Классификация минералов по электропроводимости

Процесс обогащения осуществляется в электрических сепараторах (рис. 8).

Материал из бункера поступает на вращающийся осадительный электрод и в поле разряда. Частицы минерала – проводника при соприкосновении с поверхностью осадительного барабана разряжаются, теряют свой заряд, заряжаются положительно и отталкиваются от осадительного электрода, попадая в бункер 5, частицы диэлектрика, благодаря оставшемуся на них заряду, притягиваются к барабану, удерживаются и снимаются щеткой (3 бункер); частицы со средней проводимостью попадают в 4-ый бункер.

Рис.8

Схема электрического сепаратора с отклоняющими электродами

1 – коронирующие электроды; 2 – отклоняющий электрод;

3, 4, 5 – приемные камеры

В практике промышленного обогащения минералов электрический метод не имеет большого самостоятельного значения. Однако он позволяет улавливать пыли из газов, образующихся при производстве цветных металлов и тем самым выделять уносимые металлы (литий). При комбинированном разделении особенно ценных минералов широко применяется электрическое обогащение. Метод электрического обогащения часто сочетают с другими методами, например, с магнитной или гравитационной сепарацией, что позволяет производить более точное разделение минералов (рис.9).

Рис.9.

Схема разделения концентрата путем магнитной и электрической сепарации

Флотация.

Универсальный метод обогащения. Применение флотации целесообразно, когда руды содержат минералы с близкими плотностями и когда по магнитным и электрическим свойствам минералы похожи на пустую породу.

Флотация основана на использовании сил поверхностного натяжения, действующих в точках соприкосновения трех фаз – частиц минерала, воды и пузырьков воздуха. Возможность флотации минерала зависит от его смачиваемости, которая количественно характеризуется краевым углом смачиваемости (θ). Минералы с большим углом смачиваемости (θ > 90º) выталкиваются из воды. Если угол θ =0, минерал не флотируется, минерал с θ = 90º инертен по отношению к водной

и воздушной фазам, а угол θ = 180º означает абсолютную несмачиваемость минерала в воде. Обычно природные вещества имеют краевой угол смачивания не больше 110º (рис.10).

Рис. 10.

Схематическое определение краевого угла смачиваемости

В основе процесса флотации лежат различия в физико-химических свойствах поверхности частиц разных минералов, ее смачиваемости водой, способностью прилипать к пузырькам газа (воздух в водной среде). Наиболее распространенный способ флотации – тонко измельченная руда взмучивается в воде, сквозь которую пропускают воздух. Гидрофобные частицы (несмачиваемые или плохо смачиваемые) прилипают к поднимающимся пузырькам газа и выносятся ими на поверхность, образуя слой минерализованной пены. Гидрофильные (хорошо смачиваемые) частицы других минералов остаются в воде.

При выделении в пенный продукт полезного минерала он является концентратом, в воде остаются “хвосты”. При флотации измельчение руды, как правило, до 0,3 - 0,15 меш. В практике часто применяют “обратную” флотацию, которая заключается в повторной флотации концентрата для выделения из него пустой породы. Для осуществления процесса флотации необходимо, чтобы смачиваемость разделяемых минералов была существенно разной, пена устойчивой. Для достижения этих целей в пульпу добавляют флотационные реагенты – собиратели (коллекторы), пенообразователи и регуляторы.

Собиратели (коллекторы) – это органические вещества, хорошо растворимые в воде, которые способны адсорбироваться на поверхности минерала и придать ей гидрофобные свойства, что позволяет пузырькам воздуха прилипать к зернам минерала. В ходе процесса собиратели должны покрывать поверхность того минерала, который должен подвергаться флотации, то есть собиратели должны отличаться селективностью. Селективная гидрофобизация минерала достигается путем подбора соответствующего собирателя, значения pH раствора, а также путем активации поверхности пустой породы.

Все собиратели делятся на три группы в зависимости от характера их взаимодействия с поверхностью минерала:

1. Анионые собиратели – жирные кислоты и их соли, а также кислоты с сульфоновой, фосфатной, дитиофосфатной, фосфинной группами.

2. Катионные собиратели, в молекуле которых содержится атом азота в степени окисления 3⁺(например, н- амиламин C₅H₁₁ — NH₂, ди-н-амиламин (C₅H₁₁)₂NH, три-н-амиламин (C₅H₁₁)₃N, нафтиламины C₁₀H₇NH₂).

3. Неполярные собиратели, не содержащие активных функциональных групп. Это углеводородные масла, смолы.

Пенообразователи – органические поверхностно-активные вещества. Они способствуют сохранению дисперсности воздушных пузырьков и увеличивают устойчивость пены. Некоторые собиратели являются одновременно и пенообразователями. Образующаяся из пульпы пена, несущая частицы минерала, должна быть достаточно устойчивой вплоть до момента ее отделения от раствора, так как в противном случае минерал вместе с собирателем осядет на дно флотационной машины и руда не флотируется. В качестве пенообразователей используют биполярные органические соединения – спирты, амины, кетоны и альдегиды. Они адсорбируются на границе раздела вода – воздух, вызывая тем самым снижение ее поверхностного натяжения. Полярная часть соединения ориентируется своей гидрофильной группой в направлении воды. Неполярная, гидрофобная часть, ориентируется в направлении пузырька воздуха и, таким образом, упрочняет пену (рис. 11).

Рис.11.

Поведение молекул поверхностно-активного реагента на границе раздела вода – воздух

а – пузырьки воздуха, окруженные молекулами пенообразователя в глубине раствора;

б – пузырек воздуха в отсутствии пенообразователя

в – пузырьки воздуха, окруженные молекулами пенообразователя, в момент перехода границы раздела двух фаз.

Пенообразователи должны исключать возможность коалесценции пузырьков (их слияния), что привело бы к уменьшению удельной поверхности пены, снижению ее стойкости, т.е. падению производительности флотации.

Для получения более богатого концентрата необходимо вводить во флотационную пульпу регуляторы. Регуляторы применяются для повышения избирательности действия на минеральные частицы собирателей. В присутствии регуляторов собиратель воздействует только на те минералы, которые подлежат флотации. В одних случаях регулятор, действуя непосредственно на поверхность определенного минерала, облегчает последующее взаимодействие с ним собирателя и тем улучшает условия флотации (активатор), в других – наоборот затрудняет взаимодействие минерала с собирателем, чем достигается подавление флотации (депрессор).

Действие активаторов заключается в химической очистке поверхности минерала от пленки. В результате ионного обмена на поверхности минерала образуется более флотоактивная пленка. В качестве активаторов используются неорганические кислоты и соли (H₂SO₄, Na₂CO₃, Na₂S, соли Cu²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺).

Механизм действия депрессоров различный:

1) депрессор образует на поверхности минерала труднорастворимое соединение, поверхность покрывается гидрофильной пленкой, препятствующей абсорбции собирателя;

2) депрессор может вытеснить с поверхности минерала ионы собирателя, адсорбированные ранее;

3) депрессор может связывать ионы активатора или образовать труднорастворимое соединение с собирателем в пульпе.

В качестве депрессоров используют кислоты, щелочи, неорганические соли.

В связи с растущими потребностями в цветных (в том числе и редких) металлах ведутся исследования с целью усовершенствования процессов их добычи из руд. В области флотации исследования направлены на:

1) синтез соответствующих собирателей как для коллективной, так и для селективной флотации;

2) повышение эффективности процесса флотации;

3) замену дорогих собирателей более дешевыми;

4) интенсификацию процесса путем конструктивных изменений во флотационных машинах.

Флотация осуществляется во флотационных машинах. После измельчения до необходимой крупности и обработки флотационными реагентами руда подвергается флотации во флотационных машинах, где частицы минералов сталкиваются с пузырьками воздуха. Применяемые на практике флотационные машины классифицируют в зависимости от способа аэрации пульпы, т.е. способа насыщения пульпы воздухом и способа ее перемешивания. По этим признакам все машины делятся на механические и пневматические.

В механических флотационных машинах воздух засасывается в пульпу импеллером или через воронку, образующуюся при вращении его, а также через полую трубу. Распределение воздуха и перемешивание осуществляется тем же импеллером, который засасывает воздух.

В пневматических машинах аэрация пульпы осуществляется только сжатым воздухом, подаваемым от воздуходувок. Во всех флотационных машинах осуществляется ряд последовательных операций – засасывание или подача пульпы во флотационную камеру, диспергирование воздуха на мелкие пузырьки, распределение их по всему объему пульпы, находящейся в камере, прилипание зерен флотируемых минералов к пузырькам воздуха и всплывание их в виде минерализованной пены, разгрузка концентрата и удаление “хвостов”. Ниже схематически представлены все методы механического обогащения.

Выше были изложены методы обогащения, основанные на использовании различий в физических и физико-химических свойствах минералов, которые иногда называют “механическими”. Существует еще и химическое обогащение, основанное на процессах химического взаимодействия минералов с реагентами (растворение в кислотах и основаниях, цианирование, цементация, электролиз, рудно-термическая плавка). В технологии переработки руд редких элементов эти методы используются и будут изложены при рассмотрении технологии отдельных редких элементов.

Рекомендованная литература

1. Б. Ежовска-Тршебятовска, С. Копач, Т. Микульский. Редкие элементы. М.: Мир, 1979, 369 стр.

2. Полькин С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. М.: Недра, 1983, 400 стр.

3. А.А. Абрамов. Флотационные методы обогащения. М.: Недра, 1993, 413 стр.

* Диэлектрическая проницаемость ε = E₀ / E – отношение напряженности поля в вакууме (E₀) к напряженности в данной среде (E).