Элементарный акт флотации

Процесс флотации складывается из ряда этапов протекающих в следующей последовательности:

1. С помощью флотационных реагентов создаются условия для прилипания частиц одних минералов к пузырькам воздуха и наоборот, предотвращается прилипание к ним других минеральных частиц.

2. В результате диспергирования воздуха, поступающего в пульпу и выделения его из раствора, образуются мелкие пузырьки.

3. Минеральные частицы прикрепляются к пузырькам воздуха, образовывая минерализованные пузырьки.

4. Минерализованные пузырьки всплывают на поверхность пульпы, образуя слой пены.

5. Минерализованная пена удаляется с поверхности пульпы.

Для проведения процесса флотации в пульпу, представляющую собой смесь тонкоизмельченной руды с водой, загружаются флотационные реагенты, изменяющие степень смачиваемости поверхности минералов. Под действием флотационных реагентов поверхность одних минеральных частиц смачивается водой, т.е. становится гидрофильной, а поверхность других не смачивается водой, т.е. становится гидрофобной. Гидрофобные частицы прилипают к пузырькам (рис. 11.1) и выносятся на поверхность пульпы, где образуют слой минерализованной пены, которая снимается в виде пенного продукта.

Рис.11.1 Схема минерализации воздушного пузырька

Основной акт флотации – это закрепление минеральной частицы на пузырьке воздуха. Этот самопроизвольный процесс основан на втором законе термодинамики, согласно которому самопроизвольно могут осуществляться процессы, приводящие к уменьшению свободной энергии системы.

В процессе флотации пузырек воздуха минерализуется благодаря прилипанию к нему большого количества минеральных частиц. Это прилипание с образованием агрегата частица – пузырек принято называть элементарным актом флотации.

При прилипании минеральной частицы к пузырьку воздуха образуется краевой угол, и чем он будет больше, тем прочнее прилипание. Величину краевого угла можно изменять, обрабатывая минеральную поверхность флотационными реагентами и по его величине судить о способности минералов смачиваться водой. т.е. о их флотируемости. Краевой угол, таким образом, является мерой смачиваемости поверхности.

Краевой угол смачивания - угол, образованный касательными к поверхности минерала и пузырька на границе раздела трех фаз (рис. 11.2, рис. 11.3).

Рис. 11.2 Гидрофильная поверхность

Рис.11.3 Гидрофобная поверхность

Краевой угол ( ) смачивания изменяется в широких пределах от 0⁰ до 180⁰.

0^о – абсолютная смачиваемость, полная гидрофильность, капля полностью растекается по поверхности минерала.

180^о – абсолютная несмачиваемость, предельная гидрофобность, капля воды совершенно не растекается по поверхности минерала.

Чем больше значение краевого угла, тем хуже минерал смачивается водой, тем лучше флотируемость.

Практика флотации показала, что минеральные частицы могут флотироваться не только тогда, когда краевой угол больше 90˚, но и тогда, когда значение его меньше 90˚. Флотация может произойти при значении краевого угла

< 10 - 15˚.

Процесс прилипания минеральных частиц к пузырькам воздуха происходит в пульпе при непрерывном и интенсивном перемешивании. Прилипание и флотируемость минералов зависит от большого количества факторов:

- физико-химических свойств поверхности минералов;

- их крупности;

- характера и концентрации реагентов;

- степени (времени) перемешивания;

- плотности пульпы (соотношение Т : Ж);

- количества, крупности и прочности пузырьков воздуха;

- вероятности столкновения пузырьков с зернами минералов.