1. Wstęp

Flotacja jest jedną z metod rozdziału mającą zastosowanie do bardzo drobnych ziarn mineralnych. Flotacja dokonywana jest w zawiesinie minerałów w wodzie i polega na selektywnym przyczepianiu się ziarn mineralnych zawieszonych w wodzie do rozproszonych w tej wodzie pęcherzyków powietrza. Powstający agregat pęcherzyk powietrza-ziarno jest Iżejszy od wody i wypływa na powierzchnię zawiesiny. Flotacja stosowana jest powszechnie do wzbogacania wszelkich surowców mineralnych, w których dla uwolnienia minerału użytecznego wymagane jest rozdrobienie nadawy do ziarn o wielkości mniejszej od około 0.3-0.1mm. W przypadku ziarn węgli kamiennych uziarnienie to może być grubsze t.j. < 0.5mm a nawet < 1mm. Metodą flotacji wzbogaca się miliony megagramów wszelkich surowców mineralnych np. 80 - 90 ^o/_o wydobywanych w świecie rud metali nieżelaznych. W Polsce np. tą metodą przerabia się całość wydobywanych rud miedzi, tj. rocznie blisko 30 mln. Mg.

W przeróbce kopalin, flotacja zaliczana jest do fizykochemicznych metod wzbogacania surowców mineralnych. Metody flotacyjne oparte są na wykorzystaniu różnic we własnościach fizykochemicznych powierzchni minerałów. Przez własności fizykochemiczne powierzchni minerałów rozumiemy zespół zjawisk chemicznych i fizycznych mających miejsce na powierzchni ziarn mineralnych wynikających ze stanu energetycznego tej powierzchni i związanych z adsorpcją (chemiczną i fizyczną) różnych substancji, zjawiskami na granicy trzech faz: minerał -woda-powietrze. Fizycznie mierzalnym efektem tych zjawisk jest zwilżalność powierzchni mineralnej a zatem jej "powinowactwo" do wody. Zwilżalność mierzona jest tzw. kątem zwilżania Θ. Powierzchnia mineralna może być zwilżalna (hydrofilna), i wówczas Θ = 0 lub niezwilżalna wodą (hydrofobowa), gdy Θ > 0. Niewiele minerałów charakteryzuje się naturalną hydrofobowością np. grafit, siarka rodzima. Większość minerałów oznacza się słabą hydrofobowością lub hydrofilnością. Nowoutworzona powierzchnia niemal każdego minerału (tzn. powstała w chwili rozdrabiania) jest zwilżalna przez wodę (hydrofilna). Potrafimy zmieniać własności powierzchniowe minerałów poprzez wprowadzanie do zawiesiny odpowiednich substancji chemicznych, które adsorbując się np. na wcześniej zwilżalnej powierzchni minerału czynią ją hydrofobową. Z powierzchnią hydrofobową zanurzoną w wodzie mogą łączyć się pęcherzyki powietrza natomiast z hydrofilną nie. Tworzenie powierzchni wykazującej własności hydrofobowe najczęściej związane jest z adsorbcją na niej rodników węglowodorowych.

Operacji flotacji dokonuje się w urządzeniach zwanych flotownikami lub maszynami flotacyjnymi. Maszyna flotacyjna zbudowana jest z komory, do której wprowadza się zawiesinę, i wirnika. Czynnikiem roboczym we flotacji są pęcherzyki powietrza wprowadzadzanego do

zawiesiny drobno zmielonej rudy w wodzie wypełniającej komorę flotacyjną.

W celu przeprowadzenia skutecznego rozdziału różnych minerałów flotacji konieczne jest stworzenie odpowiednich warunków fizykochemicznych procesu. Substancje stosowane do tego celu to odczynniki flotacyjne tj.:

- odczynniki zbierające,

- odczynniki pianotwórcze,

- odczynniki modyfikujące.

Układ flotacyjny jest bardzo złożonym i wyniki procesu flotacji zależą od bardzo wielu czynników. Czynniki te można sprowadzić do czterech grup związanych z:

1. własnościami chemicznymi i fizycznymi powierzchni mineralnej ,

składem i własnościami mineralogicznymi i petrograficznymi kopalin;

2.charakterystyką zawiesiny flotacyjnej: pH środowiska, składem jonowym, zagęszczeniem części stałych, temperaturą, składem granulometrycznym;

3.charakterem dodawanych do zawiesiny odczynników flotacyjnych (rodzaj , ilość , sposób i kolejność ich dozowania, czas kontaktu).

4.charakterystyką pracy flotowników : wydajność, intensywność mieszania i napowietrzania zawiesiny flotacyjnej, poziom zawiesiny w komorze, sposób odbierania piany, czas flotacji .

2.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wzbogacanie węgla, które ma na celu obniżenie zawartości w nim popiołu, a także zapoznanie się z procesem flotacji.

3. Część doświadczalna

3.1. Materiały i urządzenia

• Nadawa- węgiel kamienny o wadze 200g

• Urządzenia:

• laboratoryjna maszynka flotacyjna typu ,,Mechanbor,,

• waga techniczna

• naczynie flotacyjne o pojemności 1 dm ³

• naczynia szklane

• zgarniaki do piany

• tryskawki z wodą

• tygle porcelanowe

• suszarka

• eksykator

• Odczynniki

-zbieracz - olej napędowy

- czynnik pianotwórczy - α - terpinol

Obliczenie ilości oleju napędowego ( zbieracza) oraz α-terpinolu

(czynnika pianotwórczego):

• Olej napędowy : 300 g - 1 Mg

x g - 200 g

x = 0.06 g

• Ilość oleju napędowego w emulsji : 0.41933 g - 100 cm³

0.06 g - x cm³

x = 14.308 cm³

• Terpinol : 150 g - 1 Mg

x g - 200 g

x = 0.03 g

• Ilość terpinolu w roztworze : 1 g - 1000 cm³

0.03 g - x cm³

x = 30 cm³

3.2. Metodyka

Przygotowano naważkę 200g drobno uziarnionego węgla kamiennego oraz odmierzono odpowiednią objętość emulsji wodnej oleju napędowego .Następnie odmierzono wyliczoną dla naważki 200g węgla objętość roztworu odczynnika pianotwórczego. Odważony węgiel wsypano do komory maszynki flotacyjnej o pojemności 1dm ³ , którą napełniono wodą do zaznaczonego na ściance komory poziomu. Komorę zamocowano w maszynce i po włączeniu napędu wirnika i mieszano zawiesinę przez kilkanaście sekund tak, aby węgiel został całkowicie zwilżony. Do mieszanej zawiesiny wprowadzono wyliczoną i odmierzoną objętość emulsji odczynnika zbierającego. Mieszanie z odczynnikiem trwało 5 min. Po tym czasie dodano do mieszanej nadal zawiesiny przygotowaną i odmierzoną ilość odczynnika pianotwórczego i mieszano dalej przez 1 minutę. W tym czasie otworzono ostrożnie i powoli zawór wlotu powietrza pozostawiając go tylko częściowo otwartym. Wytwarzającą się na powierzchni zawiesiny pianę rozpoczęto zgarniać do podstawionego naczynia. Produkty pianowe zbierano do oddzielnych naczyń w tzw. sposób frakcjonowany w ciągu następujących odcinków czasu : 30 s , 30 s, 1 min i 2min.

Zbierane produkty po zgaszeniu piany i zdekantowaniu

umieszczono w suszarce.

Wysuszone produkty flotacji węgla odważono w tygielkach porcelanowych. Następnie tygle z naważkami o 1 g każdy umieszczono w piecu celem spalenia. Po spaleniu określono masę otrzymanego popiołu.

Otrzymane wyniki zostały zebrane i przedstawione w dalszej części sprawozdania.

3.3. Wyniki

Otrzymane wyniki zostały przedstawione w tabeli nr 1.

4. Wnioski

.

4

---