3.4. Изучение влияния сернистого натрия на флотацию флюорита  

натрий. Однако роль его в процессе флотации нерудного сырья недостаточно

изучена. По данным профессора JI. А.

флюорита в присутствии сернистого натрия объясняется образованием на его

поверхности элементной серы, которая обеспечивает гидрофобизацию и

повышенную флотируемость флюорита. Образование элементной серы

происходит в результате гидролиза сернистого натрия и восстановления S до

S0 по нижеприведенным уравнениям: Na2S + 2Н20 = 2Na+ + H2S + 20Н~; H2S =

Н+ + SH~; SIT = H* + S2"; S2" + 2e = S°. В проведенных исследованиях

установлено, что наряду с гидрофобизирующим эффектом наблюдается и

депрессирующее действие данного реагента. Поэтому уточнение механизма

действия сернистого натрия на поверхности флюорита и изучение влияния

данного реагента на флотируемость разновидностей флюорита является весьма

актуальным.

Результаты исследований по влиянию сернистого натрия на флотацию

разновидностей флюорита (рис. 3.12) показывают [116], что с увеличением

концентрации сернистого натрия до 150-250 мг/дм3 выход концентрата

повышается на 3-7%, а затем при увеличении концентрации до 350 мг/дм3

снижается на 12-17% при повышении величины рН до 11,5. Дальнейшее

увеличение концентрации реагента практически не оказывает влияния на

флотацию разновидностей флюорита.

48

44

40

о

х

» 36

32

28

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Концентрация Na2S, мг/дм3

Рис.

Для оценки влияния сернистого натрия на энергетическое состояние

поверхности проведены измерения дзета-потенциала поверхности

разновидностей флюорита (рис. 3.13). Увеличение концентрации сернистого

натрия до 250-300 мг/дм3 приводит к снижению ^-потенциала минеральной

поверхности до нейтральной с образованием на ней элементной серы. В

изоэлектрической точке достигается максимальная флотируемость

разновидностей флюорита.

2

1,75

1,5

1,25

m 1

® 0,75

SXjgt;

0,5

0,25

0

-0,25

-0,5

Концентрация Na2S, мг/дмJ

Рис.

электрокинетический потенциал поверхности

разновидностей флюорита:

—белый; зеленый; фиолетовый

Дальнейшее увеличение концентрации сернистого натрия приводит к

изменению электрокинетического потенциала исследуемых минералов в

сторону отрицательных значений и повышению гидратированности

поверхности, о чем свидетельствуют опыты по определению смачиваемости

поверхностей минералов и мономинеральных порошков разновидностей

флюорита. Смачиваемость оценивалась по величине краевого угла смачивания

9 (рис. 3.14, а) и коэффициента смачиваемости К (рис. 3.14,6). Установлено, что

наименьшее смачивание имеют образцы флюорита, обработанные сернистым

натрием при концентрациях: 100 мг/дм3 - для белого, 200 мг/дм3-для зеленого,

150 мг/дм3 - для фиолетового. При этом краевой угол смачивания возрастает с

76,2° до 83,1°- для белого, с 67,5° до 80,3° - для зеленого, с 58,5° до 74,9° - для

фиолетового флюорита, коэффициент смачиваемости снижается с 0,3 до 0,17 -

для белого и с 0,43 до 0,27 - для фиолетового флюорита при концентрации 200

мг/дм3, с 0,39 до 0,23 - для зеленого флюорита при концентрации 100 мг/дм3.

Дальнейшее повышение концентрации данного реагента приводит к

увеличению коэффициента смачиваемости до 0,34 - для белого, до 0,44 - для

зеленого и до 0,41 - для фиолетового флюорита и снижению краевого угла

смачивания до 58° - для белого, до 56° - для зеленого и 61° - для фиолетового.

60

55

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

0,15

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Концентрация Na2S, мг/дм3

Рис.

белый; зеленый; фиолетовый

Таким образом, депрессирующее действие сернистого натрия при

высоких концентрациях связано с изменением электрокинетического

потенциала минеральной поверхности разновидностей флюорита и

повышением величины рН.

Результаты флотации разновидностей флюорита олеиновой кислотой при

различных концентрациях сернистого натрия (см. рис. 3.15) показывают, что

при использовании олеиновой кислоты нивелируются различия при флотации

данных минералов, но максимальная их флотируемость наблюдается при тех

же концентрациях сернистого натрия, что и без карбоксильного собирателя.

При концентрациях сернистого натрия до 150-250 мг/дм3 выход концентрата

повышается на 32-42%, а при увеличении концентрации до 450 мг/дм3

незначительно снижается.

Рис. 3.15. Влияние концентрации сернистого натрия на

флотацию разновидностей флюорита олеиновой

кислотой (200 мг/дм3):

белый; зеленый; фиолетовый

поверхности разновидностей флюорита, обработанных сернистым натрием,

показывают (рис. 3.16), что с увеличением концентрации сернистого натрия до

200 мг/дм3 количество закрепившегося собирателя на поверхности возрастает с

107 до 152 нмоль/см2 - для белого, с 100 до 145 нмоль/см2- для зеленого и с 97

до 138 нмоль/см2 - для фиолетового, а при концентрациях с 250 мг/дм3 до 450

мг/дм3 практически не изменяется, несмотря на подавление флотации

разновидностей флюорита.

поверхности минералов собирателем до 53,1% — для белого, 45,4% - для

зеленого и 44,2% - для фиолетового.

0 50 100 150 200 250 300 350 3 400 450

Концентрация сернистого натрия мг/дм

Рис.3.16. Изотермы адсорбции олеиновой кислоты

(200 мг/дм3) на поверхности флюорита в присутствии

ceD нисто го натоия:

—белый; зеленый; фиолетовый

Таким образом, снижение флотируемости разновидностей флюорита при

повышении концентрации сернистого натрия свыше 300 мг/дм3 обусловлено

повышением смачиваемости поверхности и величины рН, несмотря на

практически неизменную сорбцию собирателя.

Установленные закономерности адсорбции карбоксильного собирателя

на разновидностях флюорита в присутствии сернистого натрия позволят

разработать оптимальный реагентный режим флотации труднообогатимых

флюоритовых руд и повысить технологические показатели обогащения.

3.5. Изучение влияния жидкого стекла на флотацию флюорита

Жидкое стекло является одним из наиболее распространенных реагентов-

регуляторов, применяемых при флотации несульфидных минералов.

Для флотации более селективным считается жидкое стекло с модулем в

пределах 2,2-3,0. Чем выше модуль, тем труднее жидкое стекло растворяется,

образуя при этом больше коллоидной кремнекислоты, групп и цепочек,

состоящих из связанных между собой кремнекислородных тетраэдров.

Жидкое стекло подвергается гидролизу:

Na2Si03 + 2Н20 = 2Na+ + 20Н"+ H2Si03

Кремневая кислота диссоциирует на ионы в зависимости от рН:

H2Si03 = H++HSi03~

HSiO-f = H++Si032-

До рН менее 8-9 в пульпе преобладает недиссоциированная

кремнекислота H2Si03, при рН 9-10 присутствуют ионы HSi03~ и

недиссоциированная кремнекислота H2Si03 в соотношении 1:1. При рН 10-12

ионы HSi03~ являются основной формой нахождения жидкого стекла в пульпе

[120].

содержание ионов HSi03~ составляет 95%, Si032~ - 4,2%, H2Si03 - 0,84%. При

уменьшении рН на единицу содержание ионов HSi03~ снижается до 47%. При

л

рН 13 и более ионы Si03 "преобладают над другими продуктами диссоциации

жидкого стекла.

Флотационные свойства жидкого стекла весьма многообразны. Прежде

всего, это сильный депрессор кварца и других алюмосиликатов, действующий в

определенных условиях весьма избирательно. По изучению механизма

депрессирующего действия жидкого стекла выполнено много работ.

М. А. Эйгелесом было сделано предположение, что депрессия минерала

находится в прямой зависимости от количества жидкого стекла, поглощенного

поверхностью минерала, и что, закрепляясь на поверхности минерала, жидкое

стекло повышает общую гидратированность поверхности. По его мнению,

депрессирующей формой является ион HSi03~. Если точку зрения

М. А. Эйгелеса относительно механизма депрессии разделяют большинство

исследователей, то относительно того, что является активно депрессирующей

формой жидкого стекла, высказано много различных гипотез. Ряд авторов

связывают депрессию с закреплением коллоидной кремневой кислоты или ее

полимерных форм [58]. В работах Фюрстенау [87] механизм депрессии и

активно депрессирующие формы жидкого стекла рассматриваются в связи с

электрокинетическим потенциалом минерала в данных условиях и состоянием

жидкого стекла. Некоторые авторы склонны считать активно депрессирующей

формой ионную [32].

При небольших расходах (до 500 г/т) жидкое стекло активирует

флотацию некоторых кальциевых минералов. Впервые это явление было

отмечено Белоглазовым и Осолодковым, показавшими, что таким способом

активируется флотация апатита олеиновой кислотой [104]. Впоследствии

активирующее действие небольших дозировок жидкого стекла на флотацию

флюорита было отмечено Эйгелесом [72] и другими исследователями.

Активирующее действие жидкого стекла Эйгелес объясняет изменением рН

среды и улучшением свойств пены, а Стремовский - пептизацией тонких

шламов [104]. В работах [55,72] указывается, что жидкое стекло связывает

«неизбежные ионы» пульпы, переводящие собиратель в менее активные

флотационные формы. Исследования Классена [104] не подтвердили

решающей роли ни одного из перечисленных факторов и, прежде всего,

изменения рН среды жидким стеклом. Установлено, что изменение

концентрации водородных ионов в пульпе при добавлении того количества

жидкого стекла, которое активирует флотацию, очень незначительно. Для

уточнения механизма действия жидкого стекла проведены исследования и

установлено, что незначительная активация флюорита происходит и при

больших концентрациях данного реагента (рис. 3.17). При увеличении

концентрации жидкого стекла с 500 до 3000 мг/дм3 выход разновидностей

флюорита снижается на 5-10%, кальцита - на 2,5% при повышении рН с 7,2 до

10,8. При дальнейшем увеличении концентрации жидкого стекла до 8000

1

мг/дм величина рН повышается до 11,2, а адсорбция ионов SiCgt;3 снижается,

что приводит к уменьшению депрессирующего действия данного реагента.

О

Концентрация жидкого стекла,мг/дм

Рис. 3.18. Влияние концентрации жидкого стекла на

электрокинетический потенциал поверхности

кальцита и разновидностей флюорита:

•— белый; зеленый; фиолетовый; кальцит

Концентрация жидкого стекла, %

Рис. 3.17. Влияние концентрации жидкого стекла на

флотацию модификаций флюорита:

-¦-белый; -"-зеленый; фиолетовый; -¦-кальцит

Дзета-потенциал исследуемых минералов при концентрации жидкого

стекла, равной 500 мг/дм3, становится отрицательным и величина его

непрерывно увеличивается при повышении концентрации данного реагента

(рис. 3.18).

2

1

Таким образом, снижение депрессирующего действия жидкого стекла

связано с повышением величины рН, что приводит к увеличению концентрации

ионов БЮз , адсорбция которых на отрицательно заряженной поверхности

разновидностей флюорита снижается.

Избирательность действия жидкого стекла иногда бывает недостаточной

для того, чтобы разделить близкие по своим флотационным свойствам

минералы. В таких случаях удается решить проблему селективной флотации

минералов, применяя специальные меры для увеличения избирательности

действия жидкого стекла. Один из таких способов заключается в обработке

флотационной пульпы жидким стеклом при повышенной температуре.

Данный способ был предложен Н. С. Петровым для извлечения

флотационным методом шеелита из руд, содержащих другие кальциевые

минералы: кальцит, флюорит, апатит [64]. Данный метод осуществляется в

среде жидкого стекла при температуре 60-85°С. Селективная флотация

минералов зависит от концентрации жидкого стекла и жирнокислотного

собирателя, от рН, температуры, разжиженности пульпы и ряда других

факторов. В процессе пропарки происходит энергичная адсорбция жидкого

стекла на поверхности минералов, сопровождающаяся вытеснением олеат-

ионов, кислорода [47, 55, 72]. Сопоставление данных о влиянии жидкого стекла

при повышении температуры пульпы с 20 до 80°С на флотацию

мономинеральных порошков флюорита и кальцита представлено на рис. 3.19,

3.20. Результаты исследований показали, что избирательное действие данного

реагента значительно усиливается. При температуре пульпы, равной 40°С

(рис. 3.19, а), характер влияния жидкого стекла на флотируемость кальцита и

разновидностей флюорита идентичен, что и при температуре пульпы 20°С (см.

рис. 3.17). При повышении концентрации данного реагента до 500 мг/дм выход

разновидностей флюорита увеличивается на 7-8%, кальцита на 6%.

Дальнейшее повышение температуры пульпы до 60°С (рис. 3.19, б) приводит

также к увеличению флотируемости исследуемых минералов, но при более

низких концентрациях жидкого стекла. Кроме того, установлено различие во

флотационной активности кальцита и разновидностей флюорита при действии

данного реагента. Повышенная флотируемость у кальцита наступает при

меньших концентрациях жидкого стекла, чем у разновидностей флюорита. При

температуре пульпы 80°С наблюдается отсутствие снижения депрессирующего

действия данного реагента.

2000 4000 6000 8000

Концентрация жидкого стекла, мг/дм3

10000

2000 4000 6000 8000

Концентрация жидкого стекла, мг/дм

Рис. 3.19. Влияние концентрации жидкого стекла на

флотацию кальцита и разновидностей флюорита

при t=40°C (а) и t=60°C (б):

>-белый; -"-зеленый; фиолетовый; -¦-кальцит

0              2000 4000              6000 8000 10000

Концентрация жидкого стекла, мг/дм3

Рис. 3.20. Влияние концентрации жидкого стекла на

флотацию кальцита и флюорита при t=80°C:

белый; -*- зеленый; фиолетовый; -¦- кальцит

Из приведенных результатов исследований видно, что в процессе

пропарки существенного отличия флотационной активности между

разновидностями флюорита не обнаружено. Установлено, что при повышении

температуры пульпы возрастает различие во флотационной активности

кальцита и флюорита, что способствует их разделению.

3.6. Выводы

1. Установлено, что естественная флотируемость разновидностей

флюорита: белого, зеленого и фиолетового определяется наличием дефектов

кристаллической решетки и изоморфных примесей, обусловливающих

появление наряду с совершенной спайностью по октаэдру спайности по кубу и

ромбододекаэдру, что предопределяет различное энергетическое состояние

поверхностей и их смачиваемость.

2. При увеличении концентрации сернистого натрия до 250 мг/дм3

флотируемость разновидностей флюорита повышается, что обусловлено не

только образованием на поверхности элементной серы, но и увеличением

адсорбции карбоксильного собирателя.

3. При увеличении концентрации сернистого натрия свыше 300 мг/дм3

   флотируемость разновидностей флюорита снижается, что обусловлено

   повышением смачиваемости поверхности и величины рН, несмотря на

   практически неизменную сорбцию собирателя.

4. Установлено, что депрессирующее действие жидкого стекла на

   флюорит при рН более 11 снижается за счет уменьшения адсорбции ионов

   SiCgt;3 на отрицательно заряженной поверхности данного минерала.

5. Установлено, что при повышении температуры пульпы возрастает

   различие во флотационной активности кальцита и флюорита, что способствует

   их разделению. В процессе пропарки существенного отличия флотационной

   активности между разновидностями флюорита не обнаружено.