Методы выделения мономинеральных фракций

Флотационное разделение минералов

Общие сведения

Разделение минеральных смесей флотационным методом происходит в результате

преимущественного перехода в пену одних минералов (плохо смачиваемых), с

оставлением в подпенном продукте других (хорошо смачиваемых).

Для успешного проведения флотационного разделения минералов необходимо

пользоваться достаточно хорошо подобранным сочетанием флотационных

реагентов.

Флотационные реагенты-собиратели создают или усиливают гидрофобность

(несмачиваемость) поверхности; их действие усиливается в присутствии

реагентов-активаторов. Флотационные реагенты-подавители создают или

усиливают, гидрофильность (смачиваемость) поверхности минерала.

Флотационные реагенты-регуляторы обеспечивают или усиливают избирательное

действие собирателей, подавителей и активаторов на поверхности различных

минералов. Наконец, реагенты-пенообразователи облегчают создание обильной и

достаточно устойчивой пены.

Флотация осуществляется в аппаратах различной конструкции, общим признаком

которых является возможность создания водо-воздушиой смеси с ее последующим

расслоением на пенный и непенный продукты. Во флотационных машинах,

описываемых ниже, имеется вращающийся импеллер, засасывающий воздух в

пульпу. К воздушным пузырькам прилипают гидрофобизирован-ные

соответствующими реагентами минеральные зерна. Они подымаются пузырьками на

поверхность ванны, где образуется пена, снимаемая по мере накопления.

При флотационном разделении минеральных смесей могут быть достигнуты

достаточно высокие - количественные показатели разделения минералов. Это

относится не ко всем возможным в практике минералогического анализа

случаям.

До последнего времени флотация мало применяется для выделения

мономинеральных фракций; ее возможности оценены геологами недостаточно

полно. В качестве наиболее яркого примера преимуществ флотационного метода

упомянем о выделении слюды из гранитов флотацией с реагентами ИМ-11 или

АНП, когда удается простым приемом выделить слюду в достаточно чистый

продукт в самом начале обработки пробы. Выделение талька, молибденита и

ряда других минералов, осуществляемое флотацией достаточно селективно,

заставляет считать этот метод выделения мономинеральных фракций

исключительно перспективным.

Флотационные машины серийного выпуска

Наиболее старой конструкцией является камера с разделенными по вертикали

агитационными и отстойными отделениями.

Флотационная машина (ФЛ) с такой камерой в исполнении завода

«Геоприборцветмет» показана на рис. 40. Она состоит из камеры 1, в

которой вращается импеллер 2, укрепленный на валу 5, в подшипниках 6 и

стойке 3. Крепление камеры к стойке осуществляется винтом 4. Перегородка не

доходит до дна.

[pic]

Вращение мешалки в камере осуществляется ременным приводом от мотора 8

через ступенчатые шкивы 7 и 9 и блоки 10. Направление вращения подбирается

с таким расчетом, чтобы обеспечить циркуляцию пульпы по часовой стрелке.

При этом пульпа из отстойной камеры, опускаясь вниз, проходит через

нижнюю щель, насыщается воздухом в агитационном отделении и выбрасывается в

отстойное отделение через верхнюю щель под козырьком. Воздушные пузырьки

образуют слой пены, который по мере образования снимается скребком. Козырек

служит для предохранения пены от разрушения струей пульпы.

Основные факторы, определяющие

результаты флотационного разделения

1. Гранулометрическая характеристика материала. Чем более раскрыты зерна

минералов в навеске, тем более высоки количественные и качественные

результаты разделения. Однако улучшение раскрытия минералов не следует

производить за счет переизмельчения.

2. Реагентный режим является наиболее важным фактором, влияющим на

результаты флотации. Для разделения каждой данной смеси минеральных зерен

должен применяться свой реагентный режим (набор флотореагентов, количество

и порядок их дозировки, а также время, необходимое для перемешивания пульпы

с реагентами).

3. Важным условием успешного разделения минералов во многих случаях

является поддержание определенной щелочности (кислотности) пульпы,

характеризуемой величиной рН.

4. Плотность пульпы необходимо поддерживать в интервале 25—30% твердого

продукта, хотя в ряде случаев и более разжиженные пульпы могут дать хорошие

результаты.

5. Аэрация пульпы (насыщение пульпы воздухом) в ряде случаев может

значительно повлиять на результаты флотации. Некоторые минералы для своей

флотации требуют повышенной аэрации пульпы, но такой минерал, как ильменит,

наоборот, требует интенсивного перемешивания без повышенного засоса

воздуха.

6. Время флотации для различных реагентных режимов и флотируемых минералов

различно и колеблется от 3 до 30 мин и более. Чрезвычайно важно в ходе

флотацибнного опыта последовательно собирать пену в различные приемники,

поскольку, как правило, качество пенного продукта меняется во времени.

Последующим просмотром под бинокуляром определяют, какие части могут быть

объединены.

Использование избирательной растворимости

минералов в различных реактивах

для выделения мономинеральных фракций

При тесном прорастании одного минерала в другом, если механическими

методами разделить их не удается, а растворимость этих минералов в

различных кислотах или щелочах различна, один из минералов смеси можно

получить в чистом виде, растворив все другие. Растворимость зависит от

природы минерала и растворителя. Она обычно повышается при повышении

температуры.

На разложение минерала кислотами большое влияние оказывает состояние

получающихся в результате реакции продуктов.

Разложение идет особенно хорошо в случае образования газообразной фазы

(H2S, СО2, Сl2 и др.) и легко растворимой соли металла (хлорида, сульфата и

т. п.). Наоборот, появление в качестве конечного продукта труднорастворимой

соли сильно затрудняет реакцию разложения. Выпадая в виде твердой фазы,

осадок покрывает минерал труднорастворимой пленкой и изолирует его от

дальнейшего действия реагента.

Нередко происходит частичное разложение минерала сопровождающееся

одновременным выпадением новообразования в виде труднорастворимого осадка

(например:SiO2, РbС12, WO3 и др.), часто в коллоидном состоянии.

Для избирательного разложения минералов можно использовать сильные кислоты

как в чистом виде, так и в виде смесей, а также сильные щёлочи.

Электрические методы

Электростатическая сепарация

При электростатической сепарации минералы разделяются в зависимости от

их проводимости

Механизм сепарации можно представить себе следующим образом.

Все минералы в электростатическом поле поляризуются и притягиваются к

электроду. Частицы непроводящих минералов осаждаются на электроде, а

частицы проводящих — передают свой заряд электроду, заряжаются одноименно с

электродом и отталкиваются от него. Если смесь минеральных зерен

загружается в сепаратор в пространство между двумя электродами, ближе к

одному из них, выполненному в виде вращающегося металлического барабана, то

непроводящие минералы увлекаются поверхностью барабана и могут собираться в

отдельный приемник, если их счищать с этой поверхности, а проводящие —

отталкиваются от барабана и улавливаются в другой приемник. Подставив между

этими двумя крайними приемниками несколько других, можно получить фракции

минералов со средними характеристиками проводимости.

На проводимость минералов влияют и различные примеси. Поэтому одни

и те же минералы, полученные с разных месторождений, а иногда и с различных

участков одного и того же месторождения, могут вести себя при электрической

сепарации по-разному.

Диэлектрическая сепарация

Диэлектрическая проницаемость является одной из важных физических констант

минералов, не проводящих электрического тока.

Принцип разделения минералов по диэлектрической проницаемости заключается в

следующем. В сосуд наливают жидкость с диэлектрической проницаемостью ( ?

), равной средней величине проницаемости разделяемых минералов. Затем в

этот сосуд засыпают смесь минералов и вставляют электроды, вмонтированные в

эбонитовый патрон. Концы электродов присоединены к вторичной обмотке

трансформатора с переменным напряжением. При прохождении тока минералы с

высшей диэлектрической проницаемостью отталкиваются к электродам, а

минералы с низшей диэлектрической проницаемостью отталкиваются от них.

Возникающая сила притяжения или отталкивания равна:

[pic]

где ?ср и ?м— диэлектрическая проницаемость среды (жидкости) и

минерала;

Е — напряженность электрического тока;

dE/dl – градиент его изменения по длине l;

r – размер зерна.

Разделение минералов по форме зерен

и трению, обеспыливание асбестов

Смесь зерен, резко отличающихся по форме, можно разделить на специальных

грохотах. Различают пластинчатую, продолговатую, угловатую и округленную

форму зерен.

Зерна минералов в зависимости от их формы ведут себя при просеивании по-

разному.

Для лучшего разделения на грохоте отверстиям на ситах придают особую форму,

например, щелевидную, овальную, ромбическую и т. д.

Разделение зерен по форме может быть хорошо выполнено и на вибрирующих

наклонных плоскостях. Хотя на виброплоскости разделение происходит главным

образом по различию в коэффициентах трения разных минералов, в ряде случаев

такие плоские зерна, как у слюды, хорошо отделяются от более округлых зерен

минеральных примесей. Разделение ведется всухую. Эффективность разделения

зерен на виброплоскости увеличивается, если плоские зерна обладают большим

коэффициентом трения о поверхность плоскости, чем округлые.

Разделение минералов на липких поверхностях

Г. А. Коц и Е. В. Рожкова предложили метод центробежной сепарации

минералов на липких поверхностях, который в ряде случаев

обеспечивает высокую избирательность разделения для мелких и даже

мельчайших фракций. Этот метод основан на различиях в смачиваемости

минералов водой. Извлечение обус- ловливается избирательным закреплением

зерен на неподвижной липкой поверхности. Соприкосновение зерен минералов с

липкой поверхностью осуществляется под действием центробежных сил,

величина которых значительно превышает силы тяжести обрабатываемого зерна.

Процесс сепарации зависит от состава мази, температуры воды и

скорости вращения импеллера, а также от ряда используемых при флотации

приемов: применение реагентов-чсобирателей, депрессоров, регуляторов и др.

Простейший прибор для сепарации на липких поверхностях (рис. 60)

состоит из фарфорового стакана емкостью 100 см3, внутренняя поверхность

которого покрыта липкой мазью. В стакане с помощью укрепленного на

штативе мотора вращается вал с импеллером. Мазь наносится на дно и стенки

стакана в расплавленном состоянии медленным вращением последнего

в наклонном положении с последующим сливанием избытка мази в другой сосуд.

Стакан заполняется водой и устанавливается в чашке с плоским дном.

Навеска руды (500—1000 мг), предварительно увлажненная, засыпается через

загрузочную воронку в стакан при вращении импеллера. В случае необходимости

в стакан одновременно добавляются флотационные реагенты, воздействующие на

смачиваемость минералов водой. После 1—2 мин агитации плохо смачиваемый

водой концентрат прилипает ко дну и к стенкам стакана.

Не прилипшие частицы (хвосты опыта) вымываются из стакана в подставленную

чашку. После окончания опыта содержание стакана сливают в ту же чашку с

хвостами опыта. Стакан нагревают для расплавления мази, при этом большая

часть зерен оседает на дно. Затем жидкую мазь сливают в сосуд через сито 74

мк. Оставшиеся в стакане и на сетке зерна минералов обезжиривают

растворителями (эфир или бензин).

[pic]

Доводка мономинеральных фракций

Доводка мономинеральных фракций осуществляется отбором зерен-примесей под

бинокуляром. Отбор зерен под бинокуляром может обеспечить получение

навески, содержащей до 98—100% одного минерала. Существенным недостатком

этой операции является ее низкая производительность, это очень

кропотливая и малопроизводительная операция.

Для отбора материал предварительно рассеивается на узкие классы.

Для ускорения отбора под бинокуляром используют трубочки-ловушки.

[pic]

Для зерен различных классов крупности подбирают капиллярные наконечники

различного диаметра. Если встречаются случайные зерна, не влезающие в

данный капилляр, то их просто вакуумом притягивают к нему и выносят в

сторону. Эффективность отбора под бинокуляром возрастает с увеличением

размера зерен. Отбор становится совсем малоэффективным для классов менее 50

мк. В некоторых случаях возникает необходимость в перечистке отобранной

фракции повторной операцией, что снижает производительность.

Роль и характер минералогических анализов при выделении мономинеральных

фракций

При выделении мономинеральной фракции из пробы горной массы необходимо

убедиться, что нужный минерал присутствует в пробе; необходимо также в ходе

выделения контролировать распределение этого минерала по продуктам

обогащения.

Химические и спектральные анализы не всегда обеспечивают получение

необходимых данных вовремя. Зачастую длительность этих видов анализов

исключает возможность их использования для контроля операций разделения,

особенно при наладке разделительного аппарата, когда необходимо сразу иметь

данные о качестве получаемых продуктов.

Наиболее приемлемым видом анализа для наших целей являются качественные и

количественные минералогические определения.

Минералогические анализы должны предшествовать выделению мономинеральных

фракций. На предварительной стадии из характерных образцов пробы

изготовляются прозрачные и непрозрачные шлифы. Просмотром этих шлифов

устанавливают наличие в пробе тех или иных минералов, характер

вкрапленности рудных минералов и степень их взаимного срастания. В ходе

макроскопического просмотра образцов и при изучении шлифов под микроскопом

может быть в общих чертах определена схема подготовки пробы к обогащению и

намечен порядок обработки пробы различными разделительными методами.

В некоторых случаях уже на стадии предварительных минералогических анализов

может быть выявлена бесполезность обогатительной обработки пробы для

получения мономинеральной фракции. Признаками невозможности выделения

чистого минерала являются:

а) эмульсионная вкрапленность минерала, исключающая его раскрытие в

ходе дробления и измельчения;

б) взаимное тонкое прорастание минералов, например, сульфидов друг в

друге; в этом случае речь может идти о получении коллективного сульфидного

концентрата, а не отдельных минералов, или же о применении

избирательного растворения в кислотах или щелочах;

в) широкое развитие вторичных процессов, изменивших первоначальный характер

строения и состава минерала: выветрелость, глубоко прошедшее поверхностное

окисление и т. д.; особенно подвержены вторичным процессам такие минералы,

как молибденит (повеллитизация) и другие сульфиды, кальциевые силикаты

(карбонатизация) и т. д.

Заключение

Техника выделения мономинеральных фракций непрерывно совершенствуется.

Описанные выше методы и аппаратура, применяемая для этих целей, еще не

являются достаточно совершенными для выделения минералов из любой их смеси.

Особые затруднения, которые пока не могут быть преодолены использованием

чисто механических методов, возникают при выделении тонкозернистых

минералов. Для этих случаев остается приемлемой только методика

избирательного растворения отдельных минералов. Однако не всегда удается

подобрать избирательно действующий реактив. Трудно преодолимой остается

проблема получения совершенно чистых минералов, хотя в ряде случаев при

изучении вещественного состава именно к этому стремится исследователь. Для

окончательной очистки мономинеральной фракции часто приходится прибегать

(на заключительной стадии работы) к отбору посторонних зерен под

бинокуляром. Эта операция очень трудоемкая и утомительная, даже если при

этом используются такие приспособления, как специальные трубочки-ловушки.

Задачей исследователей, работающих над усовершенствованием методов

выделения мономинеральных фракций, с моей точки зрения, является разработка

способов тщательной очистки выделяемого минерала от зерен-примесей,

способов, эффективных не только с точки зрения качества получаемого

продукта, но и с точки зрения быстроты и наибольшей механизации операции.

Важными остаются работы по изысканию избирательных растворителей, поскольку

они могут значительно снизить нижний предел крупности зерен минералов,

выделяемых в настоящее время в мономинеральные фракции.

На существующем уровне наиболее перспективной, по моему мнению, является

методика выделения минералов из их смеси в тяжелых жидкостях с помощью

центрифуг. Вместе с тем здесь мы сталкиваемся с рядом неясных вопросов.

Прежде всего следует отметить отсутствие достаточно дешевых и неядовитых

жидкостей с большим удельным весом (более 3,5).

Сделано еще далеко не все возможное для создания мощных электромагнитных

сепараторов, производительностью в несколько килограммов навески в час с

тонкой регулировкой магнитного поля при напряженности последнего до 20 тыс.

э и более.

Лаборатории выделения мономинеральных фракций нуждаются в достаточно

производительном оборудовании для сухого измельчения.

Следует полагать, что отмеченные недостатки в самое ближайшее время будут

устранены, и российская геологическая наука, по праву являющаяся ведущей в

мире, получит возможность сделать еще один шаг вперед в деле комплексного

изучения полезных ископаемых нашей Родины.

Список литературы

1. Г. С. Бергер, И. А. Ефимов «Методы выделения мономинеральных фракций»

Москва 1963г.

2. «Методы минералогических исследований» - Справочник под редакцией

Гинзбург А. И. Москва 1985г.

3. www.scgis.ru

Страницы: 1, 2