Рефераты, курсовые, доклады; Флотационный метод получения хлористого калия из сильвинита- скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рус Укр Eng

Флотационный метод получения хлористого калия из сильвинита

|Месторождение|KCl |NaCl |MgCl2 |CaSO4 |н.о. |H2O |

|Верхнекамское|25,5 |68,3 |0,3 |1,9 |2,3 |0,6 |

|Старобинское |22,2 |67,8 |1,4 |1,6 |6,7 |0,6 |

Однако нужно отметить, что состав руд отдельных участков, в частности

Верхнекамского месторождения, иногда значительно отличается от приведенных

данных.

Сильвин KCl в калийных рудах встречается в виде молочно-белых

кристаллов, чаще он имеет янтарно-желтую окраску и все оттенки красно-бурых

тонов.

Хлорид магния в сильвинитовой руде входит в состав карналлита.

Кристаллы карналлита содержатся в виде разностей от полупрозрачного до

желтого и краснобурого цвета.

В отличие от сильвинитовых руд других месторождений для руд

Старобинского месторождения характерно повышенное (до 13%) содержание

карбонатно-глинистых включений.

Нерастворимый остаток относится к полидисперсным системам: большая

часть его (40-60%) представлена фракцией –0.01+0.001 мм, количество

глинистой фракции с размером частиц менее 0.001 мм составляет 13-20%.

Составляющие остаток породы всегда содержат карбонаты, преимущественно

доломитовые и относятся к доломитовым мергелям и глинам, иногда встречаются

разности с избытком кальция (Верхнекамское месторождение):

таблица 2

|Cоставляющие нерастворимого остатка|% |

|SiO2 |38,5-45,0 |

|Al2O3 |10,5-12,5 |

|Fe2O3 |4,4-4,9 |

|TiO2 |0,7-0,9 |

|CaO |9,0-19,1 |

|MgO |6,5-9,1 |

|SO3 |0,1-3,5 |

|CO2 |13,0-17,8 |

При дальнейших расчетах мы будем пользоваться данными, полученными для

Верхнекамского месторождения.

Бром – постоянный элемент всех солевых месторождений, так как входит в

состав морской воды и при ее концентрировании распределяется между рассолом

и выпадающими в осадок солями. Причем бром, как обычно, изоморфно замещает

хлор в минералах. Содержание брома в сильвинитовых рудах Верхнекамского

месторождения изменяется от 0.04 до 0.08%. Количество лития в рудах

составляет 1.1(10-4 – 5.5(10-3%.

Имеющая в калийных рудах газы (водород, метан, некоторые предельные

углеводороды, сероводород, двуокись углерода, азот и др.) находятся в двух

формах: микрогазоносной, обусловленной наличием газов в кристаллах солей, и

макрогазоносной, связанной с нахождением относительно больших количеств

газов в макротрещинах, кавернах и различного рода полостях соленосных руд.

При получении хлорида калия методами обогащения следует учитывать и

некоторые другие свойства сильвинитовой руды:

1) Объемный вес руды 2.10 т/м3;

2) Коэффициент разрыхления:

первоначальный 1.3-1.45

остаточный 1.1-1.2;

3) Максимальную крупность кусков до 150 мм;

4) Насыпной вес руды после дробления 1.4-1.6 т/м3.

Твердость некоторых минералов указана в таблице 3.

таблица 3

|Тальк |1 |Апатит |5 |

|Сильвин |1.5-2 |Пирит |6-6,5 |

|Галит |2 |Кварц |7 |

|Карналлит|2-3 |Корунд |9 |

|Кальцит |3 |Алмаз |10 |

Ниже приведены пределы прочности на сжатие для некоторых горных пород и

минералов, а также для составляющих сильвинитов руды Верхнекамского

месторождения калийных солей:

таблица 4

|Медная руда |11-26 |Сильвинит Кр.П |3,58 |

|Кварциты |20-22 |Сильвинит АБ |2,72 |

|Граниты |12-18 |Карналлит В |3,07 |

|Магнитный |8-18 |Галит |3,54 |

|Бурый железняк|4-12 |Сильвинит Кр.П |2,83 |

|Известняки |4-10 |Сильвинит АБ |2,22 |

|Песчаник |3,4-10 |Галит |3,08 |

|Галенит |0,45 |Сильвинит Кр.П |2,24 |

| | |Сильвинит АБ |1,9 |

| | |Галит |2,65 |

Поскольку продукт обогащения сильвинитовых руд – хлорид калия является

конечным продуктов процесса и не подвергается дальнейшим превращениям, то

основным требованием на стадии измельчения является равномерность зерен.

Эта задача лучше может быть решена при измельчении в стержневых мельницах

(табл.5)

таблица 5

Гранулометрический состав руды после солемельницы

|Размер частиц, |Выход, % |

|мм | |

| |на БКРУ-2 |на СКРУ-2 |

|+10 |18,6 |10,6 |

|+15 |8,7 |11,3 |

|+3 |6,9 |9,8 |

|+2 |10,9 |13 |

|+1 |8,8 |19,6 |

|+0,7 |13,8 |5,2 |

|+0,5 |10,6 |11,8 |

|+0,28 |8,7 |9 |

|+0,074 |8,7 |9,6 |

|-0,074 |5,3 |4,1 |

5.Элементарный акт флотации

Поверхность раздела двух фаз обладает свободной поверхностной энергией.

Величина этой энергии зависит от площади межфазновой поверхности и величины

удельной поверхностной энергии, которая является специфической константой,

определяемой свойствами соприкасающихся фаз. Поверхностная энергия

возникает в том случае, когда силы, действующие на молекулы поверхностного

слоя со стороны молекул первой фазы, не равны силам, действующим со стороны

молекул второй фазы

Равнодействующие сил на поверхностную молекулу со стороны воды равны

R1, со стороны молекул воздуха - R2, cуммарная равнодействующая RC = R1?R2

(RC > 0). Для молекулы, показанной на рис. в объеме жидкости RC = 0.

В этом случае для "подъема" молекулы из внутренней части фазы на

поверхность надо совершить работу против молекулярных сил. Количественным

эквивалентом работы, затраченной на "подъем" всех молекул, находящихся в

поверхностном слое на площади 1 см2, будет удельная поверхностная энергия

?? Эрг/cм2. Свободная энергия молекулы, "поднятой" в поверхностный слой,

аналогичная потенциальной энергии тела, поднятого на известную высоту: если

при подъеме тела затрачивается работа против сил земного притяжения, то при

"подъеме" в поверхностный слой - работа против равнодействующей силы

молекулярного притяжения.

Так как молекулярные силы имеют небольшой радиус действия, то

поверхностной энергией обладают молекулы, находящиеся в очень тонком

поверхностном слое, толщина которого лишь немного превышает размеры одной-

двух молекул. На перемещение молекулы в объеме ниже этого слоя уже не

требуется затраты работы против сил молекулярного притяжения, так как

равнодействующая всех сил равна нулю.

Величина удельной поверхности зависит от величины различия между

полярностями соприкасающихся фаз: чем больше это различие, тем больше

удельная поверхностная энергия на границе фаз. Например, поверхностная

энергия на границе раздела двух полярных фаз и на границе раздела двух

неполярных фаз будет малой величиной, а на границе раздела полярной и

неполярной фаз - большой.

Мерой полярности фазы могут служить такие ее свойства, как

диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул, внутреннее давление и

другие так называемые молекулярные свойства фазы.

Газы, и в частности воздух, имеют низкую диэлектрическую постоянную на

границе, поэтому на границе раздела воздуха с разными жидкостями удельная

поверхностная энергия будет более высокой для жидкости с большими

диэлектрическими постоянными (табл. 6)

таблица 6

Зависимость удельной поверхностной энергии от диэлектрических

постоянных соприкасающихся фаз.

|Воздух - вода |1 |80,4 |79,4 |72,8 |

|Воздух - |1 |36 |35 |43,9 |

|Воздух - гексан |1 |1,8 |0,8 |18,5 |

Эта закономерность справедлива также для поверхностей раздела жидкость

- твердое и газ -твердое. Например, удельная поверхностная энергия на

границе раздела полярный минерал -вода будет малой величиной, так как обе

фазы полярны и поэтому разницы в полярности фаз невелика.

Взаимная растворимость жидкостей также связана с различием в их

полярности: если разница в полярности большая, то взаимная растворимость

мала, и наоборот. Поэтому между взаимной расторимостью жидкостей и удельной

поверхностной энергией должна существовать качественная зависимость: чем

больше взаимная растворимость жидкостей, тем меньше удельная поверхностная

энергия на границе раздела этих жидкостей и наборот (табл. 7)

таблица 7

Зависимость поверхностной энергии на границе двух жидкостей от их

взаимной растворимости

|Соприкасающиеся |Растворимость в |Удельная поверхностная |

|жидкости |воде, % |энергия на границе |

| | |раздела |

|Вода - ненасыщенные |0 |40-50 |

|углероды | | |

|Вода - бензол |0,6 |35 |

|Вода - анилин |3,3 |8 |

|Вода - изобутиловый |10 |1,8 |

|спирт | | |

|Вода - метиловый |- |0 |

|спирт | | |

Всякая поверхность двух фаз стремится к самопроизвольному сокращению и

внешне это проявляется так, как будто на поверхности раздела фаз существует

упругая растянутая пленка, стремящаяся сократиться. Отсюда возникли понятия

"поверхностное натяжение" и "сила поверхностного натяжения".

Численно удельная поверхностная энергия, выраженная в эрг/см2, всегда

равна удельному поверхностному натяжению, выраженному в динах на один

сантиметр. Водные растворы солей увеличивают поверхностное натяжение (табл.

таблица 8

Поверхностное натяжение водных растворов KCl и NaCl при 18С, 10-3 Н/м.

|Концентрация соли в растворе, |Поверхностное натяжение |

|% | |

| |KCl |NaCl |

|1 |72,4 |72,7 |

|5 |73,6 |73,95 |

|10 |74,75 |75,51 |

|20 |77,25 |- |

Поверхностное натяжение водных растворов KCl – NaCl в присутствии

флотореагентов уменьшается. Причем, чем выше концентрация флотореагентов,

тем ниже поверхностное натяжение раствора.

Поверхностное натяжение на границе жидкость – газ зависит также от

состава газа. Так, поверхностное натяжение расплавленного хлорида калия при

800 градусах Цельсия на границе с различными газами изменяется следующим

образом:

|газ |D*10^-3 |

| |Н/м |

|CO2 |96,9 |

|N2 |95,5 |

|CO |93,4 |

|O2 |91,1 |

5.1.Обзор гипотез элементарного акта флотации

Для объяснения причин избирательного закрепления разных минералов на

межфазовой поверхности было высказано несколько гипотез:

5.1.1.Гипотеза избирательной адсорбции кислорода воздуха

В начальный период развития пенного флотационного процесса флотировали

только сульфидные минералы. Закрепление сульфидов на пузырьках воздуха

объясняли сродством серы к кислороду. Предполагалось, что растворенный в

воде кислород воздуха адсорбируется на поверхности сульфидов, образуя

газовую пленку и частица оказывается закрепленной на пузырьке. Позднее эта

гипотеза была опровергнута, так как оказалось, что сульфиды могут

флотироваться инертными газами, а минералы, не содержащие серы, также могут

закрепляться на пузырьках воздуха. Тем не менее кислород воздуха имеет

очень важное значение для флотации сульфидов, но основная его роль

заключается в окислении поверхностного слоя сульфидов.

5.1.2.Гипотеза электростатическая

В этом случае закрепление объясняли тем, что пузырек и флотирующая

частица имеют электрические заряды разного знака. При экспериментальной

проверке оказалось, что частицы графита и пустой породы имели заряды одного

знака, однако флотировался только графит. Позднее несостоятельность этой

гипотезы была доказана и теоретически. Заряд поверхности частиц играет

важную роль при флотации, но не ту, которую приписывали ему сторонники этой

гипотезы.

5.1.3.Гипотеза смачивания, или гипотеза краевого угла.

Способность минералов закрепляться на поверхности раздела газ –

жидкость зависит от смачиваемости их жидкостью. Чем сильнее минералы

смачиваются водой, тем хуже они флотируются, и наоборот. Так как

смачиваемость характеризуется величиной краевого угла, то эту гипотезу

называют также гипотезой краевого угла. Гипотеза смачивания включает в себя

две трактовки элементарного акта флотации. Первая исходит из представления

о силах поверхностного натяжения и рассматривает силы, действующие на

частицу. Такую трактовку называют еще "силовой". Вторая трактовка

основывается только на представлении о существовании поверхностных энергий

на границах фаз. Возможность закрепления частицы при этом оценивается на

основе второго закона термодинамики, т.е. как показано выше, по величине

свободной энергии системы до и после закрепления частицы. Вторая трактовка

является наиболее правильной (строгой) и называется термодинамической.

Выводы и формулы обеих трактовок идентичны.

5.1.4.Адсорбционная гипотеза К.Ф. Белоглазова

Гетерополярные молекулы коллектора закрепляются на поверхности

флотируемых частиц, причем углеводородные концы молекул обращены в водную

фазу. Такое ориентированное закрепление происходит вследствие возникновения

сильных связей между полярной частью молекулы коллектора и полярным

минералом.

Закрепление покрытых коллектором частиц на поверхности пузырька

объясняется уменьшением поверхностной энергии, так как в этом случае

Страницы: 1, 2, 3, 4

Меню

Флотационный метод получения хлористого калия из сильвинита