Патент на изобретение №2309801

(54) СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья. Позволяет повысить качество концентрата за счет повышения селективности извлечения частиц требуемого минерала при сохранении объемов его извлечения в концентрат и несложного аппаратурного оформления флотационной машины. Способ включает кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, перемешивание пульпы и ее аэрацию во флотационных камерах, флотацию с получением концентрата, периодический отбор проб концентрата, рассеивание их по классам крупности и определение класса крупности, в котором содержание частиц вмещающих пород максимально. Перемешивание пульпы производят во флотационных камерах перечистки концентрата, при этом интенсивность перемешивания пульпы до следующего отбора пробы концентрата выбирают по величине скорости диссипации энергии, которую определяют по установленной зависимости.

Техническое решение относится к флотационному методу обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья.

Известен способ флотационного обогащения полезных ископаемых по патенту РФ №2236305, В03D 1/02, опубл. в БИ №26, 2004 г., включающий кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, перемешивание пульпы и ее аэрацию во флотационных камерах, флотацию и получение концентрата. Интенсивность перемешивания пульпы во флотационных камерах перечистки концентрата выбирают по величине скорости диссипации энергии, которую определяют по установленной зависимости.

Перемешивание пульпы с интенсивностью, при которой энергия, рассеиваемая в единице объема пульпы за единицу времени (скорость диссипации энергии), соответствует найденному значению , приводит к согласованию частоты пульсаций турбулентных образований с масштабом, равным диаметру используемых пузырьков, частоте второй гармоники их поверхностных колебаний. В результате резонансных явлений – совпадения частоты турбулентных образований с частотой поверхностных колебаний пузырька – амплитуда второй гармоники на поверхности раздела «газ – жидкость» возрастает. Это приводит к возрастанию амплитуды вынужденных колебаний всей минеральной нагрузки, находящейся на поверхности пузырька. Происходит одновременный рост амплитуды колебаний частиц требуемого минерала (минерала, извлекаемого в пенный продукт) и частиц вмещающих пород. При достаточно сильной раскачке закрепившихся частиц и достижении инерционной силой отрыва величины, превышающей значение силы капиллярного прилипания, происходит сброс частиц вмещающих пород. По причине неуправляемого резонансного роста амплитуды второй гармоники поверхностных колебаний пузырьков помимо сброса частиц вмещающих пород сбрасываются и частицы требуемого минерала. В результате при повышении качества концентрата объем извлечения требуемого минерала в концентрат понижается.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ флотационного обогащения полезных ископаемых по патенту РФ №2167000, В03D 1/02, опубл. в БИ №14, 2001 г., включающий 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 частиц пустой породы максимально. Затем до следующего отбора пробы пульпу обрабатывают звуковыми колебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний частицы пустой породы из найденного класса крупности по установленной зависимости.

К недостаткам указанного способа следует отнести неравномерность обработки объема пульпы звуковыми колебаниями. Наиболее сильное звуковое поле наблюдается в области, прилегающей к излучателям. В то же время объем пульпы, находящийся на некотором удалении от излучателей, будет обрабатываться в меньшей мере за счет гашения амплитуды звуковой волны в процессе ее распространения по объему пульпы. Наиболее сильное гашение энергии звуковой волны наблюдается в смесях, содержащих воду и свободную газовую фазу в виде пузырьков. Энергия звуковой волны в этом случае передается пузырькам, вызывая их колебания. Даже на сравнительно небольших расстояниях от излучателя энергия звукового излучения практически полностью поглощается и ее воздействия недостаточно для разрушения флотационного комплекса «частица вмещающей породы – пузырек». В то же время в объемах, примыкающих к излучателям, происходит интенсивная и неселективная деминерализация газовой фазы за счет сброса частиц требуемого минерала и частиц вмещающих пород. Объем извлечения требуемого минерала в концентрат снижается. Другим недостатком этого способа является значительное усложнение конструкции флотационных камер.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение качества концентрата за счет повышения селективности извлечения частиц требуемого минерала при сохранении объемов его извлечения в концентрат и несложного аппаратурного оформления флотационной машины.

Поставленная задача достигается тем, что в способе флотационного обогащения полезных ископаемых, включающем кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, перемешивание пульпы и ее аэрацию во флотационных камерах, флотацию с получением концентрата, периодический отбор проб концентрата, рассеивание их по классам крупности и определение класса крупности, в котором содержание частиц вмещающих пород максимально, согласно техническому решению перемешивание пульпы производят во флотационных камерах перечистки концентрата, при этом интенсивность перемешивания пульпы до следующего отбора пробы концентрата выбирают по величине скорости диссипации энергии, которую определяют по формуле:

где – поверхностное натяжение воды, Н/м;

– коэффициент;

d – размер частиц вмещающих пород, содержание которых в пробе концентрата максимально, м;

– капиллярная постоянная, м;

_f – плотность частиц вмещающих пород, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

– плотность пульпы, кг/м³.

Перемешивание пульпы с интенсивностью, при которой энергия, рассеиваемая в пульпе в единице объема за единицу времени, соответствует найденному значению , приводит к согласованию характерной частоты пульсаций турбулентных образований с масштабом, равным диаметру частиц вмещающих пород, и собственной частоты колебаний указанных частиц, закрепленных на границе раздела «газ – пульпа». Пульсации турбулентных образований данного масштаба оказывают периодическое силовое воздействие на частицы вмещающих пород, вызывая их раскачку на границе раздела. При достаточно сильной раскачке закрепившихся частиц и достижении инерционной силой отрыва величины, превышающей значение силы капиллярного прилипания, происходит сброс частиц вмещающих пород. Частицы требуемого минерала, сила капиллярного прилипания которых превышает силу капиллярного прилипания частиц вмещающих пород, сохраняют в этих условиях контакт с пузырьком газа. Вследствие равномерной по объему скорости диссипации энергии все флотационные комплексы, находящиеся в объеме пульпы, испытывают одинаковое периодическое воздействие пульсаций турбулентных образований. Селективная деминерализация поверхности раздела «газ – пульпа» осуществляется во всем объеме пульпы. В результате повышают качество концентрата за счет повышения селективности извлечения частиц требуемого минерала и сохраняют объем его извлечения в концентрат за счет превышения сил капиллярного прилипания частиц требуемого минерала к пузырьку над силами инерционного отрыва. Перемешивание пульпы с указанной интенсивностью только во флотационных камерах перечистки концентрата позволяет сохранить затраты энергии во флотационном переделе на уровне, близком к прототипу.

Способ реализуют следующим образом. Предположим, что флотируют частицы достаточно тонких классов крупности, то есть с размером менее 20÷30 мкм. Более крупные частицы требуемого минерала отсутствуют. Качество концентрата в перечистных операциях, выполняемых традиционным способом, не достигает заданного значения, и необходимо повысить селективность извлечения требуемого минерала. Для этого исходное сырье кондиционируют в пульпе с реагентами, перемешивают и аэрируют пульпу во флотационных камерах перечистки концентрата (далее – камеры), флотируют и получают концентрат. Периодически отбирают пробы концентрата, рассеивают их по классам крупности и определяют класс крупности, в котором содержание частиц вмещающих пород максимально. Интенсивность перемешивания пульпы во флотационных камерах до следующего отбора пробы концентрата выбирают по величине скорости диссипации энергии, которую определяют по формуле:

где – поверхностное натяжение воды, Н/м;

– коэффициент;

d – размер частиц вмещающих пород, содержание которых в пробе концентрата максимально, м;

– капиллярная постоянная, м;

_f – плотность частиц вмещающих пород, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

– плотность пульпы, кг/м³.

В ограниченной по объему области камеры флотационной машины в единице объема за единицу времени рассеивают энергию, определяемую по приведенной формуле. Например, при наиболее вероятных для условий пенной флотации значениях , , d, , равных соответственно 0,068 Н/м, 4500 кг/м³, 0,00003 м, 1200 кг/м³, скорость диссипации энергии составит 271 м²/с³. При этом мощность, сообщаемая расположенному в ограниченной по объему области камеры флотационной машины перемешивающему устройству, составит 271 Вт/кг (на каждый килограмм перемешиваемой пульпы). Ограниченную по объему область располагают в верхней части камеры флотационной машины на пути поднимающихся минерализованных пузырьков. Перемешивание пульпы с указанной интенсивностью приводит к согласованию характерной частоты пульсаций турбулентных образований с масштабом, равным диаметру частиц вмещающих пород (d=30 мкм), и собственной частоты колебаний указанных частиц, закрепленных на границе раздела «газ – пульпа». Турбулентные образования данного масштаба оказывают периодическое силовое воздействие на частицы вмещающих пород, вызывая их раскачку на границе раздела. В результате резонансных явлений – совпадения характерной частоты пульсаций турбулентных образований и частоты собственных колебаний частиц вмещающих пород на поверхности пузырька – амплитуда вынужденных колебаний этих частиц на поверхности раздела «газ – пульпа» возрастает. При достаточно сильной раскачке закрепившихся частиц и достижении инерционной силой отрыва величины, превышающей значение силы капиллярного прилипания, происходит сброс частиц вмещающих пород. Частицы требуемого минерала, сила капиллярного прилипания которых превышает силу капиллярного прилипания частиц вмещающих пород, сохраняют в этих условиях контакт с пузырьком газа. Вследствие равномерной по объему скорости диссипации энергии все флотационные комплексы испытывают одинаковое периодическое воздействие пульсаций турбулентных образований. За счет этого эффекта осуществляется селективная деминерализация газовой фазы во всем объеме пульпы. Объем извлечения требуемого минерала в концентрат при этом сохраняется. Далее всплывающие минерализованные пузырьки выносят частицы требуемого минерала в пенный слой, который после обезвоживания представляет собой концентрат. Частицы вмещающих пород, оставшиеся в пульпе, выводят из флотационной машины с камерным продуктом и в зависимости от принятой технологии обогащения направляют в хвосты или используют как промышленный продукт. За счет данного эффекта повышают селективность извлечения тонких частиц требуемого минерала с размером менее 20÷30 мкм, в том числе при близких поверхностных свойствах разделяемых минералов. За счет повышения селективности извлечения частиц требуемого минерала при сохранении объема его извлечения в концентрат повышают качество последнего. Использование дополнительного перемешивающего устройства в ограниченной по объему области камеры флотационной машины практически не усложняет ее конструкцию.

Формула изобретения

Способ флотационного обогащения полезных ископаемых, включающий кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, перемешивание пульпы и ее аэрацию во флотационных камерах, флотацию с получением концентрата, периодический отбор проб концентрата, рассеивание их по классам крупности и определение класса крупности, в котором содержание частиц вмещающих пород максимально, отличающийся тем, что перемешивание пульпы производят во флотационных камерах перечистки концентрата, при этом интенсивность перемешивания пульпы до следующего отбора пробы концентрата выбирают по величине скорости диссипации энергии, которую определяют по формуле

где – поверхностное натяжение воды, Н/м;

– коэффициент;

d – размер частиц вмещающих пород, содержание которых в пробе концентрата максимально, м;

– капиллярная постоянная, м;

_f – плотность частиц вмещающих пород, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

– плотность пульпы, кг/м³.