СПОСОБ ФЛОТАЦИИ
METHOD OF FLOTATION

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при флотации золотосодержащих руд.
7
Известен способ флотации, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами, введение воздуха, кондиционирование пульпы с воздухом и удаление продуктов разделения (см. авт. свид. СССР №1005919, МПК B03D 1/00, опубл. 23.03.83 г.).
Недостатками аналога являются низкая агрегативная устойчивость пузырьков, не защищенных прочными поверхностными структурами пенообразователя, и слабая заторможенность поверхности пузырьков динамическим адсорбционным слоем пенообразователя, низкие удельная производительность каскада флотационной установки и скорость флотации.
7
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ флотации, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами, по крайней мере, с пенообразователем, введение пересыщенного водяного пара и газа в пульпу в виде аэрозоля и удаление продуктов разделения (см. патент РФ №2220781, МПК B03D 1/00, опубл. 10.01.2004 г.).
Недостатками прототипа является низкое извлечение ценного компонента и качество товарного продукта ввиду высокой устойчивости смачивающих пленок на гидрофобных извлекаемых частицах в результате подавленных поверхностных сил структурного происхождения и перенос жидкости в межфазном зазоре частица-пузырек под действием градиента температуры и поверхностного натяжения, а также за счет выравнивания скорости флотации разделяемых частиц в операциях цикла селекции и отсутствие рационального распределения по крупности пузырьков для извлечения крупных и мелких частиц по наиболее эффективному коалесцентному механизму флотации.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение извлечения ценных компонентов в товарный продукт и его качества при обогащении руд флотацией.
Технический результат заключается в получении селективных агрегатов частиц и повышении скорости флотации их разделения.
3
Решение технического результата достигается тем, что в способе флотации, включающем кондиционирование исходного сырья с реагентами, по крайней мере, с пенообразователем, введение пересыщенного водяного пара и газа в пульпу в виде струи аэрозоля и удаление продуктов разделения, согласно изобретению, перед введением в пульпу водяного пара и газа в нее добавляют лед в количестве 25,0-45,0 кг/м.
Пересыщенный водяной пар вводят в поток газа импульсно с частотой 160-200 Гц.
Данный способ позволит повысить извлечение ценного компонента и качество товарного продукта.
3
При введении льда в количестве меньше 25,0 кг/м происходит недостаточное упрочнение молекулярной структуры жидкой фазы пульпы для образования значительного количества селективных агрегатов частиц.
3
При введении льда в количестве больше 45,0 кг/м происходит значительное понижение температуры пульпы, что приводит к снижению выталкивающих сил структурного притяжения и, как следствие, к снижению извлечения ценного компонента и качества товарного продукта.
При частоте импульсов ниже 160 Гц и выше 200 Гц снижается количество мелких пузырьков, что приводит к увеличению потерь крупных и мелких частиц ценного компонента с хвостами флотации руд и снижению качества товарного продукта.
Сущность способа поясняется рисунками, где на фиг. 1 (а, б, в, г) изображены графики зависимости распределения размеров пузырьков по крупности от величины частоты импульсов, и таблицами, где в табл. 1 приведены результаты флотации золотосодержащих руд при различном расходе льда, подаваемого в пульпу, в табл. 2 - влияние наличия льда в пульпе и импульсной подачи пересыщенного водяного пара на величину потерь крупных и мелких частиц ценного компонента с хвостами флотации руд.
Способ осуществляли следующим образом.
3
Исходную руду дробили и подвергали мокрому измельчению. Одновременно дробили лед до крупности кристаллов 30-35 мм и вводили в пульпу в количестве 36 кг/м, направляемую на флотацию.
Предварительно газ в режиме капельного уноса пропускали через раствор пенообразователя, который являлся аэрозолеобразующим веществом, затем в поток газа импульсно вводили пересыщенный водяной пар. Полученный аэрозоль вводили в пульпу со льдом.
При введении кристаллов льда (см. табл. 1) в пульпе образовывались две структуры жидкой фазы, отличающиеся степенью упорядоченности диполей воды - уплотненная (объемная) и льдоподобная (поверхностная). Первая имела свойства объемной воды и большую плотность в результате превращения кластеров в молекулы, не соединенные Н-связями, под действием теплового движения. Вторая образовывалась в слоях воды вблизи кристаллов льда и отличалась меньшими, по сравнению с объемной водой, значениями плотности и большей долей молекул, связанных водородными связями (Н-связями) в кластеры (кристаллический каркас). Высокая степень локальной упорядоченности молекул распространялась на последующие слои воды посредством кооперативного механизма: образование одной Н-связи способствовала образованию других Н-связей, что обуславливало уменьшение энтропии системы. Из-за стремления свободной энергии к минимуму в льдоподобных областях возникали силы, оказывающие выталкивающее действие на гидрофобные частицы, заставляя их собраться в агрегаты.
Движение струи аэрозоля через напряжения турбулентного трения передавало жидкости энергию, создающую касательные напряжения. Когда величина энергии касательных напряжений превышала силу сцепления частичек воды, она диспергировала струю аэрозоля на отдельные пузырьки - струйный режим истечения сменялся пузырьковым. При импульсном введении пересыщенного водяного пара в поток газа с частотой 180 Гц избыточная (сверх той, которую струя может передать жидкости) энергия турбулентных пульсаций расходовалась на неограниченный рост амплитуды колебаний (в терминологии теории колебаний наступает параметрический резонанс): струя диспергировалась на большое число мелких пузырьков (см фиг. 1, а, б, в, г).
При введении пересыщенного пара (по прототипу) в пульпе образуются пузырьки диаметром от 0,6 до 4,8 мм (см. фиг. 1, а); в максимальном количестве (34,3%) содержатся пузырьки диаметром 2,4 мм. При импульсном введении пересыщенного пара размер пузырьков уменьшается и при достижении при частоте импульсов 180 Гц параметрического резонанса в пульпе образуются пузырьки диаметром от 0,3 до 2,7 мм (см. фиг. 1, в); в максимальном количестве (27,1%) содержатся пузырьки, диаметр которых в 2,18 раза меньше (составляет 1,1 мм), чем по прототипу. При уменьшении частоты импульсов до 160 Гц (см. фиг. 1, б) положительный эффект от импульсного введения пара сохраняется: в пульпе практически отсутствуют пузырьки диаметром более 2,3 мм (в прототипе - 4,8 мм), хотя диаметр пузырьков, содержащихся в пульпе в максимальном количестве, увеличился с 1,1 мм (180 Гц) до 1,5 мм. При увеличении частоты импульсов до 200 Гц (см. фиг. 1, г) взаимодействие радиальных (центрально-симметричных) и поверхностных (осесимметричных) пульсаций приводит к подавлению параметрического резонанса и образованию устойчивой струи аэрозоля - эффект от импульсного введения пара оказывался малозаметным: диаметр пузырьков, содержащихся в пульпе в максимальном количестве, увеличивался с 1,1 мм (при 180 Гц) до 2,2 мм (при 200 Гц).
Следовательно, импульсное введение пересыщенного водяного пара приводит в сравнении с прототипом (см. фиг. 1, а) к увеличению содержания пузырьков, участвующих в образовании аэрофлокул, и пузырьков, эффективно извлекающих аэрофлокулы в товарный продукт по коалесцентному механизму флотации.
Мелкие пузырьки (диаметром 0,3-1,1 мм) и гидрофобные частицы, выталкиваемые силами структурного происхождения, вместе образовывали агрегаты частиц (аэрофлокулы). Извлечение аэрофлокул в товарный продукт происходило по капиллярному механизму флотации пузырьками диаметром 1,1-2,7 мм, имеющими повышенную подъемную силу.
3
Результаты описанного процесса были подтверждены экспериментально и отображены в табл. 1 и табл. 2. Как следует из табл. 1, введение в пульпу 36 кг/м льда привело к увеличению извлечения ценного компонента (золота) на 7,88% - с 81,27% (прототип) до 89,15% в результате уменьшения содержания золота с 0,550 г/т (прототип) до 0,305 г/т и увеличения содержания золота в концентрате 2,46 раза - с 35,14 г/т (прототип) до 86,30 г/т. Выход концентрата уменьшается в 2,25 раза - с 6,36% (прототип) до 2,82%, что снижает эксплуатационные расходы на гидрометаллургическую переработку концентрата.
3
3
3
Увеличение количества вводимого в пульпу льда с 36 до 55 кг/т привело к уменьшению извлечения золота - до 85,64% (при количестве льда 45 кг/м) и до 81,70% (при количестве льда 55 кг/м), а также содержания золота в концентрате - до 75,0 г/т и 40,34 г/т при количестве вводимого льда соответственно 45 и 55 кг/м.
3
Соотношение между энтропией системы, измененной введением льда, и температурой, вызванной тепловым движением молекул, при количестве льда в пульпе 25-36 кг/м изменялось так, что свободная энергия системы значительно повышалась. Из-за стремления свободной энергии системы к минимуму возникало выталкивающее действие молекул воды на гидрофобные частицы и мелкие (диаметром 0,3-1,1 мм) пузырьки, заставлявшее их собираться в агрегаты (аэрофлокулы). Аэрофлокулы закреплялись на пузырьках с повышенной подъемной силой (диаметром 1,1-2,7 мм) в результате коалесценции разноразмерных пузырьков (коалесцентный механизм извлечения ценных компонентов) и выносились в концентрат, что приводило к росту технологических показателей процесса флотации.
3
При увеличении количества льда в пульпе до 45-55 кг/м эндотермический характер структурных сил, ослабляющихся с понижением температуры, приводил к уменьшению свободной энергии системы: для прилипания частиц потребовалось бы совершить работу, затрачиваемую на перевод воды из зазора между частицами в объем. Поэтому при сближении частиц между ними существовала устойчивая смачивающая пленка, что ухудшало результат флотации.
3
Как следует из табл. 2, потери ценного компонента (золота) с крупной фракцией хвостов флотации (крупностью +0,071 мм) уменьшаются при введении льда в количестве 36 кг/м и введении насыщенного водяного пара с частотой импульсов 180 Гц с 8,41% (прототип) до 4,78% в результате извлечения по коалесцентному механизму флотации. При флотации заявляемым способом в пульпе содержится 43,3% мелких пузырьков диаметром 0,3-1,1 мм, вблизи которых скорость обтекающей их жидкости меньше, чем вблизи крупных пузырьков. Вероятность столкновения с пузырьками мелких частиц, увеличивалась с уменьшением размера пузырьков в результате того, что траектория движения частиц, обладающих малой массой и инерцией, уже не следовала линиям тока жидкости, обтекающих пузырек, а заканчивалась на поверхности пузырьков. В результате потери ценного компонента (золота) с фракцией хвостов флотации крупностью менее 20 мкм уменьшались в ~2 раза - с 5,51% (прототип) до 2,87%. Содержание золота в хвостах флотации уменьшается на 44,5% отн. - с 0,550 г/т (прототип) до 0,305 г/т.
Использование предлагаемого способа флотации по сравнению с прототипом позволит повысить извлечение ценного компонента и качество товарного продукта.