Физико-химические основы процесса флотации, область применения флотации

В основе технологии переработки сильвинитов флотационным методом лежит разделение солей за счет селективной гидрофобизации специальными реагентами поверхности частиц калийных минералов, создающей условия для закрепления частиц на пузырьках воздуха и извлечения их в пенный продукт. В большинстве случаев пенный продукт является тем продуктом, ради получения которого организован процесс обогащения – пенная флотация.

Непременным условием эффективности флотации является дробление сильвинитовой руды до таких размеров, когда частицы каждого из минералов, составляющих руду, окажутся не связанными друг с другом. При наличии в руде водорастворимых солей (KCl, NaCl, MgCl₂, CaCl₂ и др.) в качестве жидкой фазы при приготовлении суспензии, поступающей в процесс обогащения, используют водный раствор, насыщенный относительно этих солей при температуре ведения флотации.

Кроме того, при содержании в руде нерастворимых примесей, главным образом глинистых частиц, успешное ведение процесса обогащения затруднено из-за того, что частицы глины имеют большую поверхность и абсорбируют на ней флотационные реагенты, предназначенные для флотации сильвина.

Чтобы устранить вредное влияние глинистых частиц (шламов) после измельчения руды проводят мероприятия по выведению шламов – обесшламливанию солевой суспензии. Выбор способов и схем обесшламливания зависит от свойств исходной руды.

При флотации солей в качестве газовой фазы используют воздух, засасываемый в суспензию импеллером флотомашины или подаваемый под давлением. Воздух диспергируется во флотомашине и находится в виде пузырьков. Чтобы минеральная частица сильвина поднялась из суспензии на ее поверхность, необходимо закрепление частицы на пузырьке воздуха. Момент прикрепления частицы к пузырьку зависит от поверхностных сил на границах раздела твердое - газ.

Частицы минералов, плохо смачивающиеся водой, при соприкосновении с воздушными пузырьками прилипают к ним и всплывают на поверхность. В результате образуется слой минерализованной пены – флотационный пенный продукт. Другие минералы, хорошо смачиваемые водой (гидрофильные), или не обладающие достаточной для прилипания гидрофобностью, остаются в объеме флотационной суспензии, образуя камерный продукт флотомашин. В пенный продукт из сильвинитовой суспензии переводят сильвин и пенный продукт называют флотоконцентратом. В камерном продукте сосредотачивается галит и другие минералы, т.н. «пустая» порода, его называют хвостами или отходами.

Успех флотации во многом зависит от того, насколько отличаются по своей смачиваемости (гидрофобности) разделяемые минералы.

Практически природные различия в смачиваемости у разделяемых минералов сильвина и галита недостаточны для эффективного разделения и их усиливают применением специальных флотационных реагентов.

Воздействие флотационных реагентов позволяет в широком диапазоне изменять поверхностные свойства минералов, что обеспечивает высокую избирательность и эффективность флотационного процесса. В зависимости от назначения реагенты классифицируются на:

- собиратели (или коллекторы), представляющие собой органические соединения. Избирательно воздействующие на поверхность частиц определенных минералов, в данном случае на сильвин, и гидрофобизирующие их, чем обеспечивают необходимое прилипание их к воздушным пузырькам;

- пенообразователи способствуют сохранению воздушных пузырьков в дисперсном состоянии и препятствуют их коалесценции. Пенообразователи повышают устойчивость флотационной пены, повышают стабильность минерализованного пузырька, всплывающего на поверхность суспензии;

- регуляторы создают благоприятную среду для флотации сильвина и неблагоприятную - для флотации галита и др. минералов. В результате повышается селективность флотационного процесса, создаются оптимальные условия для действия собирателя (активатора и депрессора).

Приведенная классификация реагентов достаточно условная, поскольку одни и те же реагенты могут совмещать свои действия.

Любой случай применения и действия всех основных реагентов в процессе флотации связан с закреплением их на поверхности воздушных пузырьков или частиц минералов, что происходит путем адсорбции на соответствующих поверхностях раздела фаз.

Для оценки технологического процесса определяют селективность и скорость флотации. На практике скорость флотации характеризуется временем, необходимым для достижения определенного извлечения полезного компонента в пенный продукт.

Флотационная пена должна удерживать всплывающие с пузырьками частицы флотируемого хлористого калия. Однако она не должна быть чрезмерно устойчивой и легко разрушаться после удаления ее из флотокамеры. Регулирование свойств пены при флотации осуществляется за счет изменения физических и физико-химических условий, определяющих технологические свойства пены. К физическим факторам относятся толщина пенного слоя, способ и скорость удаления пены из флотационной камеры, дисперсность, количество воздушных пузырьков и минеральных частиц, поступающих в пену и др.

Изменения реагентного режима, влияющие на устойчивость жидких прослоек, разделяющих пузырьки воздуха, и на прочность закрепления на них минеральных частиц являются физико-химические факторами, которые тщательно подбираются и взаимоувязываются с физическими.

По внешнему виду пены (минерализации, цвету, строению) судят о степени отрегулированности флотационного процесса. Следовательно, при регулировке процесса и его ведении необходимо запомнить, при каких визуальных признаках пены получаются лучшие результаты, и в каких условиях это имеет место.

Выдвинут ряд различных гипотез о природе селективного взаимодействия собирателей с поверхностью солевых минералов, определяющего возможность их флотационного разделения. Эти гипотезы взаимно дополняют друг друга, достаточно хорошо объясняют частные случаи, однако пока нет единой теории селективного разделения растворимых солей. Механизм (химизм) флотационного обогащения калийных руд зависит от множества факторов, среди которых химический состав твердой и жидкой фаз, гранулометрический и минералогический составы, реагентный режим, конструкции аппаратов для флотации, а также другие факторы.