Способ флотационного обогащения полезных ископаемых Советский патент 1990 года по МПК B03D1/00 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаекых, а именно к способам флотационного обогащения .

Целью изобретения является повышение извлечения полезного компонента и качества концентрата за счет увеличения флотационной активности пузырьков воздуха.

Исходное сырье кондиционируют с реагентами, аэрируют, измеряют диаметр преобладающих в пульпе пузырьков воздуха и обрабатывают акустическими колебаниями с частотой, равной частоте радиально-симметрич- ных колебаний пузырьков воздуха. Дополнительно перед обработкой ра- диально-симметричных колебаний пувоздуха акустическими колеизмеряют степень аэрации а обработку акустическими ями проводят с интенсивопределяемой из соотношения

W „ I .интенсивность акустического JQ воздействия, Вт/м3;

показатель политропы;

скорость звука в жидкости, м/с;

амплитуда колебаний излуча- jj Теля, м;

коэффициент объемного газосодержания;

РСТ Р„ +

,

V - атмосферное давление, кгс/м2 ; Й - ускорение свободного падения, м/с2 , РА. плотность жидкой фазы пуль-

пы, кг/мэ; G - коэффициент поверхностного

натяжения;

R - радиус преобладающих в камере пузырьков, м; Н - высота столба жидкости над

озвучиваемыми пузырьками, м. Необходимым условием для осуществления предлагаемого способа является наличие предварительной операции по замеру степени аэрации в камере флотационного аппарата. Замер степени аэрации, в свою очередь, необходим для того, чтобы определить фактическую интенсивность колебаний, на- веденную в двухфазной (газ - жидкость) среде. Дело в том, что, при наличии в жидкости пузырьков воздуха или газа скорость звука в ней резко падает. В результате, для опреде- ления величины интенсивности наведенных в обрабатываемой среде копебаний требуется определение степени ее аэрации (объемного газосодержания), расчета скорости звука в ней для этого случая, а затем расчет величины Интенсивности колебаний. Скорость звука в воде с определенной степенью зрации воздухом рассчитывать необязательно, есть табличные данные.

Вывод и обоснование расчетной фор- мулы вытекает из следующих рассуждений. Замер параметров акустического воздействия в газах или жидкостях

j

0

д

,

не представляет большой трудности. Сложнее замерить акустические параметры в жидкости, содержащей пуэьгоь- ки воздуха, В связи с этим интенсивность акустических колебаний, вводимых в двухфазную (газ - жидкость) или трехфазную (газ - жидкость - - твердое) среды оценивается различным образом. Интенсивность акустического воздействия лучше характеризуется произведением плотности акустической энергии на частоту акустических колебаний E f, вт/м3. Эта величина показывает, какая акустическая мощность приходится на единицу обрабатываемого объема.

Плотность потока акустической энергии определяется из выражения

I p. C V2/2 27-2. р. с-A2 -f , (1)

где р - плотность жидкости;

с - скорость звука в обрабатываемой жидкости;

А - амплитуда колебаний излучателя;

f - частота колебаний излучателя. I

Поскольку в данном случае частота колебаний излучателя величина расчетная и для каждого размера воздушных пузырьков (по условиям прототипа) определяется из соотношения

f - 1 D /р + 26, Г 27R (V R;

(2)

то подставив выражение (2) в формулу (1), получают следующую зависимость:

I . (р + Ј . 2RJ-H vrtT R }С учетом диссипации энергии на определенный объем газовой фазы путем введения коэффициента объемного газосодержания (0 в жидкости окончательно получают

. JL.Јl6iiL (р CT

+ 2G } R Ь

(3)

R - радиус преобладающих в камере пузырьков;

Н - высота столба жидкости над озвучиваемыми пузырьками;

6 - коэффициент поверхностного натяжения;

ро ро ,

где

Ро атмосферное давление;

рж - плотность жидкой фазы пульпы;

g - ускорение свободного падения;

6

г-ж

Г-

г 5Ж г- площади пт- рчни тем ргт дела газ - жидкость и жидкость - твердое;

иСГ т- поверхностная энергия на этих же разделах.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при флотации. Цель - повышение извлечения полезного компонента и качества концентрата за счет увеличения флотационной активности пузырьков воздуха. Сырье кондиционируют с реагентами и аэрируют. Измеряют диаметр преобладающих в пульпе пузырьков воздуха и степень аэрации пульпы. Затем обрабатывают пульпу акустическими колебаниями. Интенсивность колебаний определяют из соотношения I=[(N^.C^.A²φ):(2R²H)][P_ст+2σ/R, где I - интенсивность акустического воздействия, Вт/м³

N - показатель политропы

C - скорость звука в жидкости, м/с

A - амплитуда колебаний излучателя, м

φ - коэффициент объемного газосодержания

P_ст=P₀+ρ_жGН

Р_о - атмосферное давление кгс/м²

G - ускорение свободного падения, м/с²

σ - коэффициент поверхностного натяжения

R - радиус преобладающих в камере пузырьков воздуха, м

H - высота столба жидкости над озвучиваемыми пузырьками, м

ρ_ж - плотность жидкой фазы, кг/м³. Частота колебаний равна собственной частоте радиально-симметричных колебаний пузырьков воздуха. Воздействие акустических колебаний указанных частоты и интенсивности приводит к получению воздушных пузырьков ограненной формы. Появление "огранки" на поверхности пузырьков повышает их флотационную активность.

п - показатель политропы; с - скорость звука в жидкости; If - коэффициент объемного газосодержания;А - амплитуда колебаний источника.

Предлагаемый способ флотации основывается на использовании особенностей динамического состояния по- верхности газовых пузырьков при обработке двухфазной среды (газ - жидкость) акустическими колебаниями

свободная энергия систем после закрепления частицы на пузырьке; площади поверхностей газ жидкость и жидкость - твердое после закреплени частицы на пузырьке. Величина, характеризующая измене ние поверхностной энергии системы

определенной частоты и интенсивности.

. при элементарном акте флотации, отОбработка пульпы колебаниями с часто- Л1

той, равной собственной частоте ради- ально-снмметричных колебаний пузырьков воздуха одинакового размера и с интенсивностью, превышающей опреде-

25

ленное ее значение, приводит к такому технологическому эффекту, как принятие ограненной формы воздушными пузырьками. В механике жидкости известно такое явление. Данный эффект еще не получил полного объяснения, но его использование во флотационных методах обогащения уже сейчас позволяет значительно интенсифицировать эти процессы.

Эффективность использования явления принятия ограненной формы воздушными пузырьками при обработке пульпы акустическими колебаниями в процессе флотации можно объяснить следующим образом. Для обоснования данного положения обратимся к элементарному акту взаимодействия минеральная частица - газовый пузырек. При образовании комплекса минерал - пузырек, учитываемой свободной энергией системы является поверхностная энергия на границах раздела: твердое - газ (т-г), твердое - жидкость (т-ж) и жидкость - газ (ж-г). Количество свободной энергии определяется в этом случае суммой произведений поверхностных энергий на соответствующие площади поверхностей раздела:

несенная к единице площади контакта газ - твердое, называется показателем флотируемости F.

F 2- (Sr-t-isk) Sr-T

- cos

е .6

Г С

(А)

30

40

но, происходит увеличение S(, видно, что появление огранки

Чегч больше значение F, тем вероят нее закрепление частицы на поверхности раздела жидкость - газ и ее флотации, в данном случае эффект поя вления ограненной формы поверхности 35 пузырьков при обработке флотационной пульпы акустическими колебаниями определенной интенсивности позволяет изменять следующие параметры уравнения (4). Поверхности треугольной, четырехугольной и т.д. форм пузырьков больше сферической, следовательОче-на по верхности пузырьков приводит также 45 и к увеличению краевого угла смачива ния 0 . Увеличение поверхности и угла 9 вызывает повышение показателя флотируемости F (уравнение 4) или увеличение флотационной актив- 50 ности пузырьков воздуха и скорости флотации.

Таким образом, проведение всех i операций предлагаемого способа позволяет достичь повышения флотацион- 55 ной активности пузырьков.

+G

-Т )

Е - запас свободной энергии

системы до прилипания частицы к пузырьку;

Efi jr$-Sr- +6А.Т-8

т +Cr.T.,

где

свободная энергия система после закрепления частицы на пузырьке; площади поверхностей газ - жидкость и жидкость - твердое после закрепления частицы на пузырьке. Величина, характеризующая изменение поверхностной энергии системы

sr- и

несенная к единице площади контакта газ - твердое, называется показателем флотируемости F.

F 2- (Sr-t-isk) Sr-T

- cos

е .6

Г С

(А)

но, происходит увеличение S(, видно, что появление огранки

Чегч больше значение F, тем вероятнее закрепление частицы на поверхности раздела жидкость - газ и ее флотации, в данном случае эффект появления ограненной формы поверхности пузырьков при обработке флотационной пульпы акустическими колебаниями определенной интенсивности позволяет изменять следующие параметры уравнения (4). Поверхности треугольной, четырехугольной и т.д. форм пузырьков больше сферической, следовательОче-на поверхности пузырьков приводит также и к увеличению краевого угла смачивания 0 . Увеличение поверхности и угла 9 вызывает повышение показателя флотируемости F (уравнение 4) или увеличение флотационной актив- ности пузырьков воздуха и скорости флотации.

Таким образом, проведение всех i операций предлагаемого способа позволяет достичь повышения флотацион- ной активности пузырьков.

Способ осуществляют следующим образом.

Во флотационной машине (тип машины может быть различным) протекает

процесс флотации. Заведомо зная ди- аметр пузырьков и степень аэрации в данной зоне камеры флотомашины, подвергают этот участок обработке звуком интенсивностью, рассчитанной по предлагаемой формуле для данного диаметра пузырьков, степени аэрации и существующих параметров реды. Пузырьки воздуха, поднимаясь от аэра- тора и попадая в зону, обрабатываемую звуком, принимают ограненную форму. В силу того, что при флотации с обработкой по предлагаемому способу за счет увеличения краевого угла сма- чивания 0 минеральным частицам легче закрепиться на поверхности пузырьков, а количество частиц, закрепившихся в результате увеличения суммарной поверхности раздела Sf , возрастает, можно утверждать, что процесс флотации в этом случае протекает быстрее. П р и м е р 1. Предлагаемый способ был осуществлен при мономинеральной флотации кальцита, в качестве соби- рателя применялся олеат натрия с расходом 30 мг/л.

Флотацию проводили в механической фпотационной машине. Радиус преобладающих пузырьков (70%) в камере флотомашины равен 3 1СГ м. Озвучивание пузырьков производили на глубине 0,2 м, коэффициент объемного газосодержания в пульпе Ср 0,45, частота колебаний источника f 548 Гц. Ин- тенсивность колебаний I при с

-t

3

30 м/с; п 1; А 3 -10 м; R 10-}м; Ц- 0,45; Н 0,2 м; Р с Р0 t-pjk.-g H; P0 Ю кг/м2 равна 3,4 кВт/мэ.

Из анализа данных следует, что скорость протекания процесса флотации при обработке предварительно аэрированной пульпы по предлагаемому способу выше, чем по условиям прототипа.

Пример 2о Для оценки влияни акустической обработки пульпы на селективность процесса провели следующий опыт. При одинаковом технологическом режиме флотировали искусственно приготовленную смесь кварца и кальцита (50% + 50%). В первом случае обработка пульпы велась по условиям прототипа, во втором - по условиям предлагаемого технического решения.

0 5

0 5

0

5

0

5

В обоих случаях озвучивание пульпы не приводит к нарушению селективности процесса.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повы- ,-ение извлечения полезного компонента, например, кальцита на 0,7-0,6% повышении качества на 1-1,4% за увеличения флотационной активности пузырьков воздуха.

Формула изобретения

Способ флотационного обогащения i полезных ископаемых, включающий кондиционирование исходного сырья с реагентами, аэрацию пульпы, измерение диаметра преобладающих в пульпе пузырьков воздуха и обработку акустическими колебаниями с частотой, равной частоте радиально-симметрич- ных .колебаний пузырьков воздуха, о т- личающийся тем, что, с целью повышения извлечения полезного компонента и качества концентрата за счет увеличения флотационной активности пузырьков воздуха, перед обработкой акустическими колебаниями измеряют степень аэрации пульпы, а обработку акустическими колебаниями проводят с интенсивностью, определяемой из соотношения

т п-с-А2Ч IT) 2СЧ 1 (P + Т}

где I - интенсивность акустического воздействия, Вт/м3;

п - показатель политропы;

с - скорость звука в жидкости, м/с;

А - амплитуда колебаний излучателя, м;

If- коэффициент объемного газосодержания;

РСТ Р„ , где Р - атмосферное давление, кгс/м2;

g - ускорение свободного падения, м/с2 ;

плотность жидкой фазы пульпы, кг/м3;

(5 - коэффициент поверхностного натяжения;

R - радиус преобладающих в камере пузырьков, м;

Н - высота столба жидкости над озвучиваемыми пузырьками, м.