Определение удельной поверхностной энергии руд

Изобретение относится к извлечению полезных компонентов из руд при обогащении полезных ископаемых. Способ включает процесс измельчения руд в лабораторной мельнице в сухом виде, мокром и с добавками, при этом в процессе физического воздействия определяют расчетно-эмпирическим путем удельную энергию, потраченную на измельчение, измеряют удельную поверхность частиц после измельчения и вычисляют удельную поверхностную энергию руд по определенному соотношению. Техническим результатом является повышение эффективности процесса извлечения полезных компонентов из руд и оптимизация режимов работы существующих аппаратов, используемых на стадии минералоподготовки. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к извлечению полезных компонентов из руд при обогащении полезных ископаемых и может быть использовано для оптимизации и повышения эффективности процесса измельчения.

Известен способ, предназначенный для определения коэффициента поверхностного натяжения минералов, основанный на уравнении Гилмана [1]

σ=(Е/у)(аπ)²

где σ - коэффициент поверхностного натяжения, Е - модуль упругости; у - расстояние между соседними плоскостями расщепления; а - радиус действия межатомных сил притяжения.

Представленное выше уравнение применяется при расчете поверхностной энергии плоскостей спаянности кристаллических тел.

Недостатком данного способа является трудоемкость определения характеристик уравнения и большая погрешность результатов. Особенно для рудных металлов.

Наиболее близким является способ, в котором определение удельной поверхностной энергии горных пород включает процесс нагружения образцов до разрушения, определение изменения объема образца как разницы между предельным уменьшением объема при сжатии и остаточной объемной деформации после разрушения, измерение удельной поверхности разрушения и вычисление удельной поверхностной энергии разрушения образца [2].

Недостатком данного способа является трудоемкость экспериментальных исследований и большая сложность теоретических вычислений, включающих множество допущений, приводящих к неточным результатам.

Техническим результатом является повышение эффективности процесса извлечения полезных компонентов из руд и оптимизация режимов работы существующих аппаратов, используемых на стадии минералоподготовки.

В способе определения удельной поверхностной энергии руд, включающем процесс измельчения руд в лабораторной мельнице в сухом виде, мокром и с добавками, в процессе физического воздействия определяют расчетно-эмпирическим путем удельную энергию, потраченную на измельчение, измеряют удельную поверхность частиц после измельчения и вычисляют удельную поверхностную энергию руд по соотношению:

где Е - удельная энергия, затраченная на измельчение;

ΔS - изменение площади межфазной поверхности дезинтегрированных частиц минералов

где S_o - начальная величина удельной поверхности дезинтегрированных частиц, м^-1;

- значение удельной поверхности дезинтегрированных частиц после физико-химического воздействия, м^-1;

V - объем дисперсной фазы системы частиц, м³.

С использованием уравнения термодинамики Гиббса [3] E=σ_yΔS и экспериментальных данных об удельной энергии, затраченной на измельчение Е, можно оценить значение удельной поверхностной энергии руд.

На фиг.1 - сравнительная диаграмма удельной поверхностной энергии руд различных месторождений.

Способ осуществляется следующим образом.

На лабораторной мельнице «Пульверизетте-5» осуществляется измельчение руд. Пробы Многовершинного месторождения подвергаются измельчению в сухом виде, мокром и с добавками NaOH (расход 50, 100 и 300 г/т), Na₂СО₃ (100 г/т), Na₂НСО₃ (100 г/т); стеарат К (100 г/т), пихтовое масло (50 г/т).

Вес навески рассчитывается исходя из заранее определенного насыпного веса дробленой руды и ее объема, равного 2/3 рабочего объема лабораторной мельницы. Скорость вращения мельницы - 120 об/мин (86% от критического).

Полученные данные по выходу класса -0,1 мм занесены в таблицу. С помощью лазерного микроанализатора частиц «Анализетте-22» определялась удельная поверхность руд до и после измельчения.

Расчетно-эмпирическим путем определялась удельная энергия, затраченная на измельчение.

где Е - удельная энергия, Н·м/%;

А - работа, затраченная на измельчение, Дж;

В - среднее значение выхода класса -0,1 мм, %;

t - время измельчения, с.

Расчет удельной поверхностной энергии руды Многовершинного месторождения
Вид измельчения	Вид добавки	Расход. ПАВ, г/т	Среднее значение выхода класса В (-0,1 мм),%	, (м-1)	Е, Н·м/%	м-1	σу·103, Н/м
сухое	-		52,8	0,09	8181,8	3,42	239,23
мокрое	-		60,77	0,11	7108,8	4,29	165,71
мокрое	NaOH	50	86,27	0,23	5007,5	9,43	53,10
	NaOH	100	75,09	0,16	5753,1	6,435	89,4
	NaOH	300	72,43	0,13	5964,3	5,148	115,85
	пихтовое масло	50	66,79	0,12	6468	4,719	137,06
	Na2СО3	100	66,81	0,12	6466,1	4,719	137,02
	Na2НСО3	100	62,10	0,12	6959	4,719	147,47
стеарат К	100	48,05	0,11	8990,6	4,29	209,57

Рассчитывалось значение измельчения площади межфазной поверхности дезинтегрированных частиц минералов ΔS и вычислялась величина удельной поверхностной энергии в сухом виде, мокром и в зависимости от добавок.

Предложенный подход к оценке измельчаемости руд позволяет получить количественное выражение измельчаемости, которое имеет важное практическое значение, т.к. оно необходимо для расчета размеров и числа мельниц при проектировании новых установок, для установления норм производительности мельниц, находящихся в эксплуатации, оптимизации их технологических режимов.

Таким образом, направленное изменение поверхностных свойств руд позволяет прогнозировать и оптимизировать технологические параметры при измельчении руд. Параметр удельной поверхностной энергии руд σ может служить регулируемым параметром контроля кинетики процесса измельчения. Величина удельной поверхностной энергии руд существенно зависит от вещественного состава материала, генетических особенностей генезиса формирования рудного тела, места отбора технологической пробы.

Литература

1. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. М.: Машиностроение, 1986, с.960-999.

2. А/с СССР №1747992 (МПК G01N 3/00) 15.07.1992, 4 с.

3. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982, 400 с.

Способ определения удельной поверхностной энергии руд, включающий процесс измельчения руд в лабораторной мельнице в сухом виде, мокром и с добавками, при этом в процессе физического воздействия определяют расчетно-эмпирическим путем удельную энергию, потраченную на измельчение, измеряют удельную поверхность частиц после измельчения и вычисляют удельную поверхностную энергию руд по соотношению

где Е - удельная энергия, затраченная на измельчение;

ΔS - изменение площади межфазной поверхности дезинтегрированных частиц минералов

где S_o - начальная величина удельной поверхности дезинтегрированных частиц, м^-1;

- значение удельной поверхности дезинтегрированных частиц после физико-химического воздействия, м^-1;

V - объем дисперсной фазы системы частиц, м³.