книги / Флотационные реагенты

Рис. 1. Зависимость вязкости растворов электролитов от их концентрации

В промышленных условиях" энтропийная сила жидкой фазы флотаци­ онной пульпы, по нашим данным, колеблется в пределах от —0,04 до —60 кДж/ (град • л ), причем свежие технические воды обычно имеют вели­ чину ЭС = -0,04 т —15 кДж/ (град -л), оборотные - о т -15 и ниже.

Основные физико-химические процессы во флотационной системе проис­ ходят в пограничных слоях твердой и жидкой фазы как результат взаимо­ действия, в том числе химического, компонентов водного раствора (моле­ кулы воды, кислорода, ионы и молекулы различных веществ) и минераль­ ных частиц.

Способность минералов к гидратации можно оценить также с помощью величины ДЗ п следующим образом. Исходя из их кристаллохимических особенностей и преимущественного разрушения кристаллов при измель­ чении по плоскости спайности, подсчитывается количество всех сортов атомов ли единице поверхности (например, 1 см2). Затем это количество перево дится в число молей каждого сорта атома и умножается на Д?„ соответстг ующего иона и степень ионности связи Ме—X. Суммирование Д$п

Рис. 3. Зависимость флотацион­ ного извлечения сульфидов (1-8) от энтропийной силы (ЭС) тех­ нических вод

халькопирит; 8, 8' —пирит

Э Г 32, кДж/ираЭ -п)

гентов-осадителей ионов в процессе флотации (обычно это щелочи), а так­ же использованием ионообменных смол.

Повышение ЭС жидкой фазы пульпы можно осуществлять добавле­ нием:

ионов, изменяющих рН среды (кислоты, щелочи); ионов, общих с ионами технических вод (ионы тяжелых металлов,

сернокислотные соли, сода, известь, хлориды, многокомпонентные обо­ ротные воды);

специфичных ионов, нехарактерных для ионного состава технических вод (сернистый натрий, цианиды, жидкое стекло, перманганат калия, неорганические соли фосфорных кислот и др.).

С точки зрения гидрофобизации минералов наиболее эффективными должны быть гидрофильные вещества с высокими отрицательными зна­ чениями 2Д$Л, т.е. сульфаты, карбонаты и фосфаты. Последние, по нашему мнению, представляют наибольший интерес для практического применения в качестве активаторов минералов, в частности сульфидов, что подтвержда­ ется практическими данными [7].

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Нагирняк Ф.И., Бородина Г.Л. Изменение смачиваемости и флотируемости ми­ нералов под воздействием водоотнимающих реагентов. - В кн.: Физико-химические

основы комплексной переработки руд Средней Азии. Душанбе: Дониш, 1970, с. 18-

22.

2.Харламов В.С. О возможных причинах, вызывающих флотацию минералов электролитами. - Обогащение руд, 1957, № 2, с. 26-29.

3.Крестов ГА . Термодинамика ионных процессов в растворах. Л.: Изд-во ЛГУ, 1973. 191 с.

4.Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М.: Изд-во АН СССР, 1957.142 с.

5.Эмсли Дж., Финей Дж„ Сатклиф Л, Спектроскопия ЯМР высокого разрешения. М.: Мир, 1968. Т. 1.489 с.

6.Кипарисов В.С., Брянцев В.И., Попов Р.Л. и др. Совершенствование схемы и режима коллективно-селективной флотации молибденовых руд Чорух-Дайронского месторождения. - Цв. металлургия, 1974, № 15, с. 18-20.

7.Нехорошее И.Е., Абрамов А.А., Попов Р.Л. и др. Полупромышленные испыта­ ния неорганических солей фосфорных кислот при коллективной флотации медно­ молибденовых руд. - Обогащение руд, 1977, № 1, с. 5-7.

ВЛИЯНИЕ КОНТРОЛЯ ИОННОГО СОСТАВА НА ПОКАЗАТЕЛИ ФЛОТАЦИИ

П Ш аш евский

Теория флотации и ее технологическое применение все больше превра­ щаются в науку, имеющую развитые физико-химические основы. Именно это, по мнению И.НЛлаксина [1], позволяет давать прогнозы, ставить даль­ нейшие перспективные исследования.

В зависимости от наличия средств ионометрии и теоретически обоснован­ ных количественных соотношений, описывающих поведение того или иного реагента, во флотационной системе можно выделить три класса алгоритмов (или три принципа) оптимизации реагентного режима.

Первый принцип базируется на варьировании расходами реагентов ( V) по статистической модели. В случае линейной модели постановка задачи выглядит следующим образом:

У ] 1 < У 1 < У } 2, У п < Уг < У 12 >

где х,- —возмущающие воздействия, 1 = 1, М\ у/ —управляющие воздействия, к роме расходов реагентов,/ = 1 ,УУ; К/ —расходы реагентов, / =

= Г Х .

Этот принцип является единственно возможным для реагентов, концент­ рации которых в пульпе не могут быть измерены. Он используется для регулировки подачи вспенивателей и других реагентов, оказывающих силь­

Этот принцип следует считать оправданным, если объект обладает плохи­ ми динамическими характеристиками, особенно в операции пульпоподготовки с реагентами, и неизвестна ионная модель процесса. Такой принцип регулирования реагентного режима реализован на Тырныаузской обогата-

тельной фабрике в операции пропарки грубых шеелитовых концентратов с жидким стеклом [3,4].

Третий принцип базируется на использовании ионной модели и физико­ химических закономерностях, количественно отражающих те или иные стороны флотационного процесса. Под ионной моделью понимается соотно­ шение между концентрациями ионов в жидкой фазе флотационной пульпы, выдерживание которого с помощью автоматических средств обеспечивает достижение лучшей селективности процесса [5]. Например, уравнение, устанавливающее связь между необходимой концентрацией собирателя или активатора (рХ) и рН пульпы:

рХ = /(р Н ).

Этому принципу соответствуют исследования по регулированию кон­ центрации собирателя в зависимости от окислительного потенциала пульпы (ЕЬ) [6] и поглотительной способности пульпы по отношению к ксантогенату (П) [7]. Именно этот принцип позволяет наиболее полно использо­ вать средства ионометрии и осуществить локальную оптимизацию процесса. В практике лабораторных исследований только на базе знаний физико­ химической сущности действия флотационных реагентов можно создать научные основы управления реагентным режимом.

Рассмотрим на примере ксантогената преимущества оптимизации процес­ са флотации по физико-химической модели. Для этих целей использована разработанная ранее модель определения необходимой концентрации собирателя в зависимости от окислительного потенциала пульпы [6]:

18 [X I = (-0 ,1 -ЕН ) /0,059.

На плоскости двухкоординатного прибора в координатах рХ—ЕН эта зависимость представляется линией оптимальности, к которой должно стре­ миться перо графопостроителя после подачи в лабораторную флотомашину собирателя. Измерительные электроды: аргентитовый — для контроля концентрации ионов ксантогената (рХ), платиновый —для контроля окис­ лительного потенциала (ЕН) установлены непосредственно в пульпе и через иономеры подключены к графопостроителю.

На рис. 1 представлена запись функциональных кривых рХ—ЕН в ходе лабораторных опытов на одной из проб полиметаллической руды Жайремского месторождения. Здесь и далее потенциалы представлены относитель­ но насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения. Для наглядности на рисунке приведены кривые, полученные при различных расходах ксанто­ гената в диапазоне 20 0 -10 0 0 г/т, в специально поставленной серии опытов. Из приведенного рис. 1 видно, что только при расходе собирателя 1000 г/т перо графопостроителя достигает области линии оптимальности. В дейст­ вительности этот результат достигается сразу в ходе одного-двух опытов путем добавления ксантогената до тех пор, пока не будет получена нужная запись функциональной кривой.

Проверка найденного расхода была осуществлена обычным традицион­ ным методом, при котором определялась зависимость извлечения свинца

(е) от расхода ксантогената (рис. 2). Из рисунка следует, что поиску оптимальной дозировки собирателя существенно мешает недостаток време­ ни флотации.

пирите практически полностью окислялись в диксантогенид и дальней­ шая флотация без подачи собирателя ухудшалась. Зафиксировать представ­ ленную кинетику поглощения ксантогената непосредственно в пульпе удалось исключительно благодаря применению ионометрии.

Метод оптимизации подачи сульфата меди основан на известном уравне­ нии активации сфалерита медными ионами:

2п5 + Си2+ ^ Си5 + 2п2+

АЛ .Абрамовым [5] термодинамическими расчетами показано, что усло­ вия оптимальности дозировки сульфата меди выполняются в соответствии с уравнением

1§ [Си2+ ] =0,7 —2 рН.

Мы использовали в своей работе аналогичный подход при оптимизации подачи сульфата меди. При этом учитывалось возможное состояние поверх­ ности сфалерита для руд различных месторождений. В ходе экспериментов по поиску необходимой дозировки сульфата меди на пробах руды АлтынТопканского и Кургашинканского месторождений был подтвержден из­ вестный факт депрессирующего воздействия медного купороса на галенит при перерасходе реагента. Это обстоятельство привело к созданию техноло­ гических схем с разделенными операциями предварительной флотации свинца и последующей активации и флотации цинка.

Наши исследования с помощью ионоселективного электрода (ИСЭ) на медные ионы показали, что при отклонении потенциала ИСЭ от опти­ мального значения за счет недостаточного расхода активатора потери цинка в хвостах увеличиваются (рис. 3). Одновременно показано, что точное под­ держание оптимального потенциала за счет подачи сульфата меди не при­ водит к снижению извлечения свинца.

Таким образом, автоматический контроль ионного состава в этом случае позволяет осуществить подачу активатора непосредственно в голову про­ цесса и объединить обе операции флотации свинца и цинка.

Разработанные сегодня средства контроля ионного состава позволяют осуществить оптимальное управление дозировкой реагентов практически во всех операциях коллективной схемы обогащения, а также в операциях флотации сфалерита и пирита в узле селекции:

управление подачей сульфидизатора; управление подачей ксантогената в присутствии в пульпе сульфидных

ионов; управление подачей сульфата меди, используемого для активации сфале­

рита и сульфидов железа; управление подачей ксантогената после активации пульпы с сульфатом

меди; управление подачей аэрофлота;

управление подачей сернистого натрия, применяемого в качестве десор­ бента.

Контроль концентрации водородных ионов (рН) и щелочности пульпы кондуктометрическим методом сегодня уже является традиционным.

Большой интерес у исследователей вызывает вопрос изучения окисления сульфидных руд. В этом вопросе ионометрия скажет свое решающее слово.

Рис. 3. Зависимость содержания цинка в хвостах контрольной флотации от величи­ ны отклонения измеренного штенциала ИСЭ от оптимального (Кургашинканское месторождение)

+ Д(р - при перерасходе Си304 ; -Д(р - при недостаточном расходе

Объем статьи не позволяет более подробно остановиться на этом вопросе, поэтому ограничимся только двумя примерами изучения кинетики изме­ нения электрохимических характеристик исходной пульпы при ее аэрацион­ ном окислении во флотационной машине.

На рис. 4 представлены электрохимические характеристики, полученные на пробе руды одного из полиметаллических месторождений. Можно отме­ тить следующие характерные участки:

I — скачкообразное падение электропроводности в момент включения аэрации, по-видимому, связано с процессами окисления и гйдратообразования;

II —область активного окисления сернистых ионов и сульфидов. Обра­ зование тиосульфатных ионов, отмеченное крутым подъемом кривой электропроводности. Окисление сернистых ионов обусловливает смещение потенциалов аргентитового и платинового электродов в положительную область;

III- область образования неустойчивых гидроокисных соединений на поверхности сульфидов. Отмечается появление диффузионных затрудне­ ний. На кривых электропроводности и потенциала мембранного ИСЭ образуются пологие участки роста измеряемых параметров;

IV —область отслаивания гидроокисных пленок при низком значении рН пульпы. Наблюдается повторное усиление процесса окисления сульфидов

иобразование тетратионата, отмечаемое мембранным ИСЭ. На этой стадии наиболее активно происходит восстановление кислорода. Стеклянный электрод показывает резкое увеличение концентрации ОНионов.

V—область завершения активной стадии процессов окисления. Образо­ вание прочных гидроксильных пленок на поверхности пирита. На кривой электропроводности отмечен пологий монотонно возрастающий участок, свидетельствующий о длительном продолжении процессов окисления, но со значительно меньшей скоростью.

г , и 4-

Рис. 4. Кинетика изменения электрохимических характеристик пульпы при аэрации без реагентов

1 —рН; 7 — потенциал аргентитового (2), платинового (2), мембранного (4 ) и галенитового (б) электродов; к —электропроводность пульпы (5)

Особенно четко завершение активной стадии окисления на 13-й минуте отмечается по кривой рН. Наличие в пульпе сернистых ионов до аэрации смещает потенциал галенитового электрода в отрицательную область (—160 мВ) и понижает окислительный потенциал. Это приводит к кратко­ временной депрессии минерала. Однако действие сернистых ионов закан­ чивается через 2—3 мин и галенит приобретает флотационную активность при потенциалах —80 т —ЮО'мВ.

На промышленном объекте применяют открытые мельницы и гидро­ циклоны с насосами. Поэтому насыщение пульпы кислородом будет проис­ ходить естественным путем, вводить в технологию коллективной флотации операцию предварительной аэрации не следует. Для селективной схемы опе­ рация предварительной аэрации (13 мин) будет усиливать депрессию пи­ рита.

Для пирротиновой руды одного из месторождений процесс образования тетратионата при окислении начинается при окислительном потенциале —120 мВ и потенциале аргентита —170 мВ, т.е. в тот момент, когда в пуль­ пе завершается окисление сернистых и сульфитных ионов, разрушающих тетратионат. При этом окислительном потенциале происходит образование железа (III), вступающего в реакцию с тиосульфатными ионами.

Образование тетратионатных ионов, обладающих меньшей подвиж­ ностью, чем тиосульфатные ионы, уменьшает скорость возрастания электро­ проводности пульпы. Потенциалы мембранного ИСЭ показывают, что ионы тетратионата устойчивы на протяжении всего опыта и накапливаются

вбольших количествах. Это обусловлено высоким содержанием пирротина

вруде.

В интервале 7 -12 мин на кривой электропроводности наблюдается поло­ гий участок, после которого опять наблюдается усиление процесса окисле­ ния. Отслаивание продуктов окисления с поверхности сульфидов железа наблюдалось в исследованиях Г.В.Иллювиевой [9]. Монотонное постоян­ ное нарастание электропроводности пульпы наблюдается через 20 мин аэрации. Этот временной интервал, очевидно, предопределяет достижение лучшей селективности последующего флотационного процесса.

Поведение стеклянного электрода на данной пробе имеет тот же харак­ тер, что и для пробы руды Холоднинского месторождения. Однако в связи с большей величиной рН чувствительность этого параметра к процессу окисления пирротиновых руд весьма низкая.

Схему окисления сульфидов железа можно представить в следующем виде:

Процесс диссоциации пирита с образованием сернистого железа и эле­ ментарной серы при окислении пирита рассматривается В.А.Бочаровым и А.А.Голиковым [10].

Взаключение следует сказать, что использование новейших достижений

вобласти ионометрии для развития теории и практики флотационного процесса позволит еще сильнее укрепить лидирующее положение в мире

советской флотационной науки в настоящее время [1 1 ].

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Современное состояние горной науки в СССР. М.: Наука, 1968. 490 с.

2.Ковин ГМ ., Машевский Г.Н. Системы автоматического контроля и управления технологическими процессами флотационных фабрик. М.: Недра, 1981.180 с.

3.Машевский Г.Н., Несмелое В.В. Автоматическое регулирование концентрации жидкого стекла в процессе доводки шеелитовых концентратов. - В кн.: Контроль ионного состава рудной пульпы при флотации. М.: Наука, 1974, с. 68-70.

4.Браун В.И., Машевский Г.Н., Шендерович Е.М. Автоматизированная подсистема

управления циклом доводки шеелитовых концентратов, - Обогащение руд, 1981, № 2, с. 38-42.