РЕЖИМ ФЛОТАЦИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД С ОБОРОТОМ ЧЕРНОВОГО КОНЦЕНТРАТА

Евдокимов Сергей Иванович; Голик Владимир Иванович; Герасименко Татьяна Евгеньевна; Рубцов Александр Сергеевич

УДК 622.765

РЕЖИМ ФЛОТАЦИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД С ОБОРОТОМ

ЧЕРНОВОГО КОНЦЕНТРАТА

С.И. Евдокимов, В.И. Голик, Т.Е. Герасименко, А.С. Рубцов

Исследование динамических свойств тонкого слоя воды, заключенного между твердыми поверхностями, позволило выявить при их взаимодействии роль прилипания и скольжения жидкости. Сопротивление сближению твердых тел представлено в виде поправок на прилипание и скольжение.Эффект налипания гидрофобного мелкодисперсного золота на тонких пластинки и чешуйки самородного золота исследован при флотации шихты, составленной из хвостов гравитации золотосодержащей руды (выход 98,187 % содержание золота 1,1 г/т) и тяжелого шлиха (выход 0,059 %, содержание золота 49,88 г/т), выделенного методом гравитации из отходов промывки россы-пи.Установлено, что зерна мелкодисперсного золота сильнее притягивается к поверхности крупных золотин (константа агрегации 43,7), чем друг к другу (константа агрегации 0,070).

Ключевые слова: механизм агрегации, граничный слой, полиморфизм структуры воды, сопротивление сближению, прилипание, скольжение, флотация микродисперсий золота.

Согласно В. Гиббсу, на границах любых смежных фаз существуют переходные слои, в пределах которых интенсивные свойства и состав жидкости отличны от объемных [1]. Позже Н.В. Чураевым и Б.В. Дерягиным [2, 3] было высказано предположение о существовании дальнодейству-юших поверхностных сил, обязанных этому отличию. Вклад поверхностных сил в расклинивающее давление был учтен в виде структурной составляющей расклинивающего давления, вызванной перекрытием граничных слоев жидкости со структурой, измененной по сравнению с объемной фазой.

Низкоэнтропийная структура жидкости в граничном слое гидрофобной поверхности является энергетически наименее выгодной. При сближении частиц эти слои перекрываются и их суммарный объем уменьшится, а, значит, уменьшается и свободная энергия всей системы. Чтобы удалить частицы друг от друга, потребуется совершить работу, которая расходуется на то, чтобы перевести дополнительное число молекул воды из объема во вновь образующуюся поверхностную зону. Поэтому частицы ведут себя так, как будто между ними существуют силы притяжения. Явление притяжения неполярных частиц, причиной которого является изменение энергетического состояния растворителя вокруг них, называют гидрофобным взаимодействием.

По Ю.В. Гурикову [4], в непосредственной близости от гидрофильной твердой поверхности, где электрический потенциал велик, происходит прочное связывание молекул воды нескомпенсированными зарядами на

твердой поверхности. В отдаленных областях имеет место «разрушение» структуры воды. Этот анализ естественным образом приводит к трехслойной модели среды около гидрофильной твердой поверхности, согласно которой за слоем связанных с поверхностью молекул воды располагается слой с нарушенной структурой (находящийся при более высокой структурной температуре); наконец, третий, наиболее удаленный слой, образует невозмущенный раствор (объемная фаза). Нескомпенсированные заряды создают вблизи гидрофильной поверхности кварца высокоэнтропийную структуру воды с нормальной ориентацией диполей и повышенной плотностью. При сближении гидрофильных частиц граничные слои с высокоэнтропийной структурой воды перекрываются и уменьшается объем жидкости с измененной структурой, из-за чего свободная энергия системы увеличивается. Поэтому частицы ведут себя так, как будто между ними существуют силы отталкивания. Силы отталкивания при утончении прослоек между гидрофильными поверхностями, по аналогии с силами гидрофобного притяжения, можно назвать гидрофильным взаимодействием (положительное расклинивающее давление) [5].

Согласно гипотетической модели V. Drost-Hansen [6, 7], хотя степень упорядоченности молекул воды вблизи углеводородных цепей ПАВ выше, чем их степень упорядоченности в объеме по модели NemethyG., ScheragaH.A. [6, 7], все же зоны неупорядоченно расположенных молекул здесь нет. С увеличением адсорбции ПАВ в смачивающей пленке растет доля областей с дефектной структурой воды, и критическая толщины прорыва смачивающих пленок увеличивается. При снижении гидрофильности поверхности адсорбцией ПАВ происходит усиление структурного притяжения и ослабление сил структурного отталкивания, что и приводит к снижению толщины смачивающей пленки, отвечающей смене знака структурной составляющей расклинивающего давления. Физический механизм этого эффекта далеко не тривиален. Он заключается в изменении изотермы структурных сил, обусловленном изменением структуры в тонкой пленке воды и соответствующем изменении ее равновесной толщины при изменении гидрофильности поверхности.

Вследствие стабилизации модифицированной структуры присутствием твердой поверхности ее разрушение при повышении температуры идет менее интенсивно, чем в объеме. В результате свободная энергия поверхностной структуры убывает с ростом температуры медленнее, чем объемной, что является причиной роста сил структурного происхождения.

Существует предположение, что собственно гидрофобное притяжение имеет место только в отсутствие пузырьков газа в жидкости. В присутствии газа в жидкости дальнодействующее притяжение связано с выделением на гидрофобных поверхностях пузырьков газа и их последующей коалесценцией или с термическими колебаниями поверхностей таких пузырьков. Это позволяет трактовать природу структурных сил с единых по-

зиций, связав их с изменением структуры граничных слоев: ростом плотности воды и нормальной ориентацией диполей - в случае сил гидрофильного отталкивания; понижением плотности и тангенциальной ориентацией диполей - в случае сил гидрофобного притяжения. Во всяком случае, значения параметра, характеризующего дальнодействие гидрофобных и гидрофильных сил, близки и составляют 1-2 нм, что отвечает длине корреляции в объеме воды. Это делает возможным включение обоих видов структурных сил в суммарную изотерму расклинивающего давления.

Однако физическая природа сил гидрофобного притяжения пока остается неясной [8-14]. Попытки добиться согласия теории и эксперимента привели, с одной стороны, к учету особенностей реальных экспериментальных систем в рамках развития классических подходов, а с другой - к разработке ряда новых механизмов дальнодействующих сил, объединенных в литературе общим названием "не-ДЛФО"-силы [15-20].

Самостоятельную научную проблему, требующую своего решения, является механизм действия структурных сил в условиях флотации микродисперсий самородного золота твердой стенкой, в том числе при нагреве смачивающих пленок, выяснение которого является основной целью настоящей работы. Получение новых научных знаний о роли поверхностных сил в области агрегации полидисперсных частиц и их последующего извлечения методом флотации твердой стенкой позволит разработать новые эффективные технологии, обеспечивающие снижение потерь ценных компонентов с отходами при переработке минерального сырья.

Объектом исследования является процесс флотации золотосодержащих руд с высоким содержанием микродисперсий золота с применением минералов-носителей.

Указанному условию соответствуют руды Наталкинского месторождения (Нижне-Детринская лицензионная площадь, Магаданская обл.).

Результаты исследования химического и минерального составов приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Химический состав пробы руды _

Наименование Массовая доля, % Наименование Массовая доля, %

элемента, компо- элемента, компо-

нента нента

Б1О2 62,5 Сорг 0,29

А1203 13,2 Feoбщ 3,91

К2С 2,34 Feoк 3,07

СаО 3,57 Ре* 0,84

МвО 1,31 So6щ 0,69

МпО 0,10 8 сульфат 0,02

Р205 0,10 7п 0,011

Окончание табл. 1

TiO2 0,92 Pb <0,002

Na2O 2,99 Cu 0,003

Собщ 1,42 As 0,585

CO2 карб 4,14 Sb <0,005

Таблица 2

Минеральный состав пробы руды

Наименование минерала Содержание, %

Кварц 61,4

Слюды (мусковит, серицит) 16,2

Карбонаты 1,0

Полевые шпаты 17,0

Апатит 0,7

Рутил, лейкоксен 1,0

Углеродистое вещество 0,30

Пирит, арсенопирит, галенит, сфалерит, халькопирит, блеклые руды Знаки

Гидроксиды железа 2,4

Ильменит Единичные знаки

Самородное золото Единичные знаки

Зерна самородного золота соломенно-желтого цвета с неровной или шероховатой поверхностью. Зерна золота в основном продолговатые по форме, но имеются также и в виде тонких пластинок с разорванными краями. Оксидные пленки замечены на единичных зернах. Состав золота определялся на электронном сканирующем микроскопе с программным минералогическим обеспечением Quanta FEG-650F (Qemscan) в режиме рентгеновского излучения (табл. 3).

Таблица 3

Химический состав золота

Элементы Массовая доля, %

1 2 3 4 5 6 7

Au 80,4 80,7 78,0 77,2 80,6 82,5 89,4

Ag 19,6 19,3 21,3 19,5 19,4 17,5 10,6

Fe - - 0,7 3,3 - - -

Итого 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

Проба золота - 772-894: понижение пробы связано с ростом содержания серебра. Около 95 % золота проходит через сетку с размером ячейки

50 мкм; верхний предел крупности не превышает 500 мкм. В классе крупности -50 мкм много пылевидного золота.

Предметом исследования является механизм агрегации гидрофобных частиц золота в условиях флотации с минералами-носителями.

Теоретические положения

Капиллярно-пористая среда характеризуется сильно развитой поверхностью, что и предопределяет специфические свойства дисперсных систем. На границе раздела вода-твердая поверхность происходят такие физические явления, как избирательная адсорбция, обусловленная прямым ван-дер-ваальсовым или электростатическим взаимодействием частиц твердой поверхности с ближайшими к ним молекулами жидкой среды, а также возникновение двойного слоя с неоднородным распределением электрического потенциала, плотности, концентраций растворенных компонентов и других физических свойств раствора. Все это не может не привести к появлению вблизи поверхности достаточно протяженного слоя с измененными свойствами и структурой по сравнению с состоянием воды в объеме.

Теоретическое исследование состояния воды в тонких слоях затруднено тем, что до сих пор отсутствует общепринятая модель структуры воды как в поверхностной, так и в объемной фазе [6, 7]. На основании ряда данных (термодинамические свойства, колебательные спектры, кривые радиального распределения) можно предложить двухструктурную модель воды [4]. Предполагается, что вода может быть описана с помощью льдо-подобного квазикаркаса, в одном из которых часть пустот заполнена не взаимодействующими с ним гидрофобными молекулами воды (слабо возмущенный льдоподобный каркас), а в другом полости заняты молекулами, способными вступать в водородные связи с ближайшими к ним молекулами из каркаса - гидрофильными молекулами (сильно возмущенный льдо-подобный каркас).

Для количественного описания неоднородной системы, каковой является диффузная часть двойного слоя, воспользуемся квазитермодинамическим методом, основанным на концепции локальных свойств, характеризующих (применительно к данной задаче) термодинамическое состояние бесконечно (в математическом смысле) тонкого слоя, вырезанного параллельно твердой поверхности.

Положим, что твердая поверхность располагается в плоскости у, z нормально к оси х, причем положительная полуось х направлена в сторону жидкой фазы. Пусть на твердой поверхности располагаются электрические заряды с поверхностной плотностью а. Распределение электрического потенциала у имеет вид

х ) = у0-, (1)

Г 4 лХ^ а; X = Г1 ^

где у0 = —

1 с ) 1е )

X

1/2

(екТ / 8лр0) - эффективная толщина диффуз-

ной части двойного слоя; с - диэлектрическая проницаемость среды; е -единичный заряд (заряд электрона); р0 - концентрация электролита (число

молекул в единице объема) в объемной фазе; к - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура. Напряженность электрического поля в двойном слое

Е (х ) = -ду / дх = у( х) / X. (2)

Распределение концентраций ионных компонентов раствора определяется выражением

рг. (х) = Ро ехр

гу( х ) кТ

(3)

где 5г. =+1, если / - катион, и 5г. =-1, если / - анион. В диффузной части двойного слоя на больших расстояниях от поверхности потенциал у мал; в линейном приближении по у имеем

Р1(х )~Р 0ехР

1 -5,-

У(х Т

еу(х

(х)

(4)

В рассматриваемой задаче потенциал у(х) выступает в роли возмущения, включение которого изменяет распределение ионных компонентов и структурное состояние растворителя. Следует учитывать два механизма действия внешнего электрического поля, на водную структуру: 1. сдвиг структурного равновесия в растворителе вследствие преимущественного внедрения ионов в узлы квазикаркаса определенного типа; 2. дипольная поляризация полярного растворителя.

Для рассмотрения механизма 1 вырежем в диффузной части двойного слоя плоский слой в пределах х, х + ¿х толщины dx, причем г < ¿х < X, где г - радиус молекулы воды (г0) или ионов. Разделим далее этот слой на малые элементы объема ¿V. Структурное состояние элемента ¿V определяется числами льдоподобных узлов ¿Ы (х) и узлов

разупорядоченного каркаса ¿Ы(х)-¿Ы(х), где ¿Ы(х) = р(х)¿V - общее число узлов квазикаркаса в элементе ¿V, р№( х) - средняя плотность водной среды в слое d (х).

Пусть из (х) ионов типа \, содержащихся в элементе объема ¿V, часть ti (х) (х) замещает молекулы воды в узлах льдоподобного каркаса; другая часть [1 - ^ (х)] ¿Мг (х) входит в узлы разупорядоченного типа. Рассматривая элемент ¿V как хаотическую смесь «водных» и «ион-

ных» узлов упорядоченного и разупорядоченного типа, запишем выражение для свободной энергии слоя ¿х (в расчете на один узел квазикаркаса):

/(х) = кт {Е.г.у. 1п(гу г) + Е. (1 - гг)у + (щ - !,гу) 1п(щ - ^) +

+ (1 -щ-Е.(1 -гг)у )х 1п(1 -щ -1,(1 -гг)у )}+ (5)

+п/ + (1 - щ)/ + А/а + Е. (1 - г.)уА/ь + /, где у (х) = (х) / ¿Ы (х) - мольная доля ионного компонента сорта щ (х ) = ¿Ы (х) / ¿Ы (х) - мольная доля узлов с льдоподобным окружением; щ - Еггуг - мольная доля водных льдоподобных узлов.

Аналогично определяются доли узлов разупорядоченного типа.

Величины / (х), (а = а, Ь) обозначают свободные энергии, приходящиеся на один узел упорядоченного (а) и разупорядоченного (Ь) каркаса в чистой воде, находящейся под локальным давлением р(х) (локальное дав-

ление переходит во внешнее давление р0 при х^+да). Величины /а указывают изменения свободных энергий при замещении молекулы воды ионами; /е - свободная энергия ионной подсистемы, определяемая взаимодействием ионов друг с другом. Разность /(х)- /е характеризует изменение свободной энергии растворителя в присутствии ионов. Предполагается, что /е не зависит от структурного состояния водной среды.

Свободные энергии / (х) описывают свойства чистых компонент

водной структуры, помещенных во внешнее электрическое поле. Свободная энергия диэлектрика, находящегося в электрическом поле напряженности Е(х),

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

/а (х) = /0 (х) + Ц>Ре (х) , (6)

где иа - объемы, приходящиеся на один узел упорядоченного и разупоря-доченного каркаса; / 0 - соответствующие свободные энергии чистых компонент водной структуры в отсутствие электрического поля. Величи-( е ^

на ре (х )= — Б2 (х) имеет смысл электростатического давления в е V

поляризующемся диэлектрике. Ясно, что в линейном приближении по потенциалу у величина ре = 0 . В этом случае локальное давление р (х) = р0.

Следовательно, изменение структуры водной среды в диффузной части двойного слоя обусловливается главным образом неравномерностью ионного внедрения в компоненты водной структуры.

Уравнения, определяющие структурное равновесие в слое йх, получим из условия минимума свободной энергии / (х) при фиксированном значении локальной плотности водной среды, что эквивалентно условию

постоянства внешнего давления p = const. Выражение для локальной плотности водной среды определим из условия, при котором элемент dV полностью без разрывов сплошности заполняется узлами квазикаркаса. Отсюда

-jV^ - р;1 (X) = иЛ (X) + и, (1 - щ (X)) + S Au'jy + SAu; (1 - t)y, (7)

где Au'a - изменение объема при замещении молекул воды ионами в компонентах водной структуры. При нахождении минимума свободной энергии величины f ( x ) будем считать фиксированными. Действительно, согласно уравнению (3), локальные концентрации ионных компонентов

( ч dMt ( x ) ( \ ( \ р(x) =-= y(x)рдx)определяются только величиной потенциала

щ(х) и не зависят от структурного состояния водной среды. Постоянство переменных yi вытекает тогда просто из условия pw (х) = const.

Итак, решение вариационной задачи для функционала (5) будем искать, выбрав в качестве независимых переменных величину, tj. Учтем дополнительное условие (7) методом неопределенных множителей Лагранжа. Дифференцируя функционал Ф (x ) = f (x ) + ур-1 (x) по параметру щ, получим

кТ 1п, П]гп'У:\ fb - f -ue) , (8)

1 - niSi (1 - ti) y

а дифференцируя по переменной tt, находим

f f + у(-и*). (9)

1- У n1S i (t,yl) J

Параметр у должен быть определен после подстановки уравнений (8) и (9) в условие (7). Его физический смысл легко раскрыть, заметив, что уравнения (8) и (9), которые выражают условия структурного равновесия в водной среде, находящейся в диффузной части двойного слоя, можно вывести из условия минимума термодинамического потенциала Ф (x) = f (x) + p0 p-1 (x). Таким образом, в линейном приближении по по-тенциалууможно положить у = p0.

Перейдем к анализу изменений структурного состояния водной среды при включении слабого электрического поля у (х). Заметим, что в

отсутствие поля уравнения (8) и (9) определяют «структуру» объемной фазы раствора. Их решение в этом случае записывается в виде

щ= щ0 + y0S (ti - щ0), (10)

г

кТ 1п

v

кТ 1п

С / 1 0 Л

1 ^ 0 1 - щ1

= АФ,. (11)

V ч "1 У

Здесь щ0 - доля льдоподобной компоненты структуры в чистой воде; АФг. = А^ -А£. + (Аи,-и'а) - разность изменений термодинамических

потенциалов при замещении молекул воды ионами в узлах льдоподобного и разупорядоченного каркасов; у =р0 / р°, где у0 = р0 / р° - плотность невозмущенной водной среды.

При наличии у(х) переменные щ, у и р№ получают малые приращения 8щ, 8у и 8р^. Отметим, что, как следует из уравнений (8) и (9), величины не изменяются при наличии у( х). Варьируя соотношения (8) и (7) и полагая в соответствующих коэффициентах у = 0, приходим к системе линейных алгебраических уравнений для четырех неизвестных

(1 - 2у0 )8щ + Е.8у (щ - г, ) = 0;

(и- и )8щ+ЕМАи.=-(щ- г)=0;

__. ч - 2

(иа -иь)8«1 +2,8уАц =-(р!) 8р№. (12)

Если г- кaтион, р^у. + у0 8р№ = -СФо-Если г- aнион, р^у. + у0 8Р№ = +Ф0-

Здесь С = (еУ |' Аи = Аи! + АиЬ (1 - г,).

V кТ У

Решение этой системы относительно 8п1 имеет следующий вид:

8щ = -уС(г+ - г"), (13)

где г + и г- - значения параметра для катиона и аниона. Отсюда видно, что знак 8щ определяется знаком разности (г + - г- ).

Параметры г характеризуют природу взаимодействия ионов с компонентами водной структуры. Согласно (10) ионы, у которых г. > щ0, относятся к числу структурообразователей. Такие ионы предпочитают льдопо-добное окружение.

Ионы, у которых гг. > щ0, смещают структурное равновесие в сторону накопления разупорядоченной компоненты водной структуры. Большинство ионов (катионов и анионов) принадлежат к типу разрушителей водной структуры, причем анионы обычно бывают более сильными разрушителями. Из сказанного ясно, что почти всегда интересующая нас разность (г +- г )> 0. Таким образом, у положительно заряженной поверхности ст > 0, 8П18 < 0, т. е. структурное состояние водной среды в диффузной части двойного слоя смещено в сторону увеличения содержания разупоря-

доченной компоненты структуры по сравнению с объемной фазой раствора. У отрицательно заряженной поверхности знак эффекта изменяется на противоположный (укрепление водной структуры).

Сопоставим относительные величины структурных изменений в объемной фазе (т. е. в отсутствие поля) и в диффузной части двойного слоя. Согласно (10) изменение параметра щ (если у = 0) пропорционально у0. Изменение щ в двойном слое в соответствии с уравнением (12) пропорционально величине £у0. В принятом приближении (3) должно быть ^ «1. Ясно, что всегда можно указать такое расстояние х >> X, для которого указанное неравенство будет заведомо выполнено. Так как у ионов-разрушителей водной структуры абсолютное значение разности ^ +-1")

мало, изменение структурного состояния водной среды вследствие установления двойного слоя оказывается более слабым, чем структурные сдвиги в объемной фазе.

Полное изменение параметра щ в диффузной части двойного слоя определяется как сумма двух вкладов: щ = щ (у = 0) + 5щ. Из сказанного

выше видно, что в случае электролитов, оба иона которых являются разрушителями водной структуры, независимо от знака потенциалопределя-ющего иона структурное равновесие в диффузной части двойного слоя смещено в сторону разупорядоченной компоненты водной структуры по сравнению с чистойводой.

Таким образом, вблизи твердой гидрофильной поверхности диполи воды прочно связаны в каркас - в слой Гельмгольца, если следовать аналогии со строением двойного электрического слоя (ДЭС). Далее, если продолжить аналогию со строением ДЭС, следует диффузный слой Гуи, структура воды в котором нарушена в результате перехода диполей в непосредственно примыкающий к твердой поверхности слой воды. За этим слоем следует объемная фаза воды, структура которой не затронута действием твердой поверхности.

Эффект прилипания жидкости (отсутствие течения) обусловлен тем, что величина сдвиговых напряжений в пристенном слое жидкости меньше величины предельного напряжения сдвига то, характеризующего начало разрушения структуры (оно отличается от величины твпараметра

уравнения Бингама — =—1— (т_т^) на множитель -1-. Тогда в

дУ 1 -Лв 1 -Лоо /Ло

соответствии с принятой трехслойной моделью водной среды около твердой поверхности примем [21], что между слоем воды с бингамовской вязкостью (л) , непосредственно примыкающем к твердой поверхности, и

слоем воды с неразрушенной структурой (л0) расположен слой воды с

нарушенной сеткой водородных связей ( л ):

ди

ду

м=

Лс

]_

Лз

]_

Л»

-х

Г

Лс у

(х^хс); (хс ;.

(х-^х).

(14)

Можно предполагать, что в подплавленном слое с разупорядочен-ной структурой величина предельного напряжения сдвига пренебрежимо мала, и с достаточным приближением можно считать, что вода в этом слое при всех значениях сдвиговых напряжений является ньютоновской жидкостью и л = Л« •

Сделаем также предположение, что хда >> х0. В этом случае можно принять, что л«, >> Л. При этих допущениях профиль скоростей в зазоре между поверхностями твердых тел будет иметь четыре характерных участка (рис. 1).

Радиусы г и г ограничивают слой с вязкостью воды л01 , течение которой (профиль скорости) подчиняется закону Ньютона. В следующем за ним слое (его ограничивают радиусы г2 и г3) закон течения сохраняется, но происходит при вязкости л«, • В центре межфазного слоя (его ограничивают радиусы г и г) течение характеризуют параметры л0з , Л» и х03 и вязкость здесь зависит от величины сдвиговых напряжений - Л = Л(х).

Предположим, что в непосредственно примыкающем к твердой поверхности слое вода движется с вязкостью п01, а в остальной части межфазного зазора - с вязкостью л«, . Тогда выражение для предельного значе-

ния гидравлической проводимости получим в виде

=

Р£

8г12

Л

01

1 1

Vх-

Л

01 у

(15)

Частным случаем является агрегации частиц с высокой гидрофоб-ностью поверхности, которая является причиной образования приповерхностного газо-жидкостного слоя пониженной вязкости. При движении жидкости в капиллярах с гидрофобными стенками имеет место эффект, противоположный эффекту прилипания - проскальзываниепотока жидкости [22 - 36] и гидрофобных взаимодействий [37 - 44].

При проскальзывании жидкости экспериментально наблюдаемый ее расход вдоль гидрофобной поверхности превышает свое расчетное значение.

<

а

б

йу

Рис. 1. Зависимость — как функция напряжения сдвига т

йу

для жидкости с неразрушенной структурой (а) и характерная эпюра скоростей при градиенте напора I > 1ОЗ (б)

Эффект проскальзывания потока жидкости вдоль газо-жидкостного слоя пониженной вязкости отображает эпюра скорости, приведенная на рис. 2.

Рис. 2. Эпюра скорости в зазоре между твердьми гидрофобньми

поверхностями

Примем, что толщина зазора между твердыми гидрофобными поверхностями Ь складывается из поверхностного слоя толщиной 8 и связ-костью жидкости в нем ^ и следующего за ним слоя жидкости толщиной

(Ь -8) с объемной вязкостью цъ . Вдоль оси 0 жидкость движется с относительной скоростью Ли. Запишем систему уравнений для скорости потоков жидкости в трех характерных точках оси 0Х:

U + x и8, 0 < x <5;

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

о

и = <

Uo +и5+-

x-5

— ^U-2U8;,5< x < L-5; (16)

(Au- 2u8), 5< x < L -5;

u + Au + x—L u L - 5 < x < L.

0 о s

Для границы раздела фаз

л(x )5 x Ux = const>

запишем уравнение движения

0 = 5„ Ap5( x - 5) - 5J5 x [л (x )5 x u( x)], (17)

из которого найдем выражение для длины проскальзывания b жидкости вдоль гидрофобной поверхности

/

b = 5

Ль -1

(18)

При струйной флотации образование селективных агрегатов связано с прилипанием жидкости в случае гидрофильной поверхности минералов и проскальзыванием жидкости вдоль гидрофобной поверхности минералов.

На агрегацию минералов с шероховатой поверхностью оказывает влияние силовой и энергетический барьеры, вызванные действием линейного натяжения на периметре смачивания.

Экспериментальные результаты и обсуждение

Для повышения мелкодисперсного золота из руд в пульпу вводили минералы-носители [45, 46] в виде золота, выделенного из россыпей, и чернового концентрата, полученного из 1/2 части исходного питания флотации (рис. 3).

Контрольный опыт по флотации руд разработанным способом выполнен на 7 навесках руды. При этом промежуточные продукты, образованные при флотации предыдущей навески, добавляли в последующую навеску руды. В хвостах 6-7 навески содержание золота стабилизировалось на одном уровне (в пределах ошибки его определения), что свидетельствовало о достижении режима замкнутого цикла процесса флотации. Материал этих хвостов классифицировали на узкие классы крупности. По методике Конева В.А. выполнено определение констант, характеризующих силу и энергию в контактах мелкодисперсных частиц между собой (К1) и с поверхностью крупных частиц (Кп). Установлено, что зерна мелкодисперсного золота сильнее притягивается к поверхности крупных золотин (Кп = 43,7), чем друг к другу (К1 = 0,070).

Для каждого класса крупности строили кривую распределения сростов по степени раскрытия. Установлено, что при использовании минералов-носителей потери золота с классом крупности (-63+40) мкм уменьшились от ~20 до ~10 % с классом крупности (-40+20) мкм от ~40 до ~15 %, с классом крупности -20 мкм от ~25 до ~14 %. Сростки золота с кварцем в классе крупности +250 мкм со степенью раскрытия более 47 % практически полностью были извлечены в концентрат флотации, порог их флотиру-емости понизился от 71 до 34 %. В концентрат флотации увеличено извлечение всех сростков золота с другими минералами, степень раскрытия которых превышает 14 %.

Заключение

Смешение технологически неоднородных потоков понижает контрастность материала по флотационным свойствам. Под технологической неоднородностью материала при его селективной флотации понимается неоднородность по флотируемости - способности к разделению методом флотации - внутри однородной по вещественному признаку (по металлу, минералу) части сырья. Технологическая неоднородность материала проявляется в том, что появляется распределение извлекаемых минералов по флотируемости - в некоторый момент времени скорость флотации трудно флотируемых извлекаемых минералов оказывается меньше скорости флотации наиболее активной части подавляемых минералов, что понижает селективность процесса. Смешение во флотационном каскаде отличающихся флотируемостью извлекаемых минералов тождественно разубоживанию материала.

В работе проведена оценка обогатимости золотосодержащей руды методом флотации по схеме, отличительной особенностью которой является использование в качестве минералов-носителей, во-первых, тяжелого шлиха, выделенного из песков россыпи гравитационными методами обогащения, и, во-вторых, чернового (оборотного) концентрата, выделенного из 1/2 части руды. Оборотный концентрат С целью повышения содержания золота в исходном рудном питании его смешивают с оборотным черновым концентратом; пропорционально увеличению содержания золота в питании флотации повышается извлечение металла в концентрат.

Использование в обороте чернового концентрата позволяет одновременно с ростом содержания извлекаемого металла в операции основной флотации повысить и флотируемость полученной смеси - необходимое условие для высокой селективности процесса флотации.

Механизм флотации при использовании в обороте чернового концентрата может быть связан с повышенной скоростью агрегации полидисперсных частиц - мелкодисперсного золота и крупных минералов чернового концентрата.

Рис. 3. Схема флотации руд с минералами-носителями

Исследование динамических свойств тонкого слоя воды, заключенного между твердыми поверхностями, позволило выявить при их взаимодействии роль прилипания и скольжения жидкости. Сопротивление сближению твердых тел представлено в виде поправок на прилипание и скольжение.

Эффект налипания гидрофобного мелкодисперсного золота на тонкие пластинки и чешуйки самородного золота исследован при флотации шихты, составленной из хвостов гравитации золотосодержащей руды (выход 98,187 % содержание золота 1,1 г/т) и тяжелого шлиха (выход 0,059 %, содержание золота 49,88 г/т), выделенного методом гравитации из отходов промывки россыпи.

Установлено, что зерна мелкодисперсного золота сильнее притягивается к поверхности крупных золотин (константа агрегации 43,7), чем друг к другу (константа агрегации 0,070). Потери золота с классом крупности (-63+40) мкм уменьшились от ~20 до ~10 % с классом крупности (40+20) мкм от ~40 до ~15 %, с классом крупности -20 мкм от ~25 до ~14 %. Сростки золота с кварцем в классе крупности +250 мкм со степенью раскрытия более 47 % практически полностью были извлечены в концентрат флотации, порог их флотируемости понизился от 71 до 34 %. В концентрат флотации увеличено извлечение всех сростков золота с другими минералами, степень раскрытия которых превышает 14 %.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках соглашения № 23-27-00093 «Теоретическое и экспериментальное обоснование механизма поверхностных сил в процессах коагуляции и флотации в условиях теплового воздействия на смачивающие пленки для создания и промышленного освоения технологических процессов эффективного извлечения микродисперсий золота из руд и россыпей».

Список литературы

1. Современная теория капиллярности: К 100-летию теории капиллярности Гиббса / под ред. проф. А.И. Русанова и проф. Ф.Ч. Гудрича. Л.: Химия, 1980. 344 с.

2. Churaev N.V., Derjaguin B.V. Inclusion of structural forces in the theory of stability of colloids and films // Journal of Colloid and Interface Science. 1985. Vol. 103.Issue 2. P. 542-553.

3. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 398 с.

4. Гуриков Ю.В. Структура воды в диффузной части двойного слоя // Сб. науч. тр. VI Конф. по поверхностным силам (Москва, 1972). Поверхностные силы в тонких пленках. М.: Наука. 1979. С. 76-80.

5. Дерягин Б.В. Динамика тонких слоев жидкостей // Сб. науч. тр. VI Конф. по поверхностным силам (Москва, 1972). Поверхностные силы в тонких пленках. М.: Наука. 1979. С. 103-109.

6. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидро-метеоиздат. 1975. 280 с.

7. Эрдеи-Груз Т. Явления переноса в водных растворах. М.: Мир, 1976. 597 с.

8. Чураев Н.В. Поверхностные силы и физикохимия поверхностных явлений // Успехи химии. 2004. Т. 73. N 1. С. 26-38.

9. Бойнович Л.Б. Дальнодействующие поверхностные силы и их роль в развитии нанотехнологии // Успехи химии. 2007. Т. 76. N 5. С. 510528.

10. Churaev N.V., Derjaguin B.V. Inclusion of structural forces in the theory of stability of colloids and films // Journal of Colloid and Interface Science. 1985. Vol. 103. Issue 2. P. 542-553.

11. Teisala H., Butt H.J. Hierarchical structures for superhydrophobic and superoleophobic surfaces // Langmuir: the acs journal of surfaces and colloids. 2019. Vol. 35. N 33. P. 10689-10703.

12. Churaev N.V. Thin liquid layers // Journal of Colloid and Interface Science. 1996. Vol. 58. N 5. P. 725-737.

13. Mishchuk N.A. The model of hydrophobic attraction in the framework of classical DLVO forces //Advances in Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 168. Issues 1-2. P. 149-166.

14. Churaev N.V., Sobolev V.D. Wetting of low-energy surfaces // Advances in Colloid and Interface Science. 2007. Vol. 134-135. P. 15-23.

15. Christenson H.K., Claesson P.M. Direct measurements of the force between hydrophobic surfaces in water direct measurements of the force between hydrophobic surfaces in water // Advances in colloid and Interface Science. 2001. Vol. 91. P. 391-436.

16. Sedev R., Exerowa D. DLVO and non-DLVO surface forces in foam films from amphiphilic block copolymers // Advances in Colloid and Interface Science. 1999. Vol. 83. P. 111-136.

17. Krasowska M., Malysa K. Wetting films in attachment of the colliding bubble // Advances in Colloid and Interface Science. 2007. Vol. 134-135. P. 138-150.

18. Guo H., Kovscek A.R. Investigation of the effects of ions on short-range non-DLVO forces at the calcite/brine interface and implications for low salinity oil-recovery processes // Journal of Colloid and Interface Science. 2019. Vol. 552. P. 295-311.

19. A review of non-DLVO interactions in environmental colloidal systems / D. Grasso [and others] // Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 2002. Vol. 1. P. 17-38.

20. Bal V. Stability characteristics of nanoparticles in a laminar linear shear flow in the presence of DLVO and non-DLVO forces // Langmuir: the acs journal of surfaces and colloids. 2019. Vol. 35.N 34.P. 11175-11187.

21. Нерпина Н.С. Течение полярных жидкостей с водородными связями через капилляры с лиофильными стенками. / Сб. науч. тр. V конф. по поверхностным силам "Поверхностные силы в тонких пленках и устойчивость коллоидов". М.: Наука, 1974. С. 76-80.

22. Slip flow of diverse liquids on robust superomniphobic surface / Y. Wu [and others] // Journal of Colloid and Interface Science. 2014. Vol. 414. P. 9-13.

23. Milne A.J.B., Amirtazli A. The Cassie aquation: How it is meant to be used // Advances in Colloid and Interface Science. 2012. Vol. 170. N 1-2. P. 48-55.

24. The effect of superhydrophobic wetting state on corrosion protection - The AKD example / L. Ejenstam [and others] // Journal of Colloid and Interface Science. 2013. Vol. 412. P. 56-64.

25. Zlu J., Zamgari G., Reed M. Three-phase contact force equilibrium of liquid drops at hydrophilic and superhydrophobic surfaces // Journal of Colloid and Interface Science. 2013. Vol. 404. P. 179-182.

26. Choi H., Liang H. Wettability and spontaneous penetration of a water drop into hydrophobic pores // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. Vol. 477. P. 176-180.

27. Rabbani H.S., Joekar-Niasar V., Shokri N. Effect of intermediate wettability on entry capillary pressure in angular pores // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. Vol. 473. P. 34-43.

28. The dynamic spreading of nanofluids on solid surfaces - Role of the nanofilm structural disjoining pressure / S. Lim [and others] // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. Vol. 470. P. 22-30.

29. Lee J.B., Derome D., Carmeliet J. Drop impact on natural porous stones // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. Vol. 469. P. 147-156.

30. Wetting hysteresis induced by temperature changes: Supercooled water on hydrophobic surfaces / G. Heydari [and others] // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. Vol. 468. P. 21-23.

31. Influence of interfacial gas enrichment on controlled coalescence of oil droplets in water in microfluidics / J. Wang [and others] // Langmuir: the acs journal of surfaces and colloids. 2019. Vol. 35. N 10. P. 3615-3623.

32. Yoon R.-H. The role of hydrodynamic and surface forces in bubble-particle interaction // International Journal of Mineral Processing. 2000. Vol. 58. Issues 1-4. P. 123-143.

33. Feuillebois F., Bazant M.Z., Vinogradova O.I. Effective slip over superhydrophobic surfaces in thin channels // Physical review letters. 2009. Vol. 102. N 2. P. 026001.

34. Yakubov G.E. Butt H.-J., Vinogradova O.I. Interaction forces between hydrophobic surfaces. Attractive jump as an indication of formation of "stable" submicrocavities // Journal of physical chemistry. 2000. Vol. 104. N 15. P. 3407-3410.

35. Vinogradova O.I. Drainage of a thin liquid film confined between hydrophobic surfaces // Langmuir. 1995. Vol. 11. N 6. P. 2213-2220.

36. Submicrocavity structure of water between hydrophobic and hydro-philic walls as revealed by optical cavitation / O.I. Vinogradova [and others] // Journal of colloid and interface science. 1995. Vol. 173. N 2. P. 443-447.

37. Malkin A.Ya., Patlazhan S.A. Wall slip for complex liquids - Phenomenon and its causes // Advances in Colloid and Interface Science. 2018. Vol. 257. P. 42-57.

38. Formation and stability of bulk nanobubbles in different solutions / S. Ke [and others] // Langmuir: the acs journal of surfaces and colloids. 2019. Vol. 35. N 15. P. 5250-5256.

39. Trapping of gas bubbles in water at a finite distance below a watersolid interface / V. Esteso [and others] // Langmuir: the acs journal of surfaces and colloids. 2019. Vol. 35. N 12. P. 4218-4223.

40. Interfacial Water at Hydrophobic and Hydrophilic Surfaces: slip, viscosity, and diffusion / C. Sendner, D. Horinek, L. Bocquet, R.R. Netz // Langmuir. 2009. Vol. 25(18). P. 10768-10781.

41. Interfacial water stucture and the wetting of mineral surfaces / J.D. Miller, X. J. Wang, Jin, K. Shrimali // International Journal of Mineral Processing. 2016. Vol. 156. P. 62-68

42. Pan L., Jung S., Yoon R.-H. A fundamental study on the role of collector in the kinetics of bubble-particle interaction // International Journal of Mineral Processing. 2012. Vol. 106-109. P. 37-41.

43. Wang J., Yoon R.-H., Morris J. AFM surface force measurements conducted between gold surfaces treated in xanthate solutions // International Journal of Mineral Processing. 2013. Vol. 122. P. 13-21.

44. Somephysicochemical aspects of water-soluble mineral flotation / Z. Wu, X. Wang, H. Liu, H. Zhang, J.D. Miller // Advances in Colloid and Interface Science. 2016. Vol. 235.P. 190-200.

45. ЕвдокимовС.И., ГерасименкоТ.Е. Определение рационального расхода пара при флотации апатит-нефелиновых руд паровоздушной смесью // Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 567-578.

46. Евдокимов С.И., Герасименко Т.Е. Разработка режима флотации золотосодержащих руд смесью воздуха с водяным паром // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021. № 2. С. 162-177.

Евдокимов Сергей Иванович, канд. техн. наук., доц. eva-ser amail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),

Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., кафедры, v.i.golik@mail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет); Московский политехнический университет,

Герасименко Татьяна Евгеньевна, канд. техн. наук., доц., нач. отдела, gerasi-menko_74@mail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),

Рубцов Александр Сергеевич, лаб., yula_voronkova@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FLOTATION MODE OF GOLD-CONTAINING ORES WITH THE TURNOVER OF ROUGH

CONCENTRATE

S.I. Evdokimov, V.I. Golik, T.E. Gerasimenko, A.S. Rubtsov

The study of the dynamic properties of a thin layer of water enclosed between solid surfaces made it possible to reveal the role of fluid adhesion and slip in their interaction. The resistance to approach of solids is presented in the form of corrections for sticking and sliding. The effect of sticking hydrophobic fine gold on thin plates and flakes of native gold was studied during the flotation of a charge composed of gravity tailings of gold ore (yield 98.187%, gold content 1.1 g/t) and heavy concentrate (yield 0.059%, gold content 49.88 g). /t), isolated by gravity from the waste ofplacer washing. It has been established that grains of finely dispersed gold are more strongly attracted to the surface of large gold particles (aggregation constant 43.7) than to each other (aggregation constant 0.070).

Key words: aggregation mechanism, boundary layer, water structure polymorphism, approach resistance, sticking, sliding, flotation of gold microdispersions.

Evdokimov Sergey Ivanovich, candidate of technical sciences, associate professor, eva-ser@mail.ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University),

Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v.i.golik@mail.ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University); Moscow Polytechnic University,

Gerasimenko Tatiana Evgenievna, candidate of technical sciences, dosent, gerasi-menko_74@mail.ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University),

Rubtsov Alexander Sergeevich, laboratory officer, yula_voronkova@mail.ru Russia, Tula, Tula State University

№BecTHg TvafY. HavKH o 3eMne. 2023. Ban. 1

Reference

1. Modern capillarity theory: On the 100th anniversary of Gibbs' capillarity theory. Edited by prof. A.I. Rusanov and prof. F.C. Goodrich. L.: Chemistry, 1980. 344 p.

2. Churaev N.V., Derjaguin B.V. Inclusion of structural forces in the theory of stability of colloids and films // Journal of Colloid and Interface Sci-ence. 1985. Vol. 103.Issue 2. P. 542-553.

3. Deryagin B.V., Churaev N.V., Muller V.M. Surface forces. M.: Nauka, 1985. 398

p.

4. Gurikov Yu.V. The structure of water in the diffuse part of the double layer // Sb. nauch. tr. VI conf. on surface forces (Moscow, 1972). Surface forces in thin films. M.: Nauka. 1979. pp. 76-80.

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

5. Deryagin B.V. Dynamics of thin layers of liquids // Sb. nauch. tr. VI conf. on surface forces (Moscow, 1972). Surface forces in thin films. M.: Nauka. 1979. pp. 103-109.

6. Eisenberg D., Kautsman V. Structure and properties of water. L.: Hydrometeoiz-dat. 1975. 280 p.

7. Erdei-Gruz T. Transfer phenomena in aqueous solutions. Moscow: Mir, 1976. 597

p.

8. Churaev N.V. Surface forces and physicochemistry of surface phenomena // Successes of chemistry. 2004. Vol. 73. N 1. pp. 26-38.

9. Boynovich L.B. Long-range surface forces and their role in the development of nanotechnology // Success of Chemistry. 2007. Vol. 76. N 5. pp. 510-528.

10. Churaev N.V., Derjaguin B.V. Inclusion of structural forces in the theory of stability of colloids and films // Journal of Colloid and Interface Sci-ence. 1985. Vol. 103. Issue 2. P. 542-553.

11. Teisala H., Butt H.J. Hierarchical structures for superhydrophobic and superoleo-phobic surfaces // Langmuir: the acs journal of surfaces and col-loids. 2019. Vol. 35. N 33. P. 10689-10703.

12. Churaev N.V. Thin liquid layers // Journal of Colloid and Interface Science. 1996. Vol. 58. N 5. P. 725-737.

13. Mishchuk N.A. The model of hydrophobic attraction in the frame-work of classical DLVO forces //Advances in Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 168. Issues 1-2. P. 149-166.

14. Churaev N.V., Sobolev V.D. Wetting of low-energy surfaces // Ad-vances in Colloid and Interface Science. 2007. Vol. 134-135. P. 15-23.

15. Christenson H.K., Claesson P.M. Direct measurements of the force between hy-drophobic surfaces in water direct measurements of the force be-tween hydrophobic surfaces in water // Advances in colloid and Interface Sci-ence. 2001. Vol. 91. P. 391-436.

16. Sedev R., Exerowa D. DLVO and non-DLVO surface forces in foam films from amphiphilic block copolymers // Advances in Colloid and Interface Science. 1999. Vol. 83. P. 111-136.

17. Krasowska M., Malysa K. Wetting films in attachment of the collid-ing bubble // Advances in Colloid and Interface Science. 2007. Vol. 134-135. P. 138-150.

18. Guo H., Kovscek A.R. Investigation of the effects of ions on short-range non-DLVO forces at the calcite/brine interface and implications for low salinity oil-recovery processes // Journal of Colloid and Interface Science. 2019. Vol. 552. P. 295-311.

19. A review of non-DLVO interactions in environmental colloidal sys-tems / D. Grasso [and others] // Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 2002. Vol. 1. P. 17-38.

20. Bal V. Stability characteristics of nanoparticles in a laminar linear shear flow in the presence of DLVO and non-DLVO forces // Langmuir: the acs journal of surfaces and colloids. 2019. Vol. 35.N 34.P. 11175-11187.

21. Nerpina N.S. Flow of polar liquids with hydrogen bonds through capillaries with lyophilic walls. / Collection of scientific tr. V conf. on surface forces "Surface forces in thin films and stability of colloids". Moscow: Nauka, 1974. pp. 76-80.

22. Slip flow of diverse liquids on robust superomniphobic surface / Y. Wu [and others] // Journal of Colloid and Interface Science. 2014. Vol. 414. P. 9-13.

23. Milne A.J.B., Amirtazli A. The Cassie aquation: How it is meant to be used // Advances in Colloid and Interface Science. 2012. Vol. 170. N 1-2. P. 48-55.

24. The effect of superhydrophobic wetting state on corrosion protection - The AKD example / L. Ejenstam [and others] // Journal of Colloid and Interface Science. 2013. Vol. 412. P. 56-64.

25. Zlu J., Zamgari G., Reed M. Three-phase contact force equilibrium of liquid drops at hydrophilic and superhydrophobic surfaces // Journal of Col-loid and Interface Science. 2013. Vol. 404. P. 179-182.