Флотационные методы обогащения используют различия в физико-химических поверхностных свойствах минералов, для разделения минеральных частиц малых размеров, редко превышающих десятые доли миллиметра.
Механизм и природа явлении, лежащих в основе флотации, связаны с проявлением энергии межмолекулярных сил притяжения.
В результате самопроизвольно протекающих в системе процессов имеет место понижение ее свободной энергии.
Количественным эквивалентном затраченной работы на “подъем” всех молекул, находящиеся в поверхностном слое на площади одного квадратного сантиметра, будет удельная поверхностная энергия эрг/см2
Мерой полярности фазы могут служить такие ее свойства как диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул, внутреннее давление и другие молекулярные свойства фазы.
Чем больше взаимная растворимость жидкостей, тем меньше удельная поверхностная энергия на границе раздела этих жидкостей, и наоборот .
Свободная поверхностная энергия стремится уменьшиться во-первых, за счет уменьшения площади поверхности раздела фаз и, во-вторых, за счет уменьшения удельной поверхностной энергии.
Численно удельная поверхностная энергия, выраженная в эргах на один квадратный сантиметр, всегда равна удельному поверхностному натяжению, выраженному в динах на один сантиметр дин/см.
Минимум свободной энергии будет при наименьшей площади поверхности раздела масло-вода.
Величина избыточного давления внутри пузырька определяется формулой Лапласа Dp = s(1/R1 +1/R2),
Кислород воздуха играет очень важную роль при флотации сульфидов, но основная его роль состоит в окислении поверхностного слоя сульфидов и окислении содержащихся в пульпе сульфидных ионов до сульфидных и сульфатных.
Чем сильнее минералы смачиваются водой, тем хуже они флотируются, и наоборот.
В гипотезе Белоглазова элементарный акт флотации рассматривается как адсорбция гетерополярных молекул и закономерности, установленные для процесса адсорбции., распространяйся на элементарный акт флотации.
Две соприкасающиеся фазы образуют межфазовую поверхность. При пересечении этой поверхности поверхностью третьей фазы образуется линия соприкосновения трех фаз, которая называется периметром смачивания.
Краевым углом или углом смачивания называется угол, образованный поверхностью раздела двух фаз с поверхностью третьей фазы. Краевой угол q приятно измерять через жидкую фазу. Если при образовании краевого угла гистерезис отсутствует, то угол называется равновесным. В противном случае образуется гистерезисный краевой угол
Угол q, отвечающий равновесию сил поверхностного натяжения, называется равновесным краевым углом q, определяется:
cosq=(sг-т-sж-т)/sг-ж
Флотационной силой называется проекция сил поверхностного натяжения sг-ж, приложенных к частице по периметру смачивания, на направление, по которому действует сила, отрывающая частицу от поверхности раздела г-ж.
При уменьшении размера частицы флотационная сила будет уменьшаться медленнее, чем сила тяжести. При уменьшении диаметра частицы в 10 раз флотационная сила уменьшится тоже в 10 раз, а сила тяжести уменьшится в 1000 раз.
Зависимости между величиной краевого угла и флотируемостью достаточно малых размеров: 1) если краевой угол равен нулю, то флотация невозможна; 2) если краевой угол острый; то будет мокрая флотация; 3) если краевой угол тупой, то будет сухая флотация.
Флотационная сила равна : Рф= П*sг_ж*sina
где П- периметр смачивания, см; sг_ж - поверхностное натяжение
Возможностьравновесия сил, действующих на флотирующуюся частицу: Рф + Рг = Рт.
Если бы флотационная сила при прохождениипериметра смачивания через зону ребра оставалась постояннойвеличиной, то равновесие сил было бы невозможным.
V*(dт - dи) + Рв = П*sг-и*Sina
Физический смысл уравнения: сумма веса частицы, погруженной в жидкость, и внешней отрывающей силы равна флотационной силе. Прочность закрепления частицы. Критическая сила: Рк= Пssinq- Vg(dn - d;), дин .
Для осуществления пенной флотации необходимо турбулентное (вихревое) движение пульпы, так как при ламинарном ее движении частицы минералов стали бы осаждаться на дно машин.
Скорости пузырька и частиц до ее закрепления на пузырьке складываются из скорости переносного движений пульпы и скорости относительного движения в пульпе.
Отрывающие силы: Центробежная Pa= ma = Jda, Сила давления воздуха на верхнюю грань частицы Рв= рв* f
где рв - удельное давление воздуха внутри пузырька; f - площадь контакта газ-твердое, принимаемая равной площади сечения частицы
Силы, препятствующие отрыву частицы: ФлотационнаяРф = Пssing , где П - периметр площади контакта газ-твердое; g - гистерезисный краевой угол в момент отрыва частицы; Сила давления пульпы на грань частицы Рн = рнf, где f - площадь нижней грани частицы» принимаемая равной площади поперечного сечения частиц; рн - -удельное давление пульпы на нижнюю грань.
Для частицы кубической формы V= d3 и П=4d, D = (4ssinq/da)-2
F = (Е1 - Е2)/ Sг-т = sг-ж + sж-т - sг-т эрг/см2
Чем больше значение F , тем вероятнее закрепление - флотация.
Показателем флотируемости (величина F) называется изменение поверхностной энергии системы при элементарном акте флотации, отнесенное к единице площади контакта газ-твердое.
Показатель флотируемости и краевой угол зависят от удельных поверхностных энергий на границах соприкасающихся фаз
F = sг-ж - sг-жcosq = sг-ж(1 - cosq ), эрг/см2
Чем больше краевой угол, тем выше показатель флотируемости.
Если поверхностное натяжение на границе газ-твердое настолько большое, что sг-т < sт-ж + sг-ж + f1 , то равновесия сил вообще не будет и жидкая фаза распространится по всей поверхности твердого тела.
Если sг-т < sт-ж + sг-ж + f1 , то при некотором значении гистерезисного краевого угла наступит равновесие сил, вследствие чего дальнейшее растекание капли прекратится Краевой угол q, при котором при наличии гистерезиса наступает равновесие сил и прекращается перемещение периметра смачивания называется гистерезисным равновесным краевым углом
Для момента равновесия сил справедливо равенство:
sг-т = sт-ж + sг-жcosq1 + f1
cosq1= (sг-т - sт-ж)/ sг-ж - f1/sг-ж = cosq - f1/sг-ж
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.