Патент на изобретение №2243824

(54) СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к флотационному обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья. Технический результат – повышение селективности извлечения полезного компонента и получение более качественного концентрата при сохранении его извлечения. Способ включает кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы, периодический отбор проб концентрата, рассеивание их по классам крупности, определение класса крупности, в котором содержание пустой породы максимально, и до следующего отбора пробы обработку пульпы звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из найденного класса крупности, флотацию и получение концентрата. Пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой ^* собственных колебаний частиц пустой породы из найденного класса крупности на поверхности раздела фаз “газ – жидкость”, содержащей конденсированную пленку аполярного реагента, например масла, при этом частоту ^* определяют по установленной зависимости.

Предлагаемое техническое решение относится к флотационному обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья.

Известен способ флотационного обогащения полезных ископаемых по патенту РФ №2038856, В 03 D 1/00, 1/02, опубл. в БИ №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 установленной зависимости.

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. Частицы полезного компонента, имеющие большую величину силы прилипания, сохраняют контакт с пузырьком.

К недостаткам указанного способа флотационного обогащения полезных ископаемых 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 вынужденных 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 флотируемых частиц всего диапазона крупности. Хотя совпадение частот одной из первых гармоник поверхностных колебаний пузырьков и собственных колебаний частиц возможно только для узкого класса крупности частиц, извлечение полезного компонента в концентрат снизится. Возможен также отрыв наиболее крупных частиц полезного компонента, сила инерции которых превысит силу капиллярного прилипания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому решению является способ флотационного обогащения полезных ископаемых по патенту РФ №2167000, В 03 D 1/02, опубл. в БИ №14, 2001 г.

В известном способе, включающем кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы, обработку пульпы звуковыми колебаниями, флотацию и получение концентрата, 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 установленной зависимости.

Обработка пульпы звуковыми колебаниями с частотой f, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из класса крупности, в котором содержание пустой породы максимально, приводит к резонансному росту амплитуды колебаний этих 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. Такой выборочный сброс определенного типа частиц пустой породы повышает селективность извлечения полезного компонента и обеспечивает получение более качественного концентрата.

Однако данный способ флотационного обогащения полезных ископаемых не учитывает влияние реагентов, адсорбированных на поверхности пузырька. Аполярные реагенты, формирующие конденсированную пленку на границе раздела фаз “газ – жидкость”, изменяют поверхностное натяжение границы раздела и собственную частоту колебаний как частиц полезного компонента, так и частиц пустой породы. Рассчитанная по приведенной в патенте №2167000 зависимости частота f звуковых колебаний не совпадает с частотой собственных колебаний частиц пустой породы из класса крупности, в котором содержание пустой породы максимально. Обработка пульпы, содержащей аполярные реагенты, звуковыми колебаниями данной частоты f не позволит получить максимальную селективность извлечения полезного компонента во флотационном процессе.

Технической задачей, решаемой предлагаемым способом, 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 омасленных пузырьков, и сброса их с поверхности этих пузырьков.

Поставленная задача достигается тем, что в способе флотационного обогащения полезных ископаемых, включающем кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы, периодический отбор проб концентрата, рассеивание их по классам крупности, определение класса крупности, в котором содержание пустой породы максимально, и до следующего отбора пробы обработку пульпы звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из найденного класса крупности, флотацию и получение концентрата, пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой f^* собственных колебаний частиц пустой породы из найденного класса крупности на поверхности раздела фаз “газ – жидкость”, содержащей конденсированную пленку аполярного реагента, например масла, при этом частоту f^* определяют по формуле:

где – поверхностное натяжение воды, Н/м;

* – поверхностное давление в конденсированной пленке аполярного реагента, например масла, на поверхности воды, Н/м;

– коэффициент;

r – средний радиус частиц из класса крупности с максимальным содержанием пустой породы, м;

– капиллярная постоянная, м;

_f – плотность воды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

– масса частицы пустой породы, кг;

_s – плотность частицы, кг/м³.

Обработка пульпы звуковыми колебаниями с частотой f^* собственных колебаний частиц пустой породы из найденного класса крупности на границе раздела “газ – жидкость” в присутствии конденсированной пленки аполярного реагента, например масла, приводит к резонансному росту амплитуды колебаний частиц пустой породы. Звуковые колебания воздействуют только на частицы из класса крупности, в котором содержание пустой породы максимально. При достижении определенной амплитуды происходит сброс частиц пустой породы с поверхности омасленных пузырьков. Частицы полезного компонента, сила капиллярного прилипания к пузырьку у которых больше, сохраняют с ним контакт. Это повышает селективность извлечения полезного компонента и обеспечивает получение более качественного концентрата при сохранении его извлечения.

Способ реализуют следующим образом. Исходное сырье кондиционируют в пульпе с реагентами, проводят аэрацию пульпы. При этом происходит процесс минерализации пузырьков и вынос минеральной нагрузки в пенный слой, то есть происходит 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^* собственных колебаний частиц пустой породы из данного класса крупности на границе раздела “газ – жидкость”, содержащей конденсированную пленку аполярного реагента, например масла, по формуле:

,

где – поверхностное натяжение воды, Н/м;

^* – поверхностное давление в конденсированной пленке аполярного реагента, например масла, на поверхности воды, Н/м;

– коэффициент;

r – средний радиус частиц из класса крупности с максимальным содержанием пустой породы, м;

– капиллярная постоянная, м;

_f – плотность воды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

– масса частицы пустой породы, кг;

_s – плотность частицы, кг/м³.

Поверхностное давление ^* в конденсированной пленке аполярного реагента, например масла, на поверхности воды, представляющего собой композицию различных химических соединений, определяют экспериментально по известным методикам. Если аполярный реагент представлен одним химическим веществом, то ^* находят из литературных источников. Затем пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с найденной частотой f*. Интенсивность звукового излучения подбирают экспериментально такой, при которой сила отрыва частиц пустой 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 рассеивания 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 пустой породы указанного класса крупности равным 10 мкм. По приведенной формуле находят частоту f^* звуковых колебаний, с которой необходимо обрабатывать пульпу. Частота f^* звуковых колебаний составит 8,61·10³ Гц. Звуковые колебания с данной частотой f^* не могут оказать влияния на другие классы крупности. Собственная частота колебаний частиц классов крупности, не входящих в диапазон от 15 до 25 мкм, не равна найденной частоте f^*, и резонансного увеличения амплитуды колебаний для этих частиц не произойдет. 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 собственных частот их колебаний значительно ниже. Таким образом, вынуждающая сила, вызывающая раскачку частиц полезного компонента на поверхности пузырьков, отсутствует. Деминерализации пузырьков и снижения извлечения полезного компонента за счет других классов крупности не произойдет. Снижения извлечения полезного компонента не произойдет и в классе крупности от 15 до 25 мкм, так как сила капиллярного прилипания его извлекаемых частиц, за счет большой величины краевого угла, превышает силу отрыва, и контакт данных частиц с пузырьками сохранится во время звукового воздействия.

Частоту отбора проб концентрата и корректировку частоты f^* звуковых колебаний производят по мере изменения характеристик исходного материала, поступающего на флотацию.

Формула изобретения

Способ флотационного обогащения полезных ископаемых, включающий кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы, периодический отбор проб концентрата, рассеивание их по классам крупности, определение класса крупности, в котором содержание пустой породы максимально, и до следующего отбора пробы обработку пульпы звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из найденного класса крупности, флотацию и получение концентрата, отличающийся тем, что пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой ^* собственных колебаний частиц пустой породы из найденного класса крупности на поверхности раздела фаз “газ – жидкость”, содержащей конденсированную пленку аполярного реагента, например масла, при этом частоту ^* определяют по формуле

где – поверхностное натяжение воды, Н/м;

^* – поверхностное давление в конденсированной пленке аполярного реагента, например масла, на поверхности воды, Н/м;

– коэффициент;

r – средний радиус частиц из класса крупности с максимальным содержанием пустой породы, м;

– капиллярная постоянная, м;

– плотность воды, кг/м³;

– ускорение свободного падения, м/с²;

– масса частицы пустой породы, кг;

_s – плотность частицы, кг/м³.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.09.2006

Извещение опубликовано: 20.08.2007 БИ: 23/2007