Флотационный метод получения хлористого калия из сильвинита

поверхность раздела воздух – вода, обладающая большой удельной

поверхностной энергией, как бы заменяется поверхностью раздела воздух –

углеводород с низкой поверхностной энергией. Закрепление частицы на

междуфазовой поверхности по гипотезе Белоглазова в энергетическом отношении

эквивалентно адсорбции того числа молекул гетерополярного вещества, которое

находится на грани минерала, контактирующей с газообразной фазой. Поэтому

элементарный акт флотации рассматривается как адсорбция гетерополярных

молекул и на него распространяются закономерности, установленные для

процесса адсорбции. Вследствие этого, гипотеза Белоглазова может быть

названа адсорбционной. Основные исходные ее предпосылки, как признавал и

сам автор, не вполне точны. Адсорбционную гипотезу можно рассматривать как

частный случай гипотезы смачивания.

6.Флотационная сила

Флотационной силой называется проекция сил поверхностного натяжения

[pic], приложенных к частице по периметру смачивания, на направление, по

которому действует сила, отрывающая частицу от поверхности раздела газ –

жидкость.

Если отрывающей силой является сила тяжести, то флотационной силой

будет вертикальная составляющая сил [pic], приложенных по периметру

смачивания.

Так как флотационная сила пропорциональна периметру смачивания или

диаметру частицы, а сила тяжести – объему частицы или диаметру в третьей

степени, то при уменьшении размера частицы флотационная сила будет

уменьшаться медленнее, чем сила тяжести. Например, при уменьшении диаметра

частиц в 10 раз флотационная сила уменьшится в 10 раз, а сила тяжести – в

1000 раз. Поэтому, если удельная флотационная сила, т.е. сила, действующая

на единицу длины периметра, не равна нулю, то всегда можно выбрать частицу

столь малых размеров, для которой флотационная сила будет больше силы

тяжести. Это важное положение нужно помнить при рассмотрении сил,

действующих на частицу.

Возможны три положения частицы малых размеров на поверхности раздела

воздух – вода в соответствии с тремя краевыми углами смачивания: тупым,

острым и равным нулю.

7.Максимальный размер частицы, флотирующейся на поверхности пузырьков

при пенной флотации.

Для осуществления пенной флотации необходимо турбулентное движение

пульпы, так как при ламинарном ее движении частицы минералов осаждаются на

дно машины.

При вихревом движении пульпа вместе с увлекаемыми частицами и

пузырьками перемещается по криволинейным траекториям. Это вызывает

появление центробежных сил, под влиянием которых пузырьки воздуха, имеющие

меньшую плотность, чем жидкость, начинают двигаться в пульпе от центра

вихря к периферии и одновремено тонут под действием силы тяжести. Таким

образом, скорости пузырька и частицы до ее закрепления на пузырьке

складываются из скорости их переносного движения в пульпе. Так как

центробежные силы, возникающие при вихревом движении пульпы, намного больше

сил тяжести, то вертикальные составляющие относительных скоростей движения

пузырьков и частиц малы по сравнению с радиальными составляющими этих

скоростей. Поэтому скоростями всплывания пузырьков и падения частиц можно

пренебречь по сравнению со скоростью радиального движения пузырьков к

центру вихря.

Вследствие относительного движения пузырька пульпа обтекает его

поверхность (рис. 1). Частица после столкновения с пузырьком начинает

скользить по его поверхности к кормовой части пузырька, проходя положения 2-

6. Вектор абсолютной скорости скользящей частицы будет равен геометрической

сумме трех векторов: скорости переносного движения (т.е. скорости движения

пульпы), скорости относительного (радиального) движения пузырька в пульпе,

скорости относительного движения частицы по пузырьку. Вектор абсолютного

ускорения чатицы также равен геометрической сумме трех векторов: ускорения

переносного движения пульпы, ускорения относительного движения (скольжения)

частицы по поверхности пузырька и кориолисова ускорения (преполагается, что

скорость радиального перемещения пузырька VR постоянна, поэтому ускорение

относительного движения пузырька в пульпе равно нулю). Подсчеты показывают,

что при работе механической флотационной машины ускорение относительного

движения частицы по пузырьку во много раз больше переносного движения и

кориолисова ускорения. Поэтому в первом приближении можно считать, что

абсолютное ускорение частицы равно ускорению скольжения частицы по пузырьку

и направлено от центра тяжести к центру пузырька.

рис.1. Закрепление частицы на пузырьке (R – радиус вращения пульпы и

пузырька)

Грань частицы, контактирующую с пузырьком, принято называть верхней

гранью, а противоположную – нижней гранью.

На частицу будут действовать следующие силы:

1. Центробежная

2. Сила давления воздуха на верхнюю грань частицы

Удельное давление воздуха сложится из гидростатического давления пульпы

на уровне точик А, дополнительного движения пульпы на пузырьке в точке А,

возникающее вследствие движения пузырька в пульпе (давление лобового

сопротивления), дополнительного капиллярного давления, обусловленного

поверхностным натяжением и кривизной пузырька.

Отрыву частиц препятствуют следующие силы::

1. Флотационная

[pic],

где [pic]периметр площади контакта газ – твердое;

[pic]гистерезисный краевой угол в момент отрыва частицы.

Так как при отрыве частицы в условиях пенной флотации периметр

смачивания быстро передвигается в сторону газообразной фазы, то

гистерезисный угол отрыва может быть больше равновесного. Однако в первом

приближении его можно считать равным равновесному, так как ошибка от такого

допущения невелика.

2. Сила давления пульпы на нижнюю грань частицы

[pic]

где [pic]площадь нижней грани частицы, принимаемая равной площади

сечения частицы;

[pic]удельное давление пульпы на нижнюю грань.

Удельное давление пульпы на нижнюю грань будет равно разности между

гидростатическим давлением на уровне нижней границы частицы и величиной

понижения давления, обусловленной движением пузырька и частицы пульпы.

Если плотность частицы значительно отличается от плотности жидкой фазы,

то из всех силы, действующих на частицу в условиях пенной флотации,

решающее значение имеют две – флотационная и центробежная силы.

При пенной флотации вследствие появления центробежных сил скорости

относительного движения пузырьков по направлению к центру вихря и частиц от

центра вихря значительно больше, чем скорости подъема пузырьков и падения

частиц в спокойной пульпе. Поэтому в зоне перемешивания имеют место большие

скорости скольжения частиц по пузырькам. Ускорения, вызываемые такими

скольжениями, по данным приближенной оценки превышают ускорение силы

тяжести в 30 – 50 раз.

8. Флотационные машины

Исходный сильвинит подвергается флотации в аппаратах, называемых

флотационными машинами, в которых происходит минерализация пузырьков

воздуха и образование пеноконцентрационного слоя, который самотеком или

пеносъемниками направляется в желоб пенного продукта (концентрата).

Гидрофильные минералы пустой породы остаются в камере и удаляются через

хвостовое отверстие машины.

Применяемые в практике флотационные машины классифицируют в зависимости

от способа аэрации пульпы и подразделяют на три большие группы:

1) механические;

2) пневмомеханические;

3) пневматические.

В механических флотомашинах воздух засасывается в пульпу импеллером

через полую трубу. Распределение воздуха по всему объему пульпы и

перемешивание ее осуществляется тем же импеллером.

В пневмомеханических флотомашинах воздух засасывается вращающимся

импеллером и, кроме того, дополнительно подается в пульпу под давлением по

специальным воздуховодным трубам.

В пневматических флотомашинах аэрация пульпы осуществляется только

сжатым воздухом, подаваемым от воздуходувок.

Работа всех флотационных машин характеризуется степенью аэрации,

которая определяет скорость флотации и ее эффективность.

Размер пузырьков воздуха изменяется в широких пределах и зависит

главным образом от типа флотомашины. Так, в механических флотомашинах при

оптимальном расходе пенообразователя средний размер пузырьков составляет

0.8-1 мм, а в пневматических – 2.5-4.0 мм. Объемное содержание воздуха в

хорошо аэрированной пульпе составляет 20-30%.

Механические флотомашины конструкции института Механобр получили

наиболее широкое распространение. Для флотации сильвинита используют

усовершенствованную машину механического типа ФКМ-63, снабженную решеткой и

циркуляционным желобом (рис. 2). Частицы минералов в такой флотомашине

выносятся из зоны импеллера на решетку 1, над которой образуется "кипящий"

слой из классифицированного материала и взвешенный слой из

неклассифицированного материала.

9. Флотационные реагенты

Процесс флотации происходит при участии реагентов, которые условно

подразделяются на пять классов:

а) собиратели; б) вспениватели; в) депрессоры; г) активаторы; д)

регуляторы среды.

Собиратели – это реагенты, которые образуют на поверхности минерала

гидрофобную пленку и делают поверхность несмачиваемой. К собирателям

относятся органические соединения – природные жиры, содержащие олеиновые и

другие кислоты, ксантогенат калия или натрия и другие. Для флотации

сильвинитовых руд применяют амины.

Вспениватели добавляются для получения устойчивых пузырьков воздуха,

вспениватели как правило, пропускаются через воду. Представителями класса

вспенивателей являются спирты, фенол, крезол и другие.

При наличии в руде нескольких минералов и необходимости выделения в

пенный продукт только некоторых применяют депрессоры, которые уменьшают

адсорбцию собирателей на поверхности минералов, предотвращая тем самым его

флотацию. В качестве депрессоров применяются соли, щелочи и кислоты.

Наиболее употребимы цианистый калий, цинковый купорос, известь.

Некоторые минералы флотируются только после того, как на их поверхности

образовалась активная пленка. Эту пленку образуют реагенты активаторы.

Активаторы также способны нейтрализовать действие депрессоровю Наиболее

распространенными являются медный купорос, серная кислота и сернистый

натрий.

Для улучшения факторов, способствующих флотации, применяются реагенты –

регуляторы процесса.

Регуляторы вводятся в пульпу, изменяя среду, делая ее щелочной или

кислотной, что способствует более эффективному воздействию активаторов или

депрессоров на поверхности минералов.

10.Технологическая схема процесса флотации

Применяемые в калийной промышленности СНГ схемы флотационного способа

переработки сильвинита основаны на переводе в пенный продукт хлорида калия

с помощью коллекторов катионного типа и принципиально не отличаются друг от

друга. Некоторые различия обусловлены методами выделения глинистых шламов и

раздельной флотацией мелко- и крупнокристаллического хлорида калия. Полная

технологическая схема процесса флотации представлена на рис.2

Выбор способа удаления шламов зависит от содержания нерастворимого

остатка, его состава и распределения по классам крупности. В зависимости от

этого применяют один из следующих трех способов (или их комбинацию):

1) Флотационное выделение шламов;

2) Депрессию глинистых шламов;

3) Механическое выделение шламов;

Поскольку два первых метода связаны с использованием реагентов, то их

расход определяется пропорционально содержанию нерастворимого остатка

(глинистых примесей) в исходном сильвините. Поэтому для удаления шламов с

большим его содержанием в исходной руде (свыше 6%) рекомендуется

использовать механический способ, который реализуется на гидроциклонах на

стадиях измельчения и классификации сильвинитовой руды. Наибольшее

распространение получила схема с предварительной флотацией глинистого

шлама, поскольку сильвинит наиболее крупного месторождения – Верхнекамского

– содержит меньше глинистых примесей. На некоторых предприятиях этого

месторождения используется также механическое удаление части шламов перед

флотационным удалением.

рис.2. Схема флотации сильвинита с предварительной флотацией глинистых

шламов: 1- бункер для руды, 2- стержневая мельница; 3- мешалка; 4 –дуговое

сито P=1500; 5 – дуговое сито P=550; 6 – флотомашины шламовой флотации; 7 –

флотомашины для перечистки шламов; 8 – флотомашины для перечистки

концентрата; 10 – центрифуга; 11 – сгуститель; 12 – сгуститель хвостов; 13

– вакуум-фильтр; 14 – ловушка; 16 – сборник оборотного раствора.

В схеме флотационного удаления шламов сильвинитовая руда измельчается в

стержневой мельнице мокрого помола (2). Чтобы классифицировать измельченный

сильвинит, мельница работает в замкнутом цикле с дуговым ситом 4.

Подрешетный продукт дуговых сит, представляющий пульпу, состоящую из

оборотного раствора и части сильвинита, измельченных до –0.07 мм, поступает

на основную шламовую флотацию во флотомашину 6. В качестве коллектора в

пульпу вводят реагент ОЖК.

Пенный продукт шламовой флотации подвергается перечистке во флотомашине

7 без дополнительной подачи реагентов. Для сгущения пенный продукт

перечистки осветляется в сгустителе 11. Осветленный насыщенный раствор

возвращается в цикл, а сгущенный шламы после противоточной промывки (ПТП)

отправляются в шламохранилище.

С помощью шламовой флотации удается извлечь из сильвинита до 85%

нерастворимого остатка.

Обесшламленный сильвинит в виде пульпы с соотношением Ж:Т=1.6…2.0

поступает на основную сильвиновую флотацию во флотомашину 8. Сюда же в

качестве коллектора подается подогретый до 40 градусов 1%-нцй раствор

солянокислого амина. Пенный продукт основной сильвиновой флотации

подвергается перечистке во флотомашине 9. После перечистки концентрат

хлорида калия обезвоживается в центрифуге 10. Влажность концентрата после

центрифуг составляет 5%. Концентрат подвергается сушке в печах кипящего

соля или в трубах-сушилках. Высушенный хлорид калия с влажностью не более

1% отправляется на склад готовой продукции.

Флотационный хлорид калия должен содержать не менее 95% KCl и не более

1.4% NaCl.

Галитовый хвосты основной сильвиновой флотации в виде пульпы с

соотношением Ж:Т=2.8…3.2 поступают на фильтрацию. Чтобы облегчить работу

фильтрационной установки, хвосты предварительно классифицируют по классу

0.6 мм на дуговом сите 5, а меньшие классы хвостов – в гидроциклонах.

Надрешетный продукт фильтруется на вакуум-фильтре 13, а подрешетный

продукт, представляющий пульпу, подвергается сгущению в сгустителе 12.

Хвосты после сгустителя с соотношением Ж:Т=0.8…1.2 также фильтруются на

вакуум-фильтре 13. Осадок на фильтре промывается теплой водой (30-40

градусов) и с влажностью не более 11% отправляется на производство

технической соли или на закладку отработанных шахтных камер рудника, а

большая часть – в отвал.

По качеству получаемой продукции технологические схемы могут включать в

себя стадии мелко- и крупнокристаллической флотации сильвина. Например, в

технологической схеме Березниковского калийного рудоуправления №2

предусмотрено последовательное флотационное выделение мелких и крупных

кристалоов KCl. Возможно параллельное выделение мелких и крупных кристаллов

после предварительной соответствующей классификации руды.

Для более полного извлечения хлорида калия возможно использование

комбинированной схемы, включающей также галургическую переработку

полупродуктов флотационной фабрики. Такая схема используется на одной из

флотационных фабрик Канады.

Наиболее активными собирателями при флотации сильвинитовых руд

оказались катионактивные водорастворимые соли. Действие этих собирателей

зависит не от химических соединений (образования двойных солей), а от

родственных структур.

При флотации солей необходимо соответствие между размерами катиона

коллектора и размерами катиона кристалла. Амины могут флотировать все соли,

катионы которых по объему ионов отклоняются не более чем на 10% от объемов

ионов аминов.

Опыты с радиоактивными изотопами выявили, что для флотации породы не

требуется полного покрытия поверхности частиц. Покрытие коллектором 5%

Страницы: 1, 2, 3, 4