирования успешнее протекает в слабокислой среде. В связи с этим пульпу, поступающую на флотацию, предварительно обрабатывают сернистым газом, получаемым на этой же фабрике при обжиге флотационных концентратов. Пульпу брабатывают газом в деревянных башнях (высота 7,6 м и сечение у основания 0,6 X 9,6 м). При этом соблюдается принцип противотока: пульпа, переливаясь с уступа на уступ, движется сверху вниз, а сернистый газ поднимается снизу вверх. Для нейтрализации излишней кислотности пульпу агитируют в восьми чанах-агитаторах. Часть кислоты связывается присутствующими в руде основаниями [17, 28]. Сернистый газ значительно улучшает флотируемость частично окисленных сульфидов, а цианистые соли активируют флотируемость золота. Кроме того, включение в схему этой операции позволяет значительно уменьшить мощность фильтровального хозяйства, так как отпадает необходимость отмывки растворенного золота из кеков, поскольку при введении сернистого газа неотмытое золото восстанавливается и осаждается на гранях пирита. Иногда, кроме сернистого газа, в пульпу перед флотацией вводят медный купорос. Восстановленное золото флотируется совместно с сульфидами теллуристыми минералами. Потери золота с хвостами флотации составляют 6,7% от руды.

По аналогичной схеме извлекают золото и сульфиды из хвостов цианирования на фабрике Калгурли. Хвосты цианирования (5,8 г/т Аи) после обработки сернистым газом флотируют в следующем ре-агентном режиме: 180 г/т бутилового ксантогената; 50 г/т этилового ксантогената; 5 г/т соснового масла; 13 г/т крезиловой кислоты. В результате получают золото-пиритный концентрат, содержащий 40,5% серы и 58 г/т золота. С хвостами теряется 5,8% золота от исходной руды [43].

В некоторых случаях в кислой среде целесообразно проводить и флотацию руды. На фабрике Маунт-Морган при флотации руды, имеющей высокую естественную кислотность, требовался большой расход извести. Это значительно удорожало себестоимость обработки руды и вызывало определенные трудности при ведении процесса. Когда от подачи извести отказались, оказалось, что в кислой среде флотация протекает успешнее и технологические показатели обогащения получаются более высокими [29].

Реагенты-активаторы. В качестве реагентов-активаторов, кроме сернистого газа и серной кислоты, широко применяются медный купорос, сернистый натрий и др.

Медный купорос главным образом используют для активации пирита. С этой целью в количестве 250—500 г/т его подают в процесс флотации на фабриках Джайент Йеллоунайф, Дални, Керр-Эддисон и др.

В некоторых случаях медный купорос вводят в пульпу после обработки ее сернистым газом. Примером могут служить фабрики Грейт Боулдер и Лейк Шор, где флотируют хвосты цианирования руды. Медный купорос в данном случае выполняет роль не только активатора пирита, но и, как уже отмечалось выше, частично восстанавливает растворенное золото, которое остается в пульпе.

На предприятии Консолидейтед Марчисон медный купорос выполняет одновременно роль активатора сульфидов и депрессора минералов сурьмы, главным образом антимонита. Купорос вводят в пульпу, поступающую на флотацию. Расход его составляют 50 г/т руды [45, 92].

Сернистый натрий используют при флотации руд, содержащих минералы цветных металлов для активации частично окисленного золотосодержащего пирита. 1ак как этот реагентдепрессируетсво-оодное золото, то сначала флотируют золото ксантогенатом 301 и аэрофлотом ^t08, а затем — пирит 1^11.

На фабрике Иеллоу-паин при перераоотке комплексных руд для активации антимонита применяют уксуснокислый свинец (180— 340 г/т). Для оживления флотации пирита и арсенопирита добавляют медный купорос в количестве 110—180 г/т [45, 46].

Для флотации бедных золотых руд и отходов обогащения, содер-щащих золото, в ЧССР запатентован 1 способ флотационного обогащения, где в качестве активатора полезного минерала и одновременно депрессора сопутствующей горной породы применяют модификатор-кремнефтористоводородную кислоту или ее соли. Этот реагент вводят либо в цикл измельчения, либо перед флотацией в сочетании с остальными обычными реагентами (собирателями, вспенивателями и др.). Это позволяет значительно повысить извлечение как свободного, так и ассоциированного с другими полезными компонентами золота при флотации бедных руд (0,8—0,86 г/т Au).

В США запатентован процесс получения химического соединения — циановинил-дитиокарбомата и применение его в качестве реагента-активатора для минералов меди и цинка при флотации сульфидных, в том числе и золотосодержащих руд. При обогащении медистых руд флотацию рекомендуется проводить в присутствии 14 г/т циановинил-дитиокарбамата, 41 г/т технического крезола и 11 г/т мазута, pH пульпы 7,8. Способ обеспечивает получение отвальных хвостов с низким содержанием меди 2.

Флотационный процесс обогащения является основным при переработке руд цветных металлов и некоторых видов другого минерального сырья. За последние годы флотация находит более широкое применение при обогащении угля и тонковкрапленных железных руд.
Наибольшее значение имеет пенная флотация. Руду подвергают мокрому измельчению (реже сухому) в замкнутом цикле с классификацией, перемешивают с реагентами и подают во флотационные машины. В этих машинах пульпа перемешивается с пузырьками воздуха; минеральные зерна, плохо смачиваемые водой (более гидрофобные), прилипают к пузырькам, минерализованные пузырьки поднимаются на поверхность пульпы и образуют пену (пенный продукт — концентраты), а минеральные зерна, лучше смачиваемые водой (более гидрофильные), остаются в камере машины и удаляются из нее (камерный продукт — флотационные хвосты). Концентраты и хвосты удаляют из машины; хвосты являются концентратом другого минерала.
При флотации используют следующие реагенты.
Вспениватели — органические соединения; спирты с числом атомов углерода 6—9, фенолы, крезол, ксиленол, сосновое масло, древесные масла, пиридиновые основания (тяжелый пиридин), терпинеол, ряд синтетических продуктов на основе окиси пропилена и этилена и др. Они состоят из аполярной части — углеводородной цепи или кольца — и полярной части — преимущественно ОН. Вспениватели являются поверхностно активными веществами: они адсорбируются (концентрируются) на поверхности воды, а в пульпе — на поверхности пузырьков, предохраняя их от сливания (коалесценции) и разрушения и тем самым способствуя образованию пены. В присутствии пенообразователя в пульпе образуются более мелкие с большой суммарной поверхностью пузырьки, что увеличивает скорость флотации.
Синтетические вспениватели более легко растворимы в воде и более однородны по составу, чем вспениватели — продукты перегонки дерева или каменного угля. В ближайшее время будут выпускаться синтетические вспениватели — спирты с 6—8 атомами углерода, эфиры пропилен-гликолей, полиалкилсоединения и др.
Собиратели. Природные минералы почти все легко смачиваются водой, кроме углей некоторых жирных видов, элементарной серы, молибденита и некоторых сульфидов. Для того чтобы сделать определенные минералы более гидрофобными, применяют реагенты-собиратели (коллекторы). Это также полярно-аполярные вещества, как и вспениватели, но полярная часть у них другая; имеет сродство к поверхности минерала. Полярной частью молекула собирателя зацепляется за атомы в решетке минерала, а аполярной частью обращается к воде. Поверхность минерала, покрытая молекулами собирателя, становится более гидрофобной и легче прилипает к пузырьку воздуха.
Для флотации минералов тяжелых металлов, в частности сульфидов, применяют собиратели, содержащие в полярной части сульфгидрильную группу HS. Это ксантаты: этиловый (C2H5OCS2K), бутиловый, пропиловый, амиловый, аэрофлоты или дитиофосфаты; крезиловый (СН3С6Н4О)2Р52Н, ксиленоловый или спиртовые: этиловый, бутиловый и т. д.

Такие собиратели дают возможность отделить сульфиды от пустой породы, силикатов, карбонатов и др. Они являются собирателями для тех минералов, металл .которых дает с серой относительно трудно растворимые соединения.
Для флотации щелочноземельных минералов, содержащих катион Ca, Ba, Mg, а также силикатов, содержащих Fe, Al и другие металлы, кислородных соединений железа, марганца и пр. чаще всего применяют собиратели, содержащие в полярной части карбоксильную группу — СООН. Сюда относят жирные кислоты, получаемые из растительных и животных жиров, при перегонке нефти, при производстве целлюлозы и пр., а также синтетическим путем при окислении парафина и жидких углеводородов — керосина и др. Это — олеиновая (C17H33COOH), линолевая, линоленовая кислоты, так называемые нафтеновые кислоты, карбоновые кислоты, талловое масло и др. Такие собиратели могут флотировать и сульфиды вместе с другими минералами, т. е. являются недостаточно селективными собирателями. Поэтому надо, например, ксантатами отфлотировать сульфиды, а затем жирными кислотами флотировать другие минералы.
Для флотации щелочноземельных минералов, в частности барита и флюорита, применяют собиратели, содержащие в полярной части сульфатную группу: —С—О—SO3H; это — так называемые алкилсульфаты с числом атомов углерода 12—18, например цетилсульфат — C16H33SO4Na.
Для флотации кварца и ряда силикатов применяют катионные собиратели, например лауриламин — C12H25NH2 и др. В то время как ксантаты, жирные кислоты, алкилсульфаты при диссоциации дают анион, содержащий аполярную часть, катионные собиратели при диссоциации дают катион с аполярной частью.
Если анионные собиратели взаимодействуют преимущественно с катионом решетки минерала, то катионные собиратели взаимодействуют преимущественно с анионом поверхности минерала.
Есть ряд других собирателей, менее распространенных. Для повышения гидрофобности молибденита углей и других аналогичных минералов применяют углеводороды, не имеющие полярной части, как керосин, различные смазочные масла, нефть и пр.
Депрессоры (подавители). Большинство собирателей действуют недостаточно селективно, адсорбируются на многих минералах и флотируют несколько минералов, т. е. дают коллективные концентраты. Чтобы получить селективные концентраты одного минерала, необходимо повысить смачиваемость других минералов и помешать адсорбированию на них собирателей, т. е. понизить или подавить их флотируемость. Такие реагенты, подавляющие флотируемость минерала, называют депрессорами. В практике широко применяют для депрессии цинковой обманки и пирита цианид; для депрессии сульфидных минералов, кроме молибденита,— сернистый натрий; для депрессии галенита — хромпик; для депрессии кальцита, силикатов и ряда других минералов — жидкое стекло, крахмал и пр.
Механизм действия депрессоров различен. Чаще всего он заключается в том, что анион депрессора CN-, HS-, S2-, SiO3в2-, СrО4в2- и др., взаимодействуя с катионом решетки минерала, мешает собирателю адсорбироваться на поверхности минерала и повышает его гидрофильность.
Активаторы. Если минерал плохо адсорбирует собиратель, то для усиления адсорбции применяют так называемые активаторы, т. е. вещества, которые активируют поверхность минерала к взаимодействию с собирателем. Например, цинковая обманка не адсорбирует этиловый ксантат или аэрофлот. Если предварительно добавить медный купорос, то катион меди адсорбируется на поверхности цинковой обманки, вытесняя катион цинка, а затем к катиону меди привязывается анион ксантата. Поэтому при флотации цинка всегда добавляют медный купорос — активатор цинковой обманки.
Аналогично кварц не флотирует с жирной кислотой. Если же в пульпе будут катионы щелочноземельных или тяжелых металлов (Са2+, Ba2+ , Fe2+ и др.), то они адсорбируются на кварце и тем будут способствовать адсорбции аниона жирной кислоты, в результате чего кварц будет флотировать. При анионном коллекторе активаторами являются двухвалентные и трехвалентные катионы, а при катионном — многовалентные анионы: одной валентностью они связываются с решеткой минерала, а остальными — с собирателем.
Регуляторами называют реагенты, которые непосредственно не воздействуют на поверхность минерала, а регулируют концентрацию ионов в пульпе. Например, щелочь или кислота регулируют концентрацию ионов Н+ и ОН-.
Изменяя pH путем добавления кислоты или щелочи (H2SO4 и др., Ca(ОН)2, Na2СО3, NaOH и др.), мы можем регулировать концентрацию катионов тяжелых металлов, гидроокиси которых труднорастворимы, а также концентрацию собирателя в ионной или молекулярной форме и вспенивателя. Контроль pH пульпы в процессе измельчения и флотации является одним из основных факторов регулирования процесса флотации.
Приведенная выше классификация реагентов дана по их целевому назначению в процессе флотации. Ho эта классификация относительна: в зависимости от условий действие реагента может измениться — активатор может превратиться в депрессора многие собиратели (жирные кислоты, алкилсульфаты, амины) начнут обладать и вспенивающими свойствами, а вспениватели в зависимости от pH и других факторов могут проявить и собирательные свойства. Например, фенолы являются вспенивателями; высшие фенолы — плохие вспениватели, но могут быть собирателями для некоторых железных минералов; крезол хорошо флотирует галенит без добавления собирателей и т. д. Медный купорос — активатор, но, если его дать в избытке, он начнет связывать собиратель и станет депрессором.
Щелочь или кислота — регуляторы, но анион ОН- является депрессором для минералов сульфидов тяжелых металлов. Например, для депрессии пирита достаточно одной извести.
Основные факторы, определяющие эффективность процесса, следующие.
Смачиваемость частиц водой при флотации с собирателем регулируется плотностью пленки собирателя на поверхности минерала или количеством адсорбированного собирателя: до некоторого расхода собирателя извлечение минерала прямо пропорционально количеству адсорбированного на нем собирателя, хотя для получения одинакового извлечения разных минералов плотность покрытия собирателем различна. Чем длиннее углеводородная цепочка аполярной части собирателя (до некоторого предела для каждого вида собирателя), тем меньше надо собирателя. Собиратель понижает смачиваемость и увеличивает гидрофобность.
Регулируя количество депрессора, можно также регулировать смачиваемость — повышать ее и понижать флотируемость. Поэтому контроль флотации можно вести, контролируя концентрацию ионов собирателя (или молекул) и ионов депрессора.
Например, на фабрике Сулливан (Канада) поддерживают постоянство отношения концентрации ксантата к концентрации ионов ОН- в цикле свинцовой флотации, когда флотируют галенит и не флотируют сфалерит и пирит. Для депрессии халькопирита при флотации галенита поддерживают постоянную концентрацию цианида и т. д.
Продолжительность контакта минералов с реагентами. Действие растворимых собирателей на поверхность минералов происходит быстро, как и растворимых депрессоров или активаторов, и зависит от концентрации реагента. По данным автора с сотрудниками (Гинцветмет), зависимость между количеством адсорбированного Г (в весовых единицах на единицу веса минерала или на единицу поверхности) от времени τ (сек.) выражается уравнением

Операция агитация производится в контактных чанах. Они применяются для осуществления контакта минеральных частиц с реагентами в течение необходимого времени, что повышает эффективность действия реагентов. В контактные чаны подаются, в основном, активаторы, собиратели. Расчет необходимого объема контактных чанов производится по требуемому времени контакта пульпы с реагентом:

где - количество пульпы, поступающее на контактирование, ;

- требуемое время контакта пульпы с реагентом, равное 3-5 ;

- отношение объема пульпы в чане при его работе к геометрическому объему чана, .

Затем, исходя из условий наиболее рациональной компоновки оборудования, принимают количество чанов и определяют их объем.

Чаны для агитации с Кх ,Ca(OH)2 .

Принимаем к установке два чана КЧ-25 для агитации перед межцикловой флотацией и перед медной головкой.

Реагентное отделение.

Основной метод обогащения медных сульфидных руд – флотация. При флотации сульфиды легко отделяются от пустой породы. Обычно все сульфиды меди лучше флотируют в известковой среде при рН=8-10; одновременно известь подавляет пирит.

Хорошими собирателями всех сульфидов меди являются ксантогенаты.

При флотации данного типа руд, целесообразно, в первую очередь флотировать вторичные сульфиды меди.

Выбор типа и расхода реагентов зависит от принятой технологической схемы флотации и производится на основе данных работы действующих фабрик или результатов промышленных испытаний. При выборе типа реагента следует учитывать, что флотационные реагенты должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) иметь постоянный состав;

2) быть нетоксичными;

3) хорошо растворяться в воде;

4) действовать селективно;

5) быть эффективными;

6) иметь невысокую стоимость.

Бутиловый ксантогенат – С4Н9ОCSSK

Ксантогенаты - гетерополярные сульфгидрильные собиратели.

Бутиловый ксантогенат калия обладает высокой флотационной активностью и гидрофобизирующим действием. Собиратель всех сульфидных минералов.

Ксантогенаты получают при взаимодействии сероуглерода, спирта и щелочи по реакции:

где R–углеродный радикал.

Ксантогенаты щелочных металлов – кристаллические вещества желтого цвета со специфическим запахом, обусловленным следами меркаптанов, хорошо растворяются в воде.

Все ксантогенаты – горючие вещества, пылевоздушные смеси их взрывоопасны.

Гидролиз ксантогената не желателен, так как продукты его распада не обладают коллектирующими свойствами. Скорость гидролиза, а следовательно и скорость разложения ксантогената, выше в кислой пульпе, чем в щелочной. Поэтому флотацию ксантогенатом желательно вести в щелочной среде. Взаимодействие ксантогената с поверхностью минералов происходит за счет химической адсорбции с образованием поверхностных соединений - ксантогенатов металлов:

ROCSSK ↔ ROCSS - + К + .

Закрепление ROCSS - на поверхности происходит в результате
взаимодействия его с катионами поверхности.

Механизм действия состоит в следующем: ксантогенат относится к гетерополярным анионным собирателям. Его молекула диссоциирует на ионы:


C4H9OCSSК C4H9OCSS - + К +

Рис.2.12. Схема строения гетерополярной молекулы реагента собирателя

Флотоактивным ионом является анион, состоящий из солидофильной группы, обеспечивающей избирательное прочное закрепление флотоактивного иона на поверхности минерала, и углеводородного радикала, обеспечивающего гидрофобизацию поверхности. Флотоактивный ион ксантогената закрепляется с образованием поверхностных соединений, взаимодействуя с катионами поверхности. Образуются ксантогенаты металлов (KxMe).

Рис.2.13 Схема характера закрепления гетерополярной молекулы реагента-собирателя на поверхности минерала

Прочность закрепления определяется растворимостью ксантогената металла. Чем легче растворяется ксантогенат металла, тем менее прочнее ксантогенат закрепляется на поверхности. Ионы ксантогената могут вытесняться с поверхности ионами S, ОН, SH. Ксантогенаты не обладают вспенивающими свойствами. Для закрепления ксантогената необходимо частичное, незначительное окисление поверхности сульфидов. На свежее обнаженной поверхности сульфидов ксантогенат не закрепляется.

Особенности: Kx – ядовит, не обладает вспенивающими свойствами. Под влиянием влаги или углекислоты воздуха, а так же в кислой среде разлагается с выделением сероуглерода. Он тяжелее воздуха и может скапливаться в нижних слоях помещения. Действие паров Кх аналогично действию сероуглерода.

Способ применения: Применяется в виде водных растворов. Применяется только в щелочной среде. Перспективным является применение сочетания различных Кх, это обуславливается различием поверхностных свойств отдельных участков минерала.

Известь – Ca(OH)2

Применяется в виде суспензии в воде (известковое молоко).

Является реагентом-регулятором среды. Изменяет величину pH, это обуславливается тем, что – каждый минерал флотируется наиболее эффективно при определенном значении pH.

Известью депрессируют пирит, галенит и при большой щелочности (рН=9-11 и более) все сульфиды.

Негашеная известь получается обжигом известняка:

Гашенная известь – самый дешевый реагент, получают из негашеной извести по реакции:

CaO – негашеная известь;

Ca (OH) 2 – известковое молоко.

Реагенты – регуляторы pH среды влияют на флотацию: изменяя форму нахождения собирателей в воде (ионную и молекулярную), выводя из воды нежелательные ионы, пептизируя (или коагулируя) тонкие шламы, а также путем непосредственной адсорбции ионов H + и OH - на минералах. Ионы H + и OH -, адсорбируясь на минерале, влияют на устойчивость гидратных слоев и, следовательно, могут изменять гидратированность поверхности минерала.

Адсорбция ионов H + и OH - может происходить как в отсутствии, так и в присутствии собирателя, поскольку собиратель и эти ионы могут закрепляться на разных участках поверхности минерала. Ионы H + и OH - могут влиять на закрепление собирателя и даже вытеснять его с поверхности минерала. Ионы H + и OH - закрепляются во внутренней или внешней обкладках двойного электрического слоя, изменяя электрическое состояние поверхности минерала и тем самым влиять на закрепление ионов собирателя в диффузионном слое или непосредственно на поверхности.

Флотомасло Т-80 (пенообразователь)

Состав: смесь кислотосодержащих соединений с преобладание диоксиновых спиртов и низким содержанием метилбутандиола.

Основная характеристика: легкоподвижная жидкость, хорошо растворимая в воде, фенолов не содержит и имеет температуру замерзания – 50 о С.

Расход и точки подачи реагентов

Технологическ-ие операции Процент твердого в пульпе, % Расходы реагентов
Свободный СаО, г/м 3 Собиратель, Кх, г/т Вспениватель, Т-80, г/т
1 ст. измельчения
2 ст. измельчения
Межцикловая флотация по ходу проц.
Cu “головка”
Основная Cu флотация по ходу проц.
1 Cu перечистка
Контрольная Cu флотация
ИТОГО

Механизм действия: за счет адсорбции пенообразователей на оболочке пузырька на ней образуется гидратный слой, который предает механическую жесткость. Т-80 препятствует коалисценции, уменьшает скорость подъема пузырьков.

Особенности: является универсальным пенообразователем. Низкая стоимость. Но дороже, чем Т-66. Реагент малотоксичен. Температура вспышки 91 о С, температура кипения 175 о С.

Получение и способ применения: является побочным продуктом при производстве диметил-диоксана. Активной частью является диаксановые и пирановые спирты. Пороговая концентрация по запаху 2,9 мг/м 3 .

В таблице 2.15. приведены расходы реагентов по данным действующей фабрики


CC BY

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Клейн М. С., Вахонина Т. Е.

Pulp preparation before flotation by a method of oil air agglomeration coal of particles / Klein M.S, Vahonina Т.Е.//The bulletin of KuzSTU, 2012, No 1.P.2830. Possibility to intensify process of flotation coal slimes at the expense of waterproof aggregation of small coal particles on air vials covered with oil is shown by pulp preparation before flotation by a method of oil air agglomeration . Technology factors of process and a circuit design industrial installations of oil air agglomeration are considered. Подготовка пульпы перед флотацией методом масляной аэроагломерации угольных частиц / Клейн М.С., Вахо-нина Т.Е.// Вестник КузГТУ, 2012. № 1. С.28-30. Показана возможность интенсифицировать процесс флотации угольных шламов за счет гидрофобной агрегации мелких угольных частиц на омасленных пузырьках воздуха при подготовке пульпы перед флотацией методом мас-ляной аэроагломерации. Рассмотрены технологические факторы процесса и принципиальная схема промышленной установки масляной аэроагломерации .

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Клейн М. С., Вахонина Т. Е.

Текст научной работы на тему «Подготовка пульпы перед флотацией методом масляной аэроагломерации угольных частиц»

УДК 504.064.4: 622.7

М.С. Клейн, Т.Е. Вахонина

ПОДГОТОВКА ПУЛЬПЫ ПЕРЕД ФЛОТАЦИЕЙ МЕТОДОМ МАСЛЯНОЙ АЭРОАГЛОМЕРАЦИИ УГОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ

Одна из основных проблем недостаточной эффективности углеобогащения связана с существенными недостатками технологий переработки тонких угольных шламов, которые, с одной стороны, нельзя сбрасывать без обогащения с отходами из-за роста потерь угля и загрязнения окружающей среды, а с другой стороны, нельзя добавлять необогащенный шлам к угольному концентрату из-за увеличения его зольности и влажности и снижения при этом ценности и конкурентоспособности товарного продукта. Поэтому, высокие требования к качеству концентрата коксующихся углей вызывают необходимость обогащения угольных шламов.

Практически единственным способом обогащения шламов является разделение угольных и породных частиц по смачиваемости флотационным методом с использованием масляных реагентов, что обусловлено естественной гидрофобно-стью угольной поверхности и хорошей смачиваемостью угля маслом. Основная трудность селективной сепарации угольных шламов связана с высоким содержанием в них тонкодисперсных частиц. Результаты гранулометрического анализа шламов некоторых углеобогатительных фабрик (УОФ) показывают, что среднее содержание частиц размером меньше 30 мкм составляет 30-40 % и может доходить до 50 %. Высокая сложность разделения угольно-глинистых дисперсий, содержащих большое количество разнообразных по своей химической природе и физико-химическим свойствам тонкодисперсных частиц, объясняет недостаточную эффективность флотации угольных шламов.

К недостаткам флотационного метода можно отнести потери самых мелких и крупных частиц угля с отходами флотации, низкую скорость и селективность процесса при повышенном содержании тонких шламов. Для изыскания способов интенсификации флотации угольных шламов изучены статистические закономерности отдельных этапов элементарного акта флотации. Установленные зависимости вероятностей отдельных стадий процесса и константы скорости флотации от крупности частиц угля, размеров пузырьков воздуха и гидродинамических условий в камере фло-томашины позволили выявить основные причины малоэффективной флотации частиц угля крайних размеров [2].

Низкая скорость флотации микрочастиц угля вызвана малой вероятностью их безинерционного столкновения с пузырьками воздуха и близкой к нулю вероятностью закрепления на пузырьках, а значительные потери крупных частиц угля с отхо-

дами флотации происходят в результате малой вероятности удержания их на пузырьке при попадании в турбулентные вихри перемешиваемой пульпы.

Результаты исследований эффективности флотации частиц угля разной крупности показали, что для интенсификации флотации угля необходимо снижение негативного влияния тонких шла-мов, повышение степени омасливания угольной поверхности крупных частиц, которая обычно не превышает 5-10 %, создание оптимальных гидродинамических условий для взаимодействия капель масляных реагентов с частицами угля разной крупности. Одним из действенных способов решения указанных задач является эффективная подготовка пульпы перед флотацией, в ходе которой достигается гидрофобная агрегация мельчайших частиц угля масляными реагентами. При этом основная сложность заключается в разработке условий, обеспечивающих высокую эффективность образования агрегатов малым количеством масла, не превышающим флотационные расходы. Известные способы подготовки пульпы перед флотацией не обеспечивают выполнение необходимых условий [1].

Изучение механизма и кинетики отдельных стадий образования углемасляных агрегатов с помощью кинетической модели [3] и по результатам экспериментального определения степени агрегации мелких частиц угля позволило сделать вывод, что для достижения высокой степени агрегации микрочастиц угля небольшим количеством масла необходимо интенсивное перемешивание суспензии в течение некоторого времени и достаточная площадь поверхности раздела масло-вода. Обеспечить необходимые интенсивность и время перемешивания суспензии не сложно, а для увеличения поверхности раздела масло-вода без увеличения расхода масла предложено использовать дополнительные центры агрегации мелких частиц в виде омасленных пузырьков воздуха. Толщина масляной пленки на пузырьках примерно на 2 порядка меньше ее толщины на угольной поверхности, что обеспечивает многократное увеличение поверхности раздела масло-вода. В процессе масляной аэроагломерации (МАА) угольных шламов на поверхности мелких омасленных пузырьков с высокой скоростью закрепляются частицы угля, образуя устойчивые углемасляные аэрокомплексы, которые легко отделяются от минеральной пульпы последующей флотацией [4].

Исследование технологических закономерностей процесса МАА проведены с использованием специальной камеры агломерации, оборудованной

Рис.1. Принципиальная схема 2-х камерной установки масляной аэроагломерации 1 - камера аэроагломерации; 2 - вал мешалки; 3 - приводной шкив; 4 - аэрационная труба; 5 - отверстие для засасывания воздуха и пены; 6 - надимпеллерный диск; 7 - турбинная мешалка; 8 - отражательная перегородка; 9 - питающая труба; 10 - разгрузочный карман, 11-разгрузочная щель.

гидрозатвором, а также на стендовой установке, смонтированной в отделении флотации ЦОФ «Сибирь». Установлено, что основными технологическими факторами, влияющими на эффективность процесса МАА, являются интенсивность и продолжительность перемешивания пульпы, расход и тип масляных реагентов, количество добавляемого воздуха.

Интенсивность перемешивания пульпы является наиболее важным фактором, при недостаточной величине которого эффективность процесса агрегации частиц крайне мала. Интенсивность перемешивания оценивается по величине диссипации энергии, затрачиваемой на перемешивание пульпы. Диссипация энергии учитывает большинство факторов, влияющих на процесс агрегации: скорость вращения мешалки, ее тип и диаметр; количество перемешиваемой пульпы, ее плотность и вязкость; степень аэрации пульпы. Увеличение диссипации энергии при перемешивании аэрированной пульпы в процессе МАА оказывает заметное положительное влияние на эффективность последующей флотации как мелких, так и крупных частиц угля.

Улучшение флотации мелких частиц угля связано с повышением скорости и степени их агрегации. С увеличением диссипации энергии повышаются скорость турбулентных пульсаций и скорость движения частиц в пульпе, уменьшается размер пузырьков воздуха, а газосодержание увеличивается. Все это приводит к повышению вероятности эффективных столкновений и степени агрегации мелких частиц, что увеличивает скорость их флотации и устраняет вредное влияние

мелких частиц на флотацию крупных.

Улучшение показателей флотации крупных частиц угля объясняется закреплением в процессе МАА на их поверхности микропузырьков воздуха, которые обеспечивают эффективную флотацию крупных частиц по коалесцентному механизму. Увеличение числа микропузырьков в пульпе с повышением скорости ее перемешивания способствует этому процессу.

Расход и тип масляных реагентов. В качестве масляных реагентов в процессе МАА используются обычные собиратели для флотации угля, например, керосин, термогазойль и др., при этом за счет интенсивной турбулизации пульпы появляется возможность применения более вязких реагентов, например комплексного реагента собирателя на основе отработанных минеральных масел [5].

Увеличение расхода масляных реагентов, подаваемых в процесс МАА, положительно сказывается на результатах флотационного разделения продуктов масляной аэроагрегации: увеличиваются скорость флотации, зольность отходов, выход концентрата, содержание твердого в пенном продукте.

Оптимальная продолжительность перемешивания пульпы в процессе МАА находится в диапазоне от 1 до 3 минут и зависит от гранулометрической характеристики шлама и интенсивности перемешивания пульпы:

- чем мельче угольный шлам, тем больше необходимое время процесса аэроагломерации для полного извлечения мелких угольных частиц в углемасляные аэрокомплексы;

- при недостаточной интенсивности переме-

шивания пульпы увеличение продолжительности МАА до 5 минут и более не позволяет добиться необходимой степени агрегации частиц и практически не влияет на показатели процесса флотации.

Подача воздуха в процесс МАА значительно повышает эффективность масляной агломерации при одновременном снижении энергозатрат на турбулизацию пульпы. Положительный эффект от аэрации пульпы возрастает с увеличением интенсивности перемешивания. При определении оптимального количества добавляемого воздуха необходимо учитывать влияние аэрации пульпы на следующие факторы: эффективность процесса МАА; технологические свойства пенного продукта флотации; нежелательность избыточного пено-образования в камерах агломерации.

Для практической реализации технологии МАА разработана конструкция промышленной установки, принципиальная схема которой показана на рисунке. Установка МАА состоит из нескольких последовательно соединенных камер аэроагломерации 1 прямоугольной или цилиндрической формы при примерно равных высоте и диаметре камеры. Реагенты собиратель и вспени-ватель подаются в виде смеси или раздельно в питающую трубу 9 или в 1-ю камеру аэроагломерации. Шламовая вода вместе с реагентами поступает в верхнюю часть 1-ой камеры, где насыщенная мелкими пузырьками воздуха пульпа интенсивно перемешивается и переходит через разгрузочную щель 11 в нижней части камеры в следующую камеру аэроагломерации. Поочередное нижнее и верхнее расположение разгрузочных щелей в камерах обеспечивает вертикальное перемещение и прохождение всей перемешиваемой пульпы через зону максимальной турбулизации в районе мешалки. После аэроагломерации в последней камере подготовленная к флотации пульпа из разгрузочного кармана 10 распределяется по флотомашинам.

Общий объем камер агломерации должен обеспечить необходимую продолжительность процесса МАА, например установка с объемом камер 12 м3 позволяет подготовить к флотации до 450 м3/ч пульпы. Перемешивание пульпы в каждой камере осуществляется мешалкой 7 турбинного типа, при этом размеры и скорость вращения мешалки должны обеспечивать диссипацию энергии на турбулизацию пульпы не менее 5 кВт на 1 м3 полезного объема камеры. Для усиления турбулентных пульсаций в каждой камере устанавливаются отражательные перегородки 8.

Воздух в камеры засасывается вращающейся мешалкой через отверстия 5 в аэрационной трубе

4, расположенные выше уровня пульпы. При определенном размере отверстий исключается накопление пены на поверхности пульпы. При избытке воздуха образующаяся пена перекрывает часть площади аэрационных отверстий, за счет чего снижается подача воздуха и скорость образования пены, т.е. происходит автоматическая регулировка количества засасываемого воздуха на оптимальном уровне.

Технология подготовки пульпы перед флотацией с использованием процесса МАА внедрена на трех углеобогатительных фабриках Кузбасса: на двух секциях ЦОФ «Сибирь», на ГОФ «Тому-синская» и на ОФ «Анжерская». Сравнительная оценка результатов работы фабрик до и после внедрения новой технологии показала, что применение МАА позволило уменьшить загрязненность оборотной воды и обеспечило повышение технологической и экономической эффективности работы фабрик: увеличилась производительность флотомашин в 1,5-2 раза, уменьшился расход собирателя на 20-30 %, сократились потери угля и количество сбрасываемых шламовых отходов на 40-50 %, увеличился выход концентрата на 2-5 %.

1. Абрамов А. А. Флотационные методы обогащения: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Обогащение полезных ископаемых» направления подготовки «Горное дело» / А. А. Абрамов. - М.: МГГУ: Горная книга: Мир горной книги, 2008. - Т. 4. - 710 с.

2. Клейн, М. С. Очистка шламовых вод углеобогащения с использованием селективной сепарации шламов масляными реагентами / М. С. Клейн // Уголь, 2005. - № 9. - С. 43-45.

3. Клейн, М. С. Оценка эффективности процесса масляной агломерации мелких угольных частиц / М. С. Клейн // Вест. Кузбасс. гос. техн. ун-та. - Кемерово, 2003. - № 5. - С. 82-85.

4. Пат. № 2223828 РФ, МПК7 В 03 Б 1/02. Способ обогащения угольных шламов / ЗАО ЦОФ «Сибирь»; Клейн М. С. Опубл. 20.02.2004. Бюл. № 5.

5. Вахонина Т. Е. Использование отработанных моторных масел для флотации угольных шламов / Т. Е. Вахонина, М. С. Клейн, И. А. Горбунков // Вестник. КузГТУ, 2009, № 1. С. 15 - 17.

Михаил Симхович, Татьяна Евгеньевна,

докт.техн.наук., проф. каф. «Обогащение ст. препод. каф. . «Обогащение

полезных ископаемых». КузГТУ. полезных ископаемых» КузГТУ

ЕтьаП: 1;о:кт8.ор1@кщ81;и.т Тел.8 -3842-39-69-31

Флотаци о нные реаг е нты, химические вещества, обусловливающие и регулирующие большинство процессов флотации. Ф. р., находясь в жидкой фазе пульпы и адсорбируясь на границах раздела фаз жидкость – газ и твёрдая фаза – жидкость, создают условия для избирательной (селективной) флотации частиц определённых минералов. Различают три основные группы Ф. р. – собиратели, регуляторы и пенообразователи.

Собиратели (или коллекторы) – органические вещества, служащие для гидрофобизации поверхности частиц флотируемых минералов, что делает возможным их прилипание к пузырькам газов. Молекулы собирателя обычно состоят из двух частей – углеводородной (неполярной) и карбоксильной группы, аминогруппы и другой (полярной) химически активной, закрепляющейся на поверхности минералов. По способности диссоциировать на ионы в водной среде собиратели делятся на неионогенные и ионогенные. Первые практически нерастворимы в воде и представлены обычно неполярными, углеводородными жидкостями (керосин, нефтяные масла и др.). Вторые диссоциируют в воде на анион и катион и в зависимости от вида гидрофобизирующего иона подразделяются на анионные (например, ксантогенаты, аэрофлоты, жирные кислоты и их соли, алкилсульфаты) и катионные (например, высшие жирные амины и их соли, четвертичные аммониевые основания). Хемосорбционное закрепление собирателя на определённых элементах поверхности частиц минералов обусловливает избирательность флотации. Углеводородная часть молекулы собирателя, крайне слабо притягивающая молекулы воды, препятствует гидратации поверхности минерала – образованию устойчивого слоя, состоящего из молекул воды. Добавки неполярных жидкостей (масел, керосина) в пульпу усиливают гидрофобизацию. Иногда для более полного извлечения нужных минералов применяется сочетание различных собирателей. Для флотации сульфидных минералов (галенита, халькопирита, сфалерита) чаще всего применяются растворимые в воде соли ксантогеновой или дитиофосфорной кислот – т. н. ксантогенаты и дитиофосфаты. Несульфидные минералы (апатит, флюорит, фосфаты природные и др.) обычно флотируются различными жирными кислотами и их солями (олеатом натрия, солями сульфокислот и др.). Перспективно применение алкилгидроксамовых кислот и их солей. При флотации природногидрофобных минералов (угля, самородной серы и др.) применяются малорастворимые в воде реагенты, которые закрепляются на частицах в виде капелек.

Регуляторы применяются для повышения избирательности закрепления собирателей на поверхности определённых минералов, увеличения прочности этого закрепления, снижения расхода собирателя и придания минерализованной пене оптимальной устойчивости. Когда регулятор действует непосредственно на поверхность минерала, способствуя лучшему закреплению на нём собирателя и активируя флотацию, он называется активатором. Например, добавление сульфида натрия сульфидизирует поверхность окисленных минералов цветных металлов и позволяет закрепиться на них молекулам ксантогената. Медный купорос оказывает активирующее действие на флотацию сфалерита. Регулятор, затрудняющий взаимодействие минерала с собирателем, называется подавителем или депрессором. Например, жидкое стекло предотвращает закрепление мыл на силикатных минералах, подавляя их флотацию; известь и цианиды подавляют флотацию пирита. Кроме активаторов и подавителей, имеются реагенты-регуляторы, придающие среде определенную щёлочность и кислотность (регуляторы среды). Регуляторы, разобщающие (пептизирующие) частицы микронных размеров (тонких шламов), например силикат натрия, уменьшая их отрицательное действие на флотацию, называются реагентами-пептизаторами и чаще всего являются неорганическими соединениями; реже используют органические регуляторы (карбоксилметилцеллюлоза и др.).

Пенообразователи (вспениватели) повышают устойчивость минерализованной пены, способствуют лучшему диспергированию воздуха в пульпе и образованию мельчайших пузырьков. Обычно это органические поверхностно-активные вещества, молекулы которых имеют полярную и неполярную группы и адсорбируются на поверхности раздела фаз газ – жидкость, понижая поверхностное натяжение. Полярные группы обращены в воду, в результате чего пузырьки воздуха окружаются устойчивыми гидратными оболочками, препятствующими их слиянию. В качестве пенообразователей применяются различные технические спирты и их смеси, пиридиновые основания. Некоторые собиратели (мыла, амины) обладают пенообразующим эффектом.

Действие Ф. р. зависит от природного состава поверхности минералов, щёлочности и кислотности среды, температуры пульпы (для жирных кислот и их солей) и др. факторов. Расход Ф. р. – от нескольких г до нескольких кг на 1 т флотируемого материала. При флотации применяют определённый ассортимент реагентов и порядок их подачи, что составляет основу флотационного режима. Обычно в пульпу добавляется регулятор (или регуляторы), затем – собиратель и впоследствии – пенообразователь. Выдерживается оптимальное время контакта пульпы с каждым реагентом. Во многих случаях действие реагентов комплексное и приведённая их классификация несколько условна.

Читайте также: