CC BY
52
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА. МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»
Д.В. Магаааник А.А. Абрамов
Московский государственный горный университет
ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ФЛОТАЦИИ ФЛЮОРИТА
Аннотация
В результате термодинамического анализа системы флюорит - олеат натрия -вода, а также проведения флотационных опытов при различных значениях pH и разных концентрациях олеата натрия было установлено, что закономерности флотации флюорита не могут быть объяснены образованием олеата кальция на минеральной поверхности. Гипотеза, связывающая оптимальные условия флотации флюорита с нулевым зарядом его поверхности, позволяет объяснить наблюдаемые закономерности флотации минерала.
Введение
Флюорит широко используется в металлургии и химической промышленности. Основным способом извлечения его из руд является флотация с применением окси-гидрильных собирателей.
Результаты ранее проведенных физико-химических исследований флюоритсодержащих систем показали, что на минеральной поверхности, находящейся в контакте с олеатом натрия, образуется сорбционный слой, состоящий из хемосорбиро-ванного олеата, поверх которого физически адсорбируется нормальный и замещенный олеат кальция, ионы и молекулы олеиновой кислоты и иногда олеат натрия [3]. Их соотношение на минеральной поверхности зависит от состояния минерала, а также от состояния и концентрации минерала в растворе [1.3].
Накопленные знания в области химии и физико - химии процессов взаимодействия флюорита с жирнокислотными собирателями достаточно обширны, но в настоящее время не могут быть использованы для описания и регулирования состояния флотационной системы на практике. До сих пор не существует согласованных представлений о химических реакциях, протекающих на поверхности минерала в условиях его флотации, а также о значении этих реакций и форм сорбции собирателя на минеральной поверхности в процессе флотационного обогащения флюорита [1,3].
Основной задачей проводимого исследования является определение оптимальных условий флотации флюорита в присутствии оксигидрильного собирателя -олеата натрия, которое осуществлено в результате сравнения результатов термодинамического анализа состояния флюорита и собирателя в растворе с результатами экспериментальных исследований флотируе-мости исследуемого минерала.
Результаты
Зависимость распределения ионных и молекулярных компонентов собирателя от значений pH представлена на рис.1. Анализируемые концентрации олеата натрия (от 1
10 5 до 3 10 “4 моль / л ) охватывают практически весь диапазон возможных концентраций рассматриваемого собирателя в промышленных условиях.
(нОЬ>.
5-з
>
ь
Е -т
н
о
<
-II
Ткоц* [ОПТ Т/Д' / /' / / -..-і А СОГ] \ N V С0!*О
—/ / / / / , <сное:] /оО % ччное:]
/ с но? у]
6
10
pH
Рнс.1. Влияние pH на состояние собирателя •
олеата натрия - в растворе. Общая концентрация собирателя (моль/л) : 1/0 ^(!) ; 310'5<2) . 110~4(3) ; 310 4(4)
Термодинамический анализ закрытой системы ( минерал - чистая вола ) позволил определить значение pH, отвечающее минимальной растворимости флюорита. Эта величина равна 7Д Минерал в подобном состоянии характеризуется минимальным значением поверхностной энергии и рассчитанное значение pH минимальной растворимости минерала может рассматриваться как значение pH нулевого заряда его поверхности. Полученное значение pH подтверждается результатами измерений дзета - потенциала поверхности флюорита в чистой воде ( т.е. для закрытой системы ) [5].
Если же минеральная суспензия не изолирована от атмосферного воздуха, наблюдаемое значение pH изоионного равновесия не соответствует значению pH минимальной растворимости минерала в закрытой системе [6] и, следовательно, нулевому заряду его поверхности. Растворение атмосферного СО 2 в воде приводит к образованию растворимых карбонатных комплексов, карбонатных и бикарбонатных ионов, которые сдвигают значение pH изоионного равновесия раствора флюорита в открытой системе с 7,0 до 5,9. Это значение pH будет
изменяться также в зависимости от условий
проведения опытов и квалификации исследователя. Согласно опубликованным результатам исследований |3], значение pH изоионного равновесия флюорита изменяется в приделах ог 4.2 до 11,3.
Значения концентрации потенциа-лопределяюших катионов и анионов в присутствии флюорита в растворе, открытом по отношению к атмосферному воздуху и с обычной для флотационных систем общей концентрацией карбонатсодержащих соединений, равной 10 моль / л [1,4] , изображены на рис.2.
Рассчитанные значения концентрации ионов Са ( рис.2 ) и олеат - ионов 01 ” ( рис. 1 ) в растворе были использованы для расчета значений произведения [ Са2+][ ОГ ]2, необходимых для оценки возможности образования олеата кальция Са 01 2 на поверхности флюорита при различных значениях pH пульпы и требуемой для полного
•V»
^1
<0
СП
О
Рис.2. Влияние pH на значение концентраций Са
(1) и Р (2) в растворе в присутствии флюорита.
флотационного извлечения минерала концентрации олеата натрия в растворе. Сравнение результатов таких расчетов с полученными результатами флотации флюорита ( рис.З ) показывают, что широко распространенная точка зрения, связывающая оптимальные условия флотации солеобразных минералов с образованием олеата щелочноземельных металлов на их поверхности [3}, неприемлема для объяснения закономерностей флотации флюорита.
Начиная со значения pH > 4.5, флотация флюорита протекает в условиях образования олеата кальция (1% [ Са2* ][ 01 ]2 > -15,4 [2] )(рис.З). Однако при образовании Са 012 наблюдается как полная флотация минерала ( pH 7,0 ), так и полная депрессия флотации флюорита ( pH 10,5 ), несмотря на максимальную плотность адсорбции олеата
В тоже время наблюдается совпадение значения pH максимальной флотации флюорита и значения pH его минимальной
растворимости ( pH'), соответствующего нулевому заряду минеральной поверхности ( рис.З, кривые у и pH 7).
Обсуждение результатов флотации
Для эффективной минеральной флотации требуется два независимых условия: достаточная гидрофобизацня минеральной поверхности, обеспечивающая гидродинамическую возможность закрепления минеральных частиц на пузырьках воздуха;
наличие физически сорбированного собирателя ( неполярных или нсионогенных гетерополярных соединений ) в адсорбционном слое на гидрофобизированной собирателем минеральной поверхности, необходимого для понижения времени индукции при закреплении частицы на пузырьке, увеличения значения показателя флотируемости минерала и многократного упрочнения контакта пузырек -частица в процессе флотации [1].
Плохая гидро-фобизирующая способность олеата кальция на поверхности флюорита ( рис.З ) может быть обусловлена:
• недостаточн ой плотностью покрытия в результате образования рых-
<м
со
о
*
С£)
40
30-
го
€Ч С О I ~
• -С • >о 80 .
*> Ш 1—1 сЗ* •
-г,97 -/Ч 60 .
40 . ( с
-2,99 46 20 .
-3,00 -!? 0 '
Рис.З. Влияние pH на потенциал Е флюорита в присутствии собирателя; фло-тируемость у [7] при [N001] -110 ^моль/л, Казахстанского флюо-
I Х4 С X.
ритауу и Дальневосточного флюорита у ^ при [N001] -110 ^моль/л,
флюорита у^ и у [8] при [N001]-2 10 ^моль/л и 3,6 10 ^моль/л; значе-ние /^/Са“ +7[О! ]~ в присутствии 1^а^1 равИ " ^ ^ ^ моль/л и плотность сорбции собирателя С [7] при [N001] -510 ^моль/л.
14 СХ»
в последнем случае ( рис.З, кривая б).
лого слоя олеата кальция на поверхности минерала;
• гидратацией центрального катиона в рыхлом слое олеата кальция на минеральной поверхности;
• недостаточной прочностью связи между олеатом кальция и кристаллической решеткой флюорита. В процессе флотации олеат кальция отрывается пузырьком от поверхности минерала, оставляя его в пульпе.
Наиболее эффективную флотацию флюорита при значении pH. отвечающем точке нулевого заряда минеральной поверхности можно объяснить:
• максимальной гидрофобностью минеральной поверхности собирателя в условиях нулевого заряда поверхности;
• созданием в условиях нулевого заряда оптимальных условий физической сорбции молекул собирателя на минеральной поверхности и образования необходимого для эффективной флотации состава сорбционного слоя собирателя в процессе флотации [ 1 ].
Заключение
В результате термодинамического анализа системы флюорит - олеат натрия -вода и проведения флотационных исследований при различных значениях pH и концентраций олеата натрия установлено:
закономерности флотации флюорита не могут быть объяснены образованием олеата кальция на минеральной поверхности. При образовании олеата кальция фло-тируемость минерала может изменяться от полной флотации до полной его депрессии, несмотря на максимальную плотность сорбции в последнем случае ( рис.З );
оптимальные условия флотации минерала наблюдаются при значении pH, отвечающем нулевому заряду минеральной поверхности, которое может быть определено с использованием термодинамического анализа системы минерал - чистая вода. Определенное значение pH может не совпадать с нулевым значением измеренного электрокинетического потенциала. Максимальная флотируемость флюорита при значении pH, отвечающего нулевому заряду поверхности, обеспечивается в результате создания оптимальных условий для физической сорбции молекул собирателя на минеральной поверхности, предварительно гид-рофобизованной хемосорбированным собирателем с образованием сорбционного слоя, обеспечивающего оптимальные условия флотации флюорита.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Абрамов, А.А. Флотационные методы обогащения. Москва, Недра, 2-ое издание, 1994.
2 Богданов, ОС., Поднек, А.К.. Янне, Н.А., Максимов, И.И. Теория и технология флотации руд. Москва, Недра, 1980.
3 Finkelstein, N P.Review of interactions in flotation of sparingly soluble calcium minerals with anionic collectors; Trans. JMM, Sec. C, 98,157-177,1989.
4 Garrcls, R.M. and Christ, S.L. Solutions, Minerals and Hquilibria. Freeman Cooper, San Francisco. 1965, p.450.
5 Le Bell, J.C. and Lindstrbm, L. Electrophoretic characterization of some calcium minerals; Finn.Chem.Lett., 134-138,1982.
6 Lopez-Valdivieso, A. Technical note. Isoionic point and minimum solubility of carbonate minerals; Minerals Eng., 1,1, 85-87, 1988.
7 Marinakis, K.I. and Shergold, H.L. The mechanism of fatty acid adsorption in the presence of fluorite, calcite and baryte; Int.Min. Process.,14,161-176,1985.
8 Pugh,R.J and Stenius, P. Solution chemistry studies and flotation behavior of apatite, calcite and fluorite minerals with sodium oleate collector; Int. Miner. Process., 15, 193-218,1985.
© Д.В. Магазаник, A.A. Абрамов
