Флотація вугілля

Час, що потрібен для виконання роботи,– 2 години

Мета роботи: 1. Одержати навичок проведення флотаційних дослідів;

2. Ознайомлення з режимами флотації аполярних мінералів.

 

Кам’яне вугілля відноситься до групи аполярних мінералів з високою природною гідрофобністю. Висока природна гідрофобність обумовлена особливостями його кристалічної структури. При руйнуванні кусків вугілля відбувається розрив молекулярних зв’язків, і неполярна поверхня, що утворюється, слабко притягає дипольні молекули води і сильніше взаємодіє з повітрям, тобто поверхня стає гідрофобною. Крайовий кут змочування вугілля коливається в межах 60° – 90°. Коливання значень крайового кута змочування пояснюється співвідношенням на макроповерхні мінералу високогідрофобних площин спайності і профільних торцевих ділянок кристала.

Флотаційні властивості вугілля залежать від петрографічного складу, ступені окисненості поверхні зерен, а також від складу пустої породи та ін..

Не зважаючи на високу природну гідрофобність вугілля, термодинамічна ймовірність його флотації реалізується погано. Ефективна флотація мінералів досягається тільки після додавання аполярних збирачів (керосин, масла, нафтопродукти та ін.). Закріплення їх на мінеральній поверхні відбувається за механізмом виборчого змочування з утворенням дисперсійних міжмолекулярних сил між вуглеводними ланцюгами реагенту і поверхнею мінералу. Аполярні збирачі практично нерозчинні у воді і їх подають в пульпу звичайно у вигляді емульсії. Краплинки емульгованого масла при зіткненні з бульбашками повітря звичайно цілком розтікаються по їхній поверхні. Аполярні збирачі закріплюються на поверхні частинок вугілля у вигляді лінз або крапельок. При зіткненні частинки вугілля, на гранях якої є одна або кілька краплинок масла, з бульбашкою повітря, яка покрита шаром масла, проривається гідратний шар між частинкою і бульбашкою, і частинка закріплюється на бульбашці за коалісцентним механізмом.

Флотаційна активність аполярного збирача, звичайно, тим вища, чим більший вміст у ньому ненасичених з’єднань і ароматичних вуглеводнів, чим краще він емульгований і чим вище початкова гідрофобність частинок, які флотуємо.

Для гідрофобізації полярних ділянок поверхні необхідно додавання гетерополярних реагентів. Тому, найбільш ефективною є суміш або сполучення двох типів реагентів: поверхнево-активних сполук з гетерополярною будовою молекул і малорозчинних у воді аполярних сполук. Окрім гідрофобізації полярних ділянок поверхні частинок, які флотуємо, додавання поверхнево-активних реагентів поліпшує емульгування аполярних реагентів, а також аерацію пульпи і створення стійкої піни. Збагачення вугілля флотацією зводиться до виділення від пустої породи при мінімальному часі флотації. Технологічною особливістю вугілля є мала густина, тому максимальна крупність зерен, які флотуємо, складає: для механічних флотомашин біля 0,5 мм., а для машин пінної сепарації до кількох міліметрів

 

 

Порядок виконання роботи

1) Для досліду взяти наважку вугілля масою 50г, крупністю -0,5+0,1 мм і кварцу також масою 50г, крупністю -0,1+0,05 і змішати їх;

2) Розрахувати об’єми реагентів, що використовуються при флотації вугілля, згідно режимної карти дослідів (рисунок 3) за формулами в л. р.№2;

3) Підготувати флотомашину «Механобр» для проведення дослідів;

4) Провести досліди за режимною картою;

5) Зважити висушені продукти і розсіяти їх на ситі 0,1 мм. Звернути увагу на те, що вугілля знаходиться у класі крупністю більше 0,1 мм, а кварц – у класі крупності менше 0,1 мм;

6) Оформити результати дослідів, згідно л. р.№2

Вугілля (крупність -0,5+0,1 мм) Кварц (крупність -0,1+0,05 мм)

 

Зважування (q=50г) Зважування (q=50г)

 

 

Перемішування 3'

Керосин 0,6 кг/т (с=100%; =0,8 г/ )

Перемішування 3'

Соснове масло 0,2 кг/т (1%)

Перемішування 1'

 

Флотація

 

Пінний Камерний

 

 

Рисунок 3. Режимна карта проведення дослідів.

Зміст звіту

1. Опис ходу флотаційних дослідів

2. Результати дослідів флотації

3. Висновок

 

Контрольні питання

1) Практика флотації вугілля

2) Хід роботи

3) Аполярні збирачі, механізм їх дії при флотації

4) Спінювачі, механізм їх дії

 

Література: Абрамов А.А.

 

 

Флотація залізних руд. Для збагачення залізних руд використовуються в основному методи магнітної сепарації і гравітації. Флотація застосовується головним чином для збагачення тонковкраплених гематитових, мартитових і бурозалізнякових руд, витягу тонковкраплених слабомагнітних окислів заліза з хвостів магнітної сепарації, доведення бідних концентратів гравітаційного збагачення й одержання «суперконцентратів» для нестатків акумуляторної промисловості і порошкової металургії.

До основних промислових мінералів у залізних рудах відносяться магнетит Fe₃O₄, гематит і мартит Fe₂O₃, гетит і водні окисни заліза, поєднувані під загальною назвою «бурі залізняки» із загальною формулою Fе₂O₃·(Н₂О)_0,5-3, і сидерит FeCO₃. Усі вони можуть флотуватися оксигідрильними збирачами. Тому що залізні руди є відносно дешевою сировиною, то при їхній флотації використовуються найбільше дешеві збирачі з групи жирних, нафтенових кислот і оксикислот або побічні продукти різних галузей промисловості, з яких найбільше поширення одержали талові масла і сульфатне мило. Щоб трохи понизити чутливість жирних кислот до солей твердості, застосовуються добавки емульгаторів (типу реагентів ОП) і алкілсульфатів. При високій концентрації солей твердості в пульпі більш доцільне застосування нечуттєвих до них оксикарбонових кислот. Підвищення селективності оксигідрильного збирача при флотації залізних руд спостерігається при збільшенні числа подвійних зв'язків у його аполярного ланцюга або введенні атома азоту в його молекулу.

Флотуємість мінералів заліза знижується зі збільшенням змісту зв'язаної води і зменшенням щільності структури. У звичайних умовах спостерігається наступний ряд їх флотуємості оксигідрильними збирачами: сидерит>гематит, мартит>магнетит>гетит. Попереднє окислювання магнетиту, що приводить до збільшення змісту тривалентних іонів заліза в поверхневому шарі, поліпшує його флотуємість.

Гідроксильні іони, катіони лужноземельних металів і рідке скло депресують, а сода активує флотацію всіх залізних мінералів. Органічні депресори — крохмаль, КМЦ і інші аналогічні реагенти придушують флотацію окислів заліза як при аніонному, так і катіонному збирачах. Відзначені особливості флотаційного поводження мінералів заліза використовуються при їхньому відділенні від породи, представленої звичайно кварцом, польовим шпатом, амфіболами, піроксенами, хлоритами, гранатом, епідотами, олівінами, кальцитом у різному співвідношенні в залежності від генезису родовища.

При флотації залізних руд застосовуються три основних методи: пряма аніонна, зворотна аніонна або зворотна катіонна флотація.

Пряма аніонна флотація окислів заліза звичайно проводиться при значеннях рН, рівних 6—7 в операціях основної і контрольної флотації і 5,5—6 у перечисних операціях. Для регулювання рн застосовується сірчана кислота (до 0,8 кг/т). Іноді флотація проводиться в содовому середовищі (рН до 9,5—10). Для депресії мінералів породи завантажується рідке скло або колоїдна кремінна кислота (до 1 кг/т). Селективність дії рідкого скла збільшується при добавці солей алюмінію, міді й ін. Якщо в руді утримується апатит, краща флотація в слабкокислому середовищу при добавках фторидов або фторсиликатов.

Для нейтралізації дії солей твердості, що зв'язують збирач, що активують порожню породу і депресуючих окисли заліза, додатково подаються невеликі кількості фосфатних з'єднань, сірчистого натрію й інших реагентів. Витрата збирача залежить від пористості корисних мінералів і досягає 1 кг/т при флотації найбільш пористих з них — гідроокислів заліза, що фдлотуються менш ефективно, чим гематит і мартит. При наявності в руді силікатів заліза, значних кількостей апатиту, кальциту й ангідриту, що переходять при прямій аніонній флотації в концентрат і забруднюючих його, більш доцільне застосування зворотної флотації.

Зворотна аніонна флотація мінералів породи виробляється в сильнолужному вапняному середовищу (при рн близько 11). Залізний концентрат виходить у виді камерного продукту. Депресія флотації мінералів заліза забезпечується: депресуючою дією гідроксильних іонів, подачею органічного депресору — крохмалю, КМЦ, лігнінсульфонату або іншого аналогічного їм реагенту при витраті 0,6—1 кг/т і, нарешті, депресуючою дією іонів кальцію. У той же час іони кальцію відіграють роль активатора силікатів породи. До достоїнств зворотної аніонної флотації відноситься можливість використання твердої води при витраті збирача 0,2—0,6 кг/т.

Зворотна катіонна флотація силікатних мінералів породи проводиться в содовому середовищі при рн 8—9 амінами або їхніми солями (0,2—0,4 кг/т). Для депресії окислів заліза застосовуються крохмаль, декстрин, танін (0,5—1 кг/т). Замість них можуть використовуватися менш дефіцитні сульфітцелюлозний шовк, відходи борошномельного виробництва, КМЦ і інші органічні депресори. Шкідливий вплив на процес катіонної флотації роблять іони заліза й алюмінію, що адсорбується в першу чергу на силікатних мінералах, викликаючи тим самим їхню депресію.

Схеми флотації залізних руд досить прості. Вони передбачають звичайно основну, іноді контрольну флотацію і дві-три перечисних операції. Результати збагачення всіма трьома методами флотації залізних руд приблизно однакові. Вибір методу в кожнім конкретному випадку визначається вартістю переділу.

До характерних рис флотаційного збагачення залізних руд відносяться:

велика чутливість процесу флотації до інтенсивності перемішування пульпи, зі зменшенням якої селективність процесу зростає;

необхідність застосування можливо більш щільних пульп при флотації;

необхідність попереднього видалення шламів при значному змісті їх у руді, щоб уникнути зайвого поглинання реагентів і порушення селективності флотаційного процесу. Запобігти втрати залізних мінералів зі шламами в ряді випадків удається за допомогою реагентів (наприклад, крохмалю, тапіоку), що викликають селективну коагуляцію окислів заліза.

Якість одержуваних флотаційних залізних концентратів залежить від складу руд. Так, концентрати, одержувані при флотації магнетито-гематитових руд, містять не менш 62— 65 % заліза; при флотації бурозалізнякових руд 43—50 % заліза, при флотації сидеритових руд 30—35 % заліза. Радянськими дослідниками показана можливість одержання в результаті зворотної флотації надбагатих «суперконцентратів», що містять більш 70 % заліза. В усіх випадках зміст шкідливих домішок у концентратах повинне бути не більш, %: сірки 0,1—0,3; фосфори 0,15—0,2; миш'яки 0,07 — 0,1; свинцю 0,01—0,015. Витяг заліза в концентрати залежить від вмісту його в рудах (13—35 %) і змінюється від 65 до 85%.