Файл: Глембоцкий В.А. Флотация учебник.pdf

УДК 622.765(075.8):622.3

Глембоцкий В. А., Клаесен В. И. Флотация. М., «Недра», 1973. 384 с.

В книге изложены теоретические основы флотационного про­ цесса обогащения полезных ископаемых на основе современного состояния физической химии, физики твердого тела и других научных дисциплин. Рассмотрены технология флотации, конструк­ ции флотационных машин, применяемых в промышленности, и вспомогательное оборудование.

Освещена практика флотации полезных ископаемых. Техноло­ гия и практика флотации иллюстрированы примерами передовых отечественных и зарубежных обогатительных фабрик.

Книга написана в соответствии с программой курса «Флотация» и предназначена для студентов обогатительной специальности гор­ ных и горно-металлургических вузов. Она может быть полезна инженерно-техническим работникам научно-исследовательских институтов и обогатительных фабрик.

Таблиц 39, иллюстраций 127. Список литературы — 256 назв.

Гос. пуб~ч'>"?я

н а у ч н о - ' • • > ; I -

ЧИТАЛЬНОГО З А Л А

© Издательство «Недра» 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник «Флотация» значительно переработан и дополнен по сравнению с учебным пособием, изданным в 1961 г.

Учитывая наличие к настоящему времени значительного коли­ чества выпущенных монографий, где подробно изложены основные вопросы теории флотации и особенно практики флотационного обога­ щения многих, наиболее важных полезных ископаемых, в учебник вошли лишь наиболее важные теоретические положения и практиче­ ские данные, характеризующие современный флотационный процесс.

Флотация все в большей степени становится ведущим и уни­ версальным методом обогащения большинства полезных ископаемых, поэтому учебный курс «Флотация» является важнейшим профилиру­ ющим курсом для обогатительной специальности горных и горно­ металлургических вузов.

В книге авторы учитывали, что перед изучением курса флотации студенты уже знакомы с общим курсом обогащения и основными положениями физической химии и минералогии, и не освещали целый ряд элементарных положений.

При подготовке книги авторы стремились не только изложить современное состояние флотационной науки и техники, но и показать наиболее перспективные направления их развития.

За последнее десятилетие вклад советских ученых, инженернотехнических работников научно-исследовательских, проектных институтов и горно-обогатительных предприятий в развитие и совер­ шенствование флотационной науки и техники весьма значителен

имногообразен. Естественно, что в связи с этим труды наших ученых

ипримеры, иллюстрирующие отечественную практику флотацион­ ного обогащения, заняли в книге важное место.

1*

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Г л а в а I

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ФЛОТАЦИОННОМ ПРОЦЕССЕ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Флотация является методом разделения компонентов твердой фазы (или выделения твердых частиц из жидкости, в которой они взвешены), представленных относительно мелкими частицами, взве­ шенными в жидкости, с использованием для этой цели пузырьков газа и избирательной способности частиц прилипать к ним. Частицы одного компонента, которые вследствие их плохой смачиваемости жидкостью прилипают к газовым пузырькам, выносятся ими на по­ верхность жидкости, где образуется слой пены. Частицы же другого компонента, хорошо смачиваемые жидкостью, не прилипают к газо­ вым пузырькам и остаются в жидкости во взвешенном состоянии.

Кроме применения флотации как наиболее известного метода обогащения полезных ископаемых ее используют в гидрометаллур­ гии, пирометаллургии, химической промышленности, промышлен­ ности строительных материалов, геологии, медицине, биологии, сель­ ском хозяйстве и других областях. Флотацию широко применяют при: разделении хлористого аммония и бикарбоната натрия в произ­ водстве соды; отделении криолита от частиц угля и алюминия; очи­ стке воды и воздуха от бактерий и твердых частиц; выделении кау­ чука из растительных продуктов; разделении различных видов бактерий друг от друга (например, желудочных бактерий и палочек Коха); очистке виноградного сока и растворов свекловичного и тро­ стникового сахара от твердых примесей; разделении друг от друга проросших и непроросщих семян, а также семян одних растений от семян других растений.

В последнее время возникли и развиваются две новые разновид­

соединений, которые способны закрепляться на поверхности воздуш­ ных пузырьков и одновременно химически связывать ионы извлека-

4

емого компонента, присутствующие в растворе. Всплывая на по­ верхность жидкости, пузырьки концентрируют в пенном слое ионы, извлекаемые из раствора, в форме их соединения с поверхностноактивным веществом.

Электрофлотация [149] основана на использовании для флотации в качестве газовых пузырьков водорода и кислорода, образующихся при электролизе воды. Пузырьки этих газов могут использоваться как совместно, так и раздельно, с учетом специфических физикохимических особенностей каждого из газов. Преимуществом электро­ флотации является получение весьма малых газовых пузырьков, размер которых может легко регулироваться силой тока при электро­ лизе. Все это имеет важное значение при флотации мелких или весьма мелких частиц.

Современный флотационный процесс, основанный на использо­ вании физико-химических и физических явлений, регулируемый воздействием многих факторов, является одним из наиболее выда­ ющихся научно-технических достижений нашего времени.

В основе флотации как метода обогащения полезных ископаемых лежит использование различий в физико-химических свойствах поверхности частиц разделяемых минералов^ наиболее существен­ ными из которых являются их смачиваемость водой (гидратируемость) и способность к взаимодействию с реагентами и газами. Эти различия приводят к тому, что частицы одних минералов, сталки­ ваясь с воздушными пузырьками, прилипают к ним, в то время как при флотации других минералов прилипания не происходит.

Процесс флотации осуществляется в перемешиваемой водной

минералов, плохо смачивающиеся водой (гидрофобные), при сопри­ косновении с воздушными пузырьками прилипают к ним и всплы­ вают на поверхность флотационной пульпы. Здесь образуется слой минерализованной (флотационной) пены, которая самотеком или принудительно, обычно с помощью специальных гребков выделяется

полезный минерал (или группу полезных минералов) и пенный про­

Успех флотации во многом зависит от того, насколько отли­ чаются по своей смачиваемости (гидрофобности) минералы, подлежа­ щие разделению. Практически во всех случаях природные различия

•5

в смачиваемости у разделяемых минералов оказываются недостаточ­ ными для эффективного разделения и их усиливают применением специальных флотационных реагентов.

Ни один из существующих методов обогащения полезных ископа­ емых не может конкурировать с флотацией, как наиболее универсаль­ ным и совершенным способом обогащения. В то время как плотность, магнитная -проницаемость, электропроводность и другие свойства, лежащие соответственно в основе гравитационного, магнитного или электрического методов обогащения, практически не поддаются изменению без глубокого, объемного нарушения состава и природы минерала, различия в поверхностных свойствах могут быть усилены с помощью флотационных реагентов, которые воздействуют лишь на поверхность минерала, не затрагивая его объемных свойств. Действие самих реагентов поддается регулированию. Эти обсто­ ятельства наряду с возможностью обогащения тонковкрапленных руд, требующих весьма тонкого помола, быстро выдвинули флотацию на передовые рубежи обогатительной техники и сделали ее ведущим методом обогащения, особенно важным для руд цветных и редких металлов.

при переработке минерального сырья; число их непрерывно воз­ растает.

Свинец, цинк, медь, олово, никель, кобальт, золото и алмазы; сера, мышьяк, сурьма и барит; литий и бериллий; вольфрам, молиб­ ден и германий; железо, хром и титан; уголь, графит, фосфориты и апатит; растворимые соли, слюда, полевые шпаты, флюорит; мине­ ралы урана, тантала, ниобия и циркония и многие другие, необхо­ димые для современной техники полезные компоненты, извлекаются из минерального сырья методом флотации.

Современный флотационный процесс, существующий в развитой форме всего 30—40 лет, возник не сразу и прошел большой и слож­ ный путь в своем развитии. Многое из того, что относится к ранним

обходимо ознакомиться с основными историческими данными, характеризующими возникновение и развитие флотационного про­ цесса.

Официальной датой возникновения флотации как метода обога­ щения полезных ископаемых следует считать 23 августа I860 г. т. е. день выдачи патента; патент был выдан В. Хайнсу в Англии. Патент назывался «Метод концентрации металлов из руд и пород». С применением процесса, который позднее получил название масля­ ной флотации, В. Хайнс отделял главным образом сульфидные мине-

6

ралы от пустой породы, используя в качестве «агента» масла и нера­ створимые в воде битуминозные вещества. Реагент, состоящий из подобных веществ, смешивался в определенной пропорции с мелкоизмельченной рудой в специальном смесительном аппарате, после чего вся смесь промывалась водой. Выделенные из руды омасленные ценные минералы отделялись от масла, промывались в щелочном растворе. Основным принципом масляной флотации., который впо­ следствии использовался в различных модификациях другими авто­ рами, являлось избирательное смачивание маслом сульфидных минералов, которые вместе с маслом образовывали гранулы, всплы­ вающие на поверхность воды. Частицы минералов пустой породы, хорошо смачиваемые водой и практически несмачиваемые маслом, оставались при этом в объеме воды.

Патент Хайнса не получил практического использования вслед­ ствие высокого расхода масла. Но он является, по-видимому, первой работой, положившей начало возникновению флотационного метода обогащения полезных ископаемых и вызвавшей многочисленные попытки развития процесса с применением приемов, сокращающих расход масла до практически приемлемых величин.

В патенте, выданном в Германии (1877 г.) братьям Бессель, содержались уже некоторые признаки современного пеннофлотационного процесса. Метод братьев Бессель предназначался главным образом для извлечения из руд графита. Согласно патенту, измель­ ченная руда смешивалась с маслами, жирами или углеводородами, взбалтывалась с водой и нагревалась до кипения. Выделяющиеся при этом пузырьки водяного пара поднимали на поверхность пульпы омасленные частицы графита, образующие слой минерализованной пены. Пустая порода оставалась на дне сосуда, или — в объеме пульпы. Для усиления ценообразования рекомендовалось добавлять различные реагенты, например сивушное масло. Последнее, как известно, содержит в своем составе ряд спиртов, а они являются эффективными пенообразователями. Современный пенно флотацион­ ный процесс также не может быть осуществлен без применения реагентов пенообразователей.

Другим важным моментом в работе братьев Бессель явилось хотя и робкое, но явное использование при флотации пузырьков газа, облегчающее всплывание флотируемых частиц минерала на поверх­ ность пульпы. Без применения газовых пузырьков также не может быть осуществлена современная пенная флотация. Расход минераль­ ного масла при этом составлял от 1 до 10% к весу руды.

В России в 1904 г. в гор. Мариуполе (ныне г. Жданов, УССР) действовала графитовая обогатительная фабрика. Процесс обогаще­ ния состоял из кипячения графитсодержащей пульпы. Для облегче­ ния прилипания частиц графита к газовым пузырькам применялся керосин.

7