Способ флотационного обогащения полезных ископаемых

 

Изобретение относится к флотационному обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья, очистке сточных вод промышленных предприятий. Технический результат - избирательное воздействие звуковыми колебаниями на частицы пустой породы, закрепленные на поверхности пузырьков, и сброс их с поверхности пузырьков. Сущность изобретения: включает кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы, обработку пульпы звуковыми колебаниями, флотацию и получение концентрата. Периодически отбирают пробу концентрата, рассеивают по классам крупности, определяют класс крупности, в котором содержание пустой породы максимально, а затем, до следующего отбора пробы, пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой f, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из найденного класса крупности и определяемой по формуле Гц, где f - собственная частота колебаний частиц пустой породы, Гц; σ - поверхностное натяжение воды, Н/м; К₀ = - 1n(r/2а)-0,577 - коэффициент; m = 4/3πρ_sr³ - масса частицы, кг; r - средний размер частиц из класса крупности с максимальным содержанием частиц пустой породы, м; - капиллярная постоянная, м; ρ_s - плотность частиц, кг/м³; ρ_f - плотность воды, кг/м³; g - постоянная тяготения, м/с².

Предлагаемое изобретение относится к флотационному методу обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья, очистке сточных вод промышленных предприятий.

Известен способ флотационного обогащения полезных ископаемых по а.с. СССР N 1554973, B 03 D 1/00, опубл. в БИ N 13, 1990 г. В известном способе воздействию звуковыми колебаниями подвергают объем пульпы, содержащей пузырьки газа. В результате обработки пульпы звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте собственных радиально-сферических колебаний пузырьков, минеральные частицы быстрее закрепляются на поверхности пузырьков, что приводит к увеличению скорости минерализации и, следовательно, всего процесса флотации в целом. Радиально-сферические колебания вызывают изменение объема пузырьков, сферическая форма пузырьков при этом сохраняется. Амплитуда радиально-сферических колебаний пузырьков менее 1 мкм. Эти колебания практически не вызывают раскачку частиц, закрепленных на поверхности пузырьков. Энергии колебательного движения минеральных частиц пустой породы недостаточно для преодоления сил капиллярного прилипания частиц и сброса их с поверхности пузырьков. Качество концентрата в результате обработки пульпы звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте радиально-сферических колебаний пузырьков, не повышается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому решению является способ флотационного обогащения полезных ископаемых по патенту РФ N 2038856, В 03 D 1/00, 1/02, опубл. в БИ N 19, 1995 г.

В известном способе, включающем кондиционирование исходного сырья с реагентами, аэрацию пульпы пузырьками газа обычной флотационной крупности, обработку пульпы звуковыми колебаниями, флотацию и получение концентрата, пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте одной из первых гармоник поверхностных колебаний пузырьков, а интенсивность колебаний определяют по формуле: где C - скорость звука в обрабатываемой жидкости, м/с; A - амплитуда колебаний излучателя, м; σ - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; ϕ - коэффициент объемного газосодержания; R - радиус преобладающих в газожидкостной смеси пузырьков, м; n - номер гармоники поверхностных колебаний пузырьков, n = 2, 3, 4 ... 10.

Известный способ обеспечивает измельчение пузырьков, что увеличивает скорость флотации. Он также позволяет повысить качество концентрата. Повышение селективности извлечения полезного компонента достигается в результате возбуждения на поверхности пузырьков стоячей капиллярной волны. Появление поверхностной волны на пузырьках вызывает раскачку закрепленных на них частиц. При определенных условиях энергии колебательного движения частиц пустой породы достаточно для преодоления сил капиллярного прилипания, а частицы полезного компонента, имеющие большую величину силы прилипания, сохраняют контакт с пузырьком.

К недостаткам указанного способа флотации следует отнести неизбирательность воздействия на частицы звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте одной из первых гармоник поверхностных колебаний пузырьков. Все частицы, находящиеся на поверхности пузырьков, совершают вынужденные колебательные движения. Частицы пустой породы, при достижении определенной амплитуды колебаний, покидают поверхность пузырьков. Основная масса частиц полезного компонента сохраняет контакт с пузырьками. В этих условиях наиболее вероятен отрыв частиц, собственная частота колебаний которых совпадает с частотой вынуждающих колебаний, в независимости от величины силы капиллярного прилипания. Для этих частиц, в том числе и частиц полезного компонента, будет наблюдаться резкий рост амплитуды колебаний и сброс их с поверхности пузырьков даже при значительной силе прилипания. Снижение интенсивности звукового излучения до величины, позволяющей сохранить контакт частиц полезного компонента данного класса крупности с пузырьками, не представляется возможным, так как приведет к снижению амплитуды поверхностных колебаний пузырьков и нарушению селективности извлечения всего диапазона крупности флотируемых частиц. Таким образом, не исключена возможность совпадения частоты собственных колебаний частиц, в том числе и полезного компонента, с частотой одной из первых гармоник поверхностных колебаний пузырька. Хотя это возможно только для узкого класса крупности частиц, извлечение полезного компонента в концентрат снизится.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение селективности извлечения полезного компонента и получение более качественного концентрата при сохранении его извлечения за счет избирательного воздействия звуковыми колебаниями на частицы пустой породы, закрепленные на поверхности пузырьков, и сброса их с поверхности пузырьков.

Поставленная задача достигается тем, что в способе флотационного обогащения полезных ископаемых, включающем кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы, обработку пульпы звуковыми колебаниями, флотацию и получение концентрата, согласно изобретению, периодически отбирают пробу концентрата, рассеивают по классам крупности, определяют класс крупности, в котором содержание пустой породы максимально, а затем, до следующего отбора пробы, пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой f, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из найденного класса крупности и определяемой по формуле: где f - собственная частота колебаний частиц пустой породы, Гц;
σ - поверхностное натяжение воды, H/м;
- коэффициент;
m = - масса частицы, кг;
r - средний размер частиц из класса крупности с максимальным содержанием частиц пустой породы, м;
- капиллярная постоянная, м;
ρ_s - плотность частицы, кг/м³;
ρ_f - плотность воды, кг/м³;
g - постоянная тяготения, м/с².

Обработка пульпы звуковыми колебаниями с частотой f, равной частоте собственных колебаний частиц пустой породы из класса крупности, в котором содержание пустой породы максимально, приводит к резонансному росту амплитуды колебаний частиц. При достижении определенной амплитуды происходит сброс частиц пустой породы с поверхности пузырьков. Частицы полезного компонента сохраняют контакт с пузырьком, так как сила капиллярного прилипания к пузырьку у них значительно больше. Это повышает селективность извлечения полезного компонента и обеспечивает получение более качественного концентрата.

Способ реализуют следующим образом. Исходное сырье кондиционируют с реагентами, проводят аэрацию пульпы. При этом происходит процесс минерализации пузырьков и вынос минеральной нагрузки в пенный слой, то есть - разделение исходного сырья на концентрат и хвосты. В процессе флотации в пенный слой попадают частицы пустой породы. Далее отбирают пробу концентрата и рассеивают ее по классам крупности. Определяют класс крупности частиц, содержание пустой породы в котором максимально. Находят частоту f, равную частоте собственных колебаний частиц пустой породы из данного класса крупности по формуле:

где f - собственная частота колебаний частиц пустой породы, Гц;
σ - поверхностное натяжение воды, H/м;
- коэффициент;
- масса частицы, кг;
r - средний размер частиц из класса крупности с максимальным содержанием частиц пустой породы, м;
- капиллярная постоянная, м;
ρ_s - плотность частицы, кг/м³;
ρ_f - плотность воды, кг/м³;
g - постоянная тяготения, м/с².

Затем пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с найденной частотой f. Интенсивность звукового излучения подбирают экспериментально такой, при которой сила отрыва для частиц породы превышает силу их капиллярного прилипания, а для сброса частиц полезного компонента с поверхности пузырька этой силы недостаточно. Звуковое излучение с данной частотой f будет воздействовать только на заданный класс крупности и не вызовет снижения извлечения других классов крупности. Предположим, например, что после рассева концентрата по классам крупности и проведения химического анализа было установлено наиболее низкое содержание полезного компонента в классе от 15 до 25 мкм. Содержание пустой породы, следовательно, в этом классе максимальное. Ее плотность 4500 кг/м³. Принимают средний радиус частиц указанного класса крупности, равным 10 мкм. По приведенной формуле находят частоту f звуковых колебаний, с которой необходимо обрабатывать пульпу. Частота f звуковых колебаний составит 7,6·10³ Гц. Звуковые колебания с данной частотой f не могут оказать влияния на другие классы крупности. Их собственная частота колебаний не равна найденной частоте f.

Столь высокая частота f звуковых колебаний не позволяет им оказать влияние также и на амплитуду поверхностных колебаний даже мелких, с радиусом менее 200 мкм пузырьков. Диапазон значений частот их собственных колебаний значительно ниже. Таким образом, вынуждающая сила, вызывающая раскачку частиц на поверхности пузырьков отсутствует. Деминерализация пузырьков и снижение извлечения полезного компонента за счет других классов крупности не произойдет.

Частота отбора проб концентрата и корректировка частоты звукового излучения производятся по мере изменения характеристик исходного питания.

Формула изобретения

Способ флотационного обогащения полезных ископаемых, включающий кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы, обработку пульпы звуковыми колебаниями, флотацию и получение концентрата, отличающийся тем, что периодически отбирают пробу концентрата, рассеивают ее по классам крупности, определяют класс крупности, в котором содержание пустой породы максимально, а затем, до следующего отбора пробы, пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой f, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из найденного класса крупности и определяемой по формуле

где f - собственная частота колебаний частиц пустой породы, Гц;
σ - поверхностное натяжение воды, Н/м;
- коэффициент;
m= 4/3πρ_sr³ - масса частицы, кг;
r - средний размер частиц из класса крупности с максимальным содержанием частиц пустой породы, м;
- капиллярная постоянная, м;
ρ_s - плотность частицы, кг/м³;
ρ_f - плотность воды, кг/м³;
g - постоянная тяготения, м/с².