Способ автоматического измерения флотационной активности реагентов

 

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 (

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 03 0 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4892579/03 (22) 20.12.90 (46) 15.01.93. Бюл, М 2 (71) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей промышленности (72) В.И.Мелик-Гайказян, В,А;Смольников, В.Т,Пронин, Н.П.Емельянова, В,В,Апальков и Н.В.Чугайнов (56) Мелик-Гайказян В,И. и др, К автоматизированному определению кинетических характеристик флотореагентов, проявляющихся в динамических условиях пенной сепарации/В кн. Труды 17-го

Международного симпозиума по применению ЭВМ и математических методов в горных отраслях промышленности, М.: 1980, т. 7, с, 170-175, Монастырский М.Н, и др, К автоматизированному определению кинематических характеристик флотореагентов, проявляющихся в динамических условиях пенной флотации/В сб. н.тр. Обогащение руд, Иркутск, 1984, с. 129-131. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФЛОТАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ

РЕАГЕНТОВ (57) Сущность способа заключается в следующем. Предварительно рассчитывают интервалы первоначальных объемов (V1) Изобретение относится к обогащению по; лезных 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 ак. Й2 1787556 А1

"плененных" пузырьков газа и объемов (Vz)

"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 (V1) и выдерживают в течение первого заданного времени, причем величину первоначального объема (V1) пузырька газа выбирают иэ условия 8а < Ч1 < 11а. Затем "плененный" пузырек раздувают на 25-507ь от его первоначальной поверхности до второго заданного обьема (V ). при этом величину объема (Н2) 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. тивности реагентов путем уменьшения погрешности определения его кинетических характеристик.

Сущность способа заключается в следующем. Предварительно рассчитывают интервалы первоначальных объемов (V1)

"плененных" пузырьков газа и объемов(1/ ) 1787556

"плененных" пузырьков газа после скачкообразного растяжения поверхности, которые устойчиво закрепляются на подложке. заданного диаметра (а). В оборотной воде, содержащей реагент, формируют на под- 5 ложке заданного диаметра (а) "плененный" пузырек газа с заданным обьемом (/1) и выдерживают в течение первого заданного времени, причем величину первоначального объема (VI) пузырька газа выбирают из 10 услЬви2я 8а 1/1 11а. Затем "плененный" пузырек раздувают на 25-50 (, от его первоначальйбй поверхности до второго заданного обьема (V2), при этом величину объема (Чг) пузырька газа выбирают из условия 15

14а < Чг < 16а. После скачкообразного изменения величины поверхности "плененно.-.

r0" пузырька газа измеряют разность динамического и статического поверхност20 несенной к единице изменения поверхностного натяжения (Ло). Расчеты, проведенные для подложки заданного диаметра, на которой формируется пузырек интервалов поверхйостного натяжения (о), лежащих в 45 пределах 30-75 дин/см и объемов (V) от 35 мм до 90 мм, показали. что (о ) или э з dH удельная средняя величина (ЛН), соответствующая Ьо = 1 дин/см, увеличивается с 50 .увеличением (Я пузырька и уменьшением (о), Поэтому для заданного интервала (5o) . для увеличения чувствительности, а значит повышения точности определения (Ло) и (tp); необходимо увеличить объем пузырька.

Для "сидячих" пузырьков, при прочих равных условиях, увеличение объема ограничено действием гравитационной силы отрыва, являющейся функцией обьема, для "плененного натяжения по изменению высоты пузырька газа и время восстановления адсорбционного равновесия на поверхности пузырька газа по экспоненциальным из. менениям.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 (Лo) можно оценивать по изменению высоты пузырька (ЬН)., Точность оценки величин (Ao) и (tp) по изменению высоты пузырька определяется значением измеряемой величины (ЬН), от25

o= KI Кг (7) 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 Е1 = Ег + Еэ (1), для "плененного" пузырька Fl + Ег = Еэ (2), где FI — капиллярная сила прилипания, Ег— гравитационная сила отрыва, Еэ — капиллярная сила отрыва, Капиллярная сила прилипания Г1 = zcBoslAO (3), где а — диаметр периметра 3-х фазно о контакта, 0 — краевой угол смачивания, o — поверхностное натяжение на границе 3-х фазного контакта. Гравитационная сила отрыва Ег = д у V (4). где д — разность плотности жидкости и газа, д— ускорение свободного падения, V — объем пузырьков газа.

Капиллярная сила отрыва (Еэ = Р ) ла

4 (5), где а — диаметр подложки, Р— капиллярное давление газа в пузырьке, Видно, что в случае "плененного" пузырька гравитационная сила отрыва (Ег) прижимает пузырек к подложке. а в случае

"сидячего" — отрывает его от подложки. Отсюда следует, что замена "сидячего" пузырька "плененным" позволит увеличить обьемы пузырьков, а, следовательно, повысить чувствительность метода.и точность определения кинетических характеристик (h,o) и (tp).

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

o = — 2 —, (6)

sintia2b где Ь вЂ” радиус кривизны пузырька в куполе;

Π— краевой угол смачивания;

Ч вЂ” обьем пузырька газа: а — диаметр подложки; д — разность плотности жидкости и газа;

g — ускорение свободного падения;

Н вЂ” высота пузырька.

Для упрощения расчетов уравнение (5) преобразовано аппроксимирующее уравнение вида:

1787556 да V ла где К =, Кз = —. Кз= л а 4V

К4 + К5Н + К6/Н = $!п 0 — a/2Ü.

Проведенные с помощью ЭВМ по уравнению (7) пересчеты (Н) в (о) по заданным параметрам (Ч) и (а), позволили определить интервал объемов, для которых функция и (Н) становится неопределенной и резко возрастает ошибка в определении (о), Положение и ширина этой области объемов определяет верхний предел первоначальных объемов "плененных" пузырьков (V1) и нижний предел объемов (V>) "плененных" пузырьков, получаемых после скачкообразного изменения поверхности для получения значений динамического (og) 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

V а

4,5-6 мм. В этих пределах интервал объемов. для которых резко возрастает ошибка в определении (6). рассчитывается из условия 11 « — 14 (9).

V а

Исходя из лимитирующих условий (8) и (9) оцениваются области оптимальных объемов "плененных" пузырьков, формируемых первоначально(Ч ) и после скачкообразного (Vz) изменения их поверхности, т.е, 8а < Ч1 <11а (10)

14а <Чг < 16а (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.сканатор 4, блок 5 отображения информации с выходом на ЭВМ, источник 6 питания.

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

4G

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

Фотоэлектронный регистратор 8 выполнен 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 входдатчика 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 Э ВМ проводят расчеты по обоснованию области оптимальных обьемов "плененных" пузырьков (табл.

1) по изменению высот (Н) "плененных" пузырьков при изменении (n) от 70до 30 мН/м для подложек заданного диаметра (а) и пузырьков газа заданного объема (V). По разности значений высот пузырьков, полученных при а= 70 мН/м и 0 = 30 мН/м рассчитывают величину изменения высот (Н) пузырьков для этих же заданных параметров (а) и (V). Полученная величина (ЬН ) является критерием чувствительности способа и, чем больше при изменении (и) будет изменяться (Н) пузырька, тем с большей точностью будут определены флотационные характеристики реагента. Расчетами устанавливают, что при изменении (о) 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 мм .

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 (Ч ) и после скачкообразного растяжения (Ч2) первоначальной rloaepхности на 25-50 отвечают условию, соответственно, 8а <11a и

14а

10

30

40

55 ответствует 40 мм, что удовлетворяет достаточно высокому параметру (ЬН ). Величина (16а) отвечает верхней границе объема пузырька газа (Чг) после скачкообразного растяжения и численно соответствует 80 мм, что удовлетворяет большему значению (ЛН ) при точности расчета величины (H) для (а) в интервале 70-30 мН/м. Граница предельного объема пузырька газа дл я Ч1

< 11a и для Чг < 14а определена необходимостью достаточного приращения обьема пузырька газа при переходе его от (Ч1) к (Чг).

После обоснования граничных объемов

"плененного" пузырька с помощью устройства (фиг, 1) производят измерение кинетических характеристик реагентов (Ло) и (tp).

Для этого в ячейку 1 заливают воду с исследуемым реагентом, от источника 6 питания включают осветитель 1, электронно-оптический сканатор 4 и блок отображения информации 5, На торце трубки 3 диаметром 4,9 мм выдувают пузырек 11 газа первого заданного объема Vt = 55 мм, при этом величину (Vt) определяют из условия 8а V> <11а, 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 Чг = 68 мм (что соответствует растяжению поверхности на

25%), при этом величину объема пузырька

11 определяют из условия 14а < Vz < 16а.

Скачкообразное изменение обьема пузырька 11 создает резкую деформацию его noaepxxocm и увеличение высоты до(Нг) 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 адсорбци- 4 оййого ра вно весия 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 интенсивности 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 длительность видеоимпульса в частоту, значение которой пропорционально геометрическому размеру пузырька газа 11, например его высоте (Н), Изменение во времени (Н) пузырька га за, 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 (Лo) и (тр).

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, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения флотационной активности реагентов путем уменьшения погрешности определения его кинетических характеристик, измеряют объем пузырька

Чг, "плененного" подложкой в момент прекращения растяжения его поверхности на

25-50 от его поверхности, соответствующей первоначальному объему Ч1. причем, величину первоначального объема пузырька V> газа и объема пузырька Чг газа после скачкообразного растяжения поверхности определяют соответственно по зависимостям: 8а < Vt < 11а и 14а < Чг < 16a. где а — диаметр подложки, мм.

1787556

Ооье Высота пузырька Н, нн

II плененноro" пузырь- 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 ка Ч, ннт ..........:.....i i......L i i E....i.1..

2,684 2,870 3,082 3,178 2,308 3,424 3,528 3,192

2,658 2,837 2,995 3,134 3,257 3,366 3,494 3,551

2,622 2,795 2,Э45 3,075 3,189 3,289 3,378 3,455

2,532 2,734 2,872 2,991 3,033 3,180 3,255 3,318

2,434 2,639 2 760 2 860 2,942 3 009 3,061

0,190 0,231 0,272 0,318 0,366 0,415 0,467

Диаметр йоверх. оодлопки натлиение а, ин 6, нН/и

30, бн

4,5 (Величина нзнененнл высот пуэырьков) 3. 686

3,611

3, 509

3,364

4,6 (То ие) 3,615 3,701

3,547 3,627

3,457 3,528

3,328 3,386

3,125 3,161

0,490 О ° 540

3,780

3,699

3 ° 591

3,435

3,852

3.765

3.647

3,573

4,9 (То ые) Составитель В.Смольников

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор З,Салко

Редактор А.Пигина

Заказ 26 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, 7К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

hH

2,643 2,832 2,998

2 618 2,801 2 961

2,584 2,7t0 2,913

2,536 2,701 2,843

2 461 2 611 2 736

0,182 0,221 0,262

2,558 2,711 2,885

2,533 2,684 2,852

2,502 2,647 2,809

2,458 2,591 2,747

2,389 2,516 2,652

О, 169 О, 195 О, 233

3,145 3,277 3,395

3,103 3,229 3,340

3,046 3,163 3,266

2,963 3,070 3,161

2,840 2,927 2,998

0,305 0,350 0,397

3,038 2",178 3,304

3,001 3;135 3,254

2,951 3,077 3,188

2,879 2,984 3,095

2,768 2,867 2,951

0,270 0,311 0,351

3,502 3,599

3,440 3,530

3,358 3,438

3,240 3,307

3,055 3,099

0,447 0,500

3,417 3,521

3,362 3.459

3,288 3,377

3,183 3,261

3,021 3,079

0,396 0,442