гистерезисный краевой угол в момент отрыва частицы.

Так как при отрыве частицы в условиях пенной флотации периметр смачивания быстро передвигается в сторону газообразной фазы, то гистерезисный угол отрыва может быть больше равновесного. Однако в первом приближении его можно считать равным равновесному, так как ошибка от такого допущения невелика.

1. Сила давления пульпы на нижнюю грань частицы

где площадь нижней грани частицы, принимаемая равной площади сечения частицы;

удельное давление пульпы на нижнюю грань.

Удельное давление пульпы на нижнюю грань будет равно разности между гидростатическим давлением на уровне нижней границы частицы и величиной понижения давления, обусловленной движением пузырька и частицы пульпы.

Если плотность частицы значительно отличается от плотности жидкой фазы, то из всех силы, действующих на частицу в условиях пенной флотации, решающее значение имеют две – флотационная и центробежная силы.

При пенной флотации вследствие появления центробежных сил скорости относительного движения пузырьков по направлению к центру вихря и частиц от центра вихря значительно больше, чем скорости подъема пузырьков и падения частиц в спокойной пульпе. Поэтому в зоне перемешивания имеют место большие скорости скольжения частиц по пузырькам. Ускорения, вызываемые такими скольжениями, по данным приближенной оценки превышают ускорение силы тяжести в 30 – 50 раз.

8. Флотационные машины

Исходный сильвинит подвергается флотации в аппаратах, называемых флотационными машинами, в которых происходит минерализация пузырьков воздуха и образование пеноконцентрационного слоя, который самотеком или пеносъемниками направляется в желоб пенного продукта (концентрата). Гидрофильные минералы пустой породы остаются в камере и удаляются через хвостовое отверстие машины.

Применяемые в практике флотационные машины классифицируют в зависимости от способа аэрации пульпы и подразделяют на три большие группы:

1) механические;

2) пневмомеханические;

3) пневматические.

В механических флотомашинах воздух засасывается в пульпу импеллером через полую трубу. Распределение воздуха по всему объему пульпы и перемешивание ее осуществляется тем же импеллером.

В пневмомеханических флотомашинах воздух засасывается вращающимся импеллером и, кроме того, дополнительно подается в пульпу под давлением по специальным воздуховодным трубам.

В пневматических флотомашинах аэрация пульпы осуществляется только сжатым воздухом, подаваемым от воздуходувок.

Работа всех флотационных машин характеризуется степенью аэрации, которая определяет скорость флотации и ее эффективность.

Размер пузырьков воздуха изменяется в широких пределах и зависит главным образом от типа флотомашины. Так, в механических флотомашинах при оптимальном расходе пенообразователя средний размер пузырьков составляет 0.8-1 мм, а в пневматических – 2.5-4.0 мм. Объемное содержание воздуха в хорошо аэрированной пульпе составляет 20-30%.

Механические флотомашины конструкции института Механобр получили наиболее широкое распространение. Для флотации сильвинита используют усовершенствованную машину механического типа ФКМ-63, снабженную решеткой и циркуляционным желобом (рис. 2). Частицы минералов в такой флотомашине выносятся из зоны импеллера на решетку 1, над которой образуется "кипящий" слой из классифицированного материала и взвешенный слой из неклассифицированного материала.

9. Флотационные реагенты

Процесс флотации происходит при участии реагентов, которые условно подразделяются на пять классов:

а) собиратели; б) вспениватели; в) депрессоры; г) активаторы; д) регуляторы среды.

Собиратели – это реагенты, которые образуют на поверхности минерала гидрофобную пленку и делают поверхность несмачиваемой. К собирателям относятся органические соединения – природные жиры, содержащие олеиновые и другие кислоты, ксантогенат калия или натрия и другие. Для флотации сильвинитовых руд применяют амины.

Вспениватели добавляются для получения устойчивых пузырьков воздуха, вспениватели как правило, пропускаются через воду. Представителями класса вспенивателей являются спирты, фенол, крезол и другие.

При наличии в руде нескольких минералов и необходимости выделения в пенный продукт только некоторых применяют депрессоры, которые уменьшают адсорбцию собирателей на поверхности минералов, предотвращая тем самым его флотацию. В качестве депрессоров применяются соли, щелочи и кислоты. Наиболее употребимы цианистый калий, цинковый купорос, известь.

Некоторые минералы флотируются только после того, как на их поверхности образовалась активная пленка. Эту пленку образуют реагенты активаторы. Активаторы также способны нейтрализовать действие депрессоровю Наиболее распространенными являются медный купорос, серная кислота и сернистый натрий.

Для улучшения факторов, способствующих флотации, применяются реагенты – регуляторы процесса.

Регуляторы вводятся в пульпу, изменяя среду, делая ее щелочной или кислотной, что способствует более эффективному воздействию активаторов или депрессоров на поверхности минералов.

10.Технологическая схема процесса флотации

Применяемые в калийной промышленности СНГ схемы флотационного способа переработки сильвинита основаны на переводе в пенный продукт хлорида калия с помощью коллекторов катионного типа и принципиально не отличаются друг от друга. Некоторые различия обусловлены методами выделения глинистых шламов и раздельной флотацией мелко- и крупнокристаллического хлорида калия. Полная технологическая схема процесса флотации представлена на рис.2

Выбор способа удаления шламов зависит от содержания нерастворимого остатка, его состава и распределения по классам крупности. В зависимости от этого применяют один из следующих трех способов (или их комбинацию):

1. Флотационное выделение шламов;

2. Депрессию глинистых шламов;

3. Механическое выделение шламов;

Поскольку два первых метода связаны с использованием реагентов, то их расход определяется пропорционально содержанию нерастворимого остатка (глинистых примесей) в исходном сильвините. Поэтому для удаления шламов с большим его содержанием в исходной руде (свыше 6%) рекомендуется использовать механический способ, который реализуется на гидроциклонах на стадиях измельчения и классификации сильвинитовой руды. Наибольшее распространение получила схема с предварительной флотацией глинистого шлама, поскольку сильвинит наиболее крупного месторождения – Верхнекамского – содержит меньше глинистых примесей. На некоторых предприятиях этого месторождения используется также механическое удаление части шламов перед флотационным удалением.

рис.2. Схема флотации сильвинита с предварительной флотацией глинистых шламов: 1- бункер для руды, 2- стержневая мельница; 3- мешалка; 4 –дуговое сито P=1500; 5 – дуговое сито P=550; 6 – флотомашины шламовой флотации; 7 – флотомашины для перечистки шламов; 8 – флотомашины для перечистки концентрата; 10 – центрифуга; 11 – сгуститель; 12 – сгуститель хвостов; 13 – вакуум-фильтр; 14 – ловушка; 16 – сборник оборотного раствора.

В схеме флотационного удаления шламов сильвинитовая руда измельчается в стержневой мельнице мокрого помола (2). Чтобы классифицировать измельченный сильвинит, мельница работает в замкнутом цикле с дуговым ситом 4. Подрешетный продукт дуговых сит, представляющий пульпу, состоящую из оборотного раствора и части сильвинита, измельченных до –0.07 мм, поступает на основную шламовую флотацию во флотомашину 6. В качестве коллектора в пульпу вводят реагент ОЖК.

Пенный продукт шламовой флотации подвергается перечистке во флотомашине 7 без дополнительной подачи реагентов. Для сгущения пенный продукт перечистки осветляется в сгустителе 11. Осветленный насыщенный раствор возвращается в цикл, а сгущенный шламы после противоточной промывки (ПТП) отправляются в шламохранилище.

С помощью шламовой флотации удается извлечь из сильвинита до 85% нерастворимого остатка.

Обесшламленный сильвинит в виде пульпы с соотношением Ж:Т=1.6…2.0 поступает на основную сильвиновую флотацию во флотомашину 8. Сюда же в качестве коллектора подается подогретый до 40 градусов 1%-нцй раствор солянокислого амина. Пенный продукт основной сильвиновой флотации подвергается перечистке во флотомашине 9. После перечистки концентрат хлорида калия обезвоживается в центрифуге 10. Влажность концентрата после центрифуг составляет 5%. Концентрат подвергается сушке в печах кипящего соля или в трубах-сушилках. Высушенный хлорид калия с влажностью не более 1% отправляется на склад готовой продукции.

Флотационный хлорид калия должен содержать не менее 95% KCl и не более 1.4% NaCl.

Галитовый хвосты основной сильвиновой флотации в виде пульпы с соотношением Ж:Т=2.8…3.2 поступают на фильтрацию. Чтобы облегчить работу фильтрационной установки, хвосты предварительно классифицируют по классу 0.6 мм на дуговом сите 5, а меньшие классы хвостов – в гидроциклонах. Надрешетный продукт фильтруется на вакуум-фильтре 13, а подрешетный продукт, представляющий пульпу, подвергается сгущению в сгустителе 12. Хвосты после сгустителя с соотношением Ж:Т=0.8…1.2 также фильтруются на вакуум-фильтре 13. Осадок на фильтре промывается теплой водой (30-40 градусов) и с влажностью не более 11% отправляется на производство технической соли или на закладку отработанных шахтных камер рудника, а большая часть – в отвал.

По качеству получаемой продукции технологические схемы могут включать в себя стадии мелко- и крупнокристаллической флотации сильвина. Например, в технологической схеме Березниковского калийного рудоуправления №2 предусмотрено последовательное флотационное выделение мелких и крупных кристалоов KCl. Возможно параллельное выделение мелких и крупных кристаллов после предварительной соответствующей классификации руды.

Для более полного извлечения хлорида калия возможно использование комбинированной схемы, включающей также галургическую переработку полупродуктов флотационной фабрики. Такая схема используется на одной из флотационных фабрик Канады.

Наиболее активными собирателями при флотации сильвинитовых руд оказались катионактивные водорастворимые соли. Действие этих собирателей зависит не от химических соединений (образования двойных солей), а от родственных структур.

При флотации солей необходимо соответствие между размерами катиона коллектора и размерами катиона кристалла. Амины могут флотировать все соли, катионы которых по объему ионов отклоняются не более чем на 10% от объемов ионов аминов.

Опыты с радиоактивными изотопами выявили, что для флотации породы не требуется полного покрытия поверхности частиц. Покрытие коллектором 5% поверхности частиц достаточно, чтобы обеспечить хорошую флотируемость. Это покрытие может быть неравномерным, оно может быть и в виде отдельных пятен на ребрах и углах кристаллов.

Лучшие результаты флотации достигаются при применении смеси насыщенных и ненасыщенных аминов, содержащих от 16 до 18 атомов углерода.

ВНИИГ впервые применил в качестве собирателя катионный коллектор – солянокислый октодециламин (C₁₈H₃₇NH₂HCl), что дало возможность перерабатывать измельченную руду, проходящую (до 99%) через сито 24 меш (0.75 мм). Очевидно, что при более грубом помоле увеличивается производительность оборудования в стадии измельчения. Это значительно удешевляет одну из самых дорогостоящих операций – измельчение. Кроме того, более грубый помол уменьшает время флотации и дает возможность получить более качественный концентрат.

Наличие в сильвинитовой руде примесей глины вызвало необходимость специальной флотации глин. Реаген октодециламин является одновременно коллектором и вспенивателем. Адсорбируясь на "примазках" хлористого калия, он флотирует глинистый частицы, образую устойчивую пену. Это затрудняет флотацию крупных частиц сильвинита и транспортировку ценного продукта и увеличивает расход реагента. Указанные причины вызвали необходимость флотационного удаления глин из состава пульпы. Для укрупнения глинистых частиц применяют крахмал.

При применении вспенивателя ФР-2 (продукт окисления уайт-спирита) образуется большое число пузырьков воздуха, которые выносят хлопья глины на поверхность пульпы.

Флотация калийных солей проводится в насыщенных растворах этих солей, так как в воде калийные соли растворяются. Концентрат, полученный в результате флотации обладает лучшими физическими свойствами, чем концентрат, образовавшийся путем охлаждения и кристаллизации насыщенных растворов.