Флотационный метод обогащения

Е₁ = у_Г-ЖS_Г-Ж + у_Г-ЖS_П + у_Ж-ТS'_Ж-Т + у_Г-ТS_М + А,

Е₂ = у_Г-ЖS'_Г-Ж + у_Г-ТS_Г-Т + А,

где А -- поверхностная энергия нижней и боковых граней, которая не изменяется при закреплении частицы. Отсюда

Е₁ - Е₂ = у_Г-Ж(S_Г-Ж - S'_Г-Ж + S) + у_Ж-ТS'_Ж-Т + у_Г-Т (S_M - S_Г-Т).

Учитывая, что S'_Ж-Т = S_Г-Т - S_M, а также, что деформация большого пузырька и изменение его объема при закреплении на нем малой частицы незначительны, можно принять S'_Г-Ж = S_Г-Ж - S_Г-Т. После преобразований получаем:

Е₁ - Е₂ = у_Г-Ж(S_П + S_Г-Т) + (у_Ж-Т - у_Г-Т)(S_Г-Т - S_М).

Так как на основании уравнения cos и_P = (у_Г-Т - у_Ж-Т)/ у_Г-Ж разность у_Ж-Т - у_Г-Т можно представить в виде у_Г-Жcos и_P можем записать:

Е₁ - Е₂ = у_Г-Ж(1 - cos и_P) S_Г-Т + у_Г-Ж(S_П + S_M cos и_P).

Отсюда, показатель флотируемости для частицы, покрытой пузырьками воздуха,

F_В = (Е₁ - Е₂/S_Г-Т) = у_Г-Ж(1 - cos и_P) + у_Г-Ж(S_П + S_M cos и_P)/ S_Г-Т

Первый член правой части уравнения для F_В является показателем флотируемости частицы, не покрытой выделяющимися пузырьками газа , поэтому можно написать

F_В = F + у_Г-Ж(S_П + S_M cos и_P)/ S_Г-Т.

Из последнего уравнения следует, что выделение малых пузырьков растворенного воздуха на поверхности частичек увеличивает показатель их флотируемости. Это увеличение тем больше, чем больше поверхность S_П пузырьков, выделившихся на гранях флотируемых частиц. Сначала И. Свен-Нильсон (1937 г.), а затем В, И. Классен и др. экспериментально показали, что наличие микропузырьков на поверхности минеральных частиц «катализирует» их прилипание к поверхности более крупных пузырьков газа.

Рис. 11. Схема состояния системы до и после закрепления активированной микропузырьками частицы на пузырьке

7. ПОКАЗАТЕЛЬ ФЛОТИРУЕМОСТИ ПРИ КОАЛЕСЦЕНТНОМ МЕХАНИЗМЕ ЭЛЕМЕНТАРНОГО АКТА ФЛОТАЦИИ

Коалесцентный механизм элементарного акта наблюдается при флотации аполярных минералов с углеводородными маслами. По данному механизму частичка, на гранях которой имеется одна или несколько капелек масла, закрепляется при столкновении с пузырьком, покрытым слоем масла, в результате коалесценции капелек масла (рис. 12).

Формулу для показателя флотируемости коалесцентного механизма элементарного акта, характеризующего уменьшение поверхностной энергии системы на единицу площади контакта газ - масло - твердое, можно получить, по К. А. Разумову, следующим образом [36].

На основании принятых на рис. 12 обозначений имеем:

Е₁ = у_М-ГS_П + у_М-ВS_П + у_М-ВS_М + у_М-ТS_Т + у_В-Т(q - S_Т) + А,

Е₂ = у_М-ГS'_П + у_М-ВS_П + qу_М-Т + qу_М-Т +А.

Для малых по сравнению с пузырьком частиц деформация пузырька при их закреплении незначительна и ею можно пренебречь. Тогда S'_П = S_П - q и после простых преобразований получим:

Е₁ - Е₂ = у_М-В(q + S_M) + (у_В-Т - у_М-Г) (q + S_Т).

Поскольку система вода - твердое - масло является аналогом системы вода - твердое - воздух, в которой газовая фаза заменена маслом, на основании правила Неймана можем записать:

у_В-Т - у_М-Т = - у_М-Вcos г,

где г - краевой угол на границе масло - вода- твёрдое.

Рис. 12. Схема состояния системы до и после коалесцентного закрепления частицы на пузырьке.

Подставляя найденное значение у_В-Т - у_М-Т в выражение

Е₁ - Е₂ = у_М-В(q + S_M) + (у_В-Т - у_М-Г) (q + S_Т), получаем:

Е₁ - Е₂ = у_М-В(q + S_M) - у_М-Вcos г(q - S_T),

Е₁ - Е₂ = у_М-_В (1 - cosг)q + у_М-_В(S_M + S_T cosг).

Первый член этого уравнения положителен, если г > 0; второй член положителен при всех значениях г, так как S_М > S_Т. Поэтому, если г > 0, то Е₁ - Е₂ > 0 и Е₁ > Е₂. Следовательно, система из I состояния перейдет во II, если поверхность минерала хотя бы частично смачивается маслом (г > 0).

Показатель флотируемости для коалесцентного механизма закрепления будет равен:

F_K = (Е₁ - Е₂)/q = у_М-В (1 - cosг) + у_М-В(S_M + S_T cosг)/q.

При одном и том же значении первый член уравнения F_K остаётся для данного масла постоянным, второй же возрастает при увеличении числа капель масла в единице объёма пульпы, вследствие увеличения вероятности встречи капелек с частицей и их числа на частице. Повышение дозировки масла и степени его дисперсности приводит к увеличению показателя флотируемости до тех пор, пока закрепившиеся на минеральной поверхности капельки масла не начнут сливаться друг с другом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В области теории флотации наблюдается стремление перейти от качественных преставлений к количественным закономерностям. Необходимость эта обусловлена стремлением разработать теоретически обоснованные принципы синтеза новых флотационных реагентов, оптимизации и автоматического регулирования флотационного процесса. Очень важным является применение более строгих и объективных методов исследования флотационных систем и особенно механизма действия реагентов при флотации.

В связи с этим уверенное понимание термодинамики элементарного акта флотации представляется необходимым знанием для всякого обогатителя.

В первой части работы дано определение и показаны закономерности свободной энергии системы, объяснены процессы слипания частиц, условия закрепления частиц на границе раздела фаз, влияние изменения удельной свободной поверхностной энергии на вероятность успешного элементарного акта флотации. Исходя из изложенного во второй главе, можно сделать вывод о характере зависимостей удельной поверхностной энергии прослоя воды от гидрофобности поверхности прикрепления (наиболее общий случай) и возможности преодоления энергетического барьера прослоя. В третьей главе сделан вывод о зависимостях между смачиваемостью минеральной поверхности, степени гидрофобности и величиной краевого угла смачивания, проведена аналогия для случая, если вместо пузырьков воздуха или газа используются капельки аполярных масел.

В главе о гистерезисе смачивания рассмотрены причины, его вызывающие, зависимость гистерезиса от гладкости поверхностей при разных случаях раздела фаз, дано объяснение понятию «угол контакта», указывается способ расчета значений краевого угла смачиваемости. Далее рассмотрена возможность элементарного акта флотации, объяснены причины благоприятствующих ему условий через введение понятия, характеризующего изменение поверхностной энергии системы, проведён термодинамический анализ состояний системы до и после закрепления частицы на пузырьке. В шестой главе объяснены причины увеличения показателя флотируемости, наблюдаемого при выделении микропузырьков воздуха на частичках минералов при флотации. В заключительной главе выведена формула показателя флотируемости для коалесцентного механизма элементарного акта флотации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамов А. А. Флотационные методы обогащения. М., Недра, 1978.

2. Абрамов А. А. Теоретические основы оптимизации селективной флотации сульфидных руд. М., Недра 1978.

3. Абрамов А. А. и др. Химия флотационных систем. М., Недра, 1982.

4. Глембоцкий В. А., Классен В. И. Флотационные методы обогащения. М., Недра, 1981.

5. Классен В. И., Мокроусов В. А. Введение в теорию флотации. М., госгортехиздат, 1979.

6. Кузькин С. Ф., Гольман А. М. Флотация ионов и молекул. М., Недра, 1971.

7. Матвиенко Н. В. Пенная сепарация полезных ископаемых. М., Недра, 1976.

8. Мелик-Гайказян В. И. О механизме действия аполярных реагентах при пенной флотации. - Обогащение руд, 1976, № 3, с. 38-43.

9. Мелик-Гайказян В. И. О капиллярном механизме упрочнении контакта частица - пузырёк при пенной флотации. - Обогащение руд, 1976 № 1, с. 25-31.

10. Разумов К. А. Флотационный метод обогащения. С.-Пб., ЛБИ, 1975.

11. Справочник по обогащения руд. М., Недра, 1983.

12. Чантурия В. А., Шафеев В. Ш. Химия поверхностных явлений при флотации. М., Недра, 1977.

Размещено на Allbest.ru