Вторичное обогащение концентратов в пене

3. Кинетика и скорость флотации. Коэффициент селективности.

Реагентный режим предполагает номенклатуру реагентов, их расход, точки подачи и распределение каждого реагента по этим точкам, продолжительность контакта с пульпой. Реагентный режим определяется экспериментально при исследовании руды на обогатимость. Обычно реагенты подаются в следующем порядке:1) регуляторы среды – чаще в операцию измельчения; 2) депрессоры – загружаются вместе с регуляторами или чуть позже; 3) собиратели; 4) вспениватели. Подача собирателя может быть единовременной или дробной. При дробной подаче процесс флотации несколько затягивается, но качество концентрата выше.

Для образования воздушных пузырьков необходима аэрация пульпы. Аэрация определяется как количество воздуха, проходящего в единицу времени через единицу площади горизонтального сечения камеры или через единицу объема пульпы. При аэрации часть воздуха растворяется в воде, а затем выделяется в виде очень мелких зародышей пузырьков, которые появляются на поверхности зерен флотируемого минерала. Мелкие пузырьки облегчают закрепление частиц на более крупных транспортирующих пузырьках. Кроме того, кислород воздуха окисляет поверхность частиц и влияет на взаимодействие с реагентами и результаты флотации.

Аэрация прямо пропорционально зависит от интенсивности перемешивания пульпы в машине. Интенсивность перемешивания должна быть достаточной для обеспечения хорошей аэрации и равномерного распределения частиц и пузырьков по всему объему нижней зоны камеры. Сильное перемешивание увеличивает силы отрыва частиц от пузырьков и расход электроэнергии. При прочих равных условиях аэрация зависит от плотности пульпы - в более плотных пульпах аэрация снижается.

Показатели флотации зависят от интенсивности съема пены. При интенсивном съеме снижается время флотации, но уменьшается содержание ценного минерала в пенном продукте β. Параметр β в пульпе и пенном слое изменяется по высоте – происходит вторичная концентрация (рис. 21.1). В пульпе β по высоте изменяется мало (аb). При переходе в пенный слой β увеличивается скачком (bс) и далее в слое пены растет постепенно (сd).

Если снимать в концентрат только верхний слой пены, то качество его будет высокое, но извлечение снизится. При снятии пены по всей высоте качество концентрата понизится, но извлечение будет выше.

Для улучшения вторичной концентрации можно: 1) поддерживать оптимальную толщину пенного слоя, согласованную со скоростью удаления пены, 2) снимать только верхние слои пены, 3) увеличивать скорость движения частиц породы вниз, осторожно орошая поверхность пены водой – применяется редко.

Повышение температуры пульпы в основном положительно влияет на результаты флотации, но применяется мало из-за дороговизны.

Скорость флотации зависит от скорости подачи пульпы в камеру машины, которая определяется как количество пульпы, подаваемое в машину в единицу времени. При увеличении потока пульпы скорость флотации увеличивается, время флотации снижается. Для разных конструкций машин существует оптимальный поток пульпы. Например, для механических машин оптимальный расход пульпы находится в пределах 1-2-х объемов камеры.

Определение скорости и селективности флотации важно для оценки технологической эффективности процесса.

Скорость флотации характеризуется временем, необходимым для достижения определенного извлечения ценного минерала в пенный продукт. В лабораторных условиях скорость флотации определяют по результатам дробной флотации. В расчетах пользуются методом К.Ф. Белоглазова.

Введем обозначения: n - общее число частиц, подлежащих флотации; х – число частиц, перешедших в пенный продукт к моменту времени t; N - число пузырьков, прошедших сквозь пульпу в единицу времени; W – вероятность устойчивого закрепления частиц на пузырьках.

К моменту времени t число частиц, оставшихся в пульпе, будет равно (n – x). За время dt через пульпу пройдет N dt воздушных пузырьков и сфлотируется dх частиц. Число столкновений частиц с пузырьками за время dt будет пропорционально величине N (n – x) dt. Число частиц, сфлотированных за время dt, будет равно:

dx = k N (n – x) W dt.

Здесь k – коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние различных факторов на флотацию, константа скорости флотации.

Разделим переменные и найдем интеграл:

∫ dx / (n – x) = ln x / (n – x);

ln n / (n – x) = k ∫ N W dt;

Разделим на n:

ln 1 / (1 – x / n) = k ∫ N W dt.

Величина x / n является извлечением ценного минерала в концентрат. Тогда

ln 1 / (1 – ε) = k ∫ N W dt.

Величина ln 1/(1–ε) называется коэффициентом удельной скорости флотации.

В упрощенном виде скорость флотации может быть определена как (уравнение Белоглазова):

ln 1 / (1 – ε) = k t.

Это выражение справедливо для флотации узких классов крупности мономинеральной пульпы. В более общем виде это уравнение будет:

dε / dt = k (1 - ε) ^р .

Здесь р и k – параметры, зависящие от свойств флотируемого минерала и условий флотации; dε / dt – скорость флотации в данный момент времени, которая определяется тангенсом угла наклона кривой ε = f (t), показанной на рис. 21.2.

Зависимость ε = f (t) характеризует кинетику флотации.

Извлечение 100% никогда не достигается. В начале процесса извлечение растет почти пропорционально времени, а затем прирост извлечения замедляется и оно приближается к некоторому предельному значению. Качество концентрата с увеличением времени флотации непрерывно снижается.

 

Величина (1-ε) пропорциональна массе ценного минерала в пульпе в данный момент времени. При постоянных свойствах минерала и условиях флотации скорость флотации пропорциональна массе минерала и его флотационным свойствам.

Кривые изменения скорости флотации в зависимости от времени могут иметь следующий вид (рис. 21.3).

Прямолинейная зависимость 1 – скорость флотации постоянна. Выпуклая кривая 2 – снижение скорости флотации к концу процесса за счет удаления из пульпы легкофлотируемых зерен в начале и снижения концентрации реагентов. Вогнутая кривая 3 – повышение скорости флотации к концу процесса за счет удаления тонких шламов, более длительного контакта с реагентами.

Для оценки селективности флотации чаще используют индекс селективности η, который вычисляется как отношение удельных скоростей флотации разных компонентов:

η = (ln 1 / (1 – ε₁)) / (ln 1 / (1 – ε₂)),

где ε₁ и ε₂ - извлечения в пенный продукт компонента 1 и компонента 2.