Флотация и флотационные реагенты в технологии обогащения руд

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 31 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Некоммерческое акционерное общество "Восточно-Казахстанский университет имени Сарсена Аманжолова"

« Обогощение сырья »

Выполнила: Болатқан Д. Қ.

7М05302 химия 2курс

Дисциплина: «Хемометрика»

Усть-Каменогорск

2021 год

Содержание

Введение
Флотация

2. 1. флотационные реагенты

2. 1. 1. реагенты собиратели

2. 1. 2. Сульфигидритные собиратели

2. 1. 3. Катионные собиратели

2. 1. 4. Аполярные собиратели

2. 2. Реагенты

2. 3. Реагенты собиратели

3. Зыряновское месторождение

3. 1. Малеевский рудник

Введение

Под обогащением сырья в узком смысле слова подразумевается возможно более полное выделение из разнородные по составу и свойствам массы составных частей одного вполне определённого состава. Цель обогащения - получить сырье с большим содержанием полезных элементов для облегчения технологической переработки сырья экономики транспорта. При обогащении пустая порода содержащая бесполезные, а во многих случаях и вредные элементы отбрасывается в отвал поверхность частицы полезных минералов увеличивается путём тонкого измельчения, что облегчает процесс разделения.

Большое значение обогащения заключается и в том чтобы получаемые концентраты имеют стандартные, постоянные и более однородные, чем исходное сырье состав и свойства. Обычно обогащению подвергает руды уже достаточно измельчённые или разрыхленные (естественно или искусственно) и неоднородные по химическому составу и физическим свойствам. Обогащение по большинству схем даёт три продукта:

А) готовый продукт или контраста зёрна руды отделённая от пустой породы

Б) отход или пустая порода часто называемые хвостами

В) иногда промежуточный продукт состоящий из не обогащенной исходной руды или с ростков не разделенных зерен в некоторых процессах он может не получаться.

Готовые продукты отходы после каждой стадии стадии обогащения собирают отдельно и в дальнейших стадиях обогащения они не участвуют а промежуточные продукты вновь подвергаются обогащению

Флотация

Термин «флотация» («flotation») в переводе с английского языка означает «всплывание твердых частиц на поверхность жидкости». В основе флотации как метода обогащения полезных ископаемых лежит использование различий в физико-химических свойствах поверхности частиц разделяемых минералов, наиболее существенными из которых является их смачиваемость водой и способность к взаимодействию с реагентами и газами.

Процесс флотации осуществляется в перемешиваемой водной минеральной суспензии (флотационной пульпе), в которую тем или иным способом вводят пузырьки воздуха. При этом частицы минералов, плохо смачиваемые водой (гидрофобные), при соприкосновении с пузырьками воздуха прилипают к ним и всплывают на поверхность пульпы, образуя слой минерализованной пены, которая самотеком или принудительно с помощью специальных гребков выделяется в отдельный продукт (флотационный пенный продукт) . Другие минералы, хорошо смачиваемые водой (гидрофильные), остаются в объеме флотационной пульпы, образуя камерный продукт.

Подавляющее большинство природных минералов смачиваются водой и без специальной подготовки не могут быть разделены методом флотации. Подготовка природных минералов к флотационному обогащению кроме операций дробления, измельчения и приготовления водных суспензий включает стадию обработки суспензий специальными реагентами, которые избирательно адсорбируются на поверхности раздела фаз и изменяют поверхностные свойства минералов и воды. Реагенты, преняемые при флотации, называются флотационными реагентами. Они обеспечивают высокую избирательность и эффективность процесса флотации и делают флотационный метод обогащения универсальным. Без применения флотационных реагентов флотация практически невозможна.

Флотационные реагенты

Состав флотационных реагентов весьма разнообразен. В их число входят органические и неорганические соединения, кислоты, щелочи, соли различного состава, вещества, хорошо растворимые и практически нерастворимые в воде. В зависимости от назначения флотационные реагенты подразделяются на три группы: собиратели, или коллекторы, пенообразователи, регуляторы.

Собиратели , или коллекторы . К собирателям относятся органические соединения, которые избирательно абсорбируются на поверхности минералов и делают ее гидрофобной. Тем самым создаются условия для прилипания гидрофобизированных минералов к воздушным пузырькам, которые выносят их на поверхность флотационной пульпы. Таким образом, собиратели создают необходимые условия для обогащения руды, т. е. для выделения из всей массы руды полезных минералов.

Пенообразователи . В качестве пенообразователей используются поверхностно-активные вещества, которые адсорбируются на поверхности раздела вода - воздух и способствуют сохранению воздушных пузырьков в дисперсном состоянии, препятствуя их коалесценции, т. е. слиянию пузырьков друг с другом. Пенообразователи увеличивают устойчивость флотационной пены за счет увеличения стабильности минерализованного пузырька, всплывающего на поверхность флотационной пульпы.

Регуляторы . Основным назначением реагентов этого класса является регулирование действия собирателей на частицы минералов с целью повышения избирательности флотационного процесса. В присутствии регуляторов собиратель гидрофобизирует лишь те минералы, которые должны переходить в пену. По принципу действия на минералы регуляторы подразделяются на два класса: активаторы и депрессоры (или подавители) . К активаторам относятся такие вещества, которые взаимодействуют с поверхностью определенного минерала и способствуют более прочному закреплению собирателей, т. е. активируют действие собирателей и тем самым улучшают результаты флотации. Депрессоры, наоборот, ухудшают закрепление собирателей на поверхности минералов и снижают флотируемость тех минералов, извлечение которых в пенный продукт нежелательно. В качестве активаторов и депрессоров чаще всего применяют неорганические вещества - кислоты, щелочи и соли, однако в ряде случаев в качестве депрессоров применяют и органические соединения. К регуляторам относятся также реагенты, называемые регуляторами среды. Они создают благоприятную среду для флотации одних минералов и неблагоприятную для флотации других. Действие этих реагентов выражается в обеспечении необходимого для флотации ионного состава пульпы, в изменении концентрации водородных ионов или растворимых солей, в сохранении дисперсности частиц шламов для улучшения условий флотации и в создании оптимальных условий для действия собирателей, активаторов и депрессоров.

Рассмотрим более подробно виды флотационных реагентов, их состав, свойства, механизм взаимодействия с компонентами флотационной пульпы и принципы их подбора.

2. 1. Реагенты - собиратели .

В качестве собирателей используются аполярные жидкости и гетерополярные поверхностно- активные органические вещества, имеющие полярно-аполярную структуру. Аполярная часть молекулы представляет собой углеводородный радикал, слабо взаимодействующий с диполями воды и характеризующийся ясно выраженной гидрофобностью, связанной с наличием у углеводородных радикалов весьма слабых боковых сил Ван- дер-Ваальса при высоком значении сил связи внутри самих углеводородных цепей (связь между атомами углерода С-С) . Полярная часть молекулы в противоположность аполярной отличается способностью взаимодействия с водой и характеризуется ясной гидрофильностью. Примером собирателя, имеющего гетерополярную структуру, является олеат натрия С ₁₇ Н ₃₃ СООNa.

Ее строение и состав (наличие кислорода и натрия) предопределяют повышенную активность по отношению к диполям воды и поверхностям минерала. Олеат натрия растворим в воде. В водных растворах молекула олеата натрия диссоциирует на анион С ₁₇ Н ₃₃ СОО ^- и катион Nа ⁺ . В водной суспензии, содержащей твердые частицы, анион адсорбируется на поверхности минерала полярной головкой, а углеводородный радикал ориентируется в сторону водной фазы, обволакивая поверхность минерала гидрофобной пленкой. Таким образом, достигается гидрофобизация минерала. Поэтому в данном случае анион является гидрофобизирующим ионом, а катион - негидрофобизирующим ионом. В состав гидрофобизирующего иона кроме углеводородного радикала входит группа атомов

―С=О

O―

осуществляющая связь углеводородного радикала с поверхностью минерала. Эта группа называется солидофильной. В других собирателях углеводородный радикал входит в состав катиона, поэтому гидрофобизирующим ионом в таких собирателях является катион. В связи с этим принято разделять собиратели на анионоактивные и катионоактивные. Кроме того, в некоторых случаях в качестве собирателей применяют аполярные углеводородные жидкости, не диссоциирующие на ионы.

Классификация реагентов-собирателей представлена на рис.

Рис. Классификация реагентов-собирателей

Из всех типов собирателей наибольшее применение в промышленности получили анионоактивные собиратели, которые в зависимости от состава и структуры солидофильной группы подразделяются на два вида: собиратели на основе органических кислот и сульфокислот и сульфгидридные собиратели.

Анионные собиратели на основе органических кислот, органических сульфокислот и их солей. Наиболее часто из этих собирателей применяют органические кислоты RCOOH или мыла, т. е. соли щелочных металлов органических кислот RCOONa. Солидофильная группа в таких собирателях представлена карбоксилом

―С = О

О―

свободная углеродная связь которого соединена с углеводородным радикалом. Гидрофобизирующим ионом в таких собирателях является анион

R―C = O.

O―

Эффект гидрофобизации поверхности минералов при использовании карбоксильных собирателей зависит от прочности закрепления собирателя на поверхности минерала и длины углеводородного радикала. Карбоновые кислоты образуют труднорастворимые соли с металлами щелочноземельной группы - кальцием, магнием, стронцием и барием, поэтому они являются весьма эффективными собирателями для большинства несульфидных минералов, имеющих в кристаллической решетке катионы указанных металлов.

Расход собирателя и эффективность процесса флотации определяется главным образом длинной углеводородного радикала, что подтверждается практическими данными по флотации галенита различными органическими кислотами

Эти данные показывают, что низкомолекулярные карбоновые кислоты не могут использоваться в качестве собирателей из-за их высокого расхода. Число атомов углерода в аполярной группе карбоксильных кислот должно быть не меньше 8, а лучше, если оно будет больше 12. Однако с увеличением длины углеводородного радикала в органических кислотах резко снижается их растворимость в воде. Например, при увеличении длины радикала на одну группу СН ₂ растворимость кислоты снижается в 2, 4 раза. Поэтому насыщенныекарбоновые кислоты и мыла с 18-20 атомами углерода в аполярной группе не растворяются в воде и не могут быть использованы в качестве собирателей. В то же время ненасыщенные органические кислоты имеют значительно большую растворимость в воде и с увеличением степени ненасыщенности, т. е. с увеличением числа двойных связей в углеводородном радикале, собирательная способность карбоновых кислот возрастает. Поэтому в качестве собирателей чаще всего используют ненасыщенные органические кислоты, в частности олеиновую кислоту С ₁₇ Н ₃₃ СООН или олеат натрия С ₁₇ Н ₃₃ СООNa.

Олеиновая кислота является основным компонентом жира, в состав которого входят также насыщенные кислоты - пальмитиновая С ₁₅ Н ₃₁ СООН, стеариновая С ₁₇ Н ₃₅ СООН. Она является побочным продуктом на стеариновых заводах и используется главным образом для варки мыла. Олеиновая кислота представляет собой бесцветную маслообразную жидкость, не имеющую запаха, с плотностью 0, 9 г/см ³ и температурой плавления 14ºС. Она как флотореагент весьма чувствительна к пониженным температурам. Ее эффективность как собирателя резко снижается при температуре ниже 14ºС. Из-за низкой растворимости в воде ее целесообразно подавать во флотационную пульпу в смеси с аполярными соединениями, например с керосином. Это позволяет лучше диспергировать кислоту в пульпе, снизить ее расход и повысить эффективность действия.

В отличие от олеиновой кислоты ее соли, в частности олеат натрия, хорошо растворяются в воде. Олеат натрия является основным компонентом мыла. Поэтому в качестве собирателя чаще всего используют олеат натрия.

Олеиновую кислоту и олеат натрия используют в качестве собирателя при флотации несульфидных руд, содержащих вольфрам, молибден, бериллий, литий, а также апатитов, фосфоритов, железных руд, барита и др.

Однако олеиновая кислота имеет высокую стоимость, поэтому ее стремятся заменить более дешевыми и доступными реагентами, содержащими в своем составе карбоновые кислоты. К числу этих реагентов относятся нафтеновые кислоты. Они отличаются от карбоновых кислот структурой углеводородного радикала, который имеет циклическое строение. Примером нафтеновых кислот является циклопентанкарбоновая кислота:

СН ₂ ―СН ₂

\ СН―С = О

СН ₂ ―СН ₂ /

ОН

Нафтеновые кислоты содержатся в нефти. Они ухудшают качество нефтепродуктов (бензина, керосина, солярового масла), поэтому их выделяют из нефтепродуктов путем обработки растворами щелочи. При этом нафтеновые кислоты нейтрализуются и образуют растворимое в воде нафтеновое мыло, которое называется мылонафтом. После обработки нефтепродуктов щелочью смесь разделяется на два слоя: нижний слой представляет собой водный раствор мылонафта, а верхний - очищенный бензин, керосин и др. Мылонафт представляет собой смесь натриевых солей нафтеновых кислот различного состава. Нафтеновые кислоты используются для флотации несульфидных минералов, однако их расход превышает расход олеиновой кислоты, что компенсируется их дешевизной.

Наряду с нафтеновыми кислотами в качестве собирателей применяют также талловое (сульфатное) масло, являющееся отходом производства целлюлозы. Талловое масло состоит из высших жирных и смоляных кислот, содержание которых составляет около 60%. Жирные кислоты представлены главным образом ненасыщенными соединениями - олеиновой С ₁₇ Н ₃₃ СООН, линолевой С ₁₇ Н ₃₁ СООН и линоленовой С ₁₇ Н ₂₉ СООН кислотами, содержащими одну, две, три двойных связи. Кроме того, в состав талового масла входят и насыщенные кислоты - пальмитиновая и стеариновая.

Из 2 т древесины при варке целлюлозы в щелочной среде образуется 1 т целлюлозы и 35-47 кг таллового масла. Талловое масло, или талловое мыло, широко используется в качестве собирателя при флотации флюорита, апатитов, фосфоритов, барита, железных руд.

С целью удешевления собирателей на основе органических кислот в последнее время широко применяют отходы и побочные продукты различных производств, содержащие в своем составе карбоновые кислоты и их соли и примеси. Некоторые примеси играют роль балласта и не принимают активного участия во флотационном процессе, а другие примеси играют роль пенообразователей или собирателей. К числу таких продуктов относятся рисайкл - продукт окисления дистиллятов, содержащий смесь жирных кислот, СЖК - синтетические жирные кислоты фракции С ₇ -С ₉ и С ₁₀ -С ₁₆ , отходы щелочного рафинирования растительных масел и др.

Наряду с органическими кислотами и их солями в качестве собирателей применяют также органические сульфокислоты и их соли - алкилсульфаты, арилсульфаты и сульфонаты.

Эти реагенты представляют собой производные серной кислоты:

Н―О―S―ОН

в которых один гидроксид замещен углеводородным радикалом линейного или циклического строения. Эти собиратели имеют формулу

R―S―OH

где R - углеводородный радикал.

Наряду с сульфокислотами в качестве собирателей используют их соли, которые называются алкилсульфонами или арилсульфонатами:

R―S―ONa

Cоли значительно лучше растворяются в воде, поэтому их применение более эффективно. В этих собирателях роль солидофильной группы выполняет сульфогруппа

―S―O―

К этой же группе собирателей относится алкил(арил) сульфаты или сульфоэфиры, т. е. эфиры серной кислоты:

O O

R―O―S―OH R―O―S―ONa

O O

В этих соединениях углеводородный радикал связан с серой не напрямую, а через кислородный мостик.

Эти собиратели обладают меньшей флотационной активностью по сравнению с карбоксильными собирателями. Они используются при флотации окисленных минералов со щелочноземельными катионами, главным образом при флотации барита, а также при флотации руд молибдена, вольфрама, флюрита, циркана и др. Углеводородный радикал имеет длину цепочки С ₁₂ -С _20.

Наиболее распространенным собирателем из этой группы является контакт Петрова, который получается при сульфировании различных нефтепродуктов концентрированной серной кислотой при температурах 70-80ºС. Контакт Петрова представляет собой смесь сульфонефтяных кислот с различным строением углеводородного радикала. После нейтрализации этих кислот щелочью образуются мыла сульфонефтяных кислот, имеющих большую растворимость в воде.

2. 1. 1. Сульфгидридные собиратели . Сульфгидридные собиратели относятся к анионоактивным собирателям, в состав солидофильной группы которых входит остаток сероводорода ―SH, называемый (по аналогии с гидроксидом) сульфгидридом. Наиболее важными сульфгидридными собирателями являются ксантогенаты (ксанаты) и дитиофосфаты (аэрофлоты) .

Ксантогенаты R―O―C―S―Me являются солями довольно сильных ксантогеновых кислот. Эти кислоты, в свою очередь, являются кислыми эфирами дитиоугольной кислоты

Н―O―C―SH

Наибольшее применение в качестве собирателей получили ксантогенаты щелочных металлов (натрия, калия), хорошо растворимые в воде. Название ксантогената складывается из наименования углеводородного радикала и металла, входящего в его состав, например:

− этиловый ксантогенат калия С ₂ Н ₅ ОCSSK:

СН ₃ ―СН ₂ ―О―С―SK

− пропиловый (изопропиловый) ксантогенат калия С ₃ Н ₇ ОCSSK:

СН ₃ ―СН ₂ ―СН ₂ ―О―С―SK

− бутиловый (изобутиловый) ксантогенат калия С ₄ Н ₉ ОCSSK:

СН ₃ ―СН ₂ ―СН ₂ ―СН ₂ ―О―С―SK

− амиловый ксантогенат калия С ₅ Н ₁₁ ОCSSK:

СН ₃ ―СН ₂ ―СН ₂ ―СН ₂ ―СН ₂ ―О―С―SK

Во всех ксантогенатах гидрофобизирующим ионом является анион

R―O―C―S―

а солидофильной группой является ―О―С―S―

Основным способом получения ксантогенатов является взаимодействие спиртов с соответствующими щелочами и сероуглеродом по реакции

R―OH + KOH + CS ₂ = R―O―C―SK + H ₂ O

Эта реакция является экзотермической и происходит с весьма большой скоростью. При этом из спиртового раствора щелочи выпадает кристаллический осадок ксантогената. Ксантогенаты щелочных металлов хорошо растворимы в воде и образуют растворы с концентрацией 15-40%. Водные растворы ксантогенатов достаточно стабильны. В кислой среде ксантогенаты быстро разлагаются, в щелочных - гидролизуются с образованием CS ₂ и R―OH.

Ксантогенаты являются эффективными собирателями при флотации сульфидных и некоторых окисленных руд тяжелых цветных металлов (медь, свинец, никель, цинк и др. ) . Это объясняется высоким химическим сродством серы с тяжелыми цветными металлами и низкой растворимостью их ксантогенатов. В то же время ксантогенаты щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы в воде, поэтому не могут использоваться в качестве собирателей при флотации минералов, содержащих в качестве катионов щелочноземельные металлы (кальций, магний) . Эффективность гидрофобизации поверхности минералов зависит от прочности закрепления молекулы ксантогената и длины углеводородного радикала. Закрепление ксантогенатов на поверхности минералов происходит в результате взаимодействия солидофильной группы с катионами металлов. При этом углеводородный радикал ориентируется в сторону воды и обволакивает поверхность минерала тонкой пленкой, делая его гидрофобным. Прочность закрепления определяется произведением растворимости ксантогенатов тяжелых металлов. ПР этиловых ксантогенатов: Zn - 4, 9 · 10 ^-9 , Pb - 1, 7 · 10 ^-17 , Сu - 4, 6 · 10 ^-20 , Аu -

2, 5 · 10 ^-33 .

Чем меньше ПР ксантогената, тем больше прочность его закрепления. Влияние длины углеводородного радикала на показатели флотации халькозина (медный блеск) характеризуется данными, представленными на рис. 6. 9.

Извлечение, %