Флотационное обогащение твердого сырья.

Флотация основана на различной смачиваемости минералов водой. Мерой смачиваемости материалов служит величина краевого угла смачивания, образующегося вдоль линейной границы раздела твёрдое тело - жидкость - воздух (Рис 1.1). Вода образует с несмачиваемой (гидрофобной) частицей 1 тупой краевой угол, а со смачиваемой (гидрофильной) - острый.

Силы поверхностного натяжения стремятся выровнять уровень жидкости, в результате этого гидрофобная частица выталкивается из жидкости и всплывает, а гидрофильная погружена в жидкость.

Это явление не зависит от плотности минерала, и нередко всплывают более тяжёлые гидрофобные частиц, а более лёгкие тонут.

Известно, что несмачиваемость частиц будет тем сильнее, чем больше отношение поверхности к объёму, т.е. чем мельче размер частиц (в приделах 0,03 - 0,3 мм).

Флотация ускоряется при пропускании через пульпу мелких пузырьков воздуха, которые, поднимаясь к поверхности, захватывают с собой гидрофобные частицы.

В результате над поверхностью жидкости образуется слой пены с частицами гидрофобного материала, который легко удаляется.

Хорошо смачиваемые частицы постепенно оседают на дно. Высокой гидрофобностью отличаются графит, самородная сера некоторые виды каменного угля. Большинство материалов мало отличаются по смачиваемости, либо обладают гидрофильностью.

В таких случаях необходимо применение флотационных реагентов - веществ, позволяющих в широких приделах изменять физико-химические свойства поверхностного слоя минеральных частиц. Все флотационные агенты делятся на:- пенообразователи; собиратели; - регуляторы. Для обогащения сырья применяют флотационные машины двух типов:- камерные - с механическим перемешиванием пульпы;- корытные - с пневматическим перемешиванием пульпы.

Механические флотационные машины состоят из последовательно расположенных камер, разрез одной из них показан на рисунке 2. В нижнюю часть камеры через трубы 3 подаётся воздух для создания пены и свежая пульпа с реагентами для флотации. Камера разделена колосниковой горизонтальной решёткой 3 на нижнюю смесительную и верхнюю разделительную части. Из верхней части разделительной камеры непрерывно отводится минерализованная пена, содержащая концентрат; из нижней, - через порог 6, в промежуточную камеру 7 выводятся хвосты в виде пульпы. Если хвосты содержат ценные компоненты, то они поступают в следующую флотационную камеру для дальнейшего обогащения следующими реагентами для флотации. Концентрат отделяется от воды в отстойниках на фильтрах и высушивается. Если в хвостах содержится пустая порода, то она направляется в отвал.

 

Характеристика природных вод. Виды жёсткости воды.

Вода выполняет важную роль в различных отраслях промышленности и в быт,.

вода является сырьём и реагентом, универсальный растворитель, вода используется как теплоноситель. Природные воды на основании их происхождения можно разделить на несколько видов.

1. Атмосферные воды, выпадающие в виде дождя и снега. Атмосферные воды содержат минимальное количество примесей, главным образом, в виде растворённых газов (кислорода, оксида углерода, иногда в виде оксидов азота и серы - «кислотные дожди»).

2. Поверхностные воды - это воды рек, озёр, морей и океанов. В состав поверхностных вод входят различные минеральные и органические вещества. Природа и концентрация этих органических веществ зависит от климатических, географических условий, а также от уровня развития промышленности в данном районе и ряда других факторов.

3. Подземные воды. К ним относятся воды артезианских скважин, колодцев, ключей и гейзеров. Для них характерно высокое содержание минеральных солей, вымываемых из почвы и горных пород, и малое содержание органических веществ.

Все примеси, присутствующие в воде можно разделить на три группы:

а) грубодисперсные взвеси, с размером частиц более
100 Å;

б) коллоидные частицы, с размером частиц от 1 до 100 Å;

в) молекулярно-дисперсные частицы или истинные растворы, размером менее 1 Å. Воду в зависимости от назначения подразделяют на питьевую и промышленную.

!!! Жёсткостью называется свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺).

В зависимости от природы анионов различают:

а) временную жёсткость или карбонатную жёсткость, зависящую от наличия карбонат-ионов (HCO₃^-);

б) постоянную или некарбонатную жёсткость, обусловленную наличием хлорид-, нитрат-, сульфат-ионов;

в) общую жёсткость.

1) Временная жёсткость воды удаляется кипячением, в результате чего растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты и выпадают в виде плотного осадка:

100ºC

Ca(HCO₃)₂ == CaCO₃↓ + H₂O + CO₂

100ºC

Mg(HCO₃)₂ == MgCO₃↓ + Mg(OH)₂ + H₂O + 3CO₂

2) Постоянная жёсткость обусловлена присутствием других солей кальция и магния, не удаляемых из воды при кипячении.

3) Сумма временной и постоянной жёсткости называется общей жёсткостью, измеряемой в миллиграмм-эквивалентах ионов кальция или магния в литре воды.

Значение серной кислоты. Сырье сернокислой промышленности.

Физические свойства. Серная кислота – бесцветная маслянистая жидкость с Т_кр = 10,37Сº, Т_к = 296,2Сº, ρ = 1,85 г/см³, не дымит, не имеет цвета и запаха.

Концентрированная серная кислота не разрушает черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу самых сильных минеральных кислот.

Сырьё. Сырьём для производства серной кислоты могут быть свободная сера, и различные серосодержащие соединения. Из них в дальнейшем после обработки могут быть получены сера или непосредственно оксид серы (IV). Свободная сера (S) является самым совершенным сырьём для производства серной кислоты. Сера легко сгорает в токе воздуха без образования отходов и побочных продуктов. 2) Железный колчедан (H₂S). Сера в природе преимущественно встречается в виде сульфидов и сульфатов различных металлов. Наиболее распространённым сульфидом серы является пирит или железный колчедан. Природный железный колчедан представляет собой сложную породу, состоящую из сульфида железа и сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца, кобальта). Содержание серы в колчедане колеблется от 35 до 50%. Перед использованием железного колчедана для производства серной кислоты его подвергают обработке методом флотации с целью извлечения из него ценных металлов и повышения концентрации сульфида железа. Железный колчедан поступает на заводы по производству серной кислоты в виде порошка - флотационного колчедана. 3) Оксид серы (IV). При переработке сульфидовцветных металлов образуется большое количество оксида серы (IV) (до 10%), который можно непосредственно использовать для производства серной кислоты. 4) Сероводород. При переработке нефтепродуктов в качестве побочного продукта образуется сероводород. Сероводород улавливают, концентрируют, а затем сжигают и получают оксид серы (IV), перерабатываемый в дальнейшем в серную кислоту.

Химическая и принципиальная схема получения серной кислоты контактным способом.

контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века.Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный).

Химическая схема получения серной кислоты включает три последовательные стадии:

1) окисление дисульфида железа кислородом воздуха:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q

2) каталитическое окисление оксида серы (IV) избытком кислорода:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃ + Q

3) абсорбция оксида серы (IV) с образованием серной кислоты:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Принципиальная схема производства серной кислоты включает три стадии:

I-я стадия - получение обжигового газа (оксида серы (IV) из колчедана:

1) операция - обжиг колчедана в печи кипящего слоя;

2) операция - охлаждение газа в котле утилизаторе;

3) операция - общая очистка газа в центробежных пылеуловителях и сухих электрофильтрах;

4) операция - специальная очистка газа в промывных башнях и мокрых электрофильтрах.

II-я стадия – контактирование:

5) операция - подогрев газа в теплообменнике;

6) операция - контактирование в контактном аппарате.

III-стадия - абсорбция

7) операция - абсорбция оксида серы и образование серной кислоты в абсорбционной башне с насадкой.