Оволодіти використанням флотореагентів: підвищити точність визначення мінерального складу

У сферах переробки корисних копалин та геологічного аналізу правильне використання флотаційних реагентів має вирішальне значення для точного визначення мінерального складу. Флотація – це широко застосовуваний фізико-хімічний процес розділення та збагачення мінералів, який спирається на відмінності у фізико-хімічних властивостях мінеральних поверхонь. Додаючи реагенти, можна регулювати гідрофільність або гідрофобність мінеральних поверхонь, що дозволяє відокремлювати цільові мінерали від пустої породи.

Ця стаття представить серію практичних операційних порад, які допоможуть лаборантам і гірничим інженерам оптимізувати процес флотації, покращуючи точність і повторюваність результатів випробувань.

Спочатку почнемо з основних типів флотаційних реагентів — збирачів , піноутворювачів та модифікаторів . Кожен реагент відіграє унікальну роль у процесі флотації. Збирачі підвищують гідрофобність мінералів, сприяючи їхньому прикріпленню до бульбашок повітря; піноутворювачі допомагають стабілізувати шар піни, дозволяючи збагаченим мінералам легко відділятися від суспензії; модифікатори використовуються для регулювання pH або іонної сили суспензії, створюючи оптимальні умови для флотації мінералів.

З постійним технологічним прогресом розширюються також типи та застосування флотаційних реагентів. Правильний вибір та використання цих реагентів може не тільки покращити коефіцієнти вилучення корисних копалин та якість корисних копалин, але й принести значні переваги з точки зору захисту навколишнього середовища та контролю витрат.

Як правильно використовувати флотаційні реагенти?

Типи реактивів

Типи реагентів, що використовуються на флотаційних установках, залежать від таких факторів, як властивості руди, технологічний процес і кількість бажаних мінеральних продуктів. Як правило, вони визначаються за допомогою тестів на вибірковість руди або напівпромислових тестів.

Залежно від функцій реагенти можна розділити на три основні типи:

1. Піноутворювачі: органічні поверхнево-активні речовини, що розподіляються на межі розділу вода-повітря. Вони використовуються для створення шару піни, який може утримувати мінерали на поверхні. До поширених піноутворювачів належать соснова олія, крезилова кислота та спирти.

2. Колектори: Їхня функція полягає у захопленні цільових мінералів, змінюючи гідрофобність мінеральних поверхонь, щоб дозволити плаваючим мінеральним частинкам прилипати до бульбашок повітря. За їхньою природою колектори можна розділити на неполярні, аніонні та катіонні. До часто використовуваних колекторів належать чорні ліки, жовті ліки, білі ліки, жирні кислоти, жирні аміни та мінеральні олії.

3. Модифікатори: До модифікаторів належать активатори та інгібітори, які змінюють властивості мінеральних поверхонь, впливаючи на взаємодію між мінералами та збирачами. Модифікатори також включають агенти, що використовуються для зміни хімічних або електрохімічних властивостей водного середовища, такі як регулятори pH та стану збирачів. Типи модифікаторів включають:

• Регулятори pH: вапно, карбонат натрію, сірчана кислота, діоксид сірки.

• Активатори: сульфат міді, сульфід натрію.

• Інгібітори: вапно, жовта кров'яна сіль, сульфід натрію, діоксид сірки, ціанід натрію, сульфат цинку, дихромат калію, рідке скло, танін, розчинні колоїди, крохмаль, синтетичні полімери тощо.

• Інші: змочувальні агенти, флотаційні агенти, солюбілізатори тощо.

Дозування реагенту

Дозування реагентів під час флотації має бути точним; недостатня або надмірна кількість може вплинути на показники мінеральної переробки. Надмірне використання також може збільшити витрати на обробку.

Зв'язок між дозуванням реагенту та показниками флотації:

• Недостатнє дозування колектора може призвести до недостатньої гідрофобності мінералів, знижуючи коефіцієнти вилучення. І навпаки, надмірна кількість може знизити якість концентрату та ускладнити роздільну флотацію.

• Недостатнє дозування піноутворювача може призвести до поганої стабільності піни, тоді як надмірна кількість може спричинити явище «переповнення».

• Занадто мала доза активатора може призвести до поганої активації, тоді як занадто велика може порушити селективність процесу флотації.

• Недостатнє дозування інгібітора може знизити якість концентрату, тоді як надмірна кількість може пригнічувати мінерали, які повинні плавати, знижуючи коефіцієнти вилучення.

Приготування реагентів

Тверді реагенти розводяться в рідини для легкого додавання. Водонерозчинні реагенти, такі як жовтий лікарський засіб, амінний чорний лікарський засіб, рідке скло, карбонат натрію, сульфат міді та сульфід натрію, слід готувати у вигляді водних розчинів із концентрацією від 2% до 10%. Водонерозчинні реагенти необхідно розчинити в розчиннику перед приготуванням у вигляді водного розчину для додавання, наприклад, деякі збирачі амінів, які можна додавати безпосередньо, як-от олія № 2, чорне ліки № 31 і олеїнова кислота. Для добре розчинних реагентів, які вимагають значних кількостей, концентрація препарату зазвичай коливається від 10% до 20%, наприклад, сульфіду натрію, який готується при 15% під час використання. Для погано розчинних реагентів можна використовувати органічні розчинники для їх розчинення перед приготуванням у вигляді розчинів низької концентрації.

Вибір методу приготування реагенту залежить, перш за все, від властивостей реагентів, методу додавання та їхніх функцій. Один і той самий реагент може мати суттєві відмінності в дозуванні та ефектах через різні методи приготування. Зазвичай, поширені методи приготування включають:

1. Приготування 2% - 10% водного розчину: більшість водорозчинних реагентів готують таким чином (наприклад, жовтий лікарський засіб, сульфат міді, рідке скло).

2. Розчинення в розчиннику: Деякі водонерозчинні реагенти можна розчиняти в спеціальних розчинниках. Наприклад, білий препарат не розчиняється у воді, але його можна розчинити в 10–20% розчині аніліну, і його необхідно використовувати після приготування змішаного розчину аніліну. Аналогічно, аніліновий чорний препарат не розчиняється у воді, але може розчинятися в лужному розчині гідроксиду натрію, тому перед додаванням реагенту для створення розчину анілінового чорного препарату для флотації необхідно приготувати лужний розчин гідроксиду натрію.

3. Приготування у вигляді суспензії або емульсії: Деякі погано розчинні тверді реагенти можна приготувати у вигляді емульсій для використання. Наприклад, вапно має дуже низьку розчинність у воді, тому його можна тонко подрібнити на порошок і змішати з водою для створення молочної суспензії (наприклад, вапняне молоко), або його можна безпосередньо додавати у вигляді сухого порошку в кульовий млин або резервуар для перемішування.

4. Омилення: Для збирачів жирних кислот омилення є найпоширенішим методом. Наприклад, при виборі гематиту як збирач використовується омилене мило з парафіну та дьогтю. Для омилення дьогтючої олії під час приготування реагенту слід додати близько 10% карбонату натрію та нагріти до отримання гарячого мильного розчину для додавання.

5. Емульгування: Емульгування можна досягти за допомогою ультразвукового емульгування або механічного перемішування. Після емульгування жирні кислоти та дизельне паливо можуть посилити їх дисперсію в суспензії, підвищуючи ефективність реагентів. Додавання деяких емульгаторів може ще більше підвищити ефективність.

6. Підкислення: При використанні катіонних колекторів, через їх погану розчинність, їх необхідно попередньо обробити соляною або оцтовою кислотою, перш ніж вони зможуть розчинитися у воді для флотації.

7. Аерозольний метод: це новий метод приготування, який посилює дію реагентів. Він передбачає використання спеціального розпилювального пристрою для аерозолізації реагентів у повітряному середовищі перед безпосереднім додаванням їх у флотаційний резервуар, тому його також називають «аерозольним методом флотації». Цей метод не тільки покращує флотацію корисних мінералів, але й значно зменшує їх використання. Наприклад, дозування збирачів може становити лише від однієї третини до однієї чверті від звичайної кількості, тоді як дозування піноутворювача може становити лише одну п'яту.

8. Електрохімічна обробка реагентів: для хімічної обробки флотаційних реагентів через розчин пропускають постійний струм, що може змінити стан реагенту, значення pH та окисно-відновний потенціал, тим самим збільшуючи концентрацію найбільш активуючих компонентів реагенту, підвищуючи критичну концентрацію для утворення колоїдів та покращуючи дисперсію погано розчинних реагентів у воді.

Зазвичай збірники та піноутворювачі перемішують протягом 1-2 хвилин, тоді як деякі реагенти, наприклад біхромат калію, який використовується для придушення свинцю при розділенні міді та свинцю, можуть потребувати більш тривалого перемішування.

Місце додавання реагенту

Щоб максимізувати ефективність флотаційних реагентів, загальною практикою є додавання регулюючих агентів, інгібіторів і деяких збирачів (наприклад, гасу) у кульовий млин для створення відповідного флотаційного середовища якомога раніше. Збірники та піноутворювачі здебільшого додають у першу ємність для перемішування процесу флотації. Якщо є два резервуари для перемішування, активатор слід додати в перший резервуар, а колектор і спінювач слід додати в другий резервуар. Точки додавання змінюються залежно від ролі реагентів у флотаційній машині. Наприклад, мідний купорос, жовтий лікарський засіб і хвойну олію зазвичай додають у такому порядку: мідний купорос додають у центр першої ємності для перемішування, жовтий лікарський засіб у центр другої ємності та соснову олію на виході з другої ємності для перемішування. Загалом флотаційні установки спочатку додають регулятори рН, щоб привести суспензію до відповідного рН, перш ніж дозволити колектору та інгібітору працювати ефективніше. Додаючи реагенти, важливо знати про проблему певних шкідливих іонів, що спричиняють неефективність реагентів. Наприклад, іони міді, реагуючи з гідрид-іонами, можуть призвести до неефективності гідридів. При розділенні міді та сірки, якщо в резервуарі для перемішування багато іонів міді, ціанід не слід додавати в резервуар для перемішування, а слід додавати безпосередньо під час процесу роздільної флотації.

Порядок додавання реагентів

Типовий порядок додавання реагентів у флотаційні установки такий: для флотації сирих руд це повинні бути регулятори рН, інгібітори або активатори, піноутворювачі та збирачі; для мінералів, які були інгібовані під час флотації, порядок: активатори, збирачі та піноутворювачі.

Методи додавання реагентів

Зазвичай існує два методи додавання реагентів: централізоване додавання та дисперговане додавання. Вибір методу додавання повинен враховувати як типи реагентів, так і дії реагентів.

1. Централізоване додавання: Більшість реагентів додаються централізовано; наприклад, колектори, активатори та інгібітори додаються в резервуари для перемішування.

2. Дисперсне додавання: Деякі реагенти можна додавати безпосередньо у флотаційний резервуар, що часто застосовується до реагентів, які є леткими або чутливими до інших реагентів. Наприклад, якщо флотаційні реагенти спричиняють шкідливий вплив один на одного (наприклад, негативний вплив надлишку сульфіду натрію на активовану флотацію), реагенти можна додавати безпосередньо у флотаційну машину.

Висновок

За допомогою правильного вибору, підготовки, дозування та додавання флотаційних реагентів можна оптимізувати переробку корисних копалин і геологічний аналіз, підвищуючи точність і ефективність випробувань і аналізів. Ці робочі поради спрямовані на те, щоб допомогти лаборантам та гірничим інженерам краще використовувати флотаційні реагенти, що призведе до підвищення ефективності роботи та більш надійних результатів.