Качество обогащаемого полезного ископаемого

Характеристика обогащаемого полезного ископаемого определяет условия его флота-ции. Под характеристикой материала понимается его минералогический состав (свойства отдельных минералов и их количественное соотношение), характер срастания минералов, наличие в них примесей, вторичные изменения минералов (выветривание, окисление и пр.). Все это влияет на флотационные свойства минералов.

В производственных условиях на флотационные свойства полезных ископаемых сильно влияют особенности образования минералов, их изменения в процессах добычи, транспортирования, хранения и обогащения, сочетание различных минералов и их срастание.

                                     Влияние размеров частиц минералов на флотацию

При флотации в пульпе находятся частицы разных размеров. Флотируемость минера-лов зависит прежде всего от размера частиц. Оптимальная крупность частиц, при которой достигается лучшая флотируемость, зависит от их гидрофобности и плотности минералов и жидкой фазы пульпы. Чем выше гидрофобность, меньше плотность минерала и выше плотность жидкой фазы, тем более крупные частицы могут флотироваться.

Частицы средних размеров наиболее полно и с наибольшей скоростью извлекаются в концентраты  и требуют для флотации минимального расхода реагентов.

Наиболее чистые фракции концентратов обычно бывают представлены крупными зернами (если отсутствуют сростки), а самые тонкие фракции имеют пониженное качество из-за худшей селективности флотации мельчайших частиц.

Хвосты флотации получаются наиболее чистыми в средних классах крупности. Более крупные частицы обычно несколько обогащены флотируемым компонентом. Это происходит по двум причинам: из-за худшей флотируемости крупных частиц и из-за наличия в них повышенного количества сростков. Мелкие фракции хвостов обогащены флотируемыми минералами вследствие пониженной скорости флотации мелких частиц.

При флотации крупновкрапленных руд достаточно полное разделение сростков может произойти при относительно крупном измельчении. Однако руду приходится измельчать тоньше, так как крупные частицы не могут быть подняты пузырьками на поверхность пульпы.

Флотация более крупных частиц в отдельных случаях имеет преимущества: значи-тельно повышается производительность отделений измельчения, сгущения, фильтрования и сушки, более крупнозернистые концентраты в дальнейшем лучше перерабатываются, а являющиеся конечным готовым продуктом – ценятся намного выше.

Размеры минеральных частиц имеют большую роль при определении вероятности их прилипания и устойчивого закрепления на пузырьках. Вероятность столкновения частицы с пузырьком при прочих равных условиях тем больше, чем крупнее частица и больше ее масса. В этом случае повышается разность скоростей движения пузырьков и частиц в пульпе. Вероятность же закрепления при увеличении крупности частиц снижается, на при увеличении расхода реагента-собирателя (гидрофобизатора) вероятность закрепления возрастает. Таким образом, вероятность флотации для мелких частиц зависит в основном от вероятности столкновения их с пузырьками, а для крупных – от вероятности прочного закрепления частицы на пузырьке. При более плотной пульпе вероятность столкновения частиц с пузырьками возрастает, поэтому в данном случае создаются лучшие условия для перевода в пену мелких частиц. Крупные частицы часто лучше флотируются в более разбавленной пульпе, так как при этом меньше проявляются силы, стремящиеся оторвать прилипшие частицы от пузырьков.

Весьма тонкие шламовые частицы, находящиеся в пульпе, сильно и разносторонне влияют на флотацию. Они бывают первичными (содержатся в материале, поступающем на обогащение) и вторичными (возникают при измельчении и истирании материала в аппаратах, установках гидротранспорта и т. п.). Крупность этих частиц порядка 3-10 мкм.

При наличии в пульпе тонких шламов наблюдаются следующие технологические явления: повышенное загрязнение пенного продукта мелкими фракциями пустой породы, увеличение расхода реагентов, уменьшение скорости флотации, ухудшение флотации более крупных зерен и снижение качества хвостов вследствие плохой флотации тончайших зерен.

Эти факторы объясняются следующими причинами:

1) тонкие шламы при определенных условиях налипают на более крупные частицы, образуя на их поверхности так называемое шламовое покрытие, которое или препятствует или ослабляет закрепление более крупной частицы на пузырьке воздуха (тонкие частицы или сильно гидратированы или отрываются с пузырьком от крупной частицы);

2) являясь флотоактивными, тонкие шламы покрывают воздушные пузырьки, после чего к ним частицы нормальной крупности прилипают плохо;

3) тонкие шламовые частицы, имеющие большую удельную поверхность, поглощают из пульпы гораздо большее количество реагентов, отнимая их у более крупных частиц;

4) флотация тонких шламовых частиц полезного минерала из-за их высокой удельной поверхности требует огромного количества воздушных пузырьков, недостаток которых приводит к значительному снижению скорости флотации;

5) пенный продукт загрязняется мелкими частицами пустой породы из-за их гидро-фобизации собирателем (тонкие частицы имеют повышенную сорбционную активность), а также из-за выноса в пену между пузырьками – "механический вынос".

Для снижения отрицательного влияния тонких шламов на флотацию могут приме-няться следующие меры:

- добавление реагентов-пептизаторов для предотвращения образование шламовых покровов на минералах и пузырьках;

- применение разбавленных пульп, уменьшающих переход тонких частиц пустой породы в пену;

- дробная (отдельными порциями) подача реагентов-собирателей, поддерживающая более постоянную концентрацию этих реагентов, чем снижается бесполезное поглощение реагента тонкими шламами и происходит более равномерная флота-ция во всех камерах флотомашины;

- применение реагентов, снижающих поглощение собирателя тонкими шламами;

- предварительная классификация пульпы на песковую и шламовую части с раздельным контактом с реагентами и раздельной флотацией (допустима и совместная флотация);

- добавление к пульпе зернистых фракций (части ранее полученного концентрата) – в ряде случаев шламы налипают на эти зерна и флотируются более активно;

- удаление тонких шламов из пульпы и флотация обесшламленного материала.

Заметное повышение скорости флотации шламовых частиц происходит при примене-нии пузырьков газа, выделяемых из раствора.

Для флотации относительно крупных частиц необходимы следующие условия:

- максимальная гидрофобизация их поверхности применением повышенных расхо-дов наиболее активных собирателей;

- добавление в пульпу аполярных реагентов, обычно повышающих прочность закрепления частиц на пузырьке;

- применение повышенной аэрации пульпы, что создает условия для флотации круп-ных частиц несколькими пузырьками (но не за счет повышения интенсивности перемешивания, а за счет дополнительного ввода сжатого воздуха и др.);

- создание спокойных восходящих потоков в средней зоне флотационной машины;

- наличие устойчивого, спокойного, но не очень толстого пенного слоя, осторожное удаление пены.

                                                 Плотность и температура пульпы

Одним из важнейших факторов, влияющих на флотацию, является массовое соотно-шение жидкой и твердой фаз пульпы (Ж:Т), определяющее ее плотность. Этот фактор влияет на флотацию весьма разносторонне.

С увеличением плотности пульпы при постоянном объеме флотационных машин и производительности фабрики продолжительность нахождения пульпы в этих машинах воз-растает. Объемная концентрация реагентов тоже возрастает (при их постоянном удельном расходе). При таком положении, казалось бы, целесообразно флотировать пульпу с макси-мальной плотностью. Однако при чрезмерном уплотнении пульпы резко ухудшается ее аэрированность и флотируемость крупных частиц, идет более интенсивная флотация тонких классов пустой породы.

Поэтому в каждом случае следует устанавливать опытным путем наиболее выгодную плотность. Обычно в практике флотации применяют плотность пульпы в пределах 15-40% твердого (Ж:Т – 5,7-1,5). Снижение плотности пульпы в перечистных флотациях связано с необходимостью получения более чистых концентратов (в разбавленных пульпах ухудшаются условия перевода в пену тонких фракций пустой породы, загрязняющих концентрат). Особо важно применять разбавленные пульпы при значительном содержании в них тонких шламов.

В пенных продуктах обычно содержится больше твердых частиц, чем в пульпе, поэтому по фронту флотации от камеры к камере происходит заметное разбавление пульпы. В связи с этим обычно устанавливается оптимальная начальная плотность пульпы, которая в дальнейшем изменяется в определенных пределах.

В условиях развитых схем обогащения применяют для поддержания оптимальных плотностей пульпы в каждой операции флотации разбавления или сгущение продуктов. Вода, подаваемая в желоба флотационных машин для разбавления пенных продуктов, должна одновременно разрушать пену.

С повышением температуры пульпы увеличивается скорость большинства процессов, происходящих на поверхностях раздела фаз. Как правило, повышение температуры пульпы в определенных пределах интенсифицирует процесс флотации. Обычно флотация при холод-ной воде требует большего расхода пенообразователя.

Пульпа на обогатительных фабриках подогревается паром. Часто применяют тепло отходящих газов сушильных установок и т. п.

                                               Состав жидкой фазы пульпы

Состав воды, в которой осуществляется флотация, существенно влияет на этот процесс. В воде находятся различные ионы (влияющие на флотацию и изменяющие pH воды), растворенные газы и различные коллоидные и органические примеси. Природные воды соприкасаются в своем круговороте с огромным числом минералов и веществ, растворимых в той или иной мере. Особенно это сказывается при флотации солей, легко растворимых в воде.

Находящиеся в воде вещества могут взаимодействовать с минералами, изменяя флотационные свойства их поверхности, с применяемыми реагентами, также изменяя их свойства.

Для предотвращения негативного влияния состава воды на флотационный процесс следует правильно выбирать реагент-собиратель, регулировать pH жидкой фазы пульпы, обеспечивать оптимальное соотношение свежей и оборотной воды. При флотации раство-римых солей следует регулировать обмен жидкой фазы, стабилизировать температуру, обеспечивать полное насыщение маточных растворов.

                                                           Реагентный режим

Под реагентным режимом флотации подразумевается ассортимент применяемых реагентов, их расход, порядок подачи в процесс и время контакта реагента с пульпой.

Подача реагентов в процесс происходит в следующей последовательности. Вначале к пульпе добавляются реагенты-регуляторы, изменяющие pH среды, подавители (депрессоры) и другие, затем собиратель и в последнюю очередь пенообразователь. Эта общая схема может иметь много разновидностей и уточнений.

При необходимости длительного контакта с минералами реагенты подаются в специ-альные контактные чаны или в насосы, которые подают пульпу в эти чаны (для увеличения времени контакта и лучшего перемешивания реагента). Часто становится необходимым устанавливать для контактирования с реагентами-регуляторами и собирателями отдельные контактные чаны. Если применяется дробная подача собирателя, основная часть реагента подается в контактный чан, а другие порции – в отдельные камеры флотационной машины. Если применяются машины механического типа, то добавочные порции реагента следует подавать в пульпу, поступающую на импеллер. Не допускается подача реагента в аэрационные патрубки флотационных камер машин, так как при такой подаче часть реагента бесполезно выводится с пенным продуктом.

Если необходимо воздействие собирателя на свежеобнаженные минеральные грани, реагент подается в мельницу. Иногда при большой скорости взаимодействия собирателей с минералами эти реагенты можно подавать во флотационную машину, не применяя контакт-ные чаны.

Реагенты-пенообразователи подаются, как правило, после собирателя непосредст-венно во флотационную машину. Время их контакта с пульпой обычно составляет 1-2 мин.

Для правильного использования реагентов большое значение имеет способ их подго-товки перед дозированием. При применении реагентов в виде растворов необходимо подобрать оптимальную концентрацию этих растворов. Слишком разбавленные растворы применять неудобно из-за их большого объема. Однако нельзя применять и излишне концентрированные растворы, которые трудно дозировать вследствие высокой вязкости или доставлять по трубопроводам. Концентрированные растворы некоторых реагентов образуют отложения на внутренних поверхностях трубопроводов. Иногда в концентрированных растворах реагенты изменяют свои свойства (например, крахмал образует плохо диспергируемые в воде мицеллы).

                                                     Работа флотационных машин

Количество поступающей во флотационные машины пульпы, ее плотность должны быть постоянными. Объем пульпы, поступающей в машину, должен обеспечивать опти-мальное время флотации. При избыточной нагрузке время флотации будет меньше требуе-мого, что приведет к получению богатых хвостов (низкого извлечения ценного компонента в концентрат). При недостаточной нагрузке на машины время флотации будет слишком большим, что может привести к флотации частиц пустой породы и, следовательно, к понижению качества концентрата. Кроме того, излишне длительное пребывание пульпы во флотационных машинах приводит к непроизводительному расходу электроэнергии, а в отдельных случаях может иметь место истирание материала с образованием тонких шламов. Поэтому обязательным является контроль и регулирование нагрузки и плотности пульпы – питания флотации.

Быстрое уменьшение количества пульпы, поступающей во флотационные машины, приводит к понижению уровня пульпы, увеличение количества пульпы – к его повышению. То и другое весьма отрицательно сказывается на флотации. Понижение уровня пульпы приводит к уменьшению полезного объема машин и количества снимаемой пены и, следовательно, к получению более богатых хвостов. Чрезмерное повышение уровня пульпы ухудшает условия дополнительного обогащения концентрата в пенном слое, приводит к переливанию пульпы в пенный желоб, что ухудшает качество концентрата.

При основной флотации, как правило, следует стремиться к полному снятию пены во всех камерах. В перечистных флотациях во всех камерах обычно поддерживают относи-тельно толстый слой пены для получения богатых концентратов. Но слишком большое количество циркулирующих промежуточных продуктов может перегрузить флотацию и понизить извлечение.

Необходимо также предотвращать накапливание крупных частиц в нижних зонах камер, обеспечивая продвижение этих частиц через специальные отверстия к хвостовой камере.