Способ флотационного обогащения полезных ископаемых

Изобретение относится к флотационному обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья, позволяет снизить расход потребляемой энергии за счет уменьшения амплитуды колебаний излучателя и, как следствие, мощности звукового генератора, используемого для создания в пульпе звуковых колебаний, при сохранении качества концентрата за счет высокой селективности извлечения требуемого минерала. Способ включает кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы пузырьками газа флотационной крупности, флотацию, обработку пульпы в процессе флотации отдельными звуковыми колебаниями и получение концентрата. Пульпу обрабатывают отдельными звуковыми импульсами, длительность и частоту следования которых определяют по установленным зависимостям.

 

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 авт. св. СССР №1461512, В03D 1/00, опубл. в БИ №8, 1989. Согласно известному способу, включающему предварительное аэрирование пульпы, обработку аэрированной пульпы акустическими колебаниями интенсивностью 0,5 Вт/см², перед обработкой ультразвуковыми колебаниями в аэрированной пульпе дополнительно измеряют диаметр пузырьков воздуха и определяют радиус преобладающих в пульпе пузырьков, а обработку акустическими колебаниями проводят с частотой, равной собственной частоте колебаний пузырьков. Частоту колебаний определяют по установленной зависимости.

Основной недостаток известного способа заключается в малой амплитуде радиально-сферических колебаний пузырька даже при значительной амплитуде колебаний излучателя ультразвуковых колебаний (далее - излучатель). Для развития амплитуды радиально-сферических колебаний, необходимой для сброса частиц вмещающих пород, необходима высокая мощность излучателя. Подведение большой мощности к излучателю приведет к усилению неравномерности обработки объема пульпы ультразвуковыми 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 ультразвуковой волны в процессе ее распространения по объему жидкости. Наиболее сильное гашение энергии ультразвуковой волны наблюдается в смесях воды со свободной газовой фазой в виде пузырьков. Энергия ультразвуковой волны в этом случае передается пузырькам, вызывая их колебания. Даже на сравнительно небольших расстояниях от излучателя энергия ультразвукового излучения практически полностью поглощается и ее воздействия недостаточно для разрушения флотационного комплекса "частица породы - пузырек". Качество концентрата в результате обработки пульпы указанными акустическими колебаниями практически не повышается.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому решению является способ флотационного обогащения полезных ископаемых по патенту РФ №2038856, В03D 1/00, 1/02, опубл. в БИ №19, 1995. Известный способ включает кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы пузырьками газа флотационной крупности, обработку акустическими колебаниями, флотацию и получение концентрата. При этом обработке акустическими колебаниями подвергают газожидкостную смесь, подаваемую дополнительно к пульпе при ее аэрации. Обработку проводят с частотой, равной собственной частоте поверхностных колебаний пузырьков, преобладающих в газожидкостной среде, и интенсивностью, определяемой по установленной зависимости.

Основной недостаток способа заключается в необходимости использования мощного генератора звуковых колебаний. Длина звуковой волны с частотой, равной частоте поверхностных колебаний пузырьков, значительно превышает размер пузырька. Например, пузырек газа размером 0,001 м имеет частоту колебаний второй (n=2) моды 2592 с^-1. Длина звуковой волны, имеющей указанную частоту, в воде составит 3,6 м. Ясно, что перепад давлений, испытываемый пузырьком при прохождении волны, будет в 3,6/0,001=3600 раза меньше изменения давления в звуковой волне. Необходимо длительное время для развития амплитуды поверхностных колебаний пузырька, что бывает не всегда возможно, так как пузырек меняет свое положение относительно излучателей. Последующие колебания давления звуковой волны, достигшие поверхности пузырька, могут находиться в противофазе с его поверхностными колебаниями, что приведет не к росту, а к гашению их амплитуды. Поэтому для достижения необходимой деформации пузырьков потребуется большая амплитуда давлений в звуковой волне, способная в течение короткого времени привести к развитию амплитуды указанных поверхностных колебаний, и достаточная для деминерализации газовой фазы в основном за счет частиц вмещающих пород. Амплитуда давлений в звуковой волне определит интенсивность последней, то есть мощность, излучаемую с единицы площади поверхности излучателя. При известной, необходимой для обработки всей пульпы площади излучателей, установленных в камере флотационной машины, потребуется значительная мощность звукового генератора.

Технической задачей предлагаемого способа является снижение расхода потребляемой энергии за счет уменьшения амплитуды колебаний излучателя и, как следствие, мощности звукового генератора, используемого для создания в пульпе звуковых колебаний, при сохранении качества концентрата за счет высокой селективности извлечения требуемого минерала.

Поставленная задача достигается тем, что в способе флотационного обогащения полезных ископаемых, включающем кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы пузырьками газа флотационной крупности, флотацию, обработку пульпы в процессе флотации звуковыми колебаниями и получение концентрата, согласно техническому решению пульпу обрабатывают отдельными звуковыми импульсами, длительность Т которых определяют по формуле

где R - радиус пузырьков флотационной крупности, м;

С - скорость звука в воде, содержащей пузырьки газа, м/с,

а частоту f следования импульсов - по формуле

где σ - поверхностное натяжение воды, Н/м;

ρ - плотность воды, кг/м³.

Обработка пульпы отдельными звуковыми импульсами с заданной длительностью Т и частотой f их следования позволяет значительно снизить амплитуду давления в импульсе. Например, при длительности звукового импульса 6,7·10^-7 с разность давлений, испытываемых противоположными стенками пузырька размером 1 мм, будет равна перепаду давлений в звуковом импульсе. Повторение звуковых импульсов через интервалы времени, кратные приведет к резонансным явлениям и резкому росту амплитуды поверхностных колебаний пузырька. Учитывая, что интенсивность излучения пропорциональна квадрату давления в звуковой волне, снижение давления в импульсе приведет к снижению мощности, снимаемой с единицы площади излучателя. Суммарная площадь излучателей для камеры флотационной машины известна и определяется в основном ее размерами. Поэтому требуемая мощность генератора звуковых импульсов для флотационной машины тех же размеров, что и в прототипе, снизится.

Обработка пульпы в процессе флотации отдельными звуковыми импульсами заданной длительности T и частоты f следования приведет к росту амплитуды поверхностных колебаний пузырьков и сбросу с них частиц вмещающих пород. Сохранение на поверхности пузырьков частиц требуемого минерала, обладающих большей силой капиллярного прилипания, повысит селективность его извлечения в концентрат. В результате качество концентрата повышается, как и в прототипе.

Способ реализуют следующим образом. Предположим, что флотируют частицы достаточно тонких классов крупности, то есть частицы размером менее 30÷40 мкм. Качество концентрата после флотационного разделения, выполняемого традиционным способом, не достигает заданного значения. Тонкие частицы вмещающих пород, закрепившиеся на поверхности пузырьков, выносятся ими в пенный слой, попадают в концентрат, снижая его качество. Необходимо повысить селективность извлечения требуемого минерала. Для этого исходное сырье кондиционируют в пульпе с реагентами, а затем аэрируют пульпу пузырьками газа флотационной крупности (далее - пузырьки). При этом в камере флотационной машины происходит процесс минерализации пузырьков и вынос минеральной нагрузки в пенный слой, то есть флотация. В процессе флотации пульпу обрабатывают отдельными звуковыми импульсами, длительность Т которых определяют по формуле

где R - радиус пузырьков флотационной крупности, м;

С - скорость звука в воде, содержащей пузырьки газа, м/с,

а частоту f следования импульсов - по формуле

где σ - поверхностное натяжение воды, Н/м;

ρ - плотность воды, кг/м³.

При длительности звукового импульса 6,7·10^-7 с длина звуковой волны в воде равна 0,001 м. На противоположные стенки одиночного пузырька размером 0,001 м будут действовать силы, обусловленные перепадом давления, равного перепаду давления в звуковой импульсе. Деформация пузырька в этом случае будет максимальной для заданной интенсивности звуковых импульсов и, следовательно, заданного перепада давлений в звуковом импульсе. Повторение звуковых импульсов через интервал времени, равный периоду собственных поверхностных колебаний пузырька, приведет к резонансному росту их амплитуды. Обработка в процессе флотации пульпы указанными звуковыми импульсами вызовет периодическое деформирование пузырьков с частотой, совпадающей с частотой их поверхностных колебаний. Если на поверхности пузырьков находятся частицы требуемого минерала и частицы минералов вмещающих пород, то в результате резонансных явлений - совпадения частоты следования звуковых импульсов с частотой поверхностных колебаний пузырьков - амплитуда вынужденных колебаний частиц на поверхности раздела "газ-жидкость" возрастет. При достаточно сильной раскачке закрепившихся частиц и достижении инерционной силой отрыва величины, превышающей значение силы капиллярного прилипания, происходит сброс частиц. В первую очередь происходит сброс частиц вмещающих пород. Частицы требуемого минерала, сила капиллярного прилипания которых превышает силу капиллярного прилипания частиц вмещающих пород, сохранят в этих условиях контакт с пузырьками газа. Частицы требуемого минерала, сохранившие контакт с пузырьками, выносятся ими в пенный слой. Собранный пенный продукт представляет собой концентрат. Вследствие деминерализации пузырьков, в основном за счет частиц вмещающих пород, качество концентрата возрастет. Частицы вмещающих пород, находящиеся в пульпе и не вступавшие в контакт с пузырьками, а также сброшенные с пузырьков, остаются в пульпе, и с камерным продуктом их выводят из флотационной машины. В зависимости от применяемой технологии обогащения их направляют на перечистку или в отвал. Таким образом, обработка пульпы в процессе флотации отдельными звуковыми импульсами заданной длительности и частоты следования позволяет повысить селективность извлечения требуемого минерала. При этом такое же повышение качества концентрата, как и в прототипе, будет достигнуто при меньшем давлении в импульсе и меньшей мощности генератора звуковых импульсов.

Способ флотационного обогащения полезных ископаемых, включающий кондиционирование исходного сырья в пульпе с реагентами, аэрацию пульпы пузырьками газа флотационной крупности, флотацию, обработку пульпы в процессе флотации звуковыми колебаниями и получение концентрата, отличающийся тем, что пульпу обрабатывают отдельными звуковыми импульсами, длительность Т которых определяют по формуле

где R - радиус пузырьков флотационной крупности, м;

С - скорость звука в воде, содержащей пузырьки газа, м/с,

а частоту f следования импульсов - по формуле

где σ - поверхностное натяжение воды, Н/м;

ρ - плотность воды, кг/м³.