Обогащение полезных ископаемых. Процессы и аппараты обогащения. Флотация

1. ОСНОВЫ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ЛЕКЦИЯ 10 -12
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ОБОГАЩЕНИЯ
ФЛОТАЦИЯ

2. Принцип флотации основан на свойстве поверхности по-разному смачиваться водой

Смачиваемость
поверхности
Гидрофильная
Гидрофобная
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
2

3. Флотация

Единственный производительный процесс обогащения
тонковкрапленных руд
Флотация позволяет выделить из полезных ископаемых свыше 100
минералов. С ее применением связано получение в
промышленных масштабах примерно 70 % химических элементов
Периодической системы элементов Д.И. Менделеева.
Процесс извлечения твердых минеральных частиц (реже жидких)
из тонкодисперсных трехфазных систем, основан на различиях
разделяемых частиц по смачиванию водой. Плохо смачиваемые
водой (гидрофобные) частицы при столкновении с воздушными
пузырьками концентрируются на поверхности раздела фаз Ж- Г и
выводятся из пульпы в пену.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
3

4. Флотация

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ МОМЕНТЫ
Высокая степень
концентрирования
Высокая производительность
Высокая селективность
разделения
ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ МОМЕНТЫ
Высокие удельные расходы воды (2,54,0 м3/т)
Организация складирования отходов
флотационного обогащения (выход
хвостов от 60 до 98 %)
Потери ценных компонентов со
сростками (>100 мкм) и шламами (<
20 (10) мкм)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
4

5. Фазы при флотации

Твердая (поверхность минерала, осадок и т.д.)
Жидкая (вода, реже «масло-вода», эмульсия,)
Газовая (воздух, кислород, азот, углекислый газ и др.)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
5

6. Функция фаз при флотации

Жидкая фаза - среда разделения
Твердая фаза – объект разделения
Газовая фаза – транспорт гидрофобных частиц
Объемное соотношение фаз Г:Т:Ж в % 25:15:60 →5:3:12 =1,7:1:4
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
6

7. Жидкая фаза

Н2О
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
7

8. Газовая фаза

РАСТВОРИМОСТЬ
ДИСПЕРСНОСТЬ
Обычно 1-2 мм
Кислород воздуха 8-12 мг/л
Углекислый газ воздуха >200
мг/л
Склонность пузырьков к
коалесценции
РАСТВОРИМОСТЬ ВОЗДУХА – 29,18 МГ/Л
Азот воздуха – 3-6 мг/л
ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА -1,2 КГ/М3 (Н.У.)
ПЛОТНОСТЬ ВОДЫ – 998,23 КГ/М3
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
8

9. Твердая фаза - минерал

Повышение природной
гидрофобности
Минералы с ионным видом связи (связь ненаправленная и
ненасыщенная) обладают высокой способностью к смачиванию
полярными жидкостями (вода); на поверхности таких минералов
обнажаются преимущественно полярные связи, хорошо
смачивающиеся молекулами воды. Несульфидные минералы
Минералы с ковалентным типом связи (связь направленная и
насыщенная), наоборот, плохо смачиваются полярными
жидкостями и хорошо смачиваются неполярными жидкостями.
Минералы, на поверхности которых преимущественно
обнаруживаются ковалентные и Ван-дер-ваальсовы связи,
называются природногидрофобными. Они слабо смачиваются
полярными жидкостями (водой). Сульфиды
Самородные металлы (Cu, Au, Ag, Hg, Fe, Pt и др.) с
металлическим видом связи – гидрофобные, флотируемость
зависит от «чистоты» поверхности.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
9

10.

Флотация
Жидкая фаза
Твердая фаза
Химические
основы
Физические
основы
Жидкая фаза
Газовая фаза
Твердая фаза
Флотокомплекс
Ионно-молекулярное состояние
ФизикоХимические реакции
химические
основы
Твердая фаза
Межфазовые взаимодействия
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
10

11.

Вероятность образования флотокомплекса «пузырек-частица»
столкновение
закрепление
гидродинамика
вынос в пену
поверхностные силы
Субпроцессы флотации
К1-2 – соударение и прилипание
К2-1 – отрыв частицы от пузырька
К2-3 – переход в пену
К3-1 – осыпание из пены
К3-4 – переход в концентрат
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
11

12. Межфазовые взаимодействия (смачивание)

Межфазовые взаимодействия (
)
смачивание
σт-ж + σж-г сos θ = σт-г
сos
т г ж т
ж г
(Уравнение Давыдова-Неймана )
(уравнение Юнга)
Wa = σ ж г+ σ ж г∙ cosθ =σ ж г· (1 + cosθ)
(Уравнение Юнга-Дюпре)
Wa = σ т г+ σ ж г - σ тж
Г
Т
Ж
σ тг σ жг
Ж
σ тж
Т
σЖ-Г
Г
σТ-Г
Θ = 1800, cosθ= -1
Θ = 00, cosθ= 1
A
Ɵр
σЖ-Г
Ɵр
H2O(Ж)
σТ-Ж
Минерал (Т)
Воздух (Г)
θ
Г
Ж
Т
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
12

13.

Значения краевых углов смачивания (в градусах)
Название
минерала
Самородная сера
Графит
Молибденит
Халькопирит
Пирит
Кварц
Угол смачивания,
θ
78°
60°
60-86°
47°
33° (91°)
0-10°
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
13

14.

Гистерезис смачивания – явление запаздывания достижения равновесия ϴ
краевым углом смачивания
2
1 2 1
cos о cos н cos р
cos р
жг
жг
жг
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
14

15.

Термодинамика элементарного акта флотации
Свободная энергия до закрепления
Е1 = Sж-г σж-г + Sт-ж σт-ж ,
Свободная энергия после закрепления на единицу поверхности
Е2 = (S’ж-г – 1) σж-г + (S’т-ж – 1) σт-ж + 1 σт-г .
ΔЕ = Е1 - Е2 = σж-г + σт-ж - σт-г
σт-ж + σж-г сos θ = σт-г
Уравнение Давидова-Неймана
мокрая флотация
00<θ<900
ΔЕ = σж-г (1-cosθ) - флотационная сила
мера флотируемости
сухая флотация
1800>θ>900
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
15

16.

hт и hп - толщина гидратных слоев минеральной частицы и пузырька воздуха
∞∞
Г
hт
1 Исходное состояние
∞
∞
hп
Н2 О
Н2 О
∞∞
2 Сближение пузырька с твердой фазой частицей
Г
hт
∞ ∞
hп
Н2 О
Н2 О
h5 = hт + hп
σ
∞∞
hт
∞
Г
∞
hп
4
1
3 Момент
соприкоснове
ния
3
5
Гидродинамика потока
[h5 - h4]
Кинетическая энергия
mv2/r
[h4 - h3]
Самопроизвольное уменьшение энергии
[h3 – h2]
толщина прослоя скачком утончается и
разрывается
2
h1
h1
h2
h3
h4
h5
остаточный слой имеет молекулярные размеры и
является термодинамически устойчивым,
соответствуя минимуму свободной энергии.
h
Ребиндер П.А., 1934
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
16

17.

1, 2 – переходные слои на поверхности раздела газ – жидкость
и твердое – жидкость соответственно;
3 – равновесная тонкая пленка между пузырьком и твердым телом
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
17

18.

hp
E ж г (1 cos ) п(h )dh
h0
П (h) Пe (h) ПM (h) ПS (h)
П ( h) 0
(Дерягин Б.В., 1934)
П e (h)— электростатическая составляющая, возникающая при перекрытии (или деформации);
толщина диффузионного слоя; мкм
П M (h)
— молекулярная составляющая, обусловленная вандерваальсовыми силами ; 1000 А0
— структурная составляющая, зависящая от степени гидратированности
П S ( h) поверхности или от гидрофобности.
10-100 нм
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
18

19.

Ж
Т
Уравнение Дебая-Хюккеля
+
+
-
-
-
+
+
-
+
+
-
-
+
+
-
+
-
+
KT
4 e 2 z i2 ni
-
+
h
ξ
φ
– толщина плотной части ДЭС (слой Гельмгольца) ;
– толщина диффузионной части ДЭС (слой Гюи) 100 мкм;
l – расстояние до плоскости скольжения;
– электродный потенциал; – электрокинетический потенциал
δ
l
λ
h
Для 1 валентных ионов
2
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
10 8
С
19

20.

ХС – химические связи
ВС – водородные связи
ВДВ – молекулярные силы
И
И
λ
λ
δ – толщина плотной части ДЭС, λ – расстояние до плоскости
скольжения; а – перекрытие в области молекулярных сил, б –
перекрытие в области действия водородных сил и диффузионной
части ДЭС, h0 – равновесная пленка ξ- электрокинетический или дзета
– потенциал, φ -потенциал
Нернста
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
20

21.

Вероятность флотации
EC Yl
d ч 2 3 Re 0п, 72
( )
Dп
15
2
Р = Рст·Рзакр·(1-Рот).
Yoon, Luttrel, 1989
3 субпроцесса:
1) Столкновение (коалесценция,
захват)
2) Закрепление
3) Сохранение
0,75 (для угля); Рубинштейн Ю.Б.
Wвз. =σ·π·R2тв·(1-cosϴ)2
k
R p2 (1 cos ) 2 Eкр
Eкр
1 3 4 Re 0, 72 R p
Sb
exp
1
exp
'
E
4 2
15 Rb
E
kии
kии
Mao, Yoon 1997
Sb - интенсивность удельной
аэрации
«Константа» скорости
флотации
Екр d 2
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
21

22.

Уравнение равновесия «пузырек-частица»
Фрумкина-Кабанова – вероятность закрепления
Fф F
пуз.
А
Fк
Лапласово давление Гидростатическое давление
π a σж-г Sin θ = ρgVпуз + (πa2/4 (2σж-г/ R – ρgh) .
Силы отрыва
Флотационная сила (сила прилипания)
Θ
15º
9º
4º
9'
а, мм
0,45
0,30
0,15
0,005
ϴ0
Условие подъема
Dп 3
6
( ж г )g
d т 3
6
( т ж )g
R, мм
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
22

23. ПЭМ - пленки

Халькопирит – оптимальное и неоптимальное
ИТК и бутКх
50%ИТК + 50%бутКх, частицы
сфалерита, сфлотированного в
концентрат трубки Халлимонда
(пленка и каверны)
Аэро 5100,частицы теннантита, Галенит, сфлотированный
сфлотированного в концентрат бутКх
трубки Халлимонда.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
23

24. Минерализация пузырька

ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
24

25.

Полярные
Аполярные
S, C…..
Ковалентные,
Молекулярные связи между слоями
Mg3Si4O10(OH)2 - молекулярные
Сульфиды
ковалентные
FeS, CuFeS2…
Несульфиды
ионные
CaCO3, SiO2…
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
25

26. Состояние поверхности минералов в воде

Аполярные (уголь, сера, алмаз);
тальк и сульфиды
Полярные минералы
Сильногидратированная
Малогидратированная
поверхность
В слоистых минералах (тальк) заряды
атомов в "пакетах" скомпенсированы;
"пакеты" связаны между собой слабыми
молекулярными силами.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
26

27.

пенообразователь
Собиратели
Активаторы
Подавители
Регуляторы среды
Порядок подачи
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
27

28.

Оксигидрильные
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
Серосодержащие
(дисульфиды,
тионокарбаматы,
эфиры ксантогенновых
кислот)
Кислородсодержащие
(высшие изоспирты,
эфиры, альдегиды,
кетоны)
Аполярные
(углеводороды)
Аммониевые R4N
+
Анионные
Имины (=NН)
Собиратели
Амины (—NН2)
Комплексообразующие
Фосфорсодержащие,
Фосфонаты
арсеносодержащие
Сульфонаты
Сульфгидрильные
Алкилсульфаты
Карбоксильные
Дитиофосфинаты
Дитиофосфаты (диалкил,
алкил)
Карбаматы
Дитиокарбаматы
(диалкил, алкил)
Ксантогенаты
Меркаптаны
Неионогенные
Ионогенные
Катионные
28

29. Собиратель

НАЗНАЧЕНИЕ
ТИП
Гидрофобизация поверхности
минерала
Органические соединения,
состоящие из углеводородного
радикала и активной группы,
которая сорбируется на
активных центрах поверхности
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
29

30. Традиционные широко используемые собиратели

ПРИ ФЛОТАЦИИ СУЛЬФИДОВ
Бутиловый ксантогенат –С4H9OCSSK
ПРИ ФЛОТАЦИИ НЕСУЛЬФИДОВ
Олеиновая кислота и ее мыло
C17H33COONa
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
30

31.

Сульфидные минералы
Природногидрофобные
минералы
Сульфгидрильные
собиратели
Аполярные
собиратели
Несульфидные минералы
Оксигидрильные
собиратели
Катионные
собиратели
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
31

32.

Ксантогенаты – сульфгидрильные собиратели
S
II
RO – C – SK(Na)
где R – углеводородный радикал:
С2Н5 – этил
С3Н7 – пропил
С4Н9 – бутил
С5Н11 - амил
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
32

33.

Синтез
ROH + KOH + CS2 = ROCSSK
Диссоциация
(ROCSS)- + K+
ROCSSK
Окисление
2ROCSSK - 2e
(ROCSS) 2 + 2K+
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
33

34. Активные центры на поверхности

•Активными центрами являются анионы, катионы, атомы с
ненасыщенными валентными связями, которые возникают при
образовании поверхности и которые стремятся компенсировать
избыток энергии
•Активными центрами поверхности являются также макро- и
микродефекты кристаллической структуры твердых тел.
Макродефекты - микротрещины и микропоры, а также
межкристаллические границы зерен; микродефекты - это
нарушение стехиометрического состава кристаллов, а также
нарушение в периодичности расположения атомов в
кристаллической решетке (линейные и винтовые дислокации).
Поверхностные соединения образуются в результате
конкуренции молекул воды с ионами и молекулами
флотореагентов за активные центры
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
34

35.

ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
35

36.

S
R
X
Мe(XR)n
Me
S
X
I
II
R
III
Мe(OH)z(XR)n
IV
R-X-R
R-R
V
I – объем сульфида; II –закрепление по механизму гетерогенной обменной реакции
с активным центром поверхности; III – закрепление в плотном слое ДЭС
(адсорбционный слой); IV - соадсорбция объемных соединений во внешнем ДЭС
V – соадсорбция молекулярной формы во внешнем диффузионном слое
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
36

37.

RO
RO
C
C
S
S
S
S
Рисунок 17 – Принципиальная схема взаимодействия а – бидентатная координация; бмонодентатная
2R-OCSS- - 2e → (R-OCSS)2
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
37

38.

Оптимальное соотношение реагентов
халькопирит
галенит
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
38

39. Успех элементарного акта флотации зависит от

Присутствия на поверхности минерала 2-х форм сорбции
◦ Хемосорбированной
◦ Физическую сорбцию
Создание условий достижения точки нулевого заряда поверхности
(ТНЗ), когда электрокинетический потенциал поверхности (ЭКП)
равен нулю, а величина свободной поверхностной энергии
максимальна.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
39

40. Назначение модификаторов

Подготовка поверхности минерала,
Повышение вероятности закрепления собирателя
Снижение, предотвращение гидрофобизирующего действия
собирателя
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
40

41.

Регуляторы среды
рН
Состояние поверхности минерала
Ионно-молекулярное состояние реагентов
С,%
H 2S
S2-
HS-
100
50
1, 4 – халькопирит, 2, 5– борнит, 3, 6 — халькозин
0
рН
рН=рК1=7
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
рН=рК2=12,6
41

42. Подавители Механизмы действия

Вытеснение собирателя (ПР) - Na2S
Окисление или восстановление поверхности минералов (кислород
O2, Fe3+, NaOCl; сернистый Na2S, NaHS)
Растворение (цианид NaCN)
Гидрофилизация без вытеснения собирателя (КМЦ, крахмал,
Na2SiO3)
—S—Ме│твХ + HS- → — S—Mе│твS + X- + H+
— S — Mе│твОН + HS- →
— S — Mе│твS + Н2О
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
42

43. Активаторы

Соли меди для повышения вероятности закрепления ионогенных
собирателей (CuSO4)
Кислород воздуха
Кислоты (H2SO4, HF)
Кремнефтористый натрий (Na2SiF6)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
43

44.

Сводная информация по активаторам флотации
активирующее действие кислорода на флотацию
сульфидов
применение углекислого газа для активации
кальцита
медный купорос ZnSǀтв + Cu2+ → CuSǀтв +
Zn2+
cульфидизация
S2-
HS-
оптимум сорбции меди 5,5-6,0
Cu2+=ПР/[OH-]2
поверхность окисленных минералов гидратирована,
церуссит PbCO3
активация кварца катионами щелочноземельных или поливалентных
металлов
активация силикатов плавиковой
кислотой HF
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
44

45. Модификаторы сульфидных руд

Сернистый натрий - Na2S
Гидросульфид натрия NaHS
Бисульфит натрия NaHSO3
Натрий персульфат, натрий пероксидсульфат Na2S2O8
Тиосульфат натрия Na2S2O3
Метабисульфит натрия Na2S2O5
Сернистый газ SO2
МФТК – низкомолекулярный депрессор сульфидов меди и
пирита на основе тиокарбаминовой кислоты
Модифицированный КМЦ
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
45

46. Модификаторы несульфидных руд

Жидкое стекло Na2SiO3
Крахмал
КМЦ
Полифосфаты
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
46

47. Плавиковая кислота HF

АКТИВИРУЕТ
ДЕПРЕССИРУЕТ
полевые шпаты
Кварц SiO2
Берилл Al2Be3(Si6O18)
Сподумен LiAl(Si2O6)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
47

48. Собиратели для несульфидных минералов и руд

Олеиновая кислота или олеат натрия – OlNa
С17Н33СООNa
Заменители олеиновой кислоты – таловые масла,
синтетические жирные кислоты С12-С18 ненасыщенные
карбоновые кислоты и их мыла
Алкилсульфаты, алкилсульфонаты – ROSO3; RSO3
Производные фосфорных кислот
Катионные собиратели
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
48

49. Особенности использования производных карбоновых кислот

Мицелообразование – растворимость олеиновой кислоты 20 мг/л
(7,1·10-5 моль/л) и рКа = 4,7
Олеат натрия 309 мг/л (1,1·10-3 моль/л) при 50 0С
Температура флотации не менее 16 0С
Повышенное пенообразование
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
49

50.

ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
50

51.

Комплексообразующие оксигидрильные собиратели
Аэрозоль 22 (Аспарал Ф)
дифосфоновые кислоты и
их производные
R = C5-C7
ИМ 50
R = C7-C9
(Н октадецил N 1,2 дикарбокси
этилсульфосукцинат натрия) Дифосфиновые кислоты
алкилгидраксамовые кислоты
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
51

52.

R-NH2 +H+ → [RNH3]+
HCOOH
Kd =4,3·10-4
HCl
Катионные собиратели закрепляются в ДЭС, химическая адсорбция маловерояна
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
52

53. Пенообразователь

Повышает дисперсность газовой фазы
Препятствует коалесценции пузырьков
Снижает скорость подъема пузырька – увеличивает вероятность
столкновения
Увеличивает прочность пузырька и устойчивость пены при подъеме
Собирательное действие пенообразователей
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
53

54.

2-х фазная пена Ж-Г
3-х фазная пена Ж-Т-Г
1 – свободный воздух; 2 – пульпа.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
54

55.

Строение пенного слоя
а–пленочноструктурная
пена
б-агрегатная
пена
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
в–пленочная
пена (по В.И.
Классену)[7]
55

56.

OH, C=O, COO, SO3, OSO3, N, NH2.
терпинеол
С10H17OH
ОПСБ
С4Н9-[CH2-CH-O]n-OH
CH3
МИБК
CH3-CH2-CH2-CH-CH3
CH3
-терпинеол
-терпинеол
-терпинеол
OH
T-80
и
диоксановые
пирановые
Фенольные – нейтральная среда
Спиртовые – щелочная
Алкилсульфаты - слабокислая
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
56

57.

В упрощенном виде скорость флотации может быть
определена как (уравнение Белоглазова):
ln 1 / (1 – ε ) = k t.
Величина ln 1/(1–ε) называется
коэффициентом удельной скорости
флотации (константа Белоглазова).
1 – постоянная скорость
2 – уменьшение скорости флотации к концу флотации
3 –увеличении скорости к концу флотации
4 – экстремальная, может быть следствием изменения
концентрации реагентов в пульпе
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
57

58. Способы насыщения воздухом

Специальными устройствами (механические,
пневмомеханические, пневматические флотомашины)
Перепад давлений (напорная)
Разрежение (вакуумная)
Электролиз (электрофлотация)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
58

59. Классификация флотационных машин

механические,
пневмомеханические
пневматические
напорные флотаторы
электрофлотаторы
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
59

60. механическая (а), пневмомеханическая (б) и пневматическая флотомашина (в)

1 – вал; 2 и 3 – воздуховод; 4 – импеллер; 5 - статор; 6 – камера;
7 – пеногон; 8 - питающий патрубок; 9 – песковый патрубок; 10 – желоб
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
60

61. Скоростная (флеш-флотация) в цикле измельчения

SkimAir® компании "Оутотек"
в SkimAir® направляется 1/2 или 2/3
потока песков гидроциклона.
Остальная часть потока возвращается
в питание мельницы. В питание
добавляется вода для снижения
плотности пульпы примерно до 65 %
твердого.
Хвосты флотации возвращаются в
мельницу.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
61

62. Подготовка руды к флотации

Измельчение до минус 0,1 мм
Разбавление водой до содержания твердого (% тв.) – 25-40 %
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
62

63. Операции флотации

Основная
Контрольная
Перечистная
ε–
повышение
извлечения
β – повышение качества концентрата
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
63

64.

Прямая флотация
Обратная флотация
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
64

65.

Прямая селективная флотация
Руда
Флотация 1-го минерала
Концентрат 1
Хвосты
Флотация 2-го минерала
Концентрат 2
Хвосты
Флотация 3-го минерала
Концентрат 3
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
Хвосты
65

66.

Коллективно-селективные схемы
флотации
Руда
Коллективная флотация
Руда
Коллективный концентрат
Флотация 1-го и 2-го минералов
Коллективная флотация
Концентрат 1 и 2
Хвосты 1
Коллективный концентрат
Хвосты 1
Хвосты
(концентрат 3)
Руда
Флотация 1-го минерала
Концентрат 1
Концентрат 2
Флотация 3-го минерала
Концентрат 3
Хвосты 2
Коллективная флотация
Флотация 1-го минерала
Хвосты 1
Коллективный концентрат
Концентрат 1
Флотация 2-го минерала
Концентрат 2
Хвосты
(концентрат 3)
Флотация 1-го минерала
Флотация 3-го минерала
Концентрат 3
Хвосты 2
Хвосты
Концентрат 1
Флотация 2-го и 3-го минерала
Концентрат 2 и 3
Хвосты 2
Флотация 2-го минерала
Концентрат 2
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
Концентрат 3
66

67. Межцикловая флотация

Неравномерная вкрапленность, наличие легко шламуемых и окисляемых
(вторичные сульфиды меди)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
67

68. Типизация руд, минералов М.А. Эйгелеса по флотационным группам

1.
Природногидрофобные – графит, угли, самородная сера, тальк (Mg3Si4O10(OH)2)
2.
Руды сульфидных минералов тяжелых цветных металлов и самородные
металлы – галенит PbS, сульфиды меди Cu2S, CuS, сфалерит ZnS, золото,
серебро, платиноиды, самородная медь и др.
3.
Смешанные и окисленные руды тяжелых цветных металлов – азурит
Cu3(СО3)2(ОН)2, малахит Cu2CO3(OH)2, церуссит PbCO3 и др.
4.
Несульфидные руды с полярными солеобразными минералами с
щелочноземельными катионами (Ca, Ba, Sr) – кальцит CaCO3, шеелит CaWO4,
повелит CaMoO4 , апатит Са5[PO4]3(F, Cl, ОН), флюорит CaF2, барит BaSO4и др.
5.
Руды, содержащие оксидные минералы черных металлов (железо, марганец,
хром) и цветных редких металлов (касситерит SnO2, ильменит FeTiO3, рутил
TiO2и др.)
6.
Руды, содержащие силикаты и алюмосиликаты (берилл Al2[Be3(Si6O18)],
сподумен LiAl(Si2O6), породные минералы)
7.
Руды, содержащие растворимые соли (галит NaCl, сильвин KCl)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
68

69. Сульфидные руды

Сульфидные минералы основной источник меди и
других тяжелых цветных
металлов
Сопутствующие – благородные
металлы (Аu, Ag, МПГ), редкие
металлы и редкоземельные
элементы
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
69

70. Основные медные минералы

Минерал
Формула
Содержание Cu, %
Плотность, г/см3
Твердость
4,1-4,2
3-4
Первичные сульфиды
Халькопирит
CuFeS2
34,6
Вторичные сульфиды
Халькозин
Cu2S
79,9
5,5-5,8
2,5-3
Ковеллин
CuS
64,5
4,6-4,7
1,5-2
Борнит
Cu5FeS4
63,3
4,5-5,3
3
Блеклые руды
Тетраэдрит
Cu12SbS13
45-51
4,4-5,1
3-4
Теннантит
Cu12AsS13
45-51
4,4-5,1
3,5
Оксиды
Куприт
Cu2O
88,8
5,8-6,2
3,5-4
Тенорит
CuO
79,9
5,8-6,4
3,5-4
Карбонаты
Малахит
Cu2CO3(OH)2
57,4
3,9-4,1
3,5-4
Азурит
Cu3(CO3)2(OH)2
55,3
3,7-3,9
3,5-4
2,0-2,3
2-4
Силикаты
Хризоколла
CuSiO3·nH2O
До 45
Сульфаты
Халькантит
CuSO4·5H2O
25,4
2,2-2,2
2,5
Брошантит
Cu4SO4·(OH)6
34,8
3,8-3,9
3,5-4
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
70

71.

Требования к медным концентратам
ГОСТ Р 52998-2008 - Концентрат медный. Технические условия.
Дата введения 2010-01-01
Марка
Массовая доля, %
меди, не менее
примесей, не более
цинка
свинца
КМ0
40,0
2,0
2,0
КМ1
35,0
2,0
2,5
КМ2
30,0
3,0
4,0
КМ3
25,0
5,0
4,5
КМ4
23,0
6,0
4,5
КМ5
20,0
7,0
4,5
КМ6
18,0 (12,0)
8,0
4,5
As≤0,6 (1,2 %); Mo≤0,12 (0,18 %); влажность≤7 %
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
71

72.

Раздельная флотация песков и шламов
Медистые песчаники
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
72

73.

Медно-порфировые руды
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
73

74.

Промывка руды для удаления глины или сульфатов меди
(халькантит CuSO4·5H2O)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
74

75. Комбинированные технологии (метод Мостовича)

ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
75

76. Полярные несульфиды

Оксиды (Fe2O3, FeTiO3, MnO2, лопарит
(Na,Ce,Ca,Sr,Th)(Ti,Nb,Fe)O3
Солеобразующие (CaF2, CaCO3, Ca5(PO4)3F …)
Силикаты и кварц (цирконий ZrSiO4 , сподумен
LiAl(Si2O6), лепидолит KLi1.5Al1.5(Si3AlO10)(F,OH)2, SiO2)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
76

77. Реагентные режимы несульфидных руд

Регуляторы среды (кислоты (серная H2SO4, плавиковая HF), щелочи (сода
Na2CO3; каустическая сода NaOH, поташ KOH)
Модификаторы (кислоты, кремнефтористый натрий Na2SiF6, щавелевая
кислота H2C2O4, КМЦ, крахмал, сернистый Na2S натрий…)
Оксигидрильные собиратели (карбоновые кислоты R-COOH и их мыла RCOONa (олеат, таловые масла, СЖК), алкилсульфаты R-OSO3,
алкилфосфаты, Аспарал Ф R –( COO, NH, OSO3)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
C1877

78.

-CaCO3|ТВ+2RCOO-→-Ca(RCOO)2+ 2CO=3
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
78

79.

ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
79

80.

ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
80

81. Высокотемпературные воздействия

Обжиг для разрушения кальцита,
Восстановительная сульфидизация,
Декрипитация – растрескивание минералов при их нагревании и
быстром охлаждении.
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
81

82. Десорбция с применением пропарки

СУЛЬФИДЫ
КАЛЬЦИЕВЫЕ
Высокотемпературная в щелочной
среде (разделение Cu-Mo
коллективного концентрата) –
окислительные условия
Высокотемпературная в среде
сернистого натрия (разделение CuMo коллективного концентрата) –
восстановительные условия
Метод Петрова – с жидким
стеклом Na2SiO3 (2,5-4 %) при
температуре 70-85 0С)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
82

83.

Характеристика минералов
(фазовый), содержание
компонента,
вкрапленность
?
Прямая селективная или
коллективно-селективная
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
83

84.

Неравномерная
вкрапленность минералов,
хрупкость минералов
Стадиальное измельчение
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
84

85.

Неравномерное
гранулометрическое
распределение минералов
Комбинирование с другими обогатительными
процессами (гравитация, магнитная сепарация….)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
85

86. Флотация

ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ
УГЛИ
Получение суперконцентратов
Флотация шламов (селективная
флокуляция)
ПРОФ. КАФЕДРЫ ОПИ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
86