Способ автоматического измерения флотационной активности реагентов Советский патент 1993 года по МПК B03D1/00 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для подбора и контроля количественного и качественного состава реагентов в пульпе при пенной флотации и пенной сепарации.

Целью изобретения является повышение точности измерения флотационной активности реагентов путем уменьшения погрешности определения его кинетических характеристик.

Сущность способа заключается в следующем. Предварительно рассчитывают интервалы первоначальных объемов (Vi) плененных пузырьков газа и объемов(W)

плененных пузырьков газа после скачкообразного растяжения поверхности, которые устойчиво закрепляются на подложке заданного диаметра (а). В оборотной воде, содержащей реагент, формируют на подложке заданного диаметра (а) плененный пузырек газа с заданным объемом (Vi) и выдерживают в течение первого заданного времени, причем величину первоначального объема (Vi) пузырька газа выбирают из услЬвия ба Vi .11 а. Затем плененный пузьфе : ра дува ют на 25-50% от его перво- начаШТЬйШверхности до второго заданного объема (Va), при этом величину объема 0/2) пузырька газа выбирают из условия 14а Jz 1ба. После скачкообразного изменения величины поверхности пленение-, го пузырька газа измеряют разность динамического и статического поверхностного натяжения по изменению высоты пузырька газа и время восстановления адсорбционного равновесия на поверхности пузырька газа по экспоненциальным изменениям, во времени высоты пузырька газа, определяют флотационную активность реагентов по названным выше кинетическим характеристикам.

Исследованием результатов численного решения уравнения Лапласа, описывающего форму симметричных сидячих пузырьков, установлено, что при заданных объемах пузырьков и диаметрах их оснований, поверхностное натяжение является однозначной функцией высоты пузырьков, а изменение поверхностного натяжения (До) можно оценивать по изменению высоты пузырька (АН). .

Точность оценки величин (Ad) и (tp) по изменению высоты пузырька определяется значением измеряемой величины (АН), от- . несенной к единице изменения поверхностного натяжения (Ао). Расчеты, проведенные для подложки заданного диаметра, на которой формируется пузырек интервалов поверхностного натяжения (о), лежащих в пределах 30-75 дин/см и объёмов (V) от 35

мм3 до 90 мм3, показали, что ( -г-) или

удельная средняя величина (АН), соответствующая Да 1 дин/см, увеличивается с увеличением (V) пузырька и уменьшением (о). Поэтому для заданного интервала (До) для увеличения чувствительности, а значит повышения точности определения (До) и (tp), необходимо увеличить объем пузырька. Для сидячих пузырьков, при прочих равных условиях, увеличение объема ограничено действием гравитационной силы отрыва, являющейся функцией объема, для пленен0

5

0

ного пузырька предельный объем ограничен размером и состоянием подложки. Этот вывод следует из рассмотрения баланса сил, действующих между пузырьком и подложкой в статических условиях, определяемого уравнением Фрумкина-Кабанова:

для сидячих пузырька FJ. Ра + Рз. (1), для плененного пузырька Fi + F2 Рз (2), где FI - капиллярная сила прилипания, Fj- гравитационная сила отрыва, Рз капиллярная сила отрыва. Капиллярная сила прилипания Fi (3), где а - диаметр периметра 3-х фазного контакта, в- краевой угол смачивания, а- поверхностное натяжение на границе 3-х фазного контакта. Гравитационная сила отрыва Fa б у V (4). где д - разность плотности жидкости и газа, g - ускорение свободного падения, V - объем пузырьков газа.

Капиллярная сила отрыва (Рз

л: а

Р«0

5

0

5

0

5

0

5

(5), где а - диаметр подложки, Pk - капиллярное давление газа в пузырьке.

Видно, что в случае плененного пузырька гравитационная сила, отрыва (Ра) прижимает пузырек к подложке, а в случае сидячего - отрывает его от подложки. Отсюда следует, что замена сидячего пузырька плененным позволит увеличить объемы пузырьков, а, следовательно, повысить чувствительность метода-и точность определения кинетических характеристик (До)и(тр).

Для расчета технологических параметров, пузырьков, использование которых при реализации способа автоматического измерения флотационной активности реагентов повышает точность определения кинетических характеристик, получено уравнение, устанавливающее зависимость между (Н) и (а) для плененного пузырька, которое следует из соотношения (2): ла2 ,, ,

. (б)

яга Sin6 -a/2b w где b - радиус кривизны пузырька в куполе;

в- краевой угол смачивания;

V - объем пузырька газа:

а - диаметр подложки;

д - разность плотности жидкости и газа;

g- ускорение свободного падения;

Н -. высота пузырька.

Для упрощения расчетов уравнение (5) преобразовано аппроксимирующее уравнение вида:0 К1 К2 к, н +Кб/и {7)

где KI

дд ., л I Кз W

К4 + KsH + Кб/Н sin 0- a/2b.

Проведенные с помощью ЭВМ по уравнению (7) пересчеты (Н) в (а) по заданным параметрам (V) и (а), позволили определить интервал объемов, для которых функция а (Н) становится неопределенной и резко возрастает ошибка в определении (о). Положение и ширина этой области объемов определяет верхний предел первоначальных объемов плененных пузырьков (Vi) и нижний предел объемов (V2) плененных пузырьков, получаемых после скачкообразного изменения поверхности для получения значений динамического (fjg) поверхностного натяжения.

Предельные значения объемов плененных пузырьков, которые устойчиво закрепляются на подложках с заданными диаметрами, рассчитывались на основе численного решения уравнения Лапласа. Анализ результатов, полученных для сидячих и плененных пузырьков показал, что чувствительность способа с применением плененных пузырьков больше, чем сидячих, если их объемы лежат в интервале значений, определяемых из соотношения

8 - 16 (8) для подложек диаметрами

3

4,5-6 мм. В этих пределах интервал объемов, для которых резко возрастает ошибка в определении (б), рассчитывается из условия 11 (9).

3

Исходя из лимитирующих условий (8) и (9) оцениваются области оптимальных объемов плененных пузырьков, формируемых первоначально(Vi) и после скачкообразного (V2) изменения их поверхности, т.е. 8а Vi 11а(10) 14а V2 16a (11) В таблице представлены результаты по расчету объемов плененных пузырьков газа.

На чертеже изобретения схема устройства, реализующая способ, с контуром плененного пузырька газа.

Устройство содержит осветитель 1, ячейку 2 с прозрачным оптическим окном, в которой установлена стеклянная трубка 3 торцом вниз, электроннооптический скана- тор 4. блок 5 отображения информации с выходом на ЭВМ, источник б питания.

Электронно-оптический сканатор 4 содержит фотообъектив 7, фотоэлектронный регистратор 8, датчик 9 видеосигнала, генератор 10 управления.

Блок 5 отображения информации представляет собой электронный счетчик с визуальной индикацией.

Фотоэлектронный регистратор 8 выпол- нен в виде линейки фотоприемников на элементах с зарядовой связью, например, типа К1200 ЦЛ5 или Е1200 ЦЛ6.

При этом, выход источника 6 питания соединен с осветителем 1, а первый и второй входы соединены соответственно с входом генератора 10 управления и с первым входом блока 5 отображения информации. Первый и второй выходы генератора 10 управления соединены соответственно с входом регистратора 8 и с вторым входом датчика 9 видеосигнала. Первый входдатчи- ка 9 соединен с выходом регистратора 8, а его выход соединен с вторым входом блока 5.

Пример реализации способа. На основе уравнений (6) и (7)с помощью ЭВМ проводят расчеты по обоснованию области оптимальных объемов плененных пузырьков (табл. 1) по изменению высот (-Н) плененных пузырьков при изменении (о)от 70 до 30 мН/м для подложек заданного диаметра (а) и пузырьков газа заданного объема (V). По разности значений высот пузырьков, полученных при 7 70 мН/м ист 30 мН/м

рассчитывают величину изменения высот ( Н) пузырьков для этих же заданных параметров (а) и (V). Полученная величина ( ДН ) является критерием чувствительности способа и, чем больше при изменении (а) будет

изменяться (Н) пузырька, тем с большей точностью будут определены флотационные ха- рактеристики реагента. Расчетами устанавливают, что при изменении (а) от 70 до 30 мН/м параметр (Н) с высокой точностью определяется для пузырьков с диаметром подложки 4,5 мм в интервале объемов от 35 до 65 мм , для пузырьков с диаметром подложки 4,6 мм в интервале от 35 до 70 мм , для пузырьков с диаметром подложки

4,9 мм в интервале объемом от 35 до 80 мм3. Поскольку наибольший объем плененных пузырьков при достаточной точности параметра (Н) получают при диаметре подложки 4.9 мм, то в дальнейшем на последней и

отдано предпочтение формировать пузырьки газа для измерений. Объемы пузырьков газа, сформированные на подложке диаметром 4,9 мм первоначально (Vi) и после скачкообразного растяжения (Va) первоначальной поверхности на 25-50% отвечают условию, соответственно. 11a и 16a. Величина (8а) отвечают нижней границе интервала первоначального объема (Vi) пузырька газа и численно соответствует 40 мм , что удовлетворяет достаточно высокому параметру ( ДН ). Величина (16а) отвечает верхней границе объема пузырька газа (/2) после скачкообразного растяжения и численно соответствует 80 мм3, что удовлетворяет большему значению (АН ) при точности расчета величины (Н) для (т) в интервале 70-30 мН/м. Граница предельного объема пузырька газа для Vi 11 а и для V2 14а определена необходимостью достаточного приращения объема пузырька газа при переходе его от (Vi) к

(V2).

После обоснования граничных объемов плененного пузырька с помощью устройства (фиг, 1) производят измерение кинетических характеристик реагентов (До) и (tp). Для этого в ячейку 1 заливают воду с исследуемым реагентом, от источника б питания включают осветитель 1, электронно-оптический скэнатор4 и блок отображения информации 5. На торце трубки 3 диаметром 4,9 мм выдувают пузырек 11 газа первого заданного объема Vi 55 мм3, при этом величину (Vi) определяют из условия 8а Vi 11 а, выдерживают пузырек газа в течение первого заданного времени равного 120 с целью успокоения его поверхности перед началом измерений.

После этого пузырек 11 раздувают до второго заданного объема /2 68 мм (что соответствует растяжению поверхности на 25%), при этом величину объема пузырька 11 определяют из условия 14а Va S 16а. Скачкообразное изменение объема пузырька 11 создает резкую деформацию его поверхности и увеличение высоты до (Н2) и, как следствие, нарушение поверхностного равновесия.

Созданная таким образом неравновесность вызывает изменение во времени поверхностного натяжения (о) и высоты (Н) пузырька, т.е. его размеров, а изменение размеров пузырька газа во времени связано с временем (tp) восстановления здсорбци- оннбгб равновесия на его поверхности.

Изменение высоты (Н) пузырька приводит к перемещению вершины его теневого изображения относительно центра фотообъектива 7, что изменяет интенсивность светового потока от осветителя 1, проходящего через ячейку 2 и пузырек 11, Изменение йнтенсивност и светового потока регистрирует фотоэлектронный регистратор 8.

Генератор 10 управления с тактовой частотой 1 мГц последовательно считывает накопленные заряды с каждой фоточувствительной ячейки, регистратора 8 и передает в датчик 9

видеосигнала.

Видеосигнал с длительностью строки в 1 мС с датчика 9 поступает в блок 5 отображения информации, который преобразует дли- тельность видеоимпульса в частоту,

значение которой пропорционально геометрическому размеру пузырька газа 11, например его высоте (Н).

Изменение во времени (Н) пузырька газа, зависящей от активности исследуемого

реагента, вызывает изменение интенсивности светового потока во времени. Эти изменения с высоким быстродействием отслеживают фоточувствительные ячейки регистратора 8. Пропорционально изменению интенсивности происходит изменение длительности видеоимпульса, параметры которого после преобразования в блоке 5 поступают в ЭВМ для перевода в значения (Ao)n(tp).

Формула изобретения Способ автоматического измерения флотационной активности реагентов, содержащихся в жидкости, заключающийся в

измерении после скачкообразного изменения величины поверхности пузырька газа разности динамического и статического поверхностных натяжений по изменению высоты пузырька газа с заданным объемов и

диаметром подложки и времени восстановления адсорбционного равновесия по экспоненциальным изменениям во времени высоты пузырька, по которым судят о флотационной активности реагента, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения флотационной активности реагентов путем уменьшения погрешности определения его кинетических характеристик, измеряют объем пузырька

V2. плененного подложкой в момент прекращения растяжения его поверхности на 25-50% от его поверхности, соответствующей первоначальному объему Vi, причем, величину первоначального объема пузырька Vi газа и объема пузырька V2 газа после скачкообразного растяжения поверхности определяют соответственно по зависимостям: 8а Vi 11аи14а Va 16a. где а - диаметр подложки, мм.

Сущность способа заключается в следующем. Предварительно рассчитывают интервалы первоначальных объемов (Vi) плененных пузырьков газа и объемов (V2) плененных пузырьков газа после скачкообразного растяжения поверхности, которые устойчиво закрепляются на подложке заданного диаметра (а). В оборотной воде, содержащей реагент, формируют на подложке заданного диаметра (а) плененный пузырек газа с заданным объемом (Vi) и выдерживают в течение первого заданного времени, причем величину первоначального объема (Л) пузырька газа выбирают из условия 8а .Vi 11 а. Затем плененный пузырек раздувают на 25-50% от его первоначальной поверхности до второго заданного объема (V2), при этом величину объема (Va) пузырька газа выбирают из условия 14а V2 16а. После скачкообразного изменения величины поверхности плененного пузырька газа измеряют разность динамического и статического поверхностного натяжения по изменению высоты пузырька газа и время восстановления адсорбционного равновесия на поверхности пузырька газа по экспоненциальным изменениям во времени высоты пузырька газа, определяют флотационную активность реагентов по названным выше кинетическим характеристикам. 1 табл. 1 ил. ел ч 00 VJ СЛ ел (