Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
30 Вопрос. Пленочная флотация – разделение частиц по смачиваемости на плоской поверхности раздела вода–воздух(жидкость-газ). (К термину «СМАЧИВАЕМОСТЬ» - Различие в смачиваемости обусловлено природой химической связи кристаллической решетки. Минералы, хорошо смачиваемые жидкостью, относятся к группе лиофильных (буквально – любящий растворяться). Лиофильные вещества активно взаимодействуют с растворителями. В условиях флотации жидкой фазой является вода, поэтому используется термин гидрофильность (буквально – любящие воду). К группе гидрофильных относятся минералы с ионной связью, а также минералы, содержащие атомы кислорода: оксиды Al, Fe, Mn, Cr и т.д., кварц и большинство силикатов.
Другую крайность представляют лиофобные (боящиеся растворения и смачивания) вещества. Для них характерно слабо выраженное взаимодействие с растворителями. В случае, когда растворителем является вода, эти вещества называются гидрофобными. К группе гидрофобных относятся минералы с ковалентными связями: самородная сера, алмаз, графит, каменный уголь, молибденит, а также слоистые силикаты: тальк, серицит, хлорит, слюды.)
Разделяемые частицы подаются осторожно на водную поверхность сверху: гидрофобные частицы удерживаются на поверхности воды (как смазанная жиром иголка) и выносятся потоком к месту разгрузки, гидрофильные частицы смачиваются водой, тонут в камере аппарата и удаляются в виде хвостов. Процесс пленочной флотации очень тонкий(чувствителен), малопроизводителен и в чистом виде не получил промышленного применения.
Наиболее полно он реализуется при флотогравитации(применяемом в схемах доводки редкоме-
талльных концентратов.) для разделения тяжелых оксидных минералов и сульфидов. Крупность разделяемых минералов достигает 2…3 мм.
(По данному способу смесь относительно крупных частиц разделяемых минералов (3 мм и более) сначала обрабатывается реагентами для повышения флотируемости загрязняющих концентрат сульфидных минералов, а затем поступает на концентрационный стол. Флотирующиеся частицы сульфидных минералов плывут по поверхности воды (пленочная флотация), а нефлотирующиеся минералы разделяются на столе обычным способом: на тяжелую (например, касситерит или вольфрамит) и легкую (силикаты, кварц) фракции.)
Условие равновесия частицы на плоской поверхности раздела газ — жидкость при пленочной флотации:
При пленочной флотации или флотогравитации (рис. 3.1, а) частица удерживается на плоской поверхности раздела газ — жидкость флотационной силой Fф, под которой будем понимать
вертикальную составляющую сил поверхностного натяжения на границе раздела жидкость — газ, приложенных к частице по всему периметру Р смачивания: (3.1)
где — угол наклона поверхности жидкости к горизонту у периметра трехфазного контакта.
Второй силой, направленной вверх, является сила Fr, обусловленная гидростатическим давлением на нижнюю грань частицы и равная, если пренебречь величиной h (см. рис. 3.1, а) весу вытесненной жидкости плотностью бж:
(3.2) где V — объем частицы; g— ускорение свободного падения.
Отрывают частицу плотностью бт от поверхности, направленные вниз внешняя сила Fв и сила тяжести
(3.3)
В условиях равновесия: или с учётом:
т. е. сумма веса частицы, погруженной в жидкость, и внешней отрывающей силы равна флотационной силе.
Критическое значение внешней силы Fкр, вызывающей отрыв частицы, характеризует прочность ее
закрепления:
Если отрыв частицы происходит под действием только силы тяжести, то Fкр= 0 и:
(3.4) где Рм — периметр, a Vм — объем максимальной частицы, или
Fф=Q, (3.5) где Q — вес частицы в жидкости. По уравнению 3.4, впервые полученному С. Валентинером, можно определить максимальный размер частицы, способной удержаться на плоской поверхности раздела жидкость — газ.
Условие флотационного равновесия, записанное П. А. Ребиндером на основании уравнения 3.4 для частиц произвольной формы: Fф/Q= (3.7)
Поскольку где —угол формы (рис. 3.1,6)
позволяет оценить влияние различных факторов на процесс пленочной флотации. Например, оно показывает, что:
при уменьшении размера частиц соотношение Fф/Q резко увеличивается для всех частиц и поэтому переизмельчение должно приводить к ухудшению селективности их разделения;
флотируемость частиц чешуйчатой и игольчатой форм должна быть лучше флотируемости зерен изометрической формы, имеющих меньшее значение периметра смачивания при
том же весе;
способствовать пленочной флотации и флотогравитации частиц будут флотационные реагенты, увеличивающие гидрофобность их поверхности и гистерезис смачивания, но не снижающие существенно значения бж-г;
флотируемость частиц при прочих равных условиях пропорциональна гидрофобности их поверхности и гистерезису смачивания на ней, который может быть обусловлен, в частности, острыми ребрами частиц.
Устойчивость закрепления частиц при пленочной флотации или флотогравитации в практических условиях обеспечивается трудной подвижностью трехфазного периметра контакта и гистерезисом краевого угла ϴ, благодаря которому 'различные волнения на поверхности жидкости, достигая периметра контакта с частицей, не приводят к его перемещению, уменьшению значений Р, Fф и отрыву частицы от поверхности, а компенсируются ростом угла ϴ от ϴ' до ϴ" без изменения периметра контакта (рис. 3.1,б). Флотационная сила Fф при этом временно возрастает, удерживая частицу на поверхности раздела газ — жидкость.
Дополнение к билету, пояснение некоторых понятий: Линия трехфазного контакта называется периметром смачивания. Особенностью его является наличие трех сил (обусловленных свободной поверхностной энергией на границе раздела фаз), векторы которых направлены перпендикулярно линии контакта трех фаз по касательной к поверхности раздела каждых двух фаз. Смачиваемость поверхности твердого при соприкосновении трех фаз (т, ж, г) характеризуется величиной равновесного краевого угла, который представляет собой угол, образованный поверхностью раздела двух фаз с поверхностью третьей фазы. Его принято измерять через жидкую фазу и обозначать символом ϴр. Краевые углы смачивания тел различной степени гидрофобности водой при различных положениях
соприкасающихся фаз приведены на рис. 2.8. Чем меньше смачиваемость минеральной поверхности водой, тем больше степень ее гидрофобности и значение краевого угла ϴр. Абсолютно гидрофобные тела неизвестны. Наибольшей гидрофобностью из всех известных тел обладает парафин, краевой угол которого равен 112°.
Равновесный краевой угол определяется условием равновесия сил, действующих на границе раздела трех фаз:
Явление гистерезиса, затрудняющего достижение равновесного состояния, присуще многим физическим и
физико-химическим процессам, в том числе процессу образования равновесного краевого угла, соответствующего минимальному значению свободной энергии системы. При перемещении периметра смачивания по поверхности
твердого тела обычно возникает противодействующая ему гистерезисная сила. Например (рис. 2.9,а), если жидкая фаза наступает на газообразную, то возникает гистерезисная сила направленная внутрь жидкой фазы. Если же наступает газообразная фаза на жидкую, то возникает гистерезисная сила , направленная внутрь газообразной фазы. Гистерезисные силы и , возникающие при наступлении жидкой фазы на газообразную и газообразной на жидкую, неодинаковы. Физико-химические причины, вызывающие гистерезис смачивания, связаны в основном с формированием прграничных (гидратных) слоев жидкости на поверхности раздела фаз при наступлении водной фазы на газообразную и разрушением их при наступлении газообразной фазы на водную. При этом
наблюдаются следующие закономерности: на гладких поверхностях гистерезис меньше, чем на шероховатых; на более гидрофобных поверхностях при наступлении водной фазы он больше, чем на
более гидрофильных; при наступлении жидкой фазы на газообразную гистерезис больше, чем при наступлении газообразной фазы на жидкую. Различны и образующиеся при этом гистерезисные краевые углы натекания
ϴн и оттекания ϴо (см. рис.2.9, а).
29 Вопрос. Как и всякий процесс обогащения полезных ископаемых, флотация основана на различиях в свойствах разделяемых минералов. При этом используется различие в физико-химических свойствах поверхностей минералов, а именно, различие в их удельных свободных поверхностных энергиях. Свободная энергия частицы' в "любой системе складывается из ее потенциальной и поверхностной энергии. Первая из них
пропорциональна массе или объему частицы, т. е. диаметру частицы в кубе, а вторая — ее поверхности, т. е. диаметру в квадрате. Очевидно, что с уменьшением размера (диаметра) частицы ее потенциальная энергия уменьшается в гораздо большей степени, чем поверхностная энергия. Поэтому, как бы ни была мала поверхностная энергия частицы по сравнению с потенциальной, всегда можно получить частицы малых размеров,
у которых поверхностная энергия будет намного больше потенциальной. Именно такие частицы участвуют во
флотационном процессе разделения. Крупность флотируемых частиц обычно не превышает 0,6 мм, а при особых режимах флотации— нескольких миллиметров.
Флотационная система является гетерогенной, включающей твердую, жидкую и газообразную фазы, которые образуют поверхности раздела: жидкость — газ (ж—г), жидкость — твердое (ж—т) и твердое — газ (т—г). Каждая из поверхностей раздела фаз характеризуется своим значением свободной поверхностной энергии, появление которой обусловлено неодинаковым притяжением молекул поверхностного слоя со стороны
соприкасающихся фаз.(рис. 1.1.)
В объемах соприкасающихся фаз 1 и 2 плотности энергий f1 и f2 постоянны; в поверхностном слое толщиной
h = h1+h2 плотность энергии возрастает, достигая максимума на границе раздела фаз (см. рис. 1.1).
Значение удельной свободной поверхностной энергии б зависит от разницы в значениях полярности соприкасающихся фаз, т. е. разницы в значениях интенсивности действующих в них молекулярных сил. .Мерой полярности фазы могут служить такие ее свойства, как диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул и другие, так называемые молекулярные, свойства фазы. Чем больше разница в значениях полярности соприкасающихся фаз, тем меньше компенсируется взаимодействие между молекулами и .ионами граничащих фаз
и тем больше удельная поверхностная энергия на границе их раздела. По этой причине значение поверхностной энергии на границе раздела двух полярных фаз, а также на границе раздела двух неполярных фаз будет малое, а на границе раздела полярной и неполярной фаз —большое. Разные минералы обязательно отличаются друг от друга
или составом, или строением кристаллической решетки и, следовательно, имеют разные значения удельной поверхностной энергии на границах раздела минерал — газ и минерал — жидкость. Это приводит к тому, что минимум свободной энергии флотационной системы в соответствии со вторым законом
термодинамики достигается для разных минералов при контакте их с разными фазами. Так, для минералов с полярной поверхностью энергетически выгодна поверхность раздела твердое — полярная жидкость (вода), а для минералов с аполярной поверхностью твердое — аполярное вещество (масло, газ), т. е. разные минералы обладают различной способностью закрепляться на рассматриваемых междуфазовых поверхностях. Это
создает условия для их разделения, что используется на практике. По определению К. А. Разумова флотационными
процессами называются процессы разделения минералов, основанные на различной
способности этих минералов закрепляться на междуфазовой поверхности. Частицу минерала,
закрепившуюся на междуфазовой поверхности, называют флотирующейся, незакрепившуюся — нефлотирующейся.
Флотация в отличие от других процессов обогащения является процессом универсальным, так как не существует принципиальных ограничений в отношении возможности ее применения для разделения любых минералов, поскольку все они имеют разные значения удельной свободной поверхностной энергии.
Универсальность флотационного процесса обеспечивается и тем, что если «природная» разница в значениях удельной поверхностной энергии у разделяемых минералов невелика и недостаточна для эффективного флотационного разделения, то она может быть увеличена с помощью специальных реагентов,
называемых флотационными, избирательное закрепление которых на поверхности определенных минералов изменяет их поверхностную энергию в заданном направлении.
Практика подтверждает принципиальную возможность применения флотации для разделения любых минералов и область применения ее в различных отраслях народного хозяйства все время расширяется.( Флотация – метод извлечения твердых минеральных частиц (реже – жидких) из тонкодисперсных трехфазных систем, основанный на различиях разделяемых частиц по смачиваемости водой.) Это различие в смачиваемости минералов водой и заложено в основу флотационного метода обогащения полезных ископаемых. Различие в смачиваемости обусловлено природой химической связи кристаллической решетки.(смотреть 30 билет)
Флотационное разделение минералов может быть осуществлено на следующих поверхностях раздела: жидкость — газ, жидкость — жидкость, жидкость — твердое и газ — твердое. Флотационное разделение минералов на поверхности раздела жидкость — газ. Флотационное разделение минералов, происходящее на плоской поверхности раздела вода — воздух, получило название пленочной флотации(смотреть 30 билет). Продолжение, флотогравитация: Производительность процесса резко возрастает, если при разделении используют не плоскую поверхность раздела жидкость — газ, а криволинейную поверхность пузырьков, образуемых в пульпе, как в процессе пенной флотации и различеных ее модификациях. В этом случае флотирующиеся частицы
закрепляются на пузырьках и выносятся ими на поверхность пульпы, образуя слой минерализованной пены. В зависимости от способа насыщения пульпы пузырьками газа пенная
флотация подразделяется на несколько разновидностей.
При обычной пенной флотации, используемой в настоящее время практически на всех флотационных фабриках,
газом является засасываемый или подаваемый под давлением воздух, который диспергируется в пульпе на мелкие пузырьки с помощью различных устройств. При вакуумной флотации аэрация пульпы-обеспечивается выделением воздуха из раствора. Процесс используется для обогащения коксующихся углей и является перспективным
для флотации тонких шламов других полезных ископаемых. Аналогичный процесс флотации получается, если сначала вода насыщается воздухом под повышенным давлением, а затем при
атмосферном давлении выделяются пузырьки. Такая, флотация с повышенным давлением, или компрессионная
флотация, используется для очистки воды от тонких капелек нефти, которые закрепляются на поверхности
выделяющихся пузырьков и всплывают вместе с ними на поверхности очистного сооружения.
Принцип ,компрессионной флотации получил развитие и используется в настоящее время в разработанном в СССР
В. А. Малиновским процессе адгезионной сепарации, которая включает в себя по существу три по-разному аппаратурно оформленных метода: адгезионную каскадную сепарацию (АКС), глубинную адгезионную сепарацию (ГАС) и поверхностную адгезионную сепарацию (ПАС). Все- они предназначены для извлечения из шахтных, сточных или оборотных вод гидрофобных частиц, осадков и веществ в результате адгезии их на поверхности выделяющихся из раствора пузырьков газа и отделения образующихся флотационных комплексов от
объема жидкости или пульпы. Образование пузырьков пара и выделение растворенного в воде воздуха происходят и при кипячении пульпы. Флотация кипячением применялась некоторое время для обогащения
графитовых руд. При химической, или газовой, флотации пузырьки газа образуются вследствие химического взаимодействия, например, между загружаемой в пульпу кислотой и карбонатами
пустой породы. В этом случае флотирующиеся минералы закрепляются на выделяющихся пузырьках углекислоты. Процесс в течение ряда лет применялся в Австралии для переработки отвалов хвостов отсадки, содержащих сфалерит. При электрофлотации используется междуфазовая поверхность образующихся при электролизе пузырьков водорода или кислорода» крупность которых легко регулируется изменением силы тока. Процесс может быть использован для флота ции мелких или весьма мелких частиц, а также при
осуществлении так называемой ионной флотации и ее разновидностей (пенного фракционирования, флотации гидрофобных и гидрофобизированных осадков, флотоэкстракции), если
поверхность раздела жидкость — газ используется для извлечения из растворов иона и молекул органических соединений или продуктов их взаимодействия с ионами или молекулами неорганических соединений .
При пенной сепарации исходная пульпа, предварительно обработанная реагентами, подается на пену или
аэрированную жидкость. Флотирующиеся частицы удаляются с пеной, а нефлотирующиеся проходят сквозь пену под действием - силы тяжести и разгружаются в виде камерного, продукта.
Процесс пенной сепарации предложен в СССР (в 1961 г.)
В.А.Малиновским и используется в настоящее время для флотационного обогащения фосфоритовых, калийных и других типов минерального сырья. Его применение оказывается особенно
эффективным при обогащении материалов, крупность которых слишком велика для обычной пенной флотации, но мала для эффективного гравитационного обогащения.
Процесс гидрообеспыливания также основан на флотационных явлениях, происходящих на границе раздела
жидкость—'газ. В этом случае через запыленный воздух движутся капельки воды. При столкновении частичек пыли с каплями воды флотирующиеся частицы закрепляются на поверхности капель (т. е. на междуфазовой поверхности раздела жидкость — газ), а нефлотирующиеся частицы переходят внутрь капель (т. е. в жидкую фазу).
Флотационное разделение минералов на поверхности
раздела жидкость — жидкость. На различной способности минералов закрепляться на поверхности раздела вода — масло основан процесс масляной флотации. Столкнувшись с каплями диспергированного в пульпе масла и закрепившись на них, флотирующиеся частицы удерживаются на поверхности раздела масло — вода, а нефлотирующиеся частицы остаются в пульпе. Если плотность масла меньше единицы, то его капельки вместе
с закрепившимися частицами всплывают на поверхность пульпы, образуя слой минерализованного масла, который затем удаляется. Если используется небольшое количество масла с высокой плотностью, то образующиеся минерализованные гранулы опускаются на дно, а нефлотирующиеся зерна выносятся наверх восходящим потоком воды. Флотационный процесс в таком исполнении называется грануляционным. Процесс масляной флотации вследствие большого расхода масла промышленного применения не получил. Грануляционный процесс применяется до настоящего времени на некоторых зарубежных фабриках для обогащения коксующихся углей.
Используемое в процессе флотации масло регенерируется при коксовании угля.
Поверхность раздела жир — вода используется в промышленных условиях для улавливания алмазов. При
обогащении на жировых поверхностях на дно желоба, по которому течет содержащая алмазы пульпа, или на барабан наносится слой вязкого жира. Алмазы закрепляются на поверхности раздела жир — вода, а пустая порода сносится потоком пульпы.
В процессе флотации при автоклавной плавке серных концентратов используется способность частиц
пустой породы закрепляться на поверхности капель воды, находящихся внутри расплава серы, т. е. на поверхности раздела вода — расплав серы. Так как плотность нагруженных капелек воды, меньше плотности расплава серы, то они поднимаются на поверхность расплавленной серы, вынося с собой пустую породу, в результате чего достигается очистка серы от загрязняющих ее минеральных примесей. Флотационные процессы на поверхностях раздела твердое — жидкость и твердое — газ. Лабораторными исследованиями установлено, что на поверхности раздела вода — стекло или вода — металл могут закрепляться некоторые минералы. Такой
способ выделения минералов получил название флотации твердой стенкой. В настоящее время принцип флотации твердой стенкой реализуется в так называемой флотации с носителем, когда
для повышения извлечения тонких гидрофобных частиц в пульпу добавляют хорошо извлекаемые крупные частицы
(носители). Тонкие частицы закрепляются на поверхности частиц носителя и флотируются вместе с ними в пену.
В качестве флотационного процесса на поверхности раздела твердое — вода можно рассматривать коагуляцию
(слипание) минеральных частиц в пульпе, широко используемую в технике для осветления шламовых вод. Роль твердой фазы в данном случае играют слипшиеся минеральные частицы. Аналогичным образом явление слипания твердых частиц в аэрозолях и дымах можно рассматривать как процесс их закрепления на поверхности раздела газ — твердое. Роль твердой фазы здесь играют взвешенные частички пыли, а газообразной — воздух или дымовой газ.
Флотация способствует решению ряда важных народнохозяйственных проблем, к числу которых относятся:
проблема расширения минеральных ресурсов. До открытия флотационного процесса в эксплуатацию
вовлекались месторождения только богатых мономинеральных и полиминеральных крупновкрапленных руд, поддающихся обогащению другими нефлотационными методами. Флотация позволила вовлечь и эксплуатацию месторождения бедных, тонковкрапленных комплексных руд; проблема комплексного использования руд*
До применения флотации, например, из полиметаллических руд удавалось получать только коллективные концентраты, поскольку полезные минералы, обладающие близкими физическими свойствами, нельзя было разделить гравитационными,, магнитными и другими нефлотационными процессами обогащения полезных ископаемых. Получаемые коллективные концентраты обычно были непригодны для эффективного
металлургического передела, поэтому при их переработке некоторые металлы и элементы терялись и полного использования всех ценных компонентов руды не достигалось. При обогащении ряда руд и особенно руд редких металлов, в которых полезные минералы или часть их по плотности и магнитным свойствам часто близки к минеральным породам, флотация является практически единственным способом разделения минералов и
извлечения каждого из них в соответствующий концентрат;
- проблема обогащения шламов. При обогащении многих полезных ископаемых гравитационными процессами
иногда значительная часть извлекаемых минералов переизмельчается и Переходит в шламы/ До появления флотации эти шламы не могли перерабатываться и поэтому направлялись в хвосты или использовались в необогащенном виде. Применение флотации для переработки шламов гравитационного обогащения позволило значительно улучшить комплексное использование оловянных руд, ценных и дефицитных коксующихся
углей и другого сырья. Применение флотационного процесса непрерывно расширяется. По количеству и разнообразию перерабатываемого сырья флотация занимает первое место среди других технологических
процессов обогащения. Кроме того, флотацию широко применяют в металлургии (для флотационного разделения файнштейна, отделения криолита от частиц угля и алюминия), химическом производстве (для разделения хлористого аммония и бикарбоната натрия), биологии (для разделения различных видов бактерий), экологии (для удаления вредных веществ из сточных вод или нефти и мазута с поверхности прибрежных
вод), сельском хозяйстве (для разделения различных семян), геологии, медицине и других отраслях народного хозяйства. Несомненно, что вследствие универсальности флотационного процесса его значение будет все время возрастать.
Области применения: фактически
Ф.- один из гл. методов обогащения полезных ископаемых . С ее помощью обогащаются: все медные, молибденовые и свинцово-цинковые руды, значит. часть бериллиевых, висмутовых, железных, золотых, литиевых, марганцевых, мышьяковых, оловянных, ртутных, серебряных, сурьмяных, титановых и др. руд; неметаллич. ископаемые - апатит и фосфориты, барит, графит, известняк (для произ-ва цемента), магнезит, песок (для произ-ва стекла), плавиковый и полевой шпаты и т. д.
Посредством Ф. можно разделять также водорастворимые соли, взвешенные в их насыщенных р-рах [напр., отделять сильвин (KCl) от галита (NaCl)]. Благодаря Ф. в пром. произ-во вовлекаются м-ния тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Ф. применяют также для очистки воды от орг. в-в (нефти, масел и др.), тонкодисперсных осадков солей и шламов, для выделения и разделения бактерий и т. д.
Помимо горноперерабатывающих отраслей пром-сти Ф. используют в хим., пищ. и др. отраслях для ускорения отстаивания, выделения твердых взвесей и эмульгир. орг. в-в; для разделения синтетич. орг. ионитов и выделения из пульп ионитов, нагруженных разл. адсорбатами; при переработке бумажных отходов для отделения чистых целлюлозных волокон от испачканных; для очистки натурального каучука от примесей; для извлечения нафталина из воды, охлаждающей коксовый газ; очистки пром. стоков и др.
26 Вопрос. Пенная флотация осуществляется в условиях турбулентного (вихревого) движения пульпы, так как при ламинарном ее движении частицы минералов стали бы осаждаться на дно флотационной машины. При этом пульпа вместе с увлекаемыми частицами и пузырьками перемещается по криволинейным траекториям, что вызывает появление центробежных сил, под действием которых пузырьки воздуха, имеющие плотность меньше
плотности пульпы, начинают двигаться в пульпе от периферии вихря к его центру и одновременно всплывать. Частицы минералов, плотность которых больше плотности пульпы, наоборот, двигаются в пульпе от центра вихря к периферии и одновременно тонут под действием силы тяжести. Противоположное движение частицы и пузырька приводит к их встрече и закреплению частицы на пузырьке.
пузырьке.
Общую схему векторов ускорений и сил, действующих на частицу при ее закреплении на пузырьке и криволинейном
движении минерализованного пузырька в пульпе, по К. А. Разумову, можно представить следующим образом.
Скорости пузырька и частицы до ее закрепления на пузырьке складываются из скорости переносного движения
пульпы и скорости относительно движения их в пульпе. Так как центробежные силы, возникающие при вихревом движении пульпы, намного больше сил тяжести, то вертикальные составляющие относительных скоростей движения пузырьков и частиц малы по сравнению с радиальными составляющими этих скоростей. Поэтому скоростями всплывания пузырьков и падения частиц можно пренебречь и учитывать только скорости
радиального движения пузырьков к центру вихря, а частиц — к периферии.
Вследствие относительного движения пузырька пульпа
обтекает его поверхность по линиям а—а (рис. 3.2), и частица после столкновения с пузырьком (положение А)' начинает скользить по его поверхности к кормовой части. Вектор абсолютной скорости скользящей частицы равен геометрической сумме трех векторов: скорости Vn переносного движения пульпы, скорости
vR относительного (радиального) движения пузырька в пульпе и скорости v0 относительного движения частицы по пузырьку. Вектор абсолютного ускорения частицы будет также равен геометрической сумме трех векторов: ускорения переносного движения пульпы; ускорения относительного движения (скольжения) частицы по поверхности пузырька и ускорения Кориолиса, направленного перпендикулярно к относительной скорости
частицы в пульпе и возникающего благодаря силе Кориолиса, обусловленной движением тела относительно
вращающейся системы. Предполагается, что скорость радиального перемещения пузырька
постоянна, поэтому ускорение относительного движения пузырька в пульпе равно нулю.
При работе механической флотационной машины ускорение относительного движения частицы по пузырьку во
много раз больше ускорения переносного движения и кориолисова ускорения . Поэтому в первом приближении
можно считать, что абсолютное ускорение частицы равно ускорению скольжения частицы по пузырьку и направлено от центра тяжести к центру пузырька.
Отрывают частицу от пузырька центробежная сила Fi и сила, обусловленная давлением воздуха Fв на контактирующую с пузырьком грань частицы. Последняя равна сумме сил, обусловленных гидростатическим давлением пульны на уровне точки А, давлением лобового сопротивления пульпы в точке А,
возникающим вследствие движения пузырька в пульпе, и капиллярным давлением вследствие поверхностного натяжения и кривизны пузырька в точке А (см. рис. 3.2).
Препятствует отрыву частицы от пузырька флотационная сила Fф и сила Fн, обусловленная давлением пульпы на
нижнюю, обращенную в сторону пульпы грань частицы. Последняя определяется разницей между гидростатическим давлением пульпы на уровне нижней грани частицы и понижением давления, обусловленным движением пузырька и частицы в пульпе. В условиях равновесия сумма сил, отрывающих частицу от пузырька и препятствующих ее отрыву, будет равна, т. е. Чем больше сдвинуто равновесие в сторону преобладания
сил прикрепления, тем прочнее контакт минеральных частичек с пузырьком. Механизм минерализации пузырьков при флотации отличается большой сложностью. В процессе флотации участвуют миллионы пузырьков и частиц и вероятность флотации каждой из них зависит от вероятности отдельных этапов этого процесса. К ним относятся: взаимодействие частиц с реагентами, столкновение их с пузырьками", закрепелние на пузырьках, действие отрывающих сил, условия образования и разрушения сложных аэрофлокул, процессы, происходящие в пенном слое, и т. д.
Вероятность Wф флотации рассматривается О. С. Богдановым и рядом других исследователей как произведение
вероятностей основных слагающих.событий: столкновения частицы с пузырьком Wс, закрепления на пузырьке Wзакр, сохранения частицы на пузырьке до выхода в пенный слой Wсоxp и удержания ее в пене до съема в концентрат wf.
Под столкновением понимается сближение пузырька и частицы до расстояний, когда начинают преобладать не
гидродинамические, а поверхностные силы. Вероятность wc характеризуется отношением массы частиц, столкнувшихся с пузырьками в единицу времени, к общей массе частиц в пульпе. Под закреплением понимается проявление поверхностных свойств частицы и пузырька, заканчивающееся
образованием трехфазного контакта между ними. Вероятность W3акР характеризуется отношением массы закрепившихся на пузырьках частиц к массе частиц, столкнувшихся с пузырьками. Под сохранением закрепившихся на пузырьках частиц понимается сохранение трехфазного контакта между ними до
выхода в пенный слой. Вероятность Wсохр характеризуется отношением массы частиц, вынесенных в пену, к массе частиц, закрепившихся на пузырьках. Вероятностью Wf удержания частиц в пене.называется отношение массы частиц, извлеченных в концентрат, к массе частиц, вынесенных в пену. Чем больше вероятность каждого из перечисленных событий, тем больше вероятность Wф пенной флотации.
Необходимый размер пузырьков при пенной флотации должен удовлетворять условиям:
подъемная сила Fа минерализованного пузырька объемом Vn должна быть больше сил инерции Fi противодействующих подъему; плотность бп минерализованного пузырька должна быть
меньше плотности бж пульпы, так как иначе он не будет всплывать; скорость v подъема минерализованных пузырьков должна быть оптимальной и равной по данным практики (5-15)Х
м/с. При меньшей скорости пузырьки не успевают всплывать на поверхность пульпы и большая их часть переходит в хвосты. Более высокие скорости подъема минерализованных пузырьков требуют получения крупных пузырьков, что связано с уменьшением поверхности раздела жидкость — газ и вероятности флотации.
По первому условию минимальный необходимый размер минерализованного пузырька определяется из условия равенства между подъемной силой Fa пузырька, равной весу вытесненной жидкости, и силой инерции Fi частицы:
Выражая объем пузырька через его диаметр D:
и подставляя полученное выражение для Vn в уравнение (3.16), находим
По второму условию необходимо, чтобы
С увеличением интенсивности перемешивания до определенного предела при флотации тонких частиц мелкими
пузырьками скорость флотации может увеличиваться, тогда как при флотации крупных частиц во всех случаях скорость флотации уменьшается при любом увеличении интенсивности перемешивания.
•Уменьшение эффективности флотации при увеличении относительной скорости движения пузырька (например, вследствие увеличения его размера) и частицы (например, при увеличении интенсивности перемешивания пульпы) сверх критического значения согласуется с уменьшением вероятности закрепления из-за избытка кинетической энергии частицы, приводящего к отрыву ее или упругому соударению с последующим
отскакиванием от пузырька. Поэтому крупные частицы (d>0,4 мм для
угля и d>0,l мм для минералов цветных металлов) гораздо лучше флотируются при прямоточном режиме движения
частиц и пузырьков в пульпе (характеризующимся резким уменьшением относительной скорости их движения), чем при противоточном. Этому способствует также то, что при движении суспензии снизу вверх крупные частицы движутся медленнее потока и время пребывания их в камере увеличивается. Однако уменьшение времени пребывания пузырьков в камере и соответственно времени минерализации и числа столкновений частиц с пузырьком при прямоточном движении твердой и газообразной фаз вызывает в результате понижение флотируемости более мелких классов. Все это приводит к необходимости обеспечения различных аэродинамических режимов и разного времени нахождения крупных и мелких частиц при флотации. Решение данных задач может быть связано как с созданием в одном аппарате потоков двух направлений, так и с
разделением исходного материала на песковую и шламовую фракции с последующей раздельной флотацией их в машинах или аппаратах специальной конструкции.