Файл: Глембоцкий В.А. Флотация учебник.pdf

Это объясняется тем, что тончайшие частицы, налипая на поверх­ ность пузырьков, уменьшают ее гидратированность. Кроме того, будучи очень небольшими, эти частицы не могут препятствовать механическим путем утончению прослоек до критических размеров.

В результате устойчивость прослоек воды понижается и пена легче разрушается.

§ 4. Влияние реагентов на устойчивость флотационной пены

Реагенты влияют на устойчивость флотационной пены, изменяя:

по поверхности пузырьков пены в более простом случае достигается применением одного реагента-пенообразователя и оптимизацией его концентрации (расхода).

Все реагенты-стабилизаторы водных прослоек, по П. А. Ребиндеру, можно разделить на три основные группы:

1)растворимые в воде вещества, образующие истинные (молеку- лярно-дисперсные) растворы. К этим реагентам относятся низшие спирты, скипидары и т. д.;

2)поверхностно-активные вещества, образующие в воде коллоид­ ные или полуколлоидные растворы. Концентрируясь в адсорбцион­ ном слое, эти вещества образуют твердообразные структуры-студни (сапонин и т. п.);

3)аполярные вещества, практически не растворимые в воде (керосин и т. п.).

Все эти реагенты повышают устойчивость пен, однако в избыточ­

ных количествах они действуют различно. Если реагенты второй группы даже при больших расходах оказывают стабилизирующее действие на пену, то реагенты первой группы при больших расходах резко уменьшают устойчивость пены. Такое понижение устойчивости пены реагентами первой группы объясняется тем, что избыточная концентрация гетерополярных молекул уже не повышает, а, наобо­ рот, снижает гидратированность поверхности пузырьков. В этом случае образуется второй адсорбционный слой молекул вспенивателей, полярные группы которых сцепляются с полярными группами первого слоя молекул, а гидрофобные радикалы обращены в воду.

Если к пене, образованной реагентами-пенообразователями пер­ вой группы, добавить реагент третьей группы (например, керосин), то устойчивость пены значительно снизится. Керосин при достаточно больших расходах полностью уничтожает пену, полученную при помощи реагентов первой группы. Такое действие нерастворимых реагентов-масел объясняется тем, что они, адсорбируясь на внутрен­ ней поверхности пузырьков, образуют на ней слой и как бы вытес­ няют из него гетерополярные молекулы пенообразователя внутрь водной прослойки.

Действие реагентов на устойчивость флотационной пены во мно­ гом зависит от того, как они изменяют прочность прикрепления минеральных частиц к пузырькам. Реагенты, увеличивающие эту прочность, тем самым повышают устойчивость пены. Реагентыподавители, снижающие прочность прилипания сфлотированных зерен к пузырькам, способствуют удалению этих зерен из пены и тем самым уменьшению ее устойчивости.

§ 5. Вторичное обогащение концентратов в пенном слое

Содержание флотируемого минерала по высоте пенного слоя обычно изменяется весьма значительно. При хорошо отрегулиро­ ванном процессе верхние слои пены содержат меньшее количество частиц пустой породы, чем ниж­

ние (рис. 66).

Причиной этого является вы­ падение частиц пустой породы из пены. Менее прочно прикреплен­ ные к пузырькам (или находя­

щиеся внутри водных прослоек, Нижняя границаразделяющих пузырьки) частицы пенного слая пустой породы увлекаются вниз

стекающими потоками воды и вы­ водятся из пены. Таким образом

верхние слои пенного слоя содер­ Содержание флотируемогожанаиболеминера/iaчистый концентрат.

Опыты показывают, что если сни­ мать только верхнюю часть пены, то содержание флотируемого ма­ териала в концентрате будет мак­ симальным.

Однако на практике вторичное обогащение концентрата в пенном слое бывает большим не всегда. Часто в средней зоне пенного слоя концентрируются зерна пустой породы или вторичное обога­ щение концентрата в пене бывает очень небольшим. Для улучшения вторичной концентрации требуется создание следующих специаль­ ных условий:

1. Необходимо поддерживать оптимальную толщину пенного

ные условия для увеличения скорости нисходящего движения частиц пустой породы в пене. Для этого придают пене некоторую эластичность, с тем чтобы между пузырьками свободно проходили частицы пустой породы, т. е. чтобы в местах сопряжения пузырьков оставались свободные каналы для стекания воды с частицами пустой породы. Кроме того, необходимо строгой регулировкой реагентного режима добиться менее прочного прилипания частиц пустой породы к пузырькам пены, т. е. максимальной гидрофилизации их поверх­ ности.

210

Нисходящее движение в пене частиц пустой породы можно уси­ лить равномерным, осторожным орошением поверхности пены водой, благодаря чему увеличивается количество воды, стекающей между пузырьками пены [107]. Особенно эффективен этот прием тогда, когда к воде, используемой для орошения, добавляется реагентподавитель, облегчающий отделение от пузырьков пены прилип­ ших к ним частиц пустой породы. Однако в практике флотации ороше­ ние пены пока применяют редко.

Для получения более богатого концентрата (например, в перечистных операциях флотации) часто при помощи пеносъемника сни­ мают верхние слои пены. При этом получаются богатые хвосты. В тех операциях флотации, из которых выходят отвальные хвосты (последние камеры машин основной или контрольной флотации}, стремятся снять всю пену, в том числе и нижние ее слои с концентри­ рующимися в них крупными зернами полезного минерала. В этом

После удаления из флотационной камеры пена должна быть раз­ рушена.

Однако не всегда удается подобрать такой реагентный режим, который обеспечивал бы одновременно высокую эффективность фло­ тации и получение легкоразрушающейся пены. Устойчивость пены чрезмерно возрастает благодаря присутствию в пульпе тонких шламов. Поэтому часто прибегают к специальным механическим и физико-химическим приемам разрушения пены в желобах флотацион­ ных машин.

Основным механическим приемом разрушения пены является применение сильной струи воды. При этом во избежание чрезмер­ ного обводнения пенных продуктов расход воды должен быть мини­ мальным. На некоторых обогатительных фабриках применяют не­ сложные механические приспособления, при помощи которых непре­ рывно изменяется направление струи воды, рассекающей пену в раз­ ных направлениях. Желоба, в которые поступает пена, должны быть достаточно широкими и глубокими. Иногда пену пропускают через сгустительные воронки или через сетчатые центрифуги.

В последнее время обнадеживающие результаты получены при воздействии на пену ультразвуковых и звуковых колебаний.

Физико-химические способы разрушения пен заключаются в добавлении к ним различных реагентов (кислоты, пенообразователей первой группы и др.)

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Г л а в а I

ФЛОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ

Аппараты, в которых осуществляется флотация, называются флотационными машинами. Они призваны аэрировать пульпу, обеспечивать избирательную минерализацию пузырьков частицами с более гидрофобной поверхностью, выстаивание и удаление минера­ лизованной пены.

§ 1. Процессы аэрации пульпы во флотационных машинах

Процесс аэрации пульпы состоит из отдельных стадий: разделения вводимого во флотационную машину воздуха на пузырьки, коалесценции части этих пузырьков, движения пузырьков в пульпе.

Воздух, вводимый тем или иным способом в пульпу, дробится на пузырьки различными способами: механическим воздействием пульпы на струю воздуха, пропусканием струи воздуха сквозь мелкие отверстия, а также выделением из пульпы растворенных

вней газов.

Впрактике чаще используется образование пузырьков механи­ ческим воздействием среды, при этом всегда имеет место определен­ ное выделение воздуха из раствора. Пропускание воздуха сквозь поры применяется в последнее время чаще в связи с появлением новых конструкций машин (колонной, пенной сепарации).

Струя воздуха, перемещаясь в воде, вызывает значительное вих­ ревое движение. Под действием водяных вихрей струя воздуха неиз­ бежно распадается на отдельные пузырьки. Сплошная струя воз­ духа может устойчиво существовать в воде только на весьма огра­ ниченном расстоянии.

Распадение струи воздуха на отдельные пузырьки происходит тем скорее и размеры получаемых при этом пузырьков тем меньше, чем больше разность скоростей относительного перемещения воз­ духа и воды, а также чем меньше поверхностное натяжение на гра­ нице их раздела [102].

212

В последнее время привлекла внимание возможность использо­ вания для диспергирования воздуха мелкомасштабных пульсаций, происходящих в пристенном слое жидкости. Такая турбулизация потока зависит от его скорости и от смачиваемости твердой поверх­ ности: чем она гидрофобнее, тем при меньших скоростях возникает турбулизация поверхностного слоя жидкости.

Для практического осуществления этого принципа сконструиро­ ван аэратор, представляющий собой вращающийся полый усечен­ ный конус, расположенный основанием вверх. Внутрь конуса воз­ духодувкой подается воздух, который перемещается вверх по наруж­ ной поверхности конуса и диспергируется в слое воды, граничащем с его поверхностью. Первые промышленные испытания этого аэра­ тора дали весьма положительные результаты [139].

Относительно крупные пузырьки обычно неустойчивы. Они

к захвату вихрями небольших объемов воздуха, т. е. к образованию мелких его пузырьков. Это явление наиболее ярко выражено в кор­

на множество мельчайших пузырьков. Это будет происходить только в случае, когда общая поверхность полученных мелких пузырьков будет меньше поверхности начального сильно деформированного пузырька.

Чем мельче пузырьки, тем труднее они деформируются и дро­ бятся. Поэтому для получения пузырьков определенных размеров, пригодных для флотации, пульпу надо энергично перемешивать с созданием в ней множества мелких вихревых потоков. Для полу­ чения мелких пузырьков необходимо также хотя бы немного пони­ зить поверхностное натяжение воды, что достигается при флотации добавлением реагентов-пенообразователей.

Таким образом, получение мелких пузырьков воздуха механиче­ ским воздействием пульпы на более крупные пузырьки осущест­ вляется после деформации последних вихревыми потоками пульпы. Этот процесс усиливается при добавлении реагентов-пенообразова­ телей.

Выделение газов из раствора усиливается насыщением газами пульп при перемешивании с воздухом в шаровых мельницах, при перекачке насосами и перемешивании в контактных чанах. Допол­ нительно воздух растворяется в пульпе уже во флотационных маши­ нах, где под механическим воздействием среды создается масса воз­ душных пузырьков. Большая суммарная поверхность пузырьков делает растворение воздуха в этом случае весьма существенным. Повышение давления в пульпе также приводит к увеличению рас­ творимости газов воздуха.

Воздух выделяется из раствора вследствие понижения давления в пульпе, главными причинами которого являются [102]:

213

В машинах специальных конструкций, в которых флотация осуще­ ствляется только воздухом, выделяющимся из раствора, понижение давления достигается созданием вакуума над поверхностью пульпы. Соотношение отдельных причин выделения воздуха из раствора зави­ сит от конструктивных особенностей машины.

Во всех случаях образование пузырьков вследствие выделения воздуха из раствора значительно улучшается при добавлении реа­ гентов-пенообразователей.

Пузырьки выделяются из раствора на поверхности более гидро­ фобных минеральных частиц, на поверхности стенок и деталей фло­ тационных машин. Таким образом, большинство пузырьков, выде­ лившихся из раствора, имеют на своей поверхности прилипшие достаточно гидрофобные минеральные частички. Однако к получен­ ным таким путем пузырькам прилипают и другие гидрофобные частицы, сталкивающиеся с ними, увеличивая тем самым минераль­ ную нагрузку пузырьков.

Таким образом, аэрация пульпы вследствие выделения газов из раствора усиливается при увеличении интенсивности перемешивания пульпы, вертикальной ее циркуляции и при добавлении реагентовпенообразователей.

Пропуская воздух сквозь мелкие отверстия в каких-либо перегородках (из тканей, перфорированной резины и т. п.) можно подобрать условия, позволяющие получить мелкие пузырьки. Для этого необходимы: оптимальная скорость истечения воздуха и доста­ точно большое расстояние между отверстиями.

Если скорость истечения воздуха через отверстия будет выше определенной критической величины, то над отверстиями образуется сплошной воздушный факел, который затем распадается на отдель­ ные пузырьки вследствие механического воздействия среды. При чрезмерном сближении отверстий выходящие из смежных отверстий пузырьки, соприкасаясь друг с другом, сливаются.

Зависимость размеров пузырьков от величины отверстия может быть определена из условия равновесия между подъемной силой пузырька и силой сопротивления его отрыву от аэратора [102].

Понижение поверхностного натяжения на разделе вода — воздух уменьшает размеры пузырьков, отрывающихся от аэраторов. При применении перегородок с массой отверстий разного размера доба­ вляют поверхностно-активные вещества, благодаря которым умень­ шается слияние пузырьков, а также воздух легче проходит через более мелкие поры, что в свою очередь уменьшает размеры пузырь­ ков. Поэтому добавление реагентов-пенообразователей приводит

214