CC BY
52
УДК 622.7
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ ГИДРОФОБНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ АЛМАЗОВ ИЗ РУДЫ ТРУБКИ «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНАЯ»
© В.А. Верхотурова1, И.В. Елшин2, А.А. Немаров3, М.Ю. Толстой4, Г.Х. Островская5, К.В. Федотов6, Т.В. Шеломенцева7
и34,6,7Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
5Научно-исследовательский и проектный институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ОАО), 678174, Республика Саха (Якутия), г. Мирный, ул. Ленина, 6.
Рассматриваются причины гидрофилизации алмазов, а также пути восстановления их гидрофобности. Целью выполнения работ является разработка способов по восстановлению гидрофобных свойств гидрофилизирован-ных твердых поверхностей минеральных частиц (в том числе и алмазов) для повышения извлечения алмазов из руды трубки «Интернациональная». Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: флотация алмазов; извлечение; гидрофобность; кавитация.
SCIENTIFIC JUSTIFICATION AND OPTIMUM ALTERNATIVE SELECTION TO RECOVER HYDROPHOBIC PROPERTIES OF DIAMOND SURFACE FROM "INTERNATIONAL" TUBE ORE V.A. Verkhoturova, I.V. Elshin, A.A. Nemarov, M.Yu. Tolstoy, G.Kh. Ostrovskaya, K.V. Fedotov, T.V. Shelomentseva
Irkutsk State Technical University
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Research and Design Institute "Yakutniproalmaz" ALROSA JSC,
6 Lenin St., Mirny, Republic of Sakha (Yakutia), 678174, Russia Mirny.
The article deals with the reasons of hydrophilization of diamonds and the ways to recover their hydrophobicity. The conducted works are aimed at the development of methods to recover hydrophobic properties of hydrophilic solid surfaces of mineral particles (diamonds included) to increase the extraction of diamonds from the tube "International". 3 figures. 1 table. 11 sources.
Key words: diamond flotation; extraction; hydrophobicity; cavitation.
В данной статье рассматриваются причины гидрофилизации алмазов, а также пути восстановления их гидрофобности. Целью выполнения работ является разработка способов по восстановлению гидрофобных свойств гидрофилизированных твердых поверх-
ностей минеральных частиц (в том числе и алмазов) для повышения извлечения алмазов из руды трубки «Интернациональная» открытой добычи на переделе пенной сепарации обогатительной фабрики №3 не ниже 90%, согласно действующей в Мирнинском ГОКе
1 Верхотурова Валентина Анатольевна, аспирант кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, тел.: (41136) 90826, e-mail: VerhoturovaVA@alrosa.ru
Verkhoturova Valentina, Postgraduate of the Department of Engineering Communications and Life-Support Systems, tel.: (41136)
90826, e-mail: VerhoturovaVA@alrosa.ru
2Елшин Иван Владимирович, студент, тел.: 89526301414.
Elshin Ivan, Student, tel.: 89526301414.
3Немаров Александр Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики тел.: (3952) 405183, e-mail: nemarov@mail.ru
Nemarov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Information Science Department, tel.: (3952) 405183, e-mail: nemarov@mail.ru
"Толстой Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, профессор, зав. кафедрой инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, тел.: (3952) 405609, e-mail: tolstoi@istu.edu
Tolstoy Mikhail, Candidate of technical sciences, Professor, Head of the Department of Engineering Communications and LifeSupport Systems, tel.: (3952) 405609, e-mail: tolstoi@istu.edu
5Островская Галия Харисовна, зав. лабораторией флотационных методов обогащения и осветления оборотных вод, тел.: (41136) 90826, e-mail: OstrovskayaGKh@alrosa.ru
Ostrovskaya Galiya, Head of the Laboratory of Floatation Methods of Circulated Water Enrichment and Clarification, tel.: (41136) 90826, e-mail: OstrovskayaGKh@alrosa.ru
6Федотов Константин Вадимович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: (3952) 405118.
Fedotov Konstantin, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Mineral Processing and Engineering Ecology, tel.: (3952) 405118.
Шеломенцева Татьяна Владимировна, студентка, тел.: 89526252434. Shelomentseva Tatyana, Student, tel.: 89526252434.
методики подсчета извлечения [1-11].
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обобщить и проанализировать полученные данные по обогатимости и состоянию поверхности алмазов из руды карьера «Интернациональный»;
- разработать рекомендации по активации гидрофобных свойств поверхности алмазов;
- выполнить комплекс лабораторных исследований с целью определения оптимального варианта решения по восстановлению гидрофобных свойств поверхности алмазов;
- подтвердить эффективность внедрения разработанных рекомендаций путем проведения технологического опробования узла пенной сепарации на фабрике № 3.
Причины гидрофилизации поверхности алмазов при открытой добыче. Поверхностная энергия алмаза - высокая, что способствует его высокой сорбционной активности к различным поверхностно-активным веществам (ПАВ). При открытой добыче из руды трубки «Интернациональная» алмазы подвержены многолетним воздействиям минерализованной воды. В минерализованной воде трубки «Интернациональная» присутствует целый набор наноразмерных и микроразмерных минеральных частиц, а также их растворов. Гидрофобные концы растворенных минералов сорбируются на поверхность алмаза, а гидрофильные - обращены в водную среду. В то же время различные ультрамелкие минеральные частицы (сростки), имеющие дифильную структуру, сорбируются своими гидрофобными участками на гидрофобную поверхность алмаза, а гидрофильными - обращены в водную среду. Это приводит к образованию на поверхности алмаза различных минеральных присыпок, которые препятствуют образованию необходимого флотокомплек-са при пенной сепарации и флотации из объема камеры флотомашины. Еще в 50-е годы В.А. Глембоцкий обнаружил, что в стеклянном сосуде в чистой воде алмаз через определенное время гидрофилизируется за счет образования на его поверхности кремниевой кислоты. Это объясняется тем, что вода, имеющая большое значение диэлектрической проницаемости (около 80), является практически универсальным растворителем. Таким образом, ультранебольшая доля стеклянного сосуда растворяется в воде и затем сорбируется на гидрофобную поверхность алмаза.
В лабораторных исследованиях использовался безалмазный материал крупностью -1 мм и алмазы крупностью -2+1,2 мм, а также оборотная вода отделения пенной сепарации. Опыты проводились на лабораторном пенном сепараторе ПС-0,1. Результаты исследований приведены в таблице, из которой видно, что алмазы не обладают гидрофобными свойствами, извлечение их в концентрат равно 0%. Поверхность кристаллов ценного компонента полностью депресси-рована минерализованными суспензиями.
Во время проведения опытов наблюдалось следующее:
- при подаче материала на пенный слой происхо-
дит сильное пеногашение, причем независимо от расхода мазута флотского Ф-5, используемого для предварительной обработки навески с алмазами;
- в ситах для сбора концентрата и хвостов процесса пенной сепарации просматривались белые хлопья и красно-коричневые частицы минералов крупностью - 0,2 мм.
Результаты исследований флотационных
свойств алмазов руды трубки «Интернациональная» открытой добычи
№ п/п Оборотная вода Расход мазута Ф-5, г/т Извлечение алмазов в концентрат Е, %
1 Из схемы 500 0
2 Из схемы 1000 10
3 Из схемы + ОПСБ 1000 0
4 Чистая из трубопровода + ОПСБ 1000 0
За время обработки руды трубки «Интернациональная» на ОФ №3 по данным ОТК отмечено увеличение потерь на переделе липкостной сепарации.
Таким образом, результатами лабораторных исследований установлено, что обогащение, связанное с физико-химическим состоянием поверхности алмазов (липкостная и пенная сепарация), в установленных регламентом режимах неэффективно и требует индивидуального подхода, а следовательно, разработки индивидуального регламента для флотационного процесса руды трубки «Интернациональная» открытой добычи.
Решение проблемы. Процесс подготовки исходного материала, прошедшего соответствующую классификацию по крупности, следует разделить на этапы:
1. Обесшламливание с помощью аппаратов компании «Алроса» или с помощью гидроциклонов. Основной компонент, мешающий нормальному прохождению пенной сепарации и флотации из объема флотомашины, тальк. Тальк имеет гидрофобную поверхность, следовательно, на нем осаждается большое количество собирателя. Происходит флотация талька, а не алмазов.
2. После обесшламливания следует обработать полученный материал паром (желательно при температуре от 120-130оС), так как на поверхности алмазов осаждается значительная часть шлама. В лабораторных условиях обрабатывались семь алмазов горячей водой при температуре 70-90 градусов. Вначале проводился элементный анализ поверхности алмазов на сканирующем электронном микроскопе, который показал, что на поверхности алмазов много элементов, относящихся к тальку и кремниевой кислоте. После обработки горячей водой поверхность алмазов практически очистилась (результаты очистки будут показаны ниже). В лабораторных экспериментах было задействовано всего 55 алмазов трубки «Интернациональная». Этого количества недостаточно для полноценных лабораторных флотационных экспериментов.
3. Кондиционирование с собирателями. Для оптимального взаимодействия мазута и аэрофлота с гидрофобной поверхностью алмазов следует подавать реагенты с помощью паромазутных форсунок или штатного пневмогидравлического аэратора, возможно, с небольшими конструктивными изменениями (размеры входных и выходных отверстий). Пар разобьет мазут на наиболее мелкие разогретые капельки, имеющие большую поверхность, и тем самым оптимально капли мазута обработают всю гидрофобную поверхность алмазов. Паро-мазутная смесь должна подаваться через исходный материал с наименьшими тепловыми потерями в окружающую среду.
4. Момент непосредственной подачи материала на пену. Перед самой подачей на пену исходный про-кондиционированный материал следует обработать паром в загрузочном теплоизолированном бункере с наименьшими тепловыми потерями в окружающую среду. Периметр наклонной поверхности, по которой подается пульпа на пену, должен иметь форму окружности, как флотомашина ПФМ-10.
5. Аэрация. Результаты лабораторных экспериментов с 55-ю алмазами показали, что выход алмазов в пенный продукт при флотации и пенной сепарации пузырьками обычной флотационной крупности весьма неустойчив. Так как алмазов трубки «Интернациональная» было мало, то для проверки флотации мелкими пузырьками был проведен эксперимент с двумя алмазами, которые были не задействованы при флотации крупными пузырьками и подвергались какой-либо обработке с собирателями. Вначале алмазы были замочены со шламом талька на один час. После такой обработки алмазы потеряли свои гидрофобные свойства и не флотировались в газированной иркутской минеральной воде. Затем после обработки в горячей воде гидрофобность алмазов полностью восстановилась. После обработки мазутом они легко всплыли на поверхность и там закрепились. Аналогичные эксперименты с имеющимися у нас мелкими алмазами, пролежавшими в водной среде несколько месяцев и потерявшими полностью свою гидрофоб-ность, показали, что обработка алмазов паром (или горячей водой) восстанавливает их гидрофобность. После обработки паром (или горячей водой) и при кондиционировании с соляркой (керосином) наши мелкие алмазы полностью всплыли и закрепились на поверхности в пене. Исходя из вышеизложенного следует отработать режим работы (расход воздуха и воды) пневмогидравлических аэраторов флотомашины так, чтобы они создавали в оборотной воде без пенообразователей туманообразную воду с пузырьками диаметром несколько микрометров.
Предварительные технологические операции. Дробление, измельчение, обесшламливание и классификация производятся штатными устройствами обогатительной фабрики №3.
Подготовка шлама перед разделением на фракции. Проводились следующие эксперименты по разделению частиц: седиментация, флотация кипячением, флотация в перекиси водорода.
Первоначально исходный шлам разбавлялся во-
допроводной водой в соотношении 10 литров воды и 10 литров влажного шлама. Полученная смесь пропускалась через гидроциклон с целью удаления небольшой песковой части. Затем смесь обрабатывалась с реагентами (пенообразователями, собирателями и депрессорами) на гидроакустическом кавитаторе. Мощные ультразвуковые колебания - средство активного воздействия на тепло- и массообменные процессы в жидкости, на структуру и свойства твердых тел, на скорость и качество химических реакций. Ультразвуковое излучение может разрывать химические связи, ускорять химические реакции и диффузию, эффективно диспергировать твердые вещества в жидкости.
Разрушающее действие гидродинамической кавитации для интенсификации технологических процессов используется около 50 лет. Наиболее широкое применение получила вибрационная (ультразвуковая) кавитация для интенсификации процессов кристаллизации, очистки поверхностей, теплообмена, диффузии, экстракции, подавления накипеобразования и пр. Однако, как показали исследования, затраты энергии на получение полей кавитационных пузырьков в ультразвуковых излучателях на порядок выше, чем в гидродинамических кавитационных аппаратах. Это связано с быстрым затуханием ультразвуковых колебаний в жидкостях и особенно в пузырьковых смесях и суспензиях, если излучающие поверхности вынесены из зоны обработки. В связи с этим для кавитационной обработки жидких сред более перспективными являются гидродинамические аппараты, в которых кавитация возникает при взаимодействии потоков между собой или с кавитаторами. Затраты энергии при этом в 10-15 раз меньше, чем при использовании ультразвука.
Импульсная акустическая кавитация, возникающая в кавитаторах, представляет собой эффективное средство концентрации энергии низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В зонах локального понижения давления в жидкости образуется разрыв в виде полости, которая заполняется насыщенным паром данной жидкости. В фазе сжатия под действием повышенного давления и сил поверхностного натяжения полость захлопывается, а пар конденсируется на границе раздела фаз. Через стенки полости в нее диффундирует растворенный в жидкости газ, который затем подвергается сильному адиабатическому сжатию. В момент схлопывания давление и температура газа достигают значительных величин (по некоторым данным соответственно до 100 МПа и 5000 К).
В кавитационную полость могут проникать пары воды, растворенные газы, а также вещества с высокой упругостью пара и не могут проникать ионы или молекулы нелетучих растворенных веществ. Выделяющейся в процессе схлопывания пузырька энергии достаточно для возбуждения, ионизации и диссоциации молекул воды, газов и веществ с высокой упругостью пара внутри кавитационной полости.
До последнего времени практическое применение гидродинамической кавитации для интенсификации
процессов дезинтеграции и измельчения сдерживалось из-за отсутствия конструкций надёжных гидродинамических излучателей (кавитационных генераторов), обеспечивающих энергонапряжённость, необходимую для эффективной деструкции твёрдой фазы в двухкомпонентном потоке.
Для интенсификации процессов дезинтеграции и измельчения наиболее перспективными являются струйные кавитационные генераторы ротационного типа, которые представляют собой соосные статор и ротор, вращающийся со скоростью порядка 3000 об/мин и более. В роторе и статоре выполнены отверстия специальной формы, при прохождении через которые в жидкости возникают интенсивные кавитаци-онные процессы (рис. 1). Во входной патрубок подается обрабатываемая жидкость под давлением. Ротор приводится во вращение, при этом отверстия ротора и статора совмещаются и перекрываются, а продавливаемая через них жидкость пульсационно истекает в камеру 15, вследствие чего в жидкости возбуждается кавитация, возникают ударные волны, турбулентные течения, интенсифицирующие физико-химические процессы в жидкой среде. Полость 10 (область высокого давления) и полость 11 (область низкого давления) соединяются дополнительными отверстиями ротора, вследствие чего снижается осевое усилие на ротор [15].
Рис. 1. Устройство для физико-химической обработки жидких сред: 1 - ротор; 2 - вал; 3 - корпус; 4 - цилиндрическая втулка; 5 - статор; 6 -съемная крышка; 7, 8 и 9 - отверстия; 10 и 11 - области высокого и низкого давления; 12 - глухое отверстие; 13 и 14 - входной и выходной патрубки; 15 - камера
Интенсивность кавитации зависит от величины зазора между ротором и статором. Измерение интенсивности кавитации по величине акустического сигнала, представленного на рис. 2, указывает на такую зависимость. Как видно из рисунка, при зазоре менее 0,1 мм резко увеличивается величина сигнала с гидрофона и достигает своего максимального значения при зазоре 0,05 мм. Технически это достигается при аксиальном исполнении ротора и статора. Специальная конструкция диспергатора, специальная геомет-
рия корпуса и вращающихся рабочих частей обеспечивает высокую производительность.
120 т т юо--
Е
0 80 - -
1 60
о. 40 -с га
I 20 ■■
0 -О 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 Зазор, мм
Рис. 2. Зависимость величины акустического сигнала с гидрофона от величины зазора между ротором и статором в гидродинамическом кавитаторе
Обработка шлама в кавитаторе осуществлялась для: 1) разрушения конгломератов углеродных частиц с частицами кремнезема; 2) гидрофобизации гидро-филизированных углеродных частиц; 3) депрессии частиц кремнезема жидким стеклом (или другими депрессорами); 4) образования благодаря кавитации на гидрофобной поверхности частиц микро- и нанопу-зырьков, способствующих в дальнейшем образованию плавучих флотокомплексов путем коалесценции со свободными пузырьками и их увеличения за счет растворенного в воде газа. Обработка 20 литров пульпы проводилась от получаса до часа. При этом температура пульпы была в пределах от 60 до 100оС. Затем пульпа остужалась до комнатной температуры 20-25оС и использовалась для дальнейшего разделения частиц по фракциям. Кавитатор выполнял роль некоторой оттирочной машины и парогенератора. Шлам пролежал в водной среде несколько лет - частицы существенно гидрофилизировались. После обработки в кавитаторе происходила флотация на паровых пузырьках, близкая к флотации кипячением. Эксперимент флотации кипячением будет показан ниже.
Аэрация. Процесс аэрации во флотомашине следует осуществлять пневмогидравлическими аэраторами (ПГА) в туманообразном режиме их работы, т.е. следует создавать пузырьки крупностью в диапазоне от 10 до 50 микрометров согласно патенту [2] или микропузырьки (нанопузырьки) одной крупности. Ту-манообразная водо-воздушная система, состоящая из таких пузырьков, должна образовываться в чистой воде. В лабораторных экспериментах создавалась такая водо-воздушная система в чистой воде, в которой хорошо флотировались графит и алмазы. Такая система пузырьков близка к монодисперсной и, следовательно, ее разрушение происходит за значительно большее время. Оценить размер пузырьков в данной туманообразной системе можно по всплытию границы водо-воздушной («молочной») смеси к верхней поверхности сосуда, исходя из формулы Стокса.
Лабораторным ПГА, выполненным как вихревой эжектор, получена туманообразная система пузырьков в чистой водопроводной воде. После отключения
аэратора время всплытия системы пузырьков составляло многие минуты. Пузырьки были микронных размеров. Разумеется, при добавлении пенообразователя, полученная туманообразная система будет более устойчива с меньшей крупностью пузырьков. В воде присутствуют также пузырьки более меньших размеров. Ранее были произведены измерения при среднем диаметре пузырьков 100 и 500 нм в водопроводной воде. Очевидно, что оптимальным вариантом является система из таких пузырьков - она наиболее устойчива, так как уже пузырек меньше 100 нм подвержен Броуновскому движению и практически не всплывает. Гидрофобная минеральная частица, попадающая в воду, насыщенную нанопузырьками, практически со 100% вероятностью легко флотируется. Особо отметим, что при неоптимальной работе эжектора, когда создается полидисперсная система пузырьков, а до этого в камере была туманообразная система пузырьков, за 5-10 секунд вода становится практически прозрачной. Это экспериментально показывает, что при флотации наиболее оптимальны мелкие пузырьки одной крупности. В авторском свидетельстве [3] на способ пенной сепарации показано, что пузырьки, выходящие из аэратора одной крупности, оптимальны для пенной сепарации.
Данные результаты показывают, что в основном при пропарке (обработка горячей водой) поверхность алмазов очищается от поверхностных минеральных присыпок. ИаО! полностью удаляется. Уменьшается концентрация магния, кремния, серы, железа и кальция или происходит их полное удаление. Алмазы, имеющие гладкую поверхность, полностью очищаются от данных элементов. В алмазах, имеющих неровную поверхность (трещины, углубления и т.п.), полной очистки не происходит. По элементному составу поверхностных примесей можно судить, что поверхностными присыпками (примесями) были в основном тальк и галит.
Главный результат данного эксперимента - поверхность алмазов очищается (обесшламливается) от минеральных присыпок и, следовательно, восстанавливается ее гидрофобность.
Обработанные паром два алмаза из предоставленных 55-ти, депрессированные в шламе талька в течение одного часа и потерявшие полностью свою гидрофобность, после обработки паром легко флотировались. Аналогично легко флотируются (практически 100%) гидрофилизированные мелкие алмазы (-1) и другие минеральные частицы, обработанные паром, при флотации в газированной минеральной воде или в чистой туманообразной воде, насыщенной мелкими, микронных размеров, пузырьками воздуха.
Механоактивация алмазов. Поступившие в процесс алмазы подвергаются механической активации (оттирке) в оттирочной машине. Оттирка производится с целью снятия окисных пленок металлов с поверхности кварцевых зерен. В процессе оттирки могут разрушаться зерна малой прочности. Опыт эксплуатации промышленных оттирочных машин показал их эффективность, что подтверждается качеством продуктов, получаемых при экперименте, по сравнению с каче-
ством продуктов, получаемых в лабораторных условиях. Возможно, это связано не только с более интенсивной очисткой поверхности зерен, но и с избирательным дроблением сростков, выветренных минералов и минералов с низкой твердостью. Процесс избирательного дробления в оттирочных машинах неоднократно наблюдался при оттирке песков, например, в процессе оттирки песков Благодарненского месторождения содержание полевых шпатов в песках крупностью 0.1-0.8 мм снижается в 5.6 раза.
Оттирочные машины (оттирочные скрубберы) играют важную роль в технологических процессах мокрого обогащения. Специальные мешалки создают в суспензии большие силы трения и сдвига. При высоком содержании твёрдого происходит интенсивное трение частиц друг о друга, что обеспечивает отслаивание поверхностных загрязнений и разрушение агломератов. Ввиду сложности приобретения оборудования для данной технологической схемы предложено произвести внедрение данной технологии поэтапно.
Тепловое воздействие на алмазосодержащую пульпу. Тепловое воздействие на пульпу, содержащую алмазы, следует проводить из следующих соображений:
1. Теплопроводность алмаза наибольшая по сравнению с другими минеральными частицами.
2. Алмаз, имеющий небольшую теплоемкость, нагревается в первую очередь по сравнению с другими минеральными частицами, следовательно, обработку поверхности алмаза следует осуществлять непосредственно перед подачей исходной пульпы на пену, так как алмаз имеет наибольшую теплопроводность и небольшую теплоемкость.
3. Все минеральные частицы (включая алмаз) исходного материала имеют разные коэффициенты теплового расширения, и нагретые сростки минеральных частиц, попадая в более холодную среду, распадаются по спайностям.
4. При нагреве множества твердых поверхностей [9] (в том числе и алмаза) в водной среде твердая поверхность взаимодействует с растворенными газами в пульпе, что приводит к образованию зародышевых нанопузырьков (рис. 3), гидрофобизирующих поверхность.
5. Углерод при достаточно высокой температуре химически взаимодействует с водяным паром с образованием водорода и окиси углерода, а следовательно, с образованием пузырьков.
6. В нано- и микропузырьках, согласно множеству литературных источников, температура газа от нескольких сотен до нескольких тысяч градусов Цельсия, что приводит при взаимодействии с гидрофобной поверхностью углерода к бурной химической реакции (см. п. 5).
Ряд экспериментов [10] показывает, что пузырьки при увеличении температуры всего на 5 градусов Цельсия сливаются в один большой пузырек. Это показывает возможность постепенного увеличения объема пузырька (пузырьков) на флотокомплексе без лишнего перемешивания. Такой флотокомплекс в конечном итоге ламинарно всплывет и перейдет через
сливной порог по кратчайшему пути с наименьшими энергетическими затратами.
В исследовании [10], также как и в [9], согласно полученным данным при увеличении температуры плотность пузырьков на гидрофобной поверхности увеличивается (рис. 3).
Рис. 3. Изменение плотности пузырьков (а-е)
в зависимости от температуры. Температура менялась от 20 до 40оС через каждые 5оС
Аналогичные результаты в [10] были получены с поверхностью высоко-ориентированного пиролитиче-ского графита с водой, газированной воздухом, углекислым газом и при электролизе.
В исследовании [11] получены такие же результаты, показывающие, что на поверхности слюды формируются пузырьки, плотность которых возрастает с повышением температуры на один квадратный микрометр.
Авторы вышеуказанных исследований также получили увеличение плотности пузырьков на твердой поверхности в растворе поваренной соли. Поваренная соль разрушает льдообразные структуры в водной среде.
В вышеуказанных исследованиях показано, что коносоль (kantiliver) АСМ при определенном режиме его работы может собрать нанопузырьки в более крупные, т.е. нанопузырьки коалесцируют, как и обычные флотационные пузырьки.
Заключение. Флотация и пенная сепарация алмазосодержащих руд должны решаться комплексно с учетом всех технологических параметров: реагентного режима, способов кондиционирования, способов и
устройств аэрации, последовательности и времени технологических действий, физических и химических воздействий на пульпу и геометрии флотомашины.
1. Аполярные реагенты должны подаваться при кондиционировании в ультрадисперсном состоянии предварительно разбитыми в ультразвуке с помощью ультразвуковых вихревых гидродинамических устройств, что способствует их меньшему расходу и большей вероятности взаимодействия с гидрофобной поверхностью алмаза.
2. Исходные пузырьки воздуха (газа), выходящие из аэратора, должны быть нано- и микродиаметров с наименьшей полидисперсностью. Лучший вариант -пузырьки одного диаметра.
3. Расход пенообразователя и воздуха должен быть подобран так, чтобы ультрамелкие пузырьки по п. 3 в конечном итоге создавали оптимальные плавучие флотокомплексы с наименьшим количеством элементарных циклов флотации.
4. Тепловое воздействие на алмазосодержащую пульпу следует осуществлять непосредственно перед подачей её на пену и в объем флотомашины, так как алмазы имеют наибольшую теплопроводность и небольшую теплоемкость. Подача через больший промежуток времени приведет к быстрому остыванию алмазной поверхности и может привести вновь к гид-рофилизации данной поверхности.
5. Оттирку гидрофилизированных алмазов надо проводить с одновременным кондиционированием с реагентами и тепловым воздействием.
6. Тепловое воздействие следует проводить водяным паром, имеющем наибольшую теплоемкость.
7. Для лучшего воздействия на гидрофилизиро-ванные алмазы все действия по пунктам 2-7 надо проводить одновременно.
8. Для лучшей гидрофобизации флотируемых частиц возможно применение реагентов, больше растворяющих газы (воздух, кислород, азот), например, спирты (этанол и др.), и разрушающих льдообразные структуры в водной среде.
9. Геометрия флотомашины должна быть такой, чтобы можно было равномерно распределить пузырьки по всему объему флотомашины без лишнего перемешивания с наименьшим количеством элементарных циклов флотации. Наиболее оптимально флотомаши-на ПФМ-10 и её дальнейшие модификации.
10. Лучший вариант аэраторов - пневмогидрав-лические и акусто-пневмогидравлические, создающие нано- и микропузырьки.
11. Аэраторы должны создавать во флотома-шине такие гидродинамические условия, при которых происходила бы сепарация пузырьков по крупности. Например, вращающийся аэратор Толстого М.Ю. и др. [12] создает во флотомашине сепарацию пузырьков в центробежном поле.
12. Пенный слой при пенной флотации и сепарации алмазов должен быть предельно тонким или очень обводненным для того, чтобы возникающие крупные аэрофлокулы (алмазы-пузырьки) могли преодолеть сливной порог.
13. Ряд вышеуказанных экспериментов показыва-
ет, что при пневмогидравлической флотации можно обойтись без применения пенообразователя, задавая исходные ультрамелкие пузырьки одного диаметра.
На основании проведенных исследований рекомендованы основные дополнительные конструктивные и технологические изменения ПФМ-10 при пенной сепарации, в частности, загрузочное устройство фло-томашины ПФМ-10 предложено изменить следующим образом:
1. Загрузочный бункер должен быть теплоизолирован любым известным способом. Например, покрыть внутреннюю и внешнюю его поверхности теплоизоляционной износоустойчивой краской, сделать футеровку полиуретаном или любым другим аналогичным материалом. Покрыть (теплоизолировать) конусообразную наклонную плоскость, по которой пульпа подается на пену.
2. В загрузочный бункер следует подать пар (100-1100С) или горячий воздух (2000С). Расход следует начинать исходя из того, что порода должна нагреться до 20-300С. При такой температуре на поверхности алмазов образуются нанопузырьки, которые в дальнейшем будут способствовать образованию оптимальных флотокомплексов.
3. Возможен вариант подогрева плоскости, по
которой подается исходная пульпа на пену, до температуры 80-900С. При таком решении алмазы не успевают остыть, так как будут непрерывно подогреваться данной наклонной конусообразной поверхностью и попадут на пену с оптимальной температурой, которая будет контрастировать с температурой пены. При лабораторных экспериментах на различных модельных частицах (стеклянные шарики диаметром 1 мм, кальцит и др., обработанные соответствующими собирателями), когда пар подавался вдоль направления подачи флотируемой навески на пену по наклонной поверхности, было стопроцентное извлечение.
Для пропарки исходного материала, подаваемого в объем флотомашины, следует производить ввод пара (паровоздушной смеси) в воздушный патрубок нижних пневмогидравлических аэраторов. Данное действие приведет к тому, что «горячие» пузырьки при охлаждении значительно уменьшатся в размерах. Это более оптимально для образования требуемых флотокомплексов без излишнего перемешивания пульпы. Флотокомплексы за счет их постепенного увеличения будут меньше разрушаться и всплывут в пену за один элементарный цикл флотации.
Статья поступила 21.07.2014 г.
Библиографический список
1. Эффект избирательного распределения вещества на упругой сферической оболочке / С.Б. Леонов [и др.] // Изв.вузов. Цв. металлургия. 1989. № 2. С. 5-8.
2. А.С. 1785127 СССР, МПК 6 B03D1/24. Пневматическая флотационная машина / Злобин М.Н., Пермяков Г.П., Нема-ров А.А., Мецик В.М., Медецкий Ю.В., Тарабан Н.Т.; Заявл. 08.04.1987; Опубл. 27.10.1995. 6 с.
3. А.С. 1734860 СССР, МПК 6 B03D1/24. Пневматическая флотационная машина / Злобин М.Н., Пермяков Г.П., Нема-ров А.А., Мецик В.М., Тарабан Н.Т.; Заявл. 08.04.1987; Опубл. 22.01.1992. 7 с.
4. А.С. 1392722 СССР, МПК 6 B03D1/24. Пневматическая флотационная машина / Злобин М.Н., Пермяков Г.П., Немаров А.А., Мецик В.М., Леонов С.Б., Тарабан Н.Т.; Заявл. 09.10.1987; Опубл. 03.01.1988. 6 с.
5. Mikhail N. Zlobin, Georgy P. Permyakov, Alexandr A. Nemarov, Viktor M. Metsik, Jury V. Medetsky, Nikolai T. Taraban US Patent No. 5,277,317 (Jan. 11, 1994).
6. Mikhail N. Zlobin, Viktor M. Metsik, Alexandr A. Nemarov, Georgy P. Permyakov, Nikolai T. Taraban, US Patent No.
5,066,389 (11. 19, 1991).
7. Толстой М.Ю. Некоторые подходы к моделированию работы вращающегося пневмогидравлического аэратора // Изв. вузов. Строительство. Новосибирск, 2008. № 9. С. 6670.
8. Казаков В.Д., Толстой М.Ю., Пельменёва Н.Д., Белоокая Н.В., Полканов А.Г., Васильева А.А. Патент RU № 2236306 С1 В 03 D 1/14, 1/24. Устройство для аэрации жидкости / Опубл. 20.09.2004. Бюл. № 26.
9. Shangjiong Yang, MANIPULATING SURFACE NANOBUB-BLES, dissertation to obtain the degree of doctor at the University of Twente, 09 October 2008.
10. X.H.Zhang, X.D.Zhang, S.T.Lou etc. Degassing and Temperature Effects on the Formation of Nanobubbles at the Mica/Water Interface //Langmuir. -2004. V.20. P. 3813-3815.
11. Zhang, X. H.; Zhang, X. D.; Lou, S. T.; Zhang, Z. X.; Sun, J. L.; Hu, J. Langmuir 2004, 20, 3813.
12. Казаков В.Д., Толстой М.Ю., Паутов М.И., Белоокая Н.В., Толстая Е.М. Патент № 2339457. Аэрирующее устройство; Опубл. 27.11.2008 г. БИ № 33. 7 с.
УДК 553.411.076:553.3.078 (571.5)
ОЦЕНКА ПРОГНОЗНЫХ РЕСУРСОВ РУДНОГО ЗОЛОТА ЕНИСЕЙСКОГО КРЯЖА
© В.Т. Григоров1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлены результаты исследований по оценке прогнозных ресурсов рудного золота Енисейского кряжа. Исследования произведены раздельно по Северо-Енисейскому и Южно-Енисейскому районам на базе аргументированного стратиформного строения месторождений, то есть их четкого литолого-стратиграфического положения и связи со складчатыми структурами. Сделан сравнительный анализ методик оценки структуры залежей. Доказано, что на территории Енисейского кряжа расположены месторождения с большими запасами рудного золота.
1Григоров Владимир Тихонович, кандидат геолого-минералогических наук, тел.: 89149151929, e-mail: vtgrigorov@gmail.com Grigorov Vladimir, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, tel.: 89149151929, e-mail: vtgrigo-rov@gmail.com
