Освоить использование флотационных реагентов: повысить точность определения минерального состава.

В области переработки полезных ископаемых и геологического анализа правильное использование флотационных реагентов имеет решающее значение для точного определения минерального состава. Флотация — это широко применяемый физико-химический процесс разделения и обогащения минералов, основанный на различиях в физико-химических свойствах поверхностей минералов. Путем добавления реагентов можно регулировать гидрофильность или гидрофобность поверхностей минералов, что позволяет отделять целевые минералы от пустой породы.

В этой статье представлен ряд практических рекомендаций, которые помогут лаборантам и горным инженерам оптимизировать процесс флотации, повысив точность и повторяемость результатов испытаний.

Для начала рассмотрим основные типы флотационных реагентов — собиратели , пенообразователи и модификаторы . Каждый реагент играет уникальную роль в процессе флотации. Собиратели повышают гидрофобность минералов, способствуя их связыванию с пузырьками воздуха; пенообразователи помогают стабилизировать слой пены, позволяя легко отделять обогащенные минералы от суспензии; модификаторы используются для регулирования pH или ионной силы суспензии, создавая оптимальные условия для флотации минералов.

Благодаря постоянному технологическому прогрессу расширяется и спектр флотационных реагентов. Правильный выбор и использование этих реагентов может не только повысить коэффициенты извлечения и качество минералов , но и принести значительные выгоды с точки зрения защиты окружающей среды и контроля затрат.

Как правильно использовать флотореагенты?

Типы реагентов

Типы реагентов, используемых на флотационных заводах, зависят от таких факторов, как свойства руды, технологический процесс и количество желаемых минеральных продуктов. Как правило, они определяются посредством испытаний на селективность руды или полупромышленных испытаний.

Реагенты можно разделить на три основных типа в зависимости от их функций:

1. Пенообразователи: Органические поверхностно-активные вещества, распределяющиеся на границе раздела вода-воздух. Они используются для образования пенного слоя, способного поднимать минералы на поверхность. К распространенным пенообразователям относятся сосновое масло, крезоловая кислота и спирты.

2. Коллекторы: Их функция заключается в захвате целевых минералов путем изменения гидрофобности минеральных поверхностей, что позволяет плавающим минеральным частицам прилипать к пузырькам воздуха. В зависимости от своей природы коллекторы можно разделить на неполярные, анионные и катионные. К часто используемым коллекторам относятся черные лекарственные препараты, желтые лекарственные препараты, белые лекарственные препараты, жирные кислоты, жирные амины и минеральные масла.

3. Модификаторы: К модификаторам относятся активаторы и ингибиторы, которые изменяют свойства минеральных поверхностей, влияя на взаимодействие между минералами и коллекторами. К модификаторам также относятся вещества, используемые для изменения химических или электрохимических свойств водной среды, такие как регуляторы pH и состояние коллекторов. К типам модификаторов относятся:

• Регуляторы pH: известь, карбонат натрия, серная кислота, диоксид серы.

• Активаторы: сульфат меди, сульфид натрия.

• Ингибиторы: известь, желтая кровяная соль, сульфид натрия, диоксид серы, цианид натрия, сульфат цинка, дихромат калия, жидкое стекло, дубильные вещества, растворимые коллоиды, крахмал, синтетические полимеры и др.

• Прочие: смачивающие агенты, флотационные агенты, солюбилизаторы и т. д.

Дозировка реагента

Дозировка реагентов при флотации должна быть точной, недостаточное или избыточное количество может повлиять на показатели переработки минерального сырья. Чрезмерное использование также может привести к увеличению затрат на переработку.

Взаимосвязь между дозировкой реагента и показателями флотации:

• Недостаточная дозировка собирателя может привести к снижению гидрофобности минералов, что уменьшает степень извлечения. И наоборот, избыточное количество может снизить качество концентрата и осложнить флотационное разделение.

• Недостаточная дозировка пенообразователя может привести к плохой стабильности пены, а избыток может вызвать эффект «перелива».

• Слишком малая дозировка активатора может привести к плохой активации, а слишком большая — нарушить селективность процесса флотации.

• Недостаточная дозировка ингибитора может снизить качество концентрата, в то время как избыточное количество может подавлять всхожесть минералов, снижая коэффициент извлечения.

Подготовка реагентов

Твердые реагенты разбавляются в жидкости для легкого добавления. Нерастворимые в воде реагенты, такие как желтый препарат, аминовый черный препарат, жидкое стекло, карбонат натрия, сульфат меди и сульфид натрия, следует готовить в виде водных растворов с концентрацией от 2% до 10%. Нерастворимые в воде реагенты необходимо растворить в растворителе перед приготовлением в виде водного раствора для добавления, например, некоторые собиратели аминов, которые можно добавлять напрямую, например, масло № 2, черный препарат № 31 и олеиновая кислота. Для высокорастворимых реагентов, требующих значительных количеств, концентрации приготовления обычно составляют от 10% до 20%, например, сульфид натрия, который готовится в концентрации 15% во время использования. Для плохо растворимых реагентов можно использовать органические растворители для их растворения перед приготовлением в виде растворов с низкой концентрацией.

Выбор метода приготовления реагентов в первую очередь зависит от свойств реагентов, способа добавления и их функций. Один и тот же реагент может иметь существенные различия в дозировке и эффектах из-за разных методов приготовления. Как правило, к распространенным методам приготовления относятся:

1. Приготовление 2–10% водного раствора: Большинство водорастворимых реагентов готовят таким способом (например, желтый лекарственный препарат, сульфат меди, жидкое стекло).

2. Растворение в растворителе: Некоторые нерастворимые в воде реагенты можно растворить в специальных растворителях. Например, белый лекарственный препарат нерастворим в воде, но может быть растворен в 10-20% растворе анилина, и его необходимо использовать после приготовления смешанного раствора анилина. Аналогично, черный анилин нерастворим в воде, но может раствориться в щелочном растворе гидроксида натрия, поэтому перед добавлением реагента для получения раствора черного анилина для флотации необходимо сначала приготовить щелочной раствор гидроксида натрия.

3. Приготовление в виде суспензии или эмульсии: Некоторые плохо растворимые твердые реагенты можно готовить в виде эмульсий. Например, известь имеет очень низкую растворимость в воде, поэтому ее можно мелко измельчить в порошок и смешать с водой для получения молочной суспензии (например, известкового молока), или же ее можно добавлять непосредственно в виде сухого порошка в шаровую мельницу или емкость для перемешивания.

4. Омыление: Для сбора жирных кислот наиболее распространенным методом является омыление. Например, при отборе гематита в качестве собирателя используется омыленное мыло парафина и смоляного масла. Для омыления смоляного масла при приготовлении реагента следует добавить около 10% карбоната натрия и нагреть до получения горячего мыльного раствора для добавления.

5. Эмульгирование: Эмульгирование может быть достигнуто с помощью ультразвуковой эмульсификации или механического перемешивания. После эмульгирования жирные кислоты и дизельное топливо могут улучшить их дисперсию в суспензии, повышая эффективность реагентов. Добавление некоторых эмульгирующих агентов может еще больше повысить эффективность.

6. Подкисление: При использовании катионных коллекторов из-за их плохой растворимости их необходимо предварительно обрабатывать соляной или уксусной кислотой, прежде чем они смогут раствориться в воде для флотации.

7. Аэрозольный метод: это новый метод приготовления, который усиливает действие реагентов. Он включает использование специального распылительного устройства для распыления реагентов в воздушной среде перед их непосредственным добавлением в флотационный резервуар, поэтому его также называют «аэрозольным флотационным методом». Этот метод не только улучшает флотируемость полезных минералов, но и значительно снижает расход реагентов. Например, дозировка собирателей может составлять всего одну треть или одну четверть от обычного количества, а дозировка пенообразователя — всего одну пятую.

8. Электрохимическая обработка реагентов: через раствор пропускают постоянный ток для химической обработки флотационных реагентов, что позволяет изменить состояние реагента, значение pH и окислительно-восстановительный потенциал, тем самым увеличивая концентрацию наиболее активирующих компонентов реагента, повышая критическую концентрацию для образования коллоидов и улучшая дисперсию плохо растворимых реагентов в воде.

Обычно собиратели и пенообразователи перемешивают в течение 1–2 минут, в то время как некоторые реагенты, такие как дихромат калия, используемый для подавления свинца при разделении меди и свинца, могут потребовать более длительного перемешивания.

Место добавления реагента

Чтобы максимизировать эффективность флотационных реагентов, общепринятой практикой является добавление корректирующих агентов, ингибиторов и некоторых собирателей (например, керосина) в шаровую мельницу для создания подходящей среды флотации как можно раньше. Собиратели и вспениватели в основном добавляются в первый смесительный бак процесса флотации. Если имеется два смесительных бака, активатор следует добавлять в первый бак, а собиратель и вспениватель — во второй бак. Точки добавления различаются в зависимости от ролей реагентов во флотационной машине. Например, сульфат меди, желтое лекарство и сосновое масло обычно добавляются в следующем порядке: сульфат меди добавляется в центр первого смесительного бака, желтое лекарство — в центр второго бака, а сосновое масло — на выходе второго смесительного бака. Как правило, флотационные установки сначала добавляют регуляторы pH, чтобы довести пульпу до соответствующего pH, прежде чем позволить собирателю и ингибитору работать более эффективно. При добавлении реагентов важно помнить о проблеме некоторых вредных ионов, вызывающих неэффективность реагентов. Например, ионы меди, реагирующие с ионами гидрида, могут привести к неэффективности гидридов. При разделении меди и серы, если в смесительном баке находится много ионов меди, цианид не следует добавлять в смесительный бак, а следует добавлять непосредственно во время процесса флотации разделения.

Порядок добавления реагента

Типичный порядок добавления реагентов на флотационных установках следующий: для флотации сырых руд это регуляторы pH, ингибиторы или активаторы, вспениватели и собиратели; для минералов, которые были ингибированы в процессе флотации, порядок следующий: активаторы, собиратели и вспениватели.

Методы добавления реагентов

Обычно существует два метода добавления реагентов: централизованное добавление и рассеянное добавление. Выбор метода добавления должен учитывать как типы реагентов, так и действия реагентов.

1. Централизованное добавление: Большинство реагентов добавляются централизованно; например, собиратели, активаторы и ингибиторы добавляются в емкости для перемешивания.

2. Дисперсное добавление: Некоторые реагенты можно добавлять непосредственно в флотационный резервуар, что часто применяется к реагентам, которые являются летучими или чувствительными к другим реагентам. Например, если флотационные реагенты оказывают негативное воздействие друг на друга (например, отрицательное влияние избытка сульфида натрия на активированную флотацию), реагенты можно добавлять непосредственно во флотационную машину.

Заключение

За счет правильного выбора, подготовки, дозировки и добавления флотационных реагентов можно оптимизировать обработку полезных ископаемых и геологический анализ, что повышает точность и эффективность испытаний и анализов. Эти рабочие советы направлены на то, чтобы помочь лаборантам и горным инженерам лучше использовать флотационные реагенты, что приводит к повышению эффективности работы и более надежным результатам.