Интенсификация первой стадии разделения минералов флотацией

Всесторонняя интенсификация первой стадии разделения минералов флотацией, т. е. начала процесса флотации — наиболее перспективное направление в развитии техники обогащения руд и наиболее важный теоретический вывод из научного анализа скоростных приемов флотации.

Как уже указывалось, чрезмерное увеличение расхода коллектора (ксантогената) резко снижает извлечение металлов в концентрат при флотации сульфидных руд вследствие резкого сокращения продолжительности первичной флотации благодаря увеличению скорости хемосорбции коллектора флотируемым минералом с увеличением исходной концентрации ксантогената.

Чтобы широко внедрить передовой опыт стахановцев-обогатителей Т. А. Рыбаковой и А. Г. Широкова, необходимо ограничить расход ксантогената, интенсифицировать первую стадию флотации, что позволяет одновременно повысить производительность по переработке руды.

Экспериментальные данные показывают, что коллекторные реакции не протекают мгновенно и время, необходимое для покрытия частиц флотируемого минерала химически фиксированным мономолекулярным слоем коллектора в условиях промышленной флотации, колеблется между 3 и 5 мин. (ближе к 3 мин.).

Данные, полученные в лабораторных и промышленных условиях при изучении кинетики флотации руд цветных металлов семи различных месторождений Урала, Алтая и Казахстана, подтверждают, что первая стадия флотации оканчивается в среднем через 3,6 мин. с момента ее начала, что характеризуется резким снижением извлечения во времени.

Замедление коллекторной реакции (процессов хемосорбции коллектора на минеральных частицах) в условиях флотации вызывается неоднородностью солевого состава жидкой фазы пульпы и вещественного состава твердой фазы. При ограниченном расходе взаимодействующего коллектора и вследствие различной растворимости ксантогенатов тяжелых металлов это приводит к поочередному осаждению растворимых солей тяжелых металлов и последовательной флотируемости минералов соответствующих металлов. Регулируя солевой состав жидкой фазы пульпы и поверхностный состав твердой, можно изменить скорость коллекторной реакции, замедляя или увеличивая ее и тем самым увеличивая или уменьшая продолжительность первой стадии флотации (в зависимости от количественного соотношения разделяемых минералов и условий флотации), чтобы всесторонне интенсифицировать начало процесса флотации.

Замедление хемосорбционных процессов на твердой поверхности сульфидного минерала вызывается невозможностью одновременного приближения к двум соседним точкам поверхности флотируемого минерала двух реагирующих анионов ксантогеновой кислоты с одноименными зарядами. Это приводит к выводу, что в течение первой (основной) стадии флотации хемосорбция не влияет на флотацию, так как хемосорбционные процессы завершаются не в начале, а в конце первой стадии флотации.

Растянутость фронта флотации на практике связана с несовершенством конструкций флотационных машин, схем, технологических режимов и прежде всего с недостаточной степенью диспергации воздуха в первой стадии флотации.

Промышленные испытания в начале процесса флотационных машин Пена-5, статорных машин института Механобр выявили возможность повысить извлечение металлов или увеличить производительность по руде притом же извлечении.

Продолжительность флотации и изыскание путей интенсификации работы флотационных машин, чтобы сократить общее время флотации до нескольких минут, имеют решающее значение для высокого извлечения металла в высококачественные концентраты.

Экспериментально установлено наличие в условиях флотации пульсирующего во времени процесса взаимодействия коллектора с твердой и газообразными фазами пульпы, с последовательно чередующимися процессами скопления (сгущения) анионов ксантогеновой кислоты вокруг флотируемых минеральных частиц и пузырьков воздуха. Это соответствует резкому уменьшению концентрации коллектора в жидкой фазе пульпы и последующему переходу анионов коллектора в жидкую фазу пульпы.

По-видимому, процесс сгущения анионов коллектора вокруг минеральных частиц соответствует процессу застройки анионами коллектора кристаллической решетки этих частиц.

Экспериментальные данные показывают, что с момента подачи раствора коллектора в процесс и растворения его молекул в жидкой фазе пульпы (скорость растворения, которого определяется скоростью диффузии и механического перемешивания) возникает и с огромной скоростью протекает процесс сгущения анионов коллектора около минеральных частиц или застройки анионами коллектора кристаллической решетки минеральных частиц. В этом случае, по нашему мнению, возникает процесс образования вокруг сульфидных частиц и пузырьков воздуха быстро сжимающихся концентрических поверхностей, сфер или уровней, ‘заполненных анионами коллектора (ксантогената), взаимодействующими с подготовленными для флотации минеральными частицами и пузырьками воздуха.

В результате сгущения ионов коллектора около минеральных частиц концентрация анионов коллектора в жидкой фазе пульпы резко убывает, а у поверхности частиц флотируемого минерала возрастает настолько, что на сульфидных частицах возникают и протекают химические реакции двойного обмена между ионизированными молекулами ксантогената и молекулами сульфидосолей, возникающими к этому времени на поверхности сульфидных частиц.

Продуктами этой реакции являются практически нерастворимые ксантогенаты соответствующих металлов или сульфидоксантаты тех же металлов, или те и другие одновременно.

В условиях флотации, протекающей в насыщенных растворах ксантогенатов флотируемых металлов, указанные соединения не переходят в раствор и, оставаясь на поверхности, резко изменяют поверхностные свойства флотируемого минерала, экранируют их и тем самым значительно ослабляют действие основных факторов флотации, вызвавших сгущение анионов коллектора и соответствующее их размещение вокруг сульфидных частиц флотируемого минерала.

По этой причине все (кроме первого слоя, закрепленного на поверхности минерала) слои анионов или молекул (в случае молекулярной флотации) коллектора, расположенные у поверхности частиц флотируемого минерала, теряют прежнюю связь с частицами минералов, отталкиваясь друг от друга вследствие одноименных зарядов, удаляются от поверхности и, растворяясь, переходят в жидкую фазу пульпы, повышая концентрацию коллектора в последней.

Поэтому во второй стадии процесса флотации, заметно повышается концентрация коллектора в жидкой фазе пульпы даже в случае отсутствия дополнительной подачи коллектора.

Повышение концентрации коллектора в жидкой фазе пульпы создает в первой стадии флотации условия возникновения и развития такой же стадии флотации следующего по порядку флотируемости минерала, что резко ухудшает селекцию.

Итак, для первого по порядку флотируемости минерала связь анионов коллектора друг с другом и с частицами сульфидных минералов и пузырьками воздуха, эффективно используемая в начале процесса для разделения минералов флотацией, к началу второй стадии флотации оказывается полностью разрушенной.

Анионы коллектора, перед этим связанны в единое целое, перестают быть внутренним связующим звеном между частицами флотируемых минералов и пузырьками воздуха, что резко снижает флотируемость первого минерала во второй стадии флотации.

Одновременно с возвращением в раствор наружных слоев анионов коллектора целиком возвращаются в раствор щелочные ионы, которые ранее были связаны с анионами ксантогеновой кислоты, закрепившимися теперь на поверхности флотируемых частиц.

Вместе с щелочными ионами с поверхности сульфидных частиц в жидкую фазу пульпы переходят ионы, которые ранее находились на поверхности сульфидных частиц, а теперь заменены или вытеснены с поверхности минерала в раствор анионами ксантогеновой кислоты. Количество ионов, переходящих при этом в водные растворы с поверхности сульфидных частиц, равно количеству поглощенных ионов ксантогената.

В этих условиях для первого минерала при наличии на наиболее активных участках его поверхности мономолекулярного слоя нерастворимого соединения (ксантогената соответствующего металла) возникает явление вторичной флотации, когда коллектором является вспениватель, а также имеются благоприятные условия повышения флотируемости и извлечения в первый концентрат диспергируемого полезного минерала, который не

обходимо было оставить в хвостах первого цикла флотации и извлечь во второй концентрат. Начиная с этого момента, частицы второго минерала в значительном, все возврастающем количестве переходят в концентрат, а флотируемость первого минерала в этот период резко снижается.

Здесь накладываются друг на друга результаты двух различных стадий флотации двух различных минералов: интенсивного ускоряющегося (по мере высвобождения от связи с первым минералом анионов коллектора) процесса первой стадии флотации второго минерала, начавшейся во второй стадии флотации первого минерала, что резке ухудшает результаты всего флотационного процесса в целом.

Резкое снижение концентрации ионов коллектора около поверхности частиц первого минерала во второй стадии его флотации вызывает частичную химическую десорбцию, т. е. приводит к возникновению процесса частичного разрушения коллекторного нерастворимого слоя, находящегося на первом минерале на участках с наименьшей прочностью связи.

В результате этого частично восстанавливается флотируемость первого минерала, так как вследствие освобождения части минеральной поверхности от нерастворимого коллекторного слоя начинается новый процесс сгущения ионов ксантогената около флотируемых частиц первого минерала.

Пульсирующий процесс рассматриваемого взаимодействия, как показывают результаты исследований, имеет явно затухающий характер с заметным увеличением концентраций коллектора в жидкой фазе пульпы с течением времени флотации.

Как уже отмечалось, вспениватель ускоряет процесс взаимодействия коллектора с минералом. Это связано с тем, что действию молекул и анионов коллектора в условиях флотации противодействуют межмолекулярные силы притяжения, уменьшение которых с понижением поверхностного натяжения снижает их тормозящее действие и увеличивает подвижность молекул и анионов коллектора в пульпе.

Из физической химии известно, что полному отсутствию поверхностного натяжения соответствует отсутствие межмолекулярных сил притяжения.

В связи с этим необходимо осветить многостороннюю роль вспенивателя в процессе флотации и его взаимодействие, так как осторожное и строго ограниченное применение вспенивателя занимает одно из главных мест в приемах работы стахановцев Рыбаковой и Широкова.

Заметное снижение скорости движения (подъема) воздушных пузырьков в пульпе при добавлении вспенивателя, установленное О. С. Богдановым, увеличивает концентрацию воздуха в единице объема пульпы притом же количестве воздуха, подаваемого в пульпу.

Эти явления вызывают понижение поверхностного натяжения па границе раздела жидкость — газ, уменьшают межмолекулярные силы притяжения в поверхностном слое, способствуют образованию квазикристаллического слоя из ориентированных молекул воды вокруг полярных концов молекул вспенивателя и установлению более прочной связи между пузырьками воздуха и жидкой фазой.

Упрочнение этой связи снижает скорость подъема пузырьков воздуха в воде, которые ведут себя в этом случае как твердые тела вследствие образования на их поверхности двухмерных твердых кристаллических пленок из ориентированных молекул воды.

Вспениватель (сосновое масло), как известно, также предотвращает коалесценцию пузырьков воздуха в объеме пульпы и замедляет коалесценцию их в слое пены.

Изучение изменений концентрации коллектора в жидкой фазе пульпы показало, что при отсутствии вспенивателя не наблюдается заметного повышения концентрации коллектора в жидкой фазе.

Можно предположить, что в случае отсутствия вспенивателя взаимодействие коллектора с минералом в начале флотации не заканчивается хемо сорбционным процессом.

Таким образом, вспениватель способствует прониканию коллектора к поверхности флотируемых частиц и тем делает возможной химическую реакцию и ускоряет хемосорбционное закрепление анионов коллектора на поверхности флотируемых сульфидных частиц. Это сокращает время первой стадии флотации и снижает общие результаты разделения минералов.

Записи горного дела