СПОСОБ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖФАЗНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВО ФЛОТАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ Российский патент 2025 года по МПК B03D1/02 B03B7/00 

Изобретение относится к способам исследования межфазных явлений во флотационных системах. Изобретение может быть использовано для численного определения межфазных параметров для повышения эффективности флотационной сепарации минерального и техногенного сырья.

Известен способ определения смачиваемости минеральных порошков (патент № 2583335, опубл. 10.05.2016). Для определения смачиваемости активированных минеральных порошков применяют пенную флотацию в лабораторных условиях. Степень смачиваемости минерального порошка рассчитывают согласно выражению: Г=(M₁/M)×t×R, где М₁ - масса сфлотированного минерального порошка (выход пенного продукта при флотации), в граммах, М - общая масса исследуемого минерального порошка, направляемого во флотокамеру, в граммах, t - время флотации минерального порошка, час; R - расход поверхностно-активного вещества (ПАВ) при флотации, %. Причем расход ПАВ поддерживают в пределах от 1,0 до 1,5% и время флотации от 15 до 30 минут.

Недостатком данного способа является то, что значение степени смачиваемости значительно зависит от выбранного типа лабораторной флотомашины и режима ее работы.

Известен способ определения гидрофобизирующих свойств химреагентов (патент № 2179714, опубл. 20.02.2002), включающий фильтрацию водного раствора электролита через образцы пористой среды при постоянном перепаде давления между "входом" и "выходом" образца до достижения стационарности процесса фильтрации и образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя, вносят на "вход" образца пористой среды химреагенты и определяют гидрофобизирующие свойства химреагентов по величине их адсорбции, подают на "вход" образца пористой среды водный раствор электролита, дожидаются стационарности процесса фильтрации и по интенсивности и степени восстановления гидрофильного ионно-гидратного слоя судят об остаточной гидрофобизирующей способности химреагентов.

Недостатком данного способа является то, что на результаты оценки гидрофобизирующего действия реагента влияют абсорбционные свойства материала.

Известен способ качественной оценки сорбционной активности аминокислот (патент № 2030741, опубл. 10.03.1995), включающий измерение сорбционных свойств при взаимодействии аминокислот, являющихся поверхностно - активными веществами (ПАВ) с апатито-нефелиновой рудой с помощью тонкослойной хроматографии, нанесение на тонкослойную пластину измельченную апатито-нефелиновую руду с крахмалом и раствором родамина в 2-пропаноле, капли смесей N-ациламинокислот ПАВ в спирте, элюируют смесью хлороформа (25%-ный амиачный раствор) и сушку, измерение высоты подъема растворителя и пятна ПАВ и определение относительного индекса R_f для оценки флотационной активности.

Недостатком данного способа является строгое ограничение по крупности материала, обусловленное необходимостью проведения тонкослойной хроматографии.

Известен способ определения смачиваемости мелкодисперсных порошков (патент № 2522805, опубл. 20.07.2014), включающий создание в кювете с прозрачными плоско-параллельными стенками взвеси равномерно распределенных в воздухе частиц порошка диаметром не более 5 мкм и измеряют спектральный коэффициент пропускания взвеси, подачу потока монодисперсных капель диаметром 0,8÷2,5 мм из равномерно распределенных по поперечному сечению кюветы капельниц в течение заданного промежутка времени и повторное измерение спектрального коэффициента пропускания взвеси.

Недостатком данного способа является строгое ограничение по крупности материала, обусловленное необходимостью измерения спектрального коэффициента пропускания взвеси, а также диаметром капель реагента.

Известен способ определения гидрофобности-гидрофильности диэлектрического материала (патент № 2298175, опубл. 27.04.2007), заключающийся в том, что выводы заряженного конденсатора поочередно замыкают образцом исследуемого материала, а затем образцом материала с эталонной гидрофобностью-гидрофильностью после чего сравнивают характер зависимости напряжения на конденсаторе от времени испытания и по соотношению скоростей спада напряжения судят о гидрофобности-гидрофильности исследуемого материала.

Недостатком данного способа является то, что для того, чтобы замкнуть цепь с конденсатором необходим однородный материал с непрерывной поверхностью, из-за чего невозможно применять данный способ к многокомпонентным и порошковым материалам.

Известен способ определения потенциала поверхности (патент № 2119157, опубл. 20.09.1998), принятый за прототип, включающий фиксацию потенциала поверхности материала как разность потенциалов хлорсеребряных электродов, предварительный отбор двух идентичных электрода второго рода, помещение образца с исследуемой поверхностью в диэлектрический сосуд, заполняют сосуд диэлектрической жидкостью до высоты, заведомо превышающей зону действия поверхностного заряда образца, заполняют оба электрода одинаковым электролитом, подключают их к регистрирующему прибору и погружают в диэлектрическую жидкость, взаимно совместимую с электролитом, причем один электрод погружают до контакта с контролируемой поверхностью, а другой оставляют вне зоны действия поверхностного заряда и по величине разности потенциалов между электродами судят о величине потенциала поверхности.

Недостатками данного способа является то, что измерения потенциала не могут вестись в пульпе и при подаче воздуха, так как для корректных измерений необходимо использовать чистую диэлектрическую жидкость, взаимно совместимую с электролитом.

Техническим результатом является повышение эффективности флотационной сепарации рудного и техногенного сырья.

Технический результат достигается тем, что в водяной колонне размещают два электрода, выполненных из титанового сплава ВТ1-0, концы которых устанавливают на разной высоте, при этом разность высот составляет не менее 5 см, снизу к колонне подводят трубку для подачи воздуха, которую подключают к воздушному компрессору, установленному выше верхней кромки колонны, на дно колонны устанавливают пластиковую решетку с диаметром ячеек сит не менее 0,5 см для обеспечения диспергации подаваемого воздуха, заливают дистиллированную воду, загружают взвесь и включают подачу воздуха, и на протяжении не менее 10 минут, проводят фиксацию значения возникаемой разницы потенциалов на вольтметре, при этом разницу потенциалов начинают фиксировать, начиная с 30 секунд после подачи воздуха, полученные данные отправляют на персональный компьютер (ПК), на котором определяют с применением программных пакетов для численных и символьных расчетов на основании установленных значений разницы потенциалов значения параметров E_f и С, с использованием уравнения:

U=E_f ln(t)+C, где

U – фиксируемые значения возникаемой разницы потенциалов, В;

t – время анализа, с;

E_f –коэффициент, характеризующий межфазные явления во флотационной системе, В/с;

C – поправочный коэффициент, учитывающий фон, обусловленный ионным составом среды;

затем установленные значения параметра E_f для разных систем и реагентных режимов сравнивают между собой, если абсолютное изменение параметра E_f по сравнению со значением, полученным для системы вода – воздух - твердое будет большим, то флотационная сепарация будет эффективна.

Способ осуществляется следующим образом. В водяной колонне размещают два электрода, выполненных из титанового сплава ВТ1-0. Концы электродов устанавливают на разной высоте. Разность высот составляет не менее 5 см. К концам электродов, находящимся в воздухе, клеммами подключают вольтметр для регистрации значений возникающей разницы потенциалов. Снизу к колонне подводят трубку для подачи воздуха, которую подключают к воздушному компрессору. Воздушный компрессор устанавливают выше верхней кромки колонны, при этом он обеспечивает расход воздуха не менее 0,5 л/мин. На дно колонны устанавливают пластиковую решетку с диаметром ячеек сит не менее 0,5 см для обеспечения диспергации подаваемого воздуха.

В колонну заливают дистиллированную воду, затем включают подачу воздуха и не менее 10 минут фиксируют значения возникаемой разницы потенциалов на вольтметре.

После отбирают навеску исследуемого материала исходя из необходимого значения содержания твердого для флотационной сепарации. В реактор помещают отобранную навеску, доводят объем смеси дистиллированной водой и перемешивают на протяжении от 5 до 10 минут. После загрузки взвеси в колонну включают подачу воздуха и на протяжении не менее 10 минут фиксируют значения возникаемой разницы потенциалов на вольтметре. Разницу потенциалов начинают фиксировать, начиная с 30 секунд после подачи воздуха. Полученные данные отправляют на ПК, на котором определяют с применением программных пакетов для численных и символьных расчетов на основании установленных значений разницы потенциалов значения параметров E_f и С, с использованием уравнения:

U= E_f ln(t) + C, где

U – фиксируемые значения возникаемой разницы потенциалов, В;

t – время анализа, с;

E_f – коэффициент, характеризующий межфазные явления во флотационной системе, В/с;

C – поправочный коэффициент, учитывающий фон, обусловленный ионным составом среды.

Установленные значения параметра E_f для разных систем и реагентных режимов сравнивают между собой. Чем больше абсолютное изменение параметра E_f по сравнению со значением, полученным для системы вода-воздух-твердое, тем более эффективна флотационная сепарация. Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Был отобран древесный уголь в количестве 30 г крупностью -1 мм + 0,1 мм. В начале проведены измерения разницы потенциалов для системы вода-газ. После чего проведены измерения разницы потенциалов для системы вода-газ при добавлении в объем 1% раствора фенола с расходом 50 г/т. Далее проведены измерения разницы потенциалов для системы твердое-вода-газ. В конце проведены измерения разницы потенциалов для системы твердое-вода-газ с добавлением в объем 1 % раствора фенола с расходом 50 г/т. Результаты замеров возникающей разницы потенциалов для каждого случая сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты замеров возникающей разницы потенциалов для исследований флотационной системы угля

Время анализа, с Значения возникающей разницы потенциалов, В Вода+Воздух Вода+Воздух+1% р-р фенола Вода+Воздух+Уголь Вода+Воздух+Уголь+ 1 % р-р фенола 30 0,216 0,071 0,0110 0,0111 60 0,203 0,062 0,0063 0,0157 120 0,183 0,048 0,0041 0,0185 180 0,159 0,041 0,0013 0,0198 240 0,146 0,040 0,0011 0,0221 300 0,132 0,036 0,0005 0,0232 360 0,120 0,034 0,0005 0,0242 420 0,109 0,029 0,0004 0,0251 480 0,097 0,026 0,0003 0,0257 540 0,088 0,025 0,0003 0,0263 600 0,082 0,025 0,0003 0,0269

Для каждой серии измерений за исключением последней наблюдается падение значений возникающей разницы потенциалов с течением времени анализа. Определенные значения параметров и С сведены в таблицу 2.

Таблица 2 – Установленные значения параметров и С для исследований флотационной системы угля

Условия Значение параметра E_f Значение параметра C Вода+Воздух -0,047 0,3928 Вода+Воздух+1% р-р фенола -0,015 0,1212 Вода+Воздух+Твердое -0,003 0,0208 Вода+Воздух+Твердое+ 1 % р-р фенола 0,005 -0,0061

Повышение значения параметра при исследовании системы твердое-жидкость-газ свидетельствует об изменении характера движения частиц твердой фазы, несущих поверхностный заряд, в объеме колонны при добавлении поверхностно-активного вещества. Частицы твердой фазы закрепляются на пузырьках газа за счет гидрофобных сил и всплывают совместно с пузырьками воздуха. Таким образом, увеличение значение параметра свидетельствует об увеличении эффективности процесса флотационной сепарации при добавлении фенола в смесь.

Пример 2. Отобрано 10 г отходов производства картона, в виде запрессованной картонной макулатуры. Отобранный материал смешали с дистиллированной водой до достижения объема смеси 150 мл. В полученную смесь добавили 10% раствор гидроксида натрия до достижения pH = 10. Полученную смесь оставили на 24 часа. По прошествии времени полученную макулатурную массу пропустили через сито 1 мм. Подрешетный продукт загрузили в колону и провели измерения разницы потенциалов для системы вода-твердое. После чего провели измерения разницы потенциалов для системы твердое – вода - газ.

Результаты замеров возникаемой разницы потенциалов для каждого случая сведены в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты замеров возникающей разницы потенциалов для исследований флотационной системы волокнистых структур

Время анализа, с Значения возникающей разницы потенциалов, В Вода+Твердое Вода+Воздух+Твердое 30 -0,0806 -0,0215 60 -0,0758 -0,0187 120 -0,0731 -0,0107 180 -0,0715 -0,0075 240 -0,0708 -0,0046 300 -0,0697 -0,0017 360 -0,0688 -0,0011 420 -0,0682 0,0002 480 -0,0677 0,0014 540 -0,0674 0,0025 600 -0,0668 0,0034

Для каждой серии измерений наблюдается возрастание значений возникающей разницы потенциалов с течением времени анализа. Определенные значения параметров и С сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Установленные значения параметров и С для исследований флотационной системы волокнистых структур

Условия Значение параметра E_f Значение параметра C Вода+Твердое 0,0046 -0,0956 Вода+Твердое+Воздух 0,0088 -0,0528

Повышение значения параметра при исследовании системы твердое-жидкость-газ свидетельствует об изменении характера движения частиц твердой фазы, несущих поверхностный заряд, в объеме колонны. Частицы твердой фазы закрепляются на пузырьках газа за счет гидрофобных сил и всплывают совместно с пузырьками воздуха. Повышение значения параметра свидетельствует о наличии возможности флотационной очистки картонной макулатуры от краски.

Заявляемый способ позволяет численно определить межфазные характеристики во флотационной системе за счет измерения возникаемой разницы напряжений на титановых электродах.

Предложенное изобретение относится к способам исследования межфазных явлений во флотационных системах. Изобретение может быть использовано для численного определения межфазных параметров для повышения эффективности флотационной сепарации минерального и техногенного сырья. Способ потенциометрического определения межфазных характеристик во флотационных системах заключается в том, что в водяной колонне размещают два электрода, выполненных из титанового сплава ВТ1-0, концы которых устанавливают на разной высоте, при этом разность высот составляет не менее 5 см, снизу к колонне подводят трубку для подачи воздуха, которую подключают к воздушному компрессору, установленному выше верхней кромки колонны, на дно колонны устанавливают пластиковую решетку с диаметром ячеек сит не менее 0,5 см для обеспечения диспергации подаваемого воздуха, заливают дистиллированную воду, загружают взвесь и включают подачу воздуха, и на протяжении не менее 10 минут проводят фиксацию значения возникаемой разницы потенциалов на вольтметре, при этом разницу потенциалов начинают фиксировать, начиная с 30 секунд после подачи воздуха. Полученные данные отправляют на персональный компьютер (ПК), на котором определяют с применением программных пакетов для численных и символьных расчетов на основании установленных значений разницы потенциалов значения параметров E_f и С с использованием уравнения: U=E_f ln(t)+C, где U - фиксируемые значения возникаемой разницы потенциалов, В; t - время анализа, с; E_f - коэффициент, характеризующий межфазные явления во флотационной системе, В/с; C - поправочный коэффициент, учитывающий фон, обусловленный ионным составом среды. Затем установленные значения параметра E_f для разных систем и реагентных режимов сравнивают между собой. Если абсолютное изменение параметра Ef по сравнению со значением, полученным для системы вода – воздух - твердое, будет большим, то флотационная сепарация будет эффективна. Технический результат - повышение эффективности флотационной сепарации рудного и техногенного сырья. 4 табл., 2 пр.

Способ потенциометрического определения межфазных характеристик во флотационных системах, заключающийся в том, что в водяной колонне размещают два электрода, выполненных из титанового сплава ВТ1-0, концы которых устанавливают на разной высоте, при этом разность высот составляет не менее 5 см, снизу к колонне подводят трубку для подачи воздуха, которую подключают к воздушному компрессору, установленному выше верхней кромки колонны, на дно колонны устанавливают пластиковую решетку с диаметром ячеек сит не менее 0,5 см для обеспечения диспергации подаваемого воздуха, заливают дистиллированную воду, загружают взвесь и включают подачу воздуха, и на протяжении не менее 10 минут проводят фиксацию значения возникаемой разницы потенциалов на вольтметре, при этом разницу потенциалов начинают фиксировать, начиная с 30 секунд после подачи воздуха, полученные данные отправляют на персональный компьютер (ПК), на котором определяют с применением программных пакетов для численных и символьных расчетов на основании установленных значений разницы потенциалов значения параметров E_f и С с использованием уравнения:

U=E_f ln(t)+C,

где U - фиксируемые значения возникаемой разницы потенциалов, В;

t - время анализа, с;

E_f - коэффициент, характеризующий межфазные явления во флотационной системе, В/с;

C - поправочный коэффициент, учитывающий фон, обусловленный ионным составом среды;

затем установленные значения параметра Ef для разных систем и реагентных режимов сравнивают между собой, если абсолютное изменение параметра E_f по сравнению со значением, полученным для системы вода - воздух - твердое, будет большим, то флотационная сепарация будет эффективна.