ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.07.2024
Просмотров: 154
Скачиваний: 0
щейия различных руд и материалов. Благодаря ре агентной обработке материалов возможно изменение не только величины их поверхностного заряда, но и знака последнего, что особенно важно при электро сепарации материалов с одинаковыми или близкими физическими свойствами. Подготовка поверхности материалов с помощью реагентов может произво диться как в воздушной, так и в водной среде. В воз душной среде подготовка может производиться сме шиванием подогретого материала с твердым реаген том и его испарением, как это имеет место при элек тросепарации калийных и фосфоритных руд, кварца и полевого шпата и др. Подготовка в водной среде может производиться при подаче реагента в пульпу; твердая фаза затем должна быть обезвожена и вы сушена перед сепарацией.
Технология процесса реагентной обработки мате риалов заключается не только в искусственном соз дании большей разницы в гидрофобности и гидро фильное™ поверхности разделяемых материалов, от которой зависит степень электризации частиц (элек тролитический механизм заряжания), но и в измене нии зарядового состояния поверхности частиц в ре зультате адсорбции различных веществ на поверх ности или химическогоизменения поверхностного слоя. Благодаря этому происходят электронные из менения энергетического состояния поверхностного слоя кристаллической решетки минералов.
В связи с развитием в последние годы физики поверхности полупроводников (основные материалы, применяемые при электросепарации) исследователи располагают значительными теоретическими и экспе риментальными данными, касающимися изменения электрических свойств частиц материалов с помощью внешних химических или физических воздействий.
Полупроводниковые минералы занимают проме жуточное положение между металлами и диэлектри ками и охватывают большой класс природных хими ческих соединений. К ним относятся сульфиды, окис лы поливалентных металлов, многие соли и т. п. Объ емная электропроводность их колеблется от ІО2 до ІО-7 ом-1 - см-1.
Адсорбционное или химическое изменение поверх-
92
іюстных свойств частиц сепарируемых материалов влияет на их общую электропроводность и величину поверхностного заряда, так как изменяются концент рации носителей электрического заряда.
Установление существования поверхностных элек тронных состояний и разработка их теории являются принципиально важным моментом для оценки общих электрических свойств частиц минералов. Очевидно, что поверхностные состояния принимают непосред ственное участие во всех поверхностных явлениях па границе раздела твердой и газообразной фаз. Лю бое внешнее воздействие — химическое или физиче ское — будет нарушать состояние электронов в по верхностных уровнях кристалла и тем самым изме нять электропроводность и поверхностный заряд частиц минералов.
При адсорбции различных веществ и химическом изменении поверхностного слоя происходят электрон ные переходы через границу раздела фаз и наблюда ется резкое изменение концентрации свободных носи телей электрического заряда в поверхностном слое кристаллической решетки. Ф. Ф. Волькенштейн (49] рассматривает два рода элементарных электронных переходов на поверхности кристалла. Переходы пер вого рода не требуют энергии активации, связанной
спреодолением потенциального барьера электроном,
имолекула, адсорбированная на центре адсорбции, образует нейтральное состояние поверхности. Пере ходы второго рода требуют некоторой энергии акти вации в связи с созданием хемосорбционной связи. При этом связеобразующий электрон локализован вблизи адсорбционного центра, и его движение опи сывается затухающей волновой функцией с максиму мом в зоне центра адсорбции. Такие переходы вызы вают изменение заряда частицы или, точнее, изме нение работы выхода электрона с поверхности мине
рала.
Для описания процесса адсорбционно-химическо го изменения поверхностных свойств кристалла Ф. Ф. Волькенштейн предлагает рассматривать кри сталл и хемосорбированные молекулы как единую квантовомеханическую систему. При этом хемосор бированные молекулы играют роль примеси на по-
93
Верхі-іостН іі вызывают образование поверхностный локальных уровней донорного или электронного ти па в зависимости от природы адсорбированных мо лекул. Заполнение этих поверхностных уровней элек тронами вызывает возникновение заряда на поверх ности кристалла и устанавливает принципиальную взаимосвязь между зарядом поверхности и положе нием уровня Ферми при хемосорбции.
В работе И. Н. Плаксина и Р. Ш. Шафеева [72] показано поведение частиц пирита с различными по верхностными свойствами при электростатическом разделении. Для экспериментов был взят пирит, об ладающий электронной проводимостью и имеющий следующий вещественный состав: Fe 45,44%; S 10,29%; Cu 0,91 %; As 0,03%. Минерал представлял собой крупнокристаллические образцы без заметных следов окисления и имел хорошую спайность. Для опы тов отбирались наиболее чистые кристаллы. Об разцы пирита измельчались в фарфоровой ступке и узко классифицировались до —100 +150 мкм. Электропроводность кристаллов пирита составляла
5,4-10-2 ом-1 - см-1.
Коэффициент термоэлектродвижущей силы исход ной пробы частиц составлял 227 мкв/градус и харак теризовал электронный тип проводимости. В опытах сопоставлялись две навески. Одна навеска частиц ми нералов не подвергалась поверхностной обработке, а другая обрабатывалась при перемешивании в тече ние 10 мин в 30%-ном растворе перекиси водорода. Заметного изменения поверхности частиц минералов при исследовании под бинокулярным микроскопом МБС-1 не было обнаружено. Однако знак и величина термоэлектродвижущей силы изменились. Частицы пирита приобретали дырочную проводимость с коэф фициентом термоэлектрического потенциала 94,5 мкв/ /градус.
Эти навески смешивались и пропускались в неод нородном электростатическом поле на лабораторном трибоэлектрическом сепараторе. Лабораторный сепа ратор представлял собой латунный ролик диаметром 150 мм и шириной 90 мм. Сверху на ролике закреп лен бандаж из литого полистирола. Для электриза ции поверхности полистиролового бандажа использо-
94
вилась вращающаяся суконная щетка; скорость вра щения ее регулировалась в широких пределах. При этом изменялась напряженность электростатического поля, а неоднородность поля создавалась заземлен ным электродом. Разделяемые частицы подавались сверху вибрационным лотком (частота вибрации 50 гц). Снизу был установлен приемник с 10-ю отде лениями.
Врезультате этих опытов показано, что коэффи циенты термоэлектродвижущёй силы разных проб различны, различен также характер проводимости частиц исходной смеси.
Водних приемниках оказались частицы, обладаю
щие преимущественно электронным типом проводимо сти (общий коэффициент термоэлектродвижущей си
лы 1 1 1 |
мкв/градус), в других — пирит с преимуще |
ственно |
дырочной проводимостью (общий коэффи |
циент термоэлектродвижущей силы 100 мкв/градус). Коэффициент термоэлектродвижущей силы опре делялся на специальной установке, состоящей из на греваемого щупа (из хромированной латуни) и вра щающегося массивного алюминиевого столика, в цент ре которого установлена измерительная ячейка из хромированной латуни. Температуру щупа можно было регулировать в пределах 50—400° С. Вращение столика (2 об/мин) позволяло получать средние зна
чения термоэлектрического потенциала.
Опытами установлено, что наличие поверхностного р-перехода на пирите позволяет эффективно разде лять обработанные Н2О2 частицы от необработанных, т. е. позволяет исследовать влияние электронно-ды рочного перехода с поверхностным запорным слоем на поведение частиц в электростатическом поле, что подтверждает основные положения о влиянии полу проводникового строения поверхностного слоя частиц минералов в процессах электростатического разде ления.
Поведение диэлектриков при реагентной обработ ке носит несколько иной характер. Поверхностная электропроводность диэлектриков в большой степени зависит от адсорбции на них влаги из воздуха. На поверхности гидрофильных диэлектриков влага ад сорбируется интенсивно, резко повышая их поверх-
95
постную электропроводность, а На поверхности гидро фобных диэлектриков опа адсорбируется незначи тельно, вследствие чего их электропроводность почти не меняется. Так, если у гидрофобного парафина электрическое сопротивление при относительной
влажности воздуха 0 и 70% одинаково |
( ~ 1 0 16 ом), |
||||
то у |
гидрофильного |
мрамора |
оно |
снижается с |
|
10м (ІО15) до ІО9 (ІО10) |
ом [48]. |
|
|
металлов |
|
На |
поверхностную |
электропроводность |
|||
влажность окружающей среды не влияет. |
минера |
||||
Для |
поверхностной |
обработки |
отдельных |
лов и их смесей перед электросепарацней рекоменду ются следующие реагенты:
Кварц |
|
Крезол 0,25 кг/т, олеат |
|||||
|
|
натрия 0,4 кг/т, олеиновая |
|||||
|
|
кислота 0,4 кг/т, медный ку |
|||||
|
|
порос 0,25 |
кг/т, крезиловый |
||||
|
|
дитиофосфат |
0,4 кг/т, хло |
||||
|
|
ристый натрии 1 кг/т, катион |
|||||
Полевой ш п а т ............... |
ный реагент ИМ-11 |
|
|||||
ИМ-11, пальмитиновая кис |
|||||||
Бариг .............................. |
лота, |
бензойная кислота |
|||||
Олеиновая кислота |
приме |
||||||
Кварц + |
касситерит . . . |
Один из реагентов, |
|||||
Кварц + |
вольфрамит . . |
няемых для кварца |
|
||||
То же |
|
|
|
||||
Кварц + |
сульфиды . . . |
» |
» |
|
|
|
|
Полевой шпат -j- кассите |
ИМ-11 |
|
|
|
|||
рит .............................. |
|
|
|
||||
Полевой |
шпат + сульфи |
ИМ-11 |
|
|
|
||
ды ............................... |
|
|
|
||||
Барит + |
касситерит . . . |
Олеиновая кислота |
|
||||
Барит + |
вольфрамит . . |
|
» |
|
» |
|
|
Барит -j- сульфиды . . . |
|
» |
|
» |
|
||
Барит + |
полевой шпат |
ИМ-11 |
|
|
кг/т |
||
Барит + |
к в а р ц ............... |
Олеат натрия 0,4 |
|||||
Шеелит + кварц . . . . |
Хлористый натрий 1 кг/т, |
||||||
Касситерит + шеелит . . |
крезол 0,25 кг/т |
олеино |
|||||
Крезол 0,25 кг/т, |
|||||||
Касситерит -р силикаты |
вая кислота 0,4 кг/т |
|
|||||
Крезол 0,25 кг/т, олеат |
|||||||
Шеелит + минералы пус |
натрия 0,4 |
кг/т |
|
||||
Хлористый |
натрий |
1 кг/т, |
|||||
тых пород ................... |
|||||||
|
|
жидкое стекло, соляная, сер |
|||||
Пирохлор . |
ная и другие кислоты |
||||||
Олеат |
натрия, |
ИМ-11, |
|||||
|
|
смесь алифатических |
аминов |
||||
|
|
Cj.8 — С05, серная кислота |
9Ö
Апатит........................... |
Фтористоводородная |
кис |
Цирком + апатит . . . . |
лота |
кис |
Фтористоводородная |
||
|
лота 5—10%-иая |
|
Органические гетерополярные вещества, адсорби руясь или химически закрепляясь на поверхности минерала, придают ей гндрофобность, снижают адге зию к воде, уменьшают количество адсорбированной влаги и резко понижают электропроводность мине рала.
Неорганические реагенты могут химически воздей ствовать с поверхностью минералов, образуя на ней пленку нового соединения, уменьшая или увеличивая поверхностную электропроводность частиц мине ралов.
Без присутствия паров воды адсорбированные на поверхности минералов молекулы кислот или щело чей не изменяют поверхностную электропроводность вследствие крайне малой подвижности ионов реаген тов вдоль сухой поверхности. Установлено, что при незначительной пленке паров воды (два монослоя мо лекул воды) и давлении паров воды, равном поло вине давления насыщения, поверхностная электропро водность быстро растет.
Обработка минерала производится механическим перемешиванием с реагентом, последующей отмывкой
избытка |
реагента |
и просушиванием минерала при |
110° С. |
Для смеси |
минералов пирохлора, циркона, |
апатита наиболее эффективными являются олеат нат рия и катионные реагенты, содержащие в молекуле более 14 атомов углерода. Разделение улучшается, если катионные реагенты применять вместе с кисло тами серной, уксусной, щавелевой.
При обработке минералов собирателями анионно го типа положительный эффект достигается при до бавке соды и жидкого стекла. Анионные реагенты яв ляются регуляторами, способствующими избиратель ному закреплению собирателей на поверхности ми нералов. Без гндрофобизаторов и при добавке только регуляторов разделение невозможно. Для тех лее ми нералов может быть применена обработка раствором фтористоводородной (30—50 г/л HF) и плавиковой
7—1563 |
97 |
кислот пли эквивалентным количеством фтористого натрия п серной кислоты. Затем минералы промы вают п высушивают.
Для увеличения гидрофплыюстп поверхности ми нералов, обработанных неорганическими реагентами, электрическую сепарацию следует проводить при бо лее высокой влажности воздуха п низкой температу ре. Реагентная обработка фосфоритных, калийных, барито-кварцевых, кварц-полевошпатовых и других руд [48, 50] поверхностно-активными веществами пе ред нагреванием и электризацией позволила резко улучшить селективность процесса сепарации.
Нами исследовано влияние бензойной и салицило вой кислот на поверхностную электропроводность ба рита, кварца, полевого шпата, касснтеритовой и халькопирнтовой руд различной крупности (—40, 63—100 и 200—315 мкм). Измерение величины заря дов порошков осуществлялось ламповым ■электро вольтметром В2-5. Сила адгезии определялась по выходу удерживаемой фракции на поверхности бара бана трибоадгезнонного сепаратора. Знак заряда не учитывался, так как при трибосепарации он не влия ет на силу адгезии порошков. Продукты сепарации характеризовались выходом заданной фракции и до пустимым содержанием в ней классов, которые тре буется отделить в процессе сепарации. Лучшие по казатели были получены при реагентной подготовке материалов парами бензойной кислоты. Величина за ряда увеличивалась в 2—3 ртза по сравнению с за
рядами необработанных поверхностей. Заряд |
клас |
са —40 мкм во всех случаях (кроме барита) |
был |
выше, чем у более крупных классов, что способство вало увеличению адгезии тонких частиц к поверхно сти барабана сепаратора и их выхода. Засорение мелкой фракции более крупными частицами не пре вышало допустимого.
Прн сравнении результатов трибоадгезионной се парации материалов, подготовленных с помощью ре агентной обработки и нагрева с последующим ох лаждением, установлено, что во втором случае показатели выше. Термическая подготовка сепари руемых материалов к электризации более простая и дешевая, чем обработка реагентами. Следует также
98