Флотационные методы обогащения

ВВЕДЕНИЕ
Цель преподавания дисциплины обеспечить подготовку специалиста, обладающего глубоким пониманием
физико-химических основ и технологической практики процессов флотации, используемой для переработки 90 % руд
цветных и редких металлов, а также в других отраслях промышленности.
После изучения дисциплины студент должен знать:
теорию минерализации пузырьков при флотации;
механизм действия реагентов;
технологию флотационного обогащения различных видов минерального сырья;
флотационную аппаратуру.
После изучения дисциплины студент должен уметь:
анализировать исследования в области теории и технологии флотации, технологические и технико-экономические
показатели, преимущества и недостатки конкурирующих
технологических решений;
грамотно выбирать технологию обогащения с учетом
особенностей вещественного состава и необходимости комплексного использования минерального сырья при минеральных затратах на обогащение;
применять навыки использования физико-химической
модели флотации для совершенствования, интенсификации и
автоматизации процессов.
Для освоения данного курса студентам необходимы
знания по следующим дисциплинам:
химии (строение атома, химическая связь и строение
молекул, комплексообразование, химическая кинетика и
равновесие, растворы, окислительно-восстановительные реакции, электрохимические процессы, металлы и неметаллы);
химии и физико-химическим методам анализа (аналитический контроль на современных обогатительных фабриках, основы качественного анализа, анализ анионов, анализ
катионов, основы количественного анализа, физико-химические методы анализа, спектральные, радиометрические и др.);
химии органических соединений (углеводороды, спирты, фенолы, карбоновые кислоты, амины; соединения, содержащие серу, фосфор и др.; высокомолекулярные органические соединения);
физики (первое начало термодинамики, второе начало
термодинамики, жидкости, твердые тела, полимеры, квантовая теория);
высшей математики (аналитическая геометрия, теория
вероятности, уравнения математической функции, дифференциальное исчисление, интегральное исчисление, элементы
математической статистики);
геологическим дисциплинам (физические свойства минералов, структуры и текстуры пород и руд, их значение для
обогащения).
Курс "Флотационные методы обогащения" рекомендуется изучать следующим образом:
1. Прочитать программу курса. Обратить внимание на
последовательность изучения вопросов.
2. Прочитать методические указания по теме.
3. Ознакомиться по одному из учебных пособий с мате риалом темы, законспектировать основные положения, вы
воды, записать формулы и т.д.
4. Научиться схематически изображать основные аппа раты и оборудование, чтобы уметь объяснить их конструк цию и принцип действия.
5. После изучения каждой темы ответить на вопросы
для самоконтроля.
6. Выполнить контрольную и курсовую работы и полу чить зачеты, затем пройти лабораторный практикум и сдать
зачет. Экзамен за полный курс принимается после сдачи за четов по всем видам работ.
1. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО
МАТЕРИАЛА
ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Сущность, главные особенности и классификация
флотационных процессов. Роль флотации в использовании
бедных и труднообогатимых руд и повышении комплексности использования минерального сырья. Вклад отечественных ученых и инженеров в развитие теории и практики
флотации.
1.1. ТЕРМОДИКАМИКА
ЭЛЕМИНТАРНОГО АКТА
ФЛОТАЦИИ
Краткая характеристика раздела фаз, участвую щих в элементарном акте флотации.
,
Свойства поверхности раздела вода-воздух. Свободная
энергия поверхности раздела и величина капиллярного давления внутри пузырьков. Первый закон капиллярности.
Условия растекания аполярных масел и гетерополярных органических соединений по поверхности пузырька. Коэффициент растекания. Степень равновесности адсорбционных
слоев органических реагентов на поверхности пузырька и
оценка ее с использованием уровня Лапласа. Таблицы Башфорта и Адамса. Гидратные слои, их свойства и структура на
поверхности пузырька в отсутствии и при наличии органических реагентов.
Свойства поверхности раздела минерал-вода. Влияние
различий полярности соприкасающихся фаз на значение
удельной поверхностной энергии границы их раздела. Двойной электрический слой у поверхности минерала. Первое
уравнение Липмана и электрокапиллярные кривые. Влияние
заряда и потенциала поверхности на взаимодействие с ионами и молекулами реагентов. Дифференциальная емкость
двойного электрического слоя, ее зависимость от адсорбции
на минеральной поверхности ионов и молекул поверхностноактивных веществ. Второе уравнение Липмана. Структура
гидратных слоев на поверхности. Условия закрепления на
поверхности минералов гетерополярных реагентов, капелек
аполярных масел и выделения микропузырьков воздуха.
Флокуляция и коагуляция минеральных частиц.
Изменение энергии прослоя воды между пузырьком и
частицей при элементарном акте флотации, коалесценции
пузырьков и капелек аполярных реагентов, коагуляции и
флокуляции частиц, закреплении капелек органических реагентов на поверхности минералов.
Краевой угол смачивания и зависимость его величины
от значений удельных поверхностных энергий на границе
соприкасающихся фаз. Закон Юнга.
Гистерезис смачивания. Углы оттекания и натекания,
угол контакта. Физико-химические причины, вызывающие
гистерезис. Влияние аполярных реагентов на гистерезис смачивания.
Термодинамический анализ возможности элементарного акта флотации. Показатель флотируемости, зависимость
его от значения краевого угла и наличия на поверхности частицы пузырьков газа, выделяющегося из раствора. Показатель флотируемости при коалесцентном механизме элементарного акта флотации.
1 . 2 . ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ФЛОТАЦИИ
Равновесие частицы на плоской поверхности раздела газ-жидкость при пленочной флотации. Условие флотационного равновесия для частиц произвольной формы по
П.А. Ребиндеру.
Схема факторов, влияющих на минерализацию пузырьков и пенную флотацию частиц. Главные факторы,
определяющие вероятность флотации. Вероятность столкновения частиц е пузырьками, зависимость ее от скорости движения, количества, формы и размера, плотности частиц, вязкости и плотности среды. Вероятность закрепления частиц на
пузырьках, зависимость ее от гидродинамических пара-
метров процесса, свойств поверхности пузырька и частицы.
Вероятность сохранения закрепившихся на пузырьке частиц
в статических и динамических условиях. Уравнения
А.Н. Фрумкина - Б.Н. Кабанова и В.Н. Матвеенко. Механизм предотвращения деминерализации пузырьков при
всплесках отрывающихся усилий по В.И. Мелику - Гайказяну. Вероятность удержания частиц в слое пены. Основные
факторы, влияющие на ее значение. Необходимый размер
пузырьков при пенной флотации. Влияние крупности частиц.
Характеристика процесса пенной сепарации и сил, действующих на частицу в пенном слое. Преимущества пенной
сепарации по сравнению с обычной пенной флотацией и область ее применения.
Условия повышения крупности флотируемых зерен и
эффективности флотации тонких частиц.
1.3.
КИНЕТИКА. И МОДЕЛИРОВАНИЕ
ФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА
Кинетика минерализации воздушных пузырьков
при флотации. Удельная скорость флотации по К.Ф. Белоглазову. Коэффициент селективности.
Модели флотации. Модель четырех состояний, двухфазная и однофазная модели. Модель флотации с учетом
массопереноса. Перспективы использования кинетических
закономерностей в системах автоматического управления
флотацией с применением ЭВМ.
1.4. ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ И
МЕХАНИЗМ ИХ ДЕЙСТВИЯ НА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ ПРИ
ФЛОТАЦИИ
Назначение, классификация флотационных реагентов и основные требования, предъявляемые к ним.
Состояние флотационных, реагентов в жидкой фазе
пульпы и зависимости от концентрации, значения рН и
окислительно-восстановительного потенциала пульпы.
Адсорбция реагентов на поверхности раздела фаз. Правило П.А. Ребиндера. Адсорбция реагентов на поверхности
раздела жидкость - газ. Уравнения Гиббса, Лэнгмюра, Шишковского. Классификация действующих сил и формы закрепления реагентов на минеральной поверхности. Уравнения
Фервея-Никольского, потенциалопределяющей адсорбции,
Френдлиха. Хемосорбция на полупроводниках и условие
образования новой фазы.
Состояние поверхности силикатных и карбонатных
минералов при различных значениях рН. Причины окисления углей, сульфидов и состояние их поверхности при различных значениях окислительно-восстановительного потенциала и рН раствора.
Собиратели и механизм их действия при флотации.
Строение молекул и классификация собирателей. Влияние
длины аполярной цепи собирателя на прочность его сорбции.
Механизм действия и область применения аполярных
реагентов при флотации. Причины использования их в смеси
с гетерополярными собирателями. Гетерополярные собиратели с неопределенным химическим составом.
Закономерности коллектирующего действия и область
практического применения катионных реагентов. Влияние
ионного состава пульпы и шламов на их эффективность при
флотации. Расход и стоимость катионных собирателей.
Механизм действия оксигидрильных собирателей при
флотации. Зависимость коллектирующей способности оксигидрильных собирателей от характера полярной группы,
длины и строения углеводородной цепи. Способы повышения их селективности. Расход и стоимость оксигидрильных
собирателей.
Механизм действия, область применения, расход и
стоимость сульфгидрильных собирателей.
Общие закономерности сорбции собирателей и флотируемость минералов. Роль форм сорбции собирателя при
флотации.
Активаторы и механизм их действия при флотации.
Назначение и основные механизмы активирующего действия
реагентов - модификаторов.
Активирующее действие кислот, щелочей, комплексообразующих соединений путем химической очистки поверхности минералов. Закономерности активирующего действия солей щелочноземельных металлов на флотацию силикатных минералов и солей тяжелых металлов на флотацию сульфидных минералов путем хемосорбции ионов на поверхности.
Причины активирующего действия комплексных соединений на флотацию алюмосиликатов. Активирующее действие реагентов путем гетерогенной химической реакции.
Депрессоры и механизм их действия при флотации.
Назначение и основные механизмы депрессирующего действия реагентов-модификаторов.
Депрессирующее действие щелочей. Закономерности
влияния рН на необходимую концентрацию ксантогената в
пульпе при флотации сульфидных минералов свинца, железа
и меди. Депрессирующее действие извести. Механизм
"цементации" сульфидной поверхности кальцийсодержащими соединениями.
Закономерности депрессирующего действия сульфидных и цианидных ионов. Существующие представления о
депрессирующем действии и область применения кислот,
солей щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия,
цинкового купороса, цинкатов, смесей цинкового купороса с
содой и цианидами, сульфоксидных реагентов и их смесей с
солями тяжелых металлов, хроматов и бихроматов, фосфатов, окислителей, восстановителей, жидкого стекла и органических реагентов - депрессоров. Расход и стоимость депрессоров.
Регуляторы среды и механизм их действия при флотации. Назначение и основные механизмы действия регуляторов среды: регулирование рН, удаление из жидкой фазы
пульпы нежелательных ионов, регулирование окислительновосстановительного потенциала пульпы, а также процессов
дисперсии коагуляции шламов. Реагенты-регуляторы, применяемые на практике, их расход и стоимость.
Пенообразователи и механизм их действия при флотации. Назначение, строение и физико-химические свойства
пенообразователей. Роль и основные механизмы действия
пенообразователей (уменьшение коалесцентной способности
и средней крупности пузырьков; уменьшение скорости их
подъема; повышение прочности и прочности закрепления
пузырька на частице).
Стабилизация и гашение пены флотирующимися частицами, вторичная концентрация их в пене. Пенообразователи, применяемые на практике, их расход и стоимость.
1 .5 . ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА РУД,
СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ,
ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФЛОТАЦИЮ
Влияние содержания ценных компонентов, минералогического состава, вторичных изменений минералов и
генезиса руд на результаты флотации. Характер вкрапленности и необходимая крупность измельчения при флотации.
Управление качеством полезных ископаемых, поступающих
на флотационное обогащение.
Состояние поверхности силикатных и карбонатных
минералог при различных значениях рН. Причины окисления углей, сульфидов и состояние их поверхности при различных значениях окислительно-восстановительного потенциала и рН раствора. Взаимное влияние сульфидов на состояние их поверхности. Состояние поверхности ионных
кристаллов растворимых солей. Влияние изоморфизма, электрофизических свойств и кристаллохимического строения
минералов на состояние их поверхности.
1 . 6 . РЕЖИМЫ И СХЕМЫ ФЛОТАЦИИ
Классификация минералов по их флотируемости.
Технологические режимы при флотации углей, талька, графитовых и серных руд, содержащих минералы с высокой естественной гидрофобностью. Технологические режимы при
селективной флотации сульфидных медных, медномолибденовых, медно - цинково-пиритных, полиметаллических, медно-никелевых, ртутных, сурьмяных, мышьяковых
руд и самородных металлов. Технологические режимы селек10
тивной флотации при переработке окисленных и смешанных
руд цветных металлов, баритовых, флюоритовых, апатитовых, фосфоритовых, монацитовых, шеелитовых и вольфрамитовых руд. Технологические режимы флотации полевых
шпатов, бериллиевых и литиевых руд, аллюминийсодержащих силикатов. Технологические режимы при селективной
флотации растворимых солей. Ионная флотация. Результаты
флотации и качество получаемых концентратов и продуктов.
Анализ конкурирующих технологических режимов селективной флотации с учетом расходных коэффициентов, продолжительности флотации, технологических показателей.
Направления совершенствования режимов флотации:
автоматический контроль и регулирование концентрации
реагентов в пульпе;' оптимизаций состава сорбционного слоя
собирателя на минеральной поверхности, крупности и состава
поверхности пузырьков; регулирование окислительновосстановительного потенциала и состояния жидкой фазы
пульпы; оптимизация подготовки коллективных концентратов к разделению. Экономическое значение оптимизации,
интенсификации и автоматизации флотационного процесса.
Классификация операций флотации и стадиальность
схем флотационного обогащения. Схемы с раздельной флотацией песков и шламов. Схемы коллективной флотации,
селективной. Комбинированные схемы.
1 . 7 . ФЛОТАЦИОННЫЕ
МАШИНЫ И АППАРАТЫ
Классификация современных флотационных машин, аппаратов и требования, предъявляемые к ним. Процессы диспергирования воздуха и аэрации пульпы во флотационных машинах разных типов.
Конструктивные особенности флотационных машин
механического, пневматического, пневмомеханического, электрофлотационного типов и машин с изменяемым давлением.
Влияние степени аэрации, дисперсности и равномерности распределения воздушных пузырьков в объеме пульпы,
скорости потока, крупности флотируемых частиц, плотности
11
пульпы, продолжительности пенной флотации и интенсивности съема пены на технико-экономические особенности
пенной сепарации.
Сравнительная характеристика, выбор, расчет и основные направления совершенствования флотационных машин.
1.8. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ
ФЛОТАЦИОННОГО ОТДЕЛЕНИЯ
Распределение операции флотации по флотационным машинам. Устройство для подготовки пульпы и флотации. Организация работ отделения реагентов. Кондиционирование флотационной пены. Контроль и регулирование
флотационного процесса. АСУТП. Охрана труда и техника
безопасности на флотационных фабриках.
Основные технологические и технико-экономические
показатели работы флотационных фабрик. Анализ калькуляции себестоимости флотационного обогащения различных
типов руд.
Перспективы и направления дальнейшего развития
флотационного обогащения полезных ископаемых с целью
повышения комплексности использования полезных ископаемых и организации безотходного производства в условиях
полного водооборота и охраны окружающей среды. Применение флотационных методов обогащения в других отраслях народного хозяйства.
1.9.
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Преимущества и недостатки современных флотационных машин с позиции минерализации пузырьков при
флотации.
2. Влияние состояния минеральной поверхности на сте пень ее гидрофильности и характер адсорбции реагентов.
3. Использование результатов исследований механизма
действия реагентов при совершенствовании технологических
режимов флотации.
12
1.10. ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Измерение краевых углов смачивания.
2. Изучение кинетики пенной флотации
3. Изучение влияния свойств пены на показатели фло тации.
4. Изучение влияния концентрации собирателя на по казатели флотации.
5. Изучение влияния рН пульпы на флотацию минералов.
6. Изучение влияния концентрации сернистого натрия
на флотацию сульфидных и окисленных минералов при раз
личной щелочности пульпы и концентрации собирателя.
7. Флотация сульфидных руд цветных металлов.
8. Флотация графитсодержащей руды.
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
2 . 1 . ТЕРМОДИНАМИКА
ЭЛЕМЕНТАРНОГО АКТА ФЛОТАЦИИ
В процессе пенной флотации имеет место взаимодействие трех фаз: твердая фаза - минерал, жидкая фаза вода, газообразная - воздух. Каждая из этих фаз имеет
большое значение при обогащении методом флотации. Поэтому для понимания элементарного акта флотации необходимо знать свойства воздуха, воды, физико-химические
свойства поверхности минерала, характер связей в них,
свойства поверхности раздела минерал-вода, структуру минералов.
При изучении этой темы следует обратить особое внимание на краевой угол смачивания и зависимость его величины от значений удельных поверхностных энергий на границе соприкасающихся фаз.
Литература (1, с. 14-37; 2, с. 9-36).
13
Вопросы и задания для самопроверки
1. Назовите тип связи между атомами водорода и кислорода
в молекуле воды.
2. Какая связь является атомной, водородной?
3. Какая молекула называется полярной, какая неполярной?
4. Что представляет собой поверхностное натяжение?
5. Дайте определение понятия адсорбция.
6. Перечислите типы связей, которые бывают в минералах.
7. Опишите возможные дефекты кристаллической решетки
минералов и изоморфные замещения.
8. Охарактеризуйте газовую фазу.
9. Какие ионы называются "неизбежными"?
10. Покажите на примерах, какое влияние на флотацию ока зывают неизбежные ионы пульпы.
11. Каким образом можно регулировать ионный состав пульпы?
12. Чем отличается вода гидратных слоев от объемной воды?
13. Дайте определение "полного потенциала" и z- потенциала.
14. Дайте определение краевого угла смачивания и гистерези са смачивания
15. Назовите причины, вызывающие гистерезис смачивания.
2.2. ФИЗИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ФЛОТАЦИИ
При изучении этой темы студент должен уяснить
схему факторов, влияющих на минерализацию пузырьков и
пенную флотацию. Необходимо знать уравнения А.Н. Фрумкина - Б.Н. Кабанова и В.Н. Матвиенко, механизм предотвращения деминерализации пузырьков при всплесках отрывающих усилий по В.И. Мелику-Гайказяну. Литература (1, с.
37-70; 2, с. I49-I76).
Вопросы и задания для самопроверки
1. При каких условиях минеральная частица может прилипнуть к пузырьку воздуха?
2. Охарактеризуйте этапы столкновения и скольжения.
14
3. Объясните механизм предотвращения деминерализации
пузырьков при всплесках отрывающихся сил по В.И. Мелику Гайказяну.
4. Что является мерой флотационной активности минерала?
5. Докажите вероятность возникновения пузырьков воздуха
на твердой поверхности.
6. Значение какого краевого угла входит в уравнение Фрум кина - Кабанова?
7. Как можно повысить флотируемость крупных зерен?
8. Перечислите известные способы повышения эффектив ности флотации шламов.
2.3. КИНЕТИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ
ФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА
При изучении этой темы необходимо познакомиться с кинетикой минерализации воздушных пузырьков
при флотации, уметь вывести формулу скорости флотации
(К.Ф. Белоглазова), знать причины снижения удельной скорости флотации и способы ее повышения, представлять перспективы использования кинетических закономерностей в
системах автоматического управления флотацией.
Литература [1, с. 71 -77; 2, с. 176-179].
Вопросы и задания для самопроверки
1. Выведите формулу скорости флотации (Белоглазова).
2.0 чем свидетельствует выпуклая форма кривой?
3. Что показывает вогнутая форма кривой?
4. Как скорость флотации влияет на экономические показате
ли обогащения?
5. Почему при наличии в руде шламов часто их целесообраз
но удалять?
6. Почему результаты флотации получаются выше при раз
дельной флотации песков и шламов?
7. Когда целесообразно проводить раздельную флотацию
песков и шламов?
8. Назовите причины снижения удельной скорости флотации
и как их можно ликвидировать.
15
2 . 4 . ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ
и механизм их действия
НА ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
ПРИ ФЛОТАЦИИ
При изучении этой темы студент должен понять
назначение и механизм действия основных реагентов при
флотации: регуляторов рН пульпы, активаторов, собирателей, депрессоров и пенообразователей; знать формулы
основных реагентов и уметь написать предлагаемые реакции
их взаимодействия с минералами; знать расход реагентов и
их стоимость.
Литература (I, с. 71-204; 2, с. 47-149).
Вопросы и задания для самопроверки
1. Для чего добавляют в пульпу регуляторы рН пульпы, акти
ваторы, собиратели, депрессоры и пенообразователи? Опишите
механизм их действия.
2. Перечислите и охарактеризуйте основные сульфгидриль ные собиратели. Объясните механизм действия ксантогената.
3. Почему целесообразно использовать при флотации суль фидных руд смесь нормального ксантогената и с изостроением угле
водородного радикала?
4. Назовите и охарактеризуйте наиболее широко применяе
мые оксигидрильные собиратели. Изложите механизм действия
олеиновой кислоты и олеата натрия.
5. Для каких минералов в качестве собирателя используют
углеводородные масла (керосин, солярка, машинное и трансформа
торное масло, ИМ-5 и др.)?
6. Перечислите и охарактеризуйте основные катионные соби
ратели.
7. Назовите депрессоры для подавления флотируемости сфа
лерита, галенита, пирита, кварца и объясните механизм их действия.
8. Расскажите о назначении и механизме действия активато
ров: CuSO4, Na2S.
9. Почему окисленные минералы меди, свинца, цинка не фло
тируются ксантогенатом без предварительной их сульфидизации?
10. К каким последствиям может привести завышенный рас
ход сернистого натрия при флотации окисленных минералов?
16
11. Какова необходимая степень покрытия минерала собира
телем для полной флотации?
12. За счет каких сил осуществляется закрепление гетеропо лярного и аполярного собирателя на поверхности минералов?
13. Как зависит необходимая степень покрытия собирателем
от длины его аполярной части и исходной гидрофобности поверх
ности минерала?
14. Каковы нормы ПДК керосина, ксантогената, аэрофлота?
15. Какие пенообразователи лучше применять при флотации
крупных, мелких частиц и в цикле селекции?
16. Опишите способы снижения объема и устойчивости пены.
17. Какими свойствами должна обладать хорошая пена?
18. Сделайте вывод формулы рН.
19. Расскажите возможные механизмы действия рН на по
верхность минералов и ионный состав пульпы.
20. Перечислите методы определения рН.
21. Как действует рН на состояние собирателей?
22. Почему щелочная среда создается содой, а не более деше
вой известью?
2.5. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА РУД,
СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ, ИХ
ВЛИЯНИЕ НА ФЛОТАЦИЮ
При изучении этой темы необходимо понять, как
влияет содержание ценных компонентов, минеральный состав, вторичные изменения и характер вкрапленности минералов на результаты флотации, изоморфные замещения,
электрофизические свойства и кристаллическое строение минералов на состояние их поверхности. Литература [1, с. 204-209;
2, с. 36-47].
Вопросы и задания для самопроверки
1. Что входит в характеристику вещественного состава руд?
2. До какой крупности необходимо измельчить руду, чтобы
получить высокие показатели флотации?
3. Почему при флотации руд одинакового генезиса одинако
вой вкрапленности, одинакового состава пустой породы извлечение
металла выше из руды с более высоким содержанием?
4. До какой степени крупности необходимо измельчить руду,
чтобы получить высокие показатели флотации?
5. Назовите главную особенность флотации растворенных солей.
6. Какое влияние на флотируемость минералов оказывают
изоморфные замещения?
2.6.
РЕЖИМЫ И СХЕМЫ ФЛОТАЦИИ
При изучении этой темы студент должен уяснить
основные направления технологического прогресса в области
флотации полезных ископаемых, а также задачи комплексного извлечения ценных компонентов из руд.
Следует рассмотреть современные режимы флотации
сульфидных, окисленных и смешанных сульфидно окисленных руд, руд редких металлов, фосфоритов и апатитов, схемы коллективной и селективной флотации, комбинированные схемы флотации.
Литература [1,0.209-303; 2, с. 260-300].
Вопросы и задания для самопроверки
1. Дайте классификацию минералов по юс флотируемости.
2. Нарисуйте и объясните схемы флотации медно-цинковой,
свинцово-цинковой, медно-свинцово-цинковой руды, графита и
калийных солей. Напишите режимы флотации.
3. Опишите процесс ионной флотации.
4. Перечислите направления совершенствования режимов
флотации.
5. Дайте классификацию операций флотации.
6. Когда используются схемы с раздельной флотацией песков
и шламов?
7. Обоснуйте целесообразность применения комбинирован
ных схем.
8. Назовите факторы, влияющие на показатели флотации.
9. В какой последовательности целесообразно выделить из
руды минералы: сфалерит, ковеллин, халькозин? Объясните почему?
10. В чем преимущество флотации перед остальными метода
ми обогащения? В каких случаях применяют селективную флотацию
и в каких коллективную с последующей селекцией коллективных
концентратов?
18
2 . 7 . ФЛОТАЦИОННЫЕ
МАШИНЫ И АППАРАТЫ
Известно, что результаты флотации в большей
мере зависят от конструкции флотационной машины. Поэтому студент должен знать классификацию современных
флотационных машин, аппаратов, их конструктивные особенности и требования, предъявляемые к ним. Уметь выбрать тип машины и рассчитать необходимое количество
камер для каждой операции флотации.
Литература (I, с. 303-240; 2, с. 191-238).
Вопросы и задания для самопроверки
1. Дайте классификацию современных флотационных машин.
2. Нарисуйте схему устройства механической, пневмати
ческой и пневмомеханической флотационных машин. Объясните
принцип их действия.
3. Перечислите основные направления совершенствования
флотационных машин.
4. Напишите формулы для расчета механических, пневмоме
ханических и пневматических машин.
5. Что вы понимаете под вторичной концентрацией в пенном
слое? Как она используется при флотации и как ее можно увеличить?
6. Проведите анализ вероятности выделения пузырьков воз
духа на поверхности частиц. В каких флотомашинах эта особен
ность наиболее реализуется, и как ее можно усилить?
2.8.
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ
ФЛОТАЦИОННОГО
отделения
При изучении этой темы необходимо понять как
распределяются операции флотации по флотационным машинам, как подготавливается пульпа к флотации, как и где
готовятся реагенты. Знать способы кондиционирования ионного состава промышленных и оборотных вод и способы
разрушения пены, АСУТП, охрану труда и технику безопасности на флотационных фабриках.
Литература [I, с. 34! -361; 2. с. 256-260].
19
Вопросы и задания для самопроверки
1. Какие машины обычно используются две основных и кон
трольных операций, а какие - для перечистки?
2. Где и как готовятся реагенты перед подачей их во флотацию?
3. Как можно снизить концентрацию солей жесткости и неиз
бежных ионов в промышленных и оборотных водах?
4. Перечислите способы разрушения флотационной пены.
5. Как регулируется процесс флотации?
6. Расскажите о технике безопасности в цехе флотации.
7. Охарактеризуйте перспективные направления дальнейшего
развития флотационного процесса.
3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. Приведите схему флотации полезного ископаемого
(табл. 1). Укажите особенности технологического процесса
(плотность пульпы, реагентный режим и т.д.).
Таблица 1. Исходные данные для задания 1
Вариант
по предпоследней
цифре
шифра
студента
Крупность
Руда
1
2
3
4
Медная
Свинцово-цинковая
Свинцово-баритовая
Полиметаллическая
5
Медно-никелевая
6
Медно-молибденовая
7
Вольфрамо-молибде-
8
новая
Титановая
9
10
Железная
Апатит-нефелиновая
Рудные минералы
Халькопирит
Галенит, сфалерит
Галенит, барит
Галенит, сфалерит,
пирит
Кубанит, пенталандит, миллерит
-,
Халькопирит,
молибденит, пирит
Шеелит, молибденит,
повеллит
Ильменит
Магнетит, гематит
Апатит, нефелин
20
руды перед
измельчением, мм
10
15
2
25
15
25
20
18
24
16
2. Объясните механизм действия реагентов (табл. 3).
Таблица 2. Исходные данные дли задания 2
Вариант по последней цифре
шифра студента
Реагент
Реагенты - регуляторы рН пульпы
Оксигидрнльные собиратели
Сульфгидрильные собиратели
Катионные реагенты-собиратели
А полярные реагенты-собиратели
Сульфидизаторы
Активаторы окисленных форм
свинцовых минералов и сфалерита
Депрессоры сульфидов цветных и
черных металлов
Депрессоры кварца
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3. Обоснуйте выбор типа флотационной машины для
переработки полезного ископаемого (табл.5 ,4).
Таблица 3. Типы руд
Вариант по
последней
цифре шифра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Полезное ископаемое
Угольные шламы
Серная руда
Медно-никелевая руда
Медно-молнбденовая
руда (сульфидная)
Вольфрамо-молибденовая руда (минералы:
шеелит и молибденит)
Апатнто-нефелиновая
руда.
Цинково-пиртная руда
(сплошная сульфидная)
Сильвинитовая руда
Флюоритовая руда
Цикл флотации, операции
Основная и контрольная флотация
Рудный цикл (основная и контрольная флотации)
Цикл коллективной флотации
Межцикловая флотация
Цикл молибденовой флотации
Песковая и шламовая флотация
Цикл цинковой флотации
Цикл сильвиновой флотации
Песковая и шламовая флотации
Таблица 4. Исходные данные для задания 3
Ва-
По-
риант
казатели
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Производительность,
млн т/г.
Вариант по последней
1
1,0
2,0
3,0
5,1
10,1
1,4
0,8
11
1,1
Содер- 21
жание
25
твердо- 31
го в пуль 29
пе,%
28
Пески
51
Шламы 16
31
27
Пески
55
Шламы 20
2
3
4
5
цифре шифра студента
6
7
8
9
10
0,9 1,2 1,1 0,8 0,9 0,6 0,5 0,7 1,3
2,1 3,0 1,9 3,5 4,1 5,2 3,7 2,9 24
3,8 4,1 5,2 2,9 6,7 5,2 4,4 5,I 3,9
3,9 7,3 6,2 7,5 5,1 6,3 5,9 4,8 5,3
11 8,9
9
12,5 13 14,1 16 8,3 164
1,5 2,3
4
5,2 3,6 4,7 3,8 5,1 2,8
0,9 0,6
1
0,9 0,4 1,2
3
2,4 1.3
13,0 12
9
14,5 !2
16 17 15,4 14,8
1,3 1,7 1,8 0,8 1,6 0,5 1,3 4,1 3,2
22 28 30
31 26 27 25
28
23
26 24 23
27 28 21 29
30
29
32 33 34
35 35,1 29 32 314 344
28 27 32
33 34 34,5 35 33,8 36,1
29 31 32
31 30,5 35,0 33,1 33 29,8
55 56 53 52,1 50 50,4 41,9 45 49^
17 18 22
28 29 26,3 20,3 17 25Д
30 29 32
33 34 32 31,5 29,0 28,0
28 29 31
32 26 25 28,1 27,5 29,0
56 55,2 53,1 54,0 52 51 56,0 54,3 53,8
21 25,0 24,1 23,3 19 21,2 23,2 22,4 19,8
4. Обоснуйте и выберите схему обогащения полезного
ископаемого. Сделайте расчеты качественно-количественной
и водошламовой схем первого цикла обогащения. Характеристику руды и производительность обогатительной фабрики примите по условиям задания 3, содержание расчетного
компонента - по табл. 5.
При выборе схемы обогащения необходимо осветить
следующие вопросы: вещественный состав руды; анализ работы предприятий, перерабатывающих аналогичное сырье;
требования, предъявляемые к качеству концентрата. Недостающие данные примите по литературным источникам.
22
Таблица 5. Содержание расчетного компонента в руде,%.
Вари- Наименоант вание ком- Вариант по последней цифре шифра студента
зада- понента
ния
задачи
3
1
2
3
4
7
9
5
6
8
I
Уголь
10
с
зольностью
18
15
16,5
17
18
20,1
18,7
22,3 22,3
25,6
2
Сера
10
12
14,2
25
32
8,9
31,6
8,7
31,4
37,0
3
Медь
0,4
0,5
1,0
1,1
1,2
0,7
0,8
0,5
0,6
0,9
Никель
1.4
2,0
1,8
3,0
З,2
2,8
3,1
0,5
1,9
2,3
Медь
0,8
0,6
1,1
1,2
1,8
0,9
0,3
0,7
1,3
1,5
Молибден
0,1
0,09
0,08
0,11
0,06
0,05
0,07
0,04
0,09
0,03
Триоксид
вольфрама
0,2
0,3
0,5
0.6
0,8
0,25 0,31
0,4
0,35
0,38
Молибден
0,1
0,07
0,05
0,11
0,08
0,09
0,06
0,05
0,07
0,08
Р2О5
12,3
13
14,5
13,1
15,0
10,8
12,9
11,7
14,5
16,9
А1205
22,0
16
17,8 21 ,0 18,.3
21.6
19,.1
17
19,3
21,5
Цинк
3,1
4,2
5,0
3,8
6,2
З,2
4,1
3,3
2,9
7,1
Сера
10,1
8,5
6,9
11,0
12,1
13
12,7
11,9
9,5
13,3
Сильвин
26,0
28,1
27,.2 22,5 25,3
23,1
21,8
25,0
23,7
25,1
Н.О.*
3,0
4,1
5,6
6,3
7,3
8,3
9,3
7.1
8,4
9,1
Флюорит
32,0
38,3
38,1
40,5 28,5
32
46,2
33,1
31,2
44
4
5
6
7
8
9
Н.О. - нерастворимый остаток
4. ЗАДАНИЕ
ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа выполняется после изучения
дисциплины «Флотационные методы обогащения».
Объем расчетно-пояснительной записки - 20-25 страниц
рукописного текста; графической части - два листа: качественно-количественная схема, схема цепи аппаратов.
Расчетно-пояснительная записка состоит из следующих
разделов:
обоснование и выбор схемы обогащения полезного ископаемого;
23
расчет технологической схемы обогащения;
выбор и расчет основного технологического оборудования;
мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды;
список использованных источников.
Текст расчетно-пояснительной записки должен быть написан на одной стороне листа белой бумаги. С левой стороны
листа оставляют поля шириной 30-35 мм, а с правой - 10 мм.
Сокращение слов не допускается, кроме общепринятых. Приведенные в тексте формулы должны иметь ссылку
на литературный источник, откуда они заимствованы, буквенные обозначения - расшифровку с указанием размерности
технических величин. Желательно использовать ЭВМ.
На последней странице записки должна быть подпись
студента и дата.
Чертежи выполняются карандашом на белой чертежной бумаге формата А1 (размеры 594X841 мм).
Все обозначения и другие элементы оформления выполняются в соответствии с требованиями ГОСТов.
Для выполнения курсовой работы студент берет один
из нижеследующих вариантов в соответствии с предпоследней цифрой' индивидуального шифра.
Содержание ценного компонента принимают по табл.б,
а производительность обогатительной фабрики - по табл. 7.
Недостающие данные берут из литературных источников.
Варианты:
1. Руда железная. Рудные минералы тонковкраплены.
Крупность исходной руды - 300 мм, после измельчения (95 %) 0.074 мм:
2. Руда сильвинитовая, содержит небольшое количе
ство глинистых веществ. Крупность исходной руды - 10 мм.
3. Руда полиметаллическая, сульфидная с агрегатной
вкрапленностью минералов. Крупность исходной руды - 20 мм.
Предусмотреть две стадии измельчения.
4. Комплексная руда с содержанием ртути и сурьмы.
Крупность исходной руды - 25 мм. Предусмотреть получение
одноименных концентратов.
24
5. Руда апатит-нефелиновая с тонкой вкрапленностью
минералов и наличием шламистого материала. Крупность
исходной руды -15 мм.
6. Оловянные шламы крупностью 1,5 мм, содержащие
сульфиды и железосодержащие минералы.
7. Руда бериллиевая тонковкрапленная, содержащая
сульфиды, силикаты и кальцийсодержащие минералы.
Крупность исходной руды - 13 мм.
8. Золотосодержащие руды крупностью 25 мм. Пред
усмотреть комплексное извлечение ценных компонентов.
9. Руда медно-молибденовая с содержанием сульфидов
железа. Крупность исходной руды - 20 мм. Предусмотреть
получение высококачественных концентратов.
10. Руда сплошная колчеданная медно-цинковая.
Крупность исходной руды - 15 мм. Предусмотреть получение
одноименных концентратов.
Таблица б. Содержащие ценного комитента в руде, %
Ва- Минерал или
Вариант по последней цифре шифра студент*
ри- определяемый
ант компонент
1
2
1
Гематит
5
6
Сидерит
8,6
9
2
КС1
23 24
Н.О.
0,8 1,0
3
Галенит
24 3,0
Сфалерит
5,2 5,6
Пирит
12 13
4
Киноварь
1,5 1,4
Антимонит
2,5 2,1
5
P2O5
16 17
AI2O5
14,1 15,2
6
Касситерит
1,1 1,2
7
Берилл
10 9,1
8
Золото, г/г
12 15
9
Халькопирит
2,! !,9
Халькозин
0,5 0,6
Молибденит
0,1 0,1!
10 Борнит
0,1 0,11
Халькопирит 1,5 0,9
Сфалерит
3,4 5,1
3
7
8
25
1,2
3,2
6,0
11
1,8
2,0
18
13,8
1,3
8,4
13
3,1
0,7
0,12
0,!3
0,75
3,8
4
8
9,5
24.6
1,3
4
5
10
2,1
1,9
17^
15,6
1,4
74
20,2
4,5
0,4
0,1
0,15
0,6
2,3
5
7
11
26
14
3,6
4,8
13
1,8
ад
18
14,1
14
6,9
174
6,1
03
0,13
041
0,75
2,4
6
6
12
27.2
1,8
4,3
54
14
1,6
3,1
16,7
13,9
1,0
7,8
23,1
5,8
0,4
0,14
0,14
0,16
24
i
7
8
9
9
10.5 1!
10,6 13 11,2
25.4 23.8 25.3
2
1,9 1,9
5,1 2,8 4,7
64
7,1 6,4
16
12 104
1,9 2,2
2
3,0 2,9 4,1
174 15,2 15
14,7 15,1 16
0,9 0,8 0,7
6,7 5,9 6,4
18 27,3 16,2
4,9 3,9 2,9
0,2
04 0,5
0,2 0,13 0,15
0,16 0,2 0,23
0,23 0,4 0,31
23
2,1 1,8
Таблица 7. Производительность обогатительной фабрики,
млн. т/г
Вари- Вариант по последней цифре шифра студента
ант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
5
б
6,5
5,5
5,8
6,8
7,1
7,0
5,9
2
8,2
8,5
9,3
9,6
9,8
10,0
10,1
9,2
9,4
3
3,0
3,4
3,6
3,8
4,0
4,1
5,2
5,1
4,8
4
0,7
0,8
0,9
1,1
1,0
1,2
1,3
1,4
1,45
5
11,5
15,0
16,1
14,5
17,3
21,0
16,3
17,1
14,9
6
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,81
0,85
0,77
0,91
7
2,2
2,4
3,1
3,,8
2,9
3,3
4,1
4,3
2,8
8
1,5
1,6
1,7
1,8
2,0
2,1
2,2
1,9
2,3
9
4,5
4,6
4,8
5,1
5,2
5,4
5,3
4,9
4,7
10
3,1
3,5
4,1
3,6
3,9
3,3
4,6
4,8
4,1
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК
Основной
1. Абрамов АЛ. Флотационные методы обогащения. М.: Недра,
1984.383 с.
2. Глембоцкий ВЛ., Классен В.И. Флотационные методы обогащения. М.: Недра, 1984.304 с.
3. Абрамов АЛ., Леонов СБ. Обогащение руд цветных металлов.
М.: Недра, 1991.407 с.
4. Хан ГЛ., Габриелова Л. И., Власова Н.С. Флотационные peaген ты и их применение. М.: Недра, 1986. 272 с.
5. Тихонов О.Н., Назаров Ю.П. Теория и практика
комплексной переработки полезных ископаемых в странах Азии,
Африки и Латинской Америки. М.: Недра, 1989.300 с.
6. Глембоцкий ВЛ. Основы физико - химии флотационных процес
сов. М.: Недра, 1980.471 с.
7. Богданов О.С. и др. Физико-химические основы теории
флотации. М. Недра. 1983.381 с.
8. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики /Под
ред. О.С. Богданова, ВЛ. Олевского. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Недра,
1984.368 с.
9. Флотационные методы обогащения: Метод, указания по выпол
нению курсовой работы./Сост. В.И. Братина; КИЦМ. Красноярск, 1988.
24 с.
10. Братина В.И. Методическое пособие к семинарским, практическим занятиям и самостоятельной работе по курсу " Флотационные методы обогащения"/КИЦМ. Красноярск, 1988.85 с.
11. Флотационные методы обогащения: Метод, указания по
выполнению лабораторных работ./Сост. В.И. Братина; КИЦМ.
Красноярск, 1989.44 с.
12. Братина В.И. Методическое пособие по автоматизированному
контролю знаний и самостоятельной работе по курсу "Флотационные
методы обогащения» /КИЦМ. Красноярск, 1991.23 с,
13. Методические указания к самостоятельной работе с АОК
"Флотационные методы обогащения» /Сост. ВЛ. Братина; КИЦМ. Красноярск, 1993.19 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
ДИСЦИПЛИНЫ
Введение
1.1. Термодинамика элементарного акта флотации
1.2. Физические основы флотации
1.3. Кинетика и моделирование флотационного процесса
1.4. Флотационные реагенты и механизм их действия
на поверхности раздела фаз при флотации
1.5. Основные характеристики вещественного состава руд,
свойства поверхности, их влияние на флотацию
1.6. Режимы и схемы флотации
1.7. Флотационные машины и аппараты
1.8. Организация работы флотационного отделения
1.9. Темы практических занятий
1.10. Темы лабораторных работ
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
2.1. Термодинамика элементарного акта флотации
2.2. Физические основы флотации
2.3. Кинетика и моделирование флотационного процесса
2.4. Флотационные реагенты и механизм их действия
на поверхности раздела фаз при флотации
' 2.S. Основные характеристики вещественного состава руд,
свойства поверхности, их влияние на флотацию
2.6. Режимы и схемы флотации
2.7. Флотационные машины и аппараты
2.8. Организация работы флотационного отделения
3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
4. ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
28
3
5
5
5
6
7
7
10
10
11
12
12
13
13
13
14
15
16
17
13
19
19
20
23
27