Научная статья на тему 'Изменение электростатики минеральных частиц железистых кварцитов при их измельчении'

Изменение электростатики минеральных частиц железистых кварцитов при их измельчении Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
100
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
CRYSTAL STRUCTURE OF MINERALS / ELECTROSTATIC TIES WITHIN CRYSTAL LATTICE / SIGN AND VALUE OF SEPARATE MINERAL PARTICLES IN QUARTZ / MAGNETITE / AND HEMATITE / СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ МИНЕРАЛОВ / ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКЕ МИНЕРАЛОВ / ЗНАК И ВЕЛИЧИНА ЗАРЯДА ОБОСОБЛЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ КВАРЦА / МАГНЕТИТА И ГЕМАТИТА

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Гончаров Степан Алексеевич

На основании сведений из кристаллографии о строении кристаллов кварца, магнетита и гематита, слагающих железистые кварциты, получены закономерности для оценки знака и величины заряда частиц этих минералов в зависимости от их размеров.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Гончаров Степан Алексеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGES IN ELECTROSTATIC PROPERTIES OF MINERAL PARTICLES OF FERRUGINOUS QUARTZITE WHILE GRINDING

Based on the general information about crystal structure of quartz, magnetite, and hematite of which ferruginous quartzite is composed the author obtained mechanisms for evaluation of signs and values of particle charges depending on their size.

Текст научной работы на тему «Изменение электростатики минеральных частиц железистых кварцитов при их измельчении»

© С.А. Гончаров, 2013

С.А. Гончаров

ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИКИ МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ ПРИ ИХ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ

На основании сведений из кристаллографии о строении кристаллов кварца, магнетита и гематита, слагающих железистые кварциты, получены закономерности для оценки знака и величины заряда частиц этих минералов в зависимости от их размеров. Ключевые слова: строение кристаллической решетки минералов, электростатические связи в кристаллической решетке минералов, знак и величина заряда обособленных минеральных частиц кварца, магнетита и гематита.

Знание электростатики минеральных частиц при измельчении железистых кварцитов позволит объяснить физическую сущность столь нежелательного процесса их фло-куляции и связанного с ним процесса разубоживания железорудного концентрата и потерь рудных минералов в хвостах обогатительных фабрик.

1. Кристаллическая структура минеральных частиц железистых кварцитов

Железистые кварциты состоят из композиции в основном следующих породообразующих минералов: кварц (ЭЮ2); гематит (Ре203); магнетит (Ре304).

Рассмотрим структуру кристаллической решётки основных породообразующих минералов железистых кварцитов.

Кварц

Из кристаллографии известно, что элементарный кристаллит (ячейка) кварца (ЭЮ2) представляет собой тетраэдр, в центре которого находится катион Э14+, а в вершинах — анионы О2- (рис. 1, а). Четырехвалентный катион Б1 + притягивает по одному электрону от каждого из четырех двухвалентных анионов кислорода. Между катионом Б14+ и анионами кислорода О2- процентов на 85^90 существует ионная связь, а остальные 10^15 % — это ковалентная связь. В обособленном кремне-

кислородном тетраэдере (рис. 1, а) на четыре условных положительных заряда катиона кремния приходится восемь условных отрицательных зарядов анионов кислорода. Таким образом, обособленный кремнекисло-родный тетраэдр имеет некомпенсированный отрицательный заряд равный минус 4. В нем отношение условно положительных зарядов катионов кремния к условным отрицательным зарядам анионов кислорода равно 4/8=0,5.

Под условным зарядом будем понимать количество недостающих или избыточных электронов на внешней орбите соответствующих ионов. При их недостатке ион будет иметь положительный заряд, при избытке — отрицательный.

В обособленном кремнекислородном тетраэдре электроотрицательность катиона кремния равна 1,9, а электроотрицательность анионов кислорода равна 3,5. (Электроотрицательность — это способность атомов притягивать валентные электроны соседних атомов).

Кремнекислородные тетраэдры соединяются между собой через вершины, в которых находятся анионы кислорода. Таким образом между двумя смежными тетраэдрами через посредство общего аниона кислорода возникает ковалентная связь.

В горизонтальной плоскости кремнекислородные тетраэдры соединяются между собой через вершины, образуя гексагональные ячейки тетраэдрического типа (рис. 1, б). Гексагональные ячейки тетраэдрического типа в горизонтальной плоскости объединяются между собой через внешние вершины тетраэдров, образуя в горизонтальной плоскости сетки (рис. 1, в, г, д, с). В центре горизонтальной сетки находится центральная гексагональная ячейка тетраэдрического типа. Вокруг неё формируются кругами все остальные гексагональные ячейки тетра-эдрического типа.

Условимся называть центральную гексагональную ячейку тетраэдрического типа первым круговым рядом. Все последующие гегсогональные ячейки тетраэдрического типа, расположенные кругами вокруг центральной ячейки условимся называть 2-м, 3-м, 4-м и т.д. круговыми рядами. Так, например, на рис. 1, в вокруг центральной гексогональной ячейки тетра-эдрического типа (первый ряд) располагается шесть гексагональных ячеек тетраэдрического типа (второй круговой ряд).

Таким образом, сетка из двух рядов (рис. 1, в) состоит из 7-ми гексагональных ячеек тетраэдрического типа. Сетка, представленная тремя круговыми рядами (рис. 1, г) состоит из 19-ти гексагональных ячеек тетраэдрического типа. Четырехрядную сетку формируют 37 гексагональных ячеек, пятирядную — 61 гексагональная ячейка и т.д.

Естественно предположить, что количество катионов Б^+в

одноэтажной сетке из гексагональных ячеек тетраэдрического типа будет равно:

Б14+=6Х, (1)

где Х — количество гексагональных ячеек тетраэдрического типа в одноэтажной сетке.

а)

ж)

в)

Рис. 1

Обозначим количество круговых рядов в сетке из гексагональных ячеек тетраэдрического типа через «У», а количество гексагональных ячеек тетраэдрическогоо типа в сетке через «X». При этом ряду чисел У= 1,2,3,4,5 и т.д. согласно рис. 1 соответствует ряд чисел Х=1,7,19,37,61 и т.д.

На основании полуимперического метода можно показать, что связь между X и У в указанных рядах чисел подчиняется уравнению

Х= 3У2-3У+1 (2)

В соответствии с рис. 1, ж, применяя полуимперический метод, нами установлено, что количество анионов О2 в одноэтажной сетке из гексагональных ячеек тетраэдрического типа зависит от их количества «X» и количества круговых рядов «У» следующим образом

о2-=12х+6у2 (3)

Подставляя значения «X» из (2) в формулы (1) и (3), получим

14+,

нов О,2- от количества круговых рядов «У» в одноэтажной сет-

соответственно зависимости количества катионов Б14+и анио-

2-

ке, состоящей из гексагональных ячеек тетраэдрического типа &4 + =6(3 У2 - 3У+1)=18 У2-18У+6 (4)

О2- =12(3 У2 -3У+1)+6 У2 =42 У2 -36У+12 (5)

4 + 2-

Рассчитав количество катионов Б^ и анионов О1 в одноэтажной сетке, состоящей из гексагональных ячеек тетраэд-

4+

рического типа, и зная, что условный заряд катиона Б^ ра-

2-

вен плюс 4, а условный заряд аниона О1 равен минус 2, можно определить пользуясь формулами (4) и (5) соотношение между суммарными положительными и суммарными отрицательными условными зарядами в зависимости от размеров сетки в горизонтальной плоскости. Результаты таких расчетов приведены в табл.1.

S Таблица 1

Количество ядов «У» Количество ионов Суммарный заряд Отношение зарядов о2-/а4+

Si4+ о2- Положительных катионов Si4* Отрицательных анионов О2

1 6 18 +24 -36 1,5

2 42 108 +168 -216 1,2857

3 114 282 +456 -564 1.2368

4 222 540 +888 -1080 1,2162

5 366 882 +1464 -1764 1,2049

10 1626 3852 +6504 -7704 1,1845

50 44106 103212 +176424 -206424 1,1700

100 178206 416412 +712824 -832824 1,1683

500 4491006 10482012 +179864024 -20964024 1,1670

1000 17982006 41964012 +71928024 -83928024 1,1668

5000 449910006 1049820012 +1799640024 -2099640024 1,1667

100000 179998200006 419996400012 +719992800024 -839992800024 1,166668

Как следует из таблицы 1, при увеличении размеров одноэтажной сетки из гексагональных ячеек тетраэдрического типа, что равнозначно увеличению количества круговых рядов, отношение условных отрицательных зарядов анионов кислорода к условным положительным зарядам катионов кремния стремится в пределе к 1,1666666. Гематит

Элементарный кристаллит гематита Ре2О3 представляет собой октаэдр (рис. 2, а), в центре которого располагается ка-

О

тион Ре (его электроотрицательность равна 1,9), а в вершинах октаэдра находятся анионы кислорода (их электроотрицательность равна 3,5).

В обособленном кристаллите гематита (рис. 2, а) на три ус-

Р 3+

ловно положительных заряда катиона Ре приходится шесть условно отрицательных

зарядов анионов. Таким образом, обособленный кристаллит гематита имеет нескомпенсированный условно отрицательный заряд равный минус 9. Отношение условно положительных зарядов катионов железа к условно отрицательным зарядам аниона кислорода в нем равно 1/4.

Кристаллиты гематита соединяются между собой в горизонтальной плоскости путем объединения анионов кислорода, образуя гексагональные ячейки октаэдрического типа (рис. 2, б).

Гексагональные ячейки октаэдрического типа объединяются между собой в горизонтальной плоскости, образуя сетки (рис. 2 в, г, л).

Как и для Б102 в одноэтажной сетке из гексагональных ячеек октаэдрического типа для Ре203 количество катионов

3+

Ре равно:

Ре3+ = 6X , (6)

где X — количество гексагональных ячеек октаэдрического типа в одноэтажной сетке.

Пользуясь полуимперическим методом нами было получено выражение для оценки количества анионов в одноэтажной сетке из гексогональных ячеек октаэдрического типа. Оно имеет вид:

о|" = 18У2 - 6У + 8Х

(7)

Подставляя в (6) и (7) значения «Х» из (2), получим выражения для оценки количества катионов Ре3+ и анионов О2- в одноэтажной сетке из гексагональных ячеек октаэдрического типа в зависимости от количества круговых рядов (У).

Таблица 2

Кол-во рядов «у» Количество ионов Суммарный заряд Отношение зарядов О2 /Fe3+

Fe3+ о2- Положительных катионов Fe3+ Отрицательных анионов О2

1 6 20 +18 -40 2,22222

2 42 116 +126 -232 1,84127

3 114 296 +342 -592 1,73099

4 222 560 +666 -1120 1,68168

5 366 908 +1098 -1816 1,65392

10 1626 3908 +4878 -7816 1,60229

50 44106 103508 +132318 -207016 1,564534

100 178206 417008 +534618 -834016 1,560022

500 4491006 10485008 +13473018 -20970016 1,556445

1000 17982006 4197008 +53946018 -83940016 1,556

5000 449910006 1049850008 +1349730018 -2099700016 1,555644

100000 179998200006 419997000008 +539994600018 -839994000016 1,55556

ас -j

Ее3+ = 6(3У2 - ЗУ +1) = 18У2 - 18У + 6

О2- = 18У2 - 6У + 8(3У2 - ЗУ +1) = 42У2 - 30У + 8

3+,

(8) (9)

Результаты расчета количества катионов Ре и анионов

О по формулам (8) и (9), а также отношение условно отрицательных зарядов анионов О2_ к условно положительным за-

А

рядам катионов Ре приведены в таблице 2.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Анализ табл. 2 показывает, что с увеличением количества круговых рядов (У) в сетках их гексагональных ячеек октаэдри-ческого типа отношение условно отрицательного заряда кислорода к условно положительному заряду катионов железа всегда больше единицы и при У ^да это отношение стремится к величине 1,555555.... Магнетит

Кристаллическая решетка кристаллов магнетита представляет собой комбинацию элементарных тетраэдров и элементарных октаэдров.

Тетраэдры составляют 1/3 объема кристалла магнетита, а октаэдры — 2/3 объема. При этом в центре тетраэдров (рис.

3, а) находится катион Бе3+ , а в его вершинах анионы О2-. В

центре октаэдров (рис. 3, б) находятся катионы Бе вершинах анионы О 2-.

б

2+

а в его

а

В обособленном кристаллите тетраэдров магнетита на 3

о

положительных заряда катиона Ре приходится 8 отрица-

2-

тельных зарядов анионов О . Таким образом обособленный тетраэдр магнетита имеет нескомпенсированный отрицательный заряд равный 8—3=5.

В обособленном кристаллите октаэдров магнетита на 2 по-

2+

ложительный заряда катиона Ре приходится 12 отрицатель-

2-

ных зарядов анионов кислорода О . Таким образом обособленный октаэдр магнетита имеет нескомпенсированный отрицательный заряд равный 12—2=10.

В кристалле магнетита 33,333 % ячеек это тетраэдры с отрицательным нескомпенсированным зарядом равным 5, а кристаллических ячеек в виде октаэдров 66,666 % с отрицательным нескомпенсированным зарядом равным 10.

Элементарные тетраэдры магнетита объединяются в гексагональные ячейки тетраэдрического типа, которые в свою очередь в горизонтальной плоскости объединяются в сетки, аналогично тетраэдрам кварца, но в отличии от них в центре тетраэдров находится катион Ре .

Элементарные октаэдры магнетита объединяются в гексагональные ячейки октаэдрического типа, которые в горизонтальной плоскости объединяются в сетки, аналогично октаэдрам гематита, но в отличии от них в центре октаэдров находят-Р 2+

ся катионы Ре .

Средневзвешенное отношение условно отрицательных зарядов анионов кислорода О2- к условно положительным заря-

3+ 2+

дам катионов тетраэдров ( Ре ) и октаэдров ( Ре ) в элементарном кристалле магнетита будет

0,33333 •8 + 0,66666 •— = 4,888 , ' 3 2

где 8/3 — это отношение условно отрицательных зарядов анионов О2- к условно положительным зарядам катионов

О

Ре в тетраэдрах магнетита; 12/2 — это отношение условно

отрицательных зарядов анионов О2- к условно положитель-

т? 2+

ным зарядам катионов Fe в октаэдрах магнетита.

2. Оценка величины и знака некомпенсированного заряда минералов кварца, гематита и магнетита в зависимости от их размера в железистых кварцитах

Сетки, образованные из гексагональных ячеек тетраэдриче-ского и октаэдрического типов у кварца и гематита рис. 1, 2 по высоте объединяются в этажи. Объединение в этажи происходит за счет ковалентной связи анионов кислорода двух смежных по высоте гексагональных ячеек. Схематически это показано на рис. 1, ж, рис. 2, е, соответственно для кварца и гематита.

Q

Количество катионов Si4+ и Fe в частицах кварца и гематита, сформированных из «n» этажей гексагональными сетками соответственно тетраэдрического и октаэдрического типов согласно (4) и (8) можно рассчитать по формулам:

— у кварца

Si4 + =6пХ=6п(3У2 — 3У+1)=п(18У2—18У+6) (10)

— у гематита

Fe3++ = 6nX = 6п(3У2 - 3У +1) = п(18У2 - 18У + 6) (11)

Положительные условные заряды катионов Sin, и Fen частиц кварца и гематита в зависимости от их размеров (т.е. в зависимости от параметров «У» и «n») можно определить по формулам:

— у кварца

+Si4+ = ( + 4) • Si4+ (12)

п.к n

— у гематита

+Fe3+ = ( + 3) • Fe3+ (13)

Количество анионов Оп в частицах кварца, сформированных n — этажными гексагональными ячейками тетраэдри-ческого типа, с учетом формулы (5) и рис. 1, ж можно рассчитывать по формуле

02" = п(42У2 - 36У +12) - (2• 6Х • 3) - (2• 6Х • 1), (14)

где У — количество круговых рядов гексагональных ячеек; Х — количество гексагональных ячеек.

Выражение в первых круглых скобках (14) свидетельствует 2-

о количестве анионов О1 в обособленной одноэтажной сетке из гексагональных ячеек тетраэдрического типа согласно (5). Выражение во вторых круглых скобках свидетельствует об 02-

уменьшении анионов О в многоэтажных сетках из гексагональных ячеек тетраэдрического типа в связи с обобществлением трёх анионов на базальных плоскостях кристаллической

решетки, где три аниона О2- принадлежат двум смежным по

высоте ячейкам сеток. Выражение в третьих круглых скобках свидетельствует об уменьшении анионов в многоэтажной сетке в связи с обобществлением одного аниона по базальным плоскостям, где этот анион принадлежит двум смежным по высоте сеткам.

Подставляя в выражение (14) значения «Х» из (2), получим

02"= п(42У2 - 36У +12) -

2 • 6(3У2 - ЗУ +1) • 3

2 • 6(3У2 - 3У +1) • 1

= 6пУ2. (15)

2-

Количество анионов 0п в частицах гематита, образованных п-этажными гексагональными ячейками октаэдрического типа, с учетом выражения (9) можно рассчитать по формуле

02"= п(42У2 - 30У + 8) П21 • 6Х • 1 ^. (16)

Выражение в первых круглых скобках (16) свидетельст-

2-

вует о количестве анионов О1 в обособленной одноэтажной сетке из гексагональных ячеек октаэдрического типа согласно (9).

Выражение во вторых круглых скобках (16) свидетельствует на сколько анионов О2- в многоэтажных сетках из

гексагональных ячеек октаэдрического типа будет меньше в

связи с обобществлением одного аниона на базальных

плоскостях кристаллической решетки, где анион

02- й О принадлежит двум смежным по высоте ячейкам сеток.

Подставляя в выражение (16) значение «Х» из (2) получим

О2" = п(42У2 - 30У + 8) -

• 6(3У2 - 3У +1) • 1

= У2(33п + 9) - У(21п + 9) + 5п + 3, (17)

На основании формул (10) и (11) можно определить коли-с.4+ с 3+

чество катионов Ь1п и Ьеп в частицах кварца и гематита в

зависимости от их размеров по горизонтали и вертикали. Размер частиц по горизонтали зависит от параметра «У», а размер частицы по вертикали зависит от параметра «п».

На основании формулы (15) и (16) можно определить количество анионов О2- в частицах соответственно кварца и личество анионов Оп в частицах соответственно кварца и

гематита в зависимости от их размеров по горизонтали и вертикали.

2-

Отрицательные условные заряды анионов О в частицах

кварца и гематита в зависимости от их размеров можно определить путем умножения числа анионов согласно формулам (15) и (16) на число (-2).

В дальнейшем, при определении знака в расчетах величины электростатического заряда частиц кварца и гематита будем считать, что их размеры по горизонтали и вертикали примерно одинаковы. Кроме этого примем в дальнейших расчетах размер элементарных кристаллов кварца и гематита согласно сведениям из кристаллографии (т.е., элементарных тетраэдров и октаэдров) одинаковыми и равными 5 ангстрем (5-10-10м).

Согласно рис. 1 и 2 можно убедится, что равенство размеров частиц кварца и гематита по горизонтали и по вертикали

будет выполняться при условии, когда ряду числе У=1;2; 3; 4; 5и т.д. будет соответствовать ряд чисел п=4; 10; 16;22; 28 и т.д. (где У — количество круговых рядов гексагональных ячеек в сетках; п — количество этажей из этих сеток). Используя по-луимперический метод можно показать, что это соответствие выполняется при условии

п = 6У-2. (18)

Результаты оценки количества катионов и анионов частиц кварца и гематита в зависимости от размера этих частиц, согласно формулам (12), (13), (15) и (16) приведены для кварца в таблице 3, а для гематита в табл. 4. В этих же таблицах приведены расчеты знака и величины условного заряда частиц кварца и гематита в зависимости от их размеров.

Количество катионов Ре + в тетраэдрических ячейках

магнетита будет такое же, как и у катионов Б14 + в многоэтажных тетраэдрических сетках кварца и согласно (10.) равно:

— в тетраэдрах магнетита

Ре3 + = п(18У2 - 18У + 6) (19)

п.т.м.

2 +

Количество катионов Ре в октаэдрических ячейках магнетита будет такое же

Р 3 +

как и катионов Ре в многоэтажных октаэдрических сетках гематита и согласно (11) равно:

— в октаэдрах магнетита

Ре2 + = п(18У2 - 18У + 6) (20)

п.о.м.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2-

Количество анионов О в тетаэдрических ячейках магне-

2-

тита будет такое же, как и анионов О в многоэтажных тетра-эдрических сетках кварца и согласно (14) равно:

— в тетраэдрах магнетита

О2 - = п(42У2 - 36У +12)-(п • 6Х-3)-(п • 6X -1) (21)

п.т.м. 2 2

SiOz

Таблица 3

Кол-во круговых рядов, у Кол-во этажей, п = 6у-2 Размер частицы, мкм Кол-во ионов Суммарный условный заряд ионов Отношение зарядов ol-/sf;

Si4+ о„2- Si4+ о2-

1 4 0,002 24 24 +96 -48 0,5

5 28 0,014 10248 4200 +40992 -8400 0,2049

10 58 0,029 94308 34800 +377232 -69600 0,1845

50 298 0,149 13143588 4470000 +52574352 -8940000 0,17

100 598 0,299 106567188 35880000 +426268752 -71760000 0,1683

200 1198 0,599 858254388 287520000 +3433017552 -575040000 0,1675

500 2998 1,499 13464035988 4497000000 +53856143952 -8994000000 0,1670

1000 5998 2,999 107856071988 35988000000 +431424287952 -71976000000 0,1668

10000 59998 29,999 107985600719988 35998800000000 +431942402879952 -71997600000000 0,1667

Fc203

Таблица 4

Кол-во круговых рядов, у Кол-во этажей, п =6у-2 Размер частицы, мкм Кол-во ионов Суммарный условный заряд ионов Отношение зарядов о2п- /Н*

н: о„2- н: Ol;

1 4 0,002 24 71 +72 -142 1,9722

5 28 0,014 10248 20483 +30744 -40966 1,3325

10 58 0,029 94308 180323 +282924 -360646 1,2747

50 298 0,149 13143588 24295643 +39430764 -48591286 1,2323

100 598 0,299 106567188 196176293 +319701564 -392352586 1,2272

200 1198 0,599 858254388 1576692593 +2574763164 -3153385186 1,2247

500 2998 1,499 13464035988 24704281493 +40392107964 -49408562986 1,2232

1000 5998 2,999 107856071988 197817062993 +323568215964 -395634125986 1,2227

10000 59998 29,999 107985600719988 197981700629993 +323956802159964 -395963401259986 1,2223

чо

'J\

on Fc304 (тстраэдричсская сетка)

Таблица 5

Кол-во кругов, У Кол-во этажей, 11 Размер частиц, мкм Кол-во ионов Условный суммарный заряд ионов Отношение - /+ Fe3/TM /Оп2;„

катионов (+) анионов (-) Fe„3;„On2;M катионов (+) анионов (-) Fe„3;„On2;M

1 4 0,002 24 24 +72 48 0,6666

5 28 0,014 10248 4200 +30744 8400 0,2732

10 58 0,029 94308 34800 +282924 69600 0,2460

50 298 0,149 13143588 4470000 +39430764 8940000 0,2267

100 598 0,299 106567188 35880000 +3197601564 71760000 0,2844

200 1198 0,599 858254388 287520000 +40392107944 575040000 0,2233

500 2998 1,499 13464035988 4497000000 +323568215964 8994000000 0,2226

1000 5998 2,999 107856071988 35988000000 +322946802159964 71976000000 0,2224

10000 59998 29,999 107985600719988 35998800000000 71997600000000 0,2223

Fc304 (октаэдричсская сетка)

Таблица б

Кол-во кругов, У Кол-во этажей, п Размер частиц, мкм Кол-во ионов Условный суммарный заряд ионов Отношение - /+ о„2;„

катионов (+) анионов(-) о„2;„ катионов (+) анионов(-) о2п-ом

1 4 0,002 24 71 +48 142 2,9583

5 28 0,014 10248 20483 +20496 40966 1,9987

10 58 0,029 94308 180323 +188616 360646 1,9121

50 298 0,149 13143588 24295643 +26227176 48591286 1,8486

100 598 0,299 106567188 196176293 +213134376 392352586 1,8408

200 1198 0,599 858254388 1576692593 +1716508776 3153385186 1,8371

500 2998 1,499 13464035988 24704281493 +26928071976 49408562986 1,8348

1000 5998 2,999 107856071988 197817062993 +215712143976 395634125986 1,8341

10000 59998 29,999 107985600719988 197981700629993 +215971201439976 395963401259986 1,8336

Количество анионов О в октаэдрических ячейках магнетита будет такое же, как и анионов О в многоэтажных октаэдрических сетках гематита и согласно (17) равно:

в октаэдрах магнетита

О2 - = У2(33п + 9) - У(21п + 9) + 5п + 3. (22)

п.о.м. 11

Расчеты для тетраэдрических и октаэдрических сеток магнетита согласно формулам (19)—(22) представлены в таблицах 5 и 6.

Так как в кристаллах магнетита количество тетраэдрических ячеек равно 33,333 %, а количество октаэдрических ячеек равно 66,666 %, то отношение условно отрицательных зарядов анионов кислорода к средневзвешенному условно положительному заряду катионов железа в кристаллах магнетита согласно последней колонке табл. 5 и 6 будет изменяться в зависимости от их размера согласно следующей формуле

(ОУРХоПт.м / РеП.+.м.) -0,33333+

+ (оП-о.м/Ре3.+.м.)-0,66666. (23)

Результаты расчета согласно формулы (23) представлены в табл. 7.

Для наглядности влияния размера минеральных частиц кварца, гематита и магнетита при дезинтеграции железистых кварцитов в мельницах на отношение условно отрицательного заряда анионов к условно положительному заряду катионов ЭЮ2; Ре203; Ре304 приведены на рис. 4.

Установленные закономерности изменения зарядов минеральных частиц железистых кварцитов при их дезинтеграции

Таблица 7

Размер

частиц 0,002 0,014 0,029 0,149 0,299 0,599 1,499 2,999 29,999

магнетита,

мкм

Отношение 2,1942 1,4234 1,3565 1,3119 1,3018 1,299 1,2972 1,2967 1,2964

О-/Р+

, г

\

С.С 0,1 С,2 СгЗ ОА С.5 0,6 С,7

Размер частицы, мкм

Рис. 4. График зависимости отношения уловных зарядов ионов от размера частиц БЮ2; Ре2Ю3 ;Ре3Ю4

позволяют объяснить явление флокуляции (прилипание мелких частиц одних минералов к более крупным частицам других минералов) при обогащении железистых кварцитов.

Это приводит с одной стороны к разубожению железорудного концентрата, а с другой — к потерям рудных минералов в хвостах обогатительных фабрик на горно-обогатительных комбинатах по добыче и переработке железистых кварцитов.

Зная причины флокуляции, можно решить задачи дефло-куляции.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гончаров С.А. Физико-технические основы ресурсосбережения при разрушении горных пород. — М.: МГГУ. — 2007. — 211 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Гончаров Степан Алексеевич — доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.