Politechnika Wrocławska Wrocław 16.10.1998

Wydział Górniczy EOP

Rok IV grupa 2B

Sprawozdanie nr 1. z Przeróbki Kopalin

Temat : FLOTACJA MIEDZI

Wykonał : Andrzej Majocha

1.Wstęp

Flotacja jest metodą wzbogacania stosowaną do rozdziału bardzo drobnych ziaren mineralnych, w której wykorzystuje się fizykochemiczne różnice we własnościach powierzchniowych minerałów. Proces flotacji przebiega w ten sposób, że przez zawiesinę wodną drobno zmielonego surowca mineralnego przepływają zdyspergowane pęcherzyki powietrza. Odpowiednie cząstki mineralne w wyniku zderzeń z pęcherzykami powietrza przyczepiają się do nich i są wynoszone na powierzchnię zawiesiny. Na powierzchni tej tworzy się tzw. piana zmineralizowana, czyli piana nasycona minerałami przyczepionymi do pęcherzyków powietrza, którą zbiera się mechanicznie. Flotację stosuje się do wzbogacania kopalin, zawierających ziarna drobne poniżej 0,3 mm w przypadku rud i poniżej 1 mm dla węgla.

We flotacji wykorzystuje się różnice we własnościach powierzchniowych minerałów, w szczególności różnice w zwilżalności ich powierzchni przez wodę i różnice w zdolności adsorbowania na swej powierzchni różnych jonów i związków chemicznych. Zwilżalność wodą mierzona jest tzw. kątem zwilżenia . Ze względu na kąt zwilżenia powierzchnie mineralne dzielą się na zwilżalne ( hydrofilne;  = 0 ), i niezwilżalne ( hydrofobowe;  > 0 ). Pęcherzyki powietrza łączą się tylko z powierzchniami hydrofobowymi natomiast większość minerałów posiada powierzchnie słabo hydrofobowe lub hydrofilne. Dlatego do zawiesiny wprowadzamy odczynniki chemiczne, które adsorbując się na powierzchniach mineralnych czynią je hydrofobowymi. Odczynniki te nazywamy odczynnikami flotacyjnymi.

Odczynniki flotacyjne są związkami chemicznymi zarówno organicznymi, jak i nieorganicznymi, które mają za zadanie umożliwić lub ułatwić flotację określonego minerału. Ze względu na rolę jaką spełniają w procesie flotacji dzieli się je na trzy grupy:

• Odczynniki zbierające ( zbieracze, kolektory ), są to związki organiczne, które mają za zadanie adsorbować się selektywnie na powierzchni wybranego minerału i czynić tę powierzchnię hydrofobową. Ze względu na własności chemiczne zbieracze dzieli się na jonowe ( anionowe, kationowe, amfoteryczne ) i niejonowe.

• Odczynniki pianotwórcze ( spieniacze ), są to związki organiczne, które adsorbując się na granicy rozdziału ciecz-gaz obniżają napięcie powierzchniowe i umożliwiają tworzenie się odpowiednio trwałej i dostatecznie obfitej piany.

• Odczynniki modyfikujące ( modyfikatory ), są to związki przeważnie nieorganiczne, które mają za zadanie regulację działania zbieraczy w kierunku polepszenia skuteczności i selektywności flotacji. Modyfikatory ze względu na funkcję w procesie flotacji dzieli się na: aktywatory, depresory, regulatory pH, odczynniki regulujące stopień agregacji ziaren ( peptyzatory i flokulatory ).

Flotacji dokonuje się w maszynach flotacyjnych ( flotownikach ). Flotownik zbudowany jest z komory, do której wprowadza się zawiesinę, i wirnika lub aeratora zanurzonych w zawiesinie. Powietrze wprowadzane jest nad dnem komory i dyspergowane na drobne pęcherzyki, będące czynnikiem roboczym. Rozróżniamy trzy rodzaje maszyn flotujących:

• Maszyny mechaniczne w których obracający się wirnik zasysa i dysperguje powietrze oraz rozprasza ziarna mineralne w zawiesinie.

• Maszyny mechaniczno-pneumatyczne do których powietrze doprowadzane jest pod ciśnieniem a obracający się wirnik dysperguje powietrze oraz rozprasza ziarna mineralne w zawiesinie.

• Maszyny pneumatyczne w których powietrze doprowadzone pod ciśnieniem ulega dyspergacji przepływając przez porowatą przegrodę tzw. aerator. Ziarna mineralne rozpraszane są samym przepływem powietrza.

Wyniki flotacji zależą od wielu czynników niejednokrotnie bardzo ściśle ze sobą powiązanych. Czynniki te można podzielić na cztery grupy związane z:

• charakterem powierzchni mineralnej i składem mineralogicznym kopalin,

• charakterystyką zawiesiny flotacyjnej ( pH zawiesiny, gęstość, temperatura, kształt ziaren i skład granulometryczny nadawy ),

• charakterem dodawanych do zawiesiny odczynników flotacyjnych ( rodzaj i ilość odczynników, sposób i kolejność ich dozowania, czas kontaktu odczynników z powierzchnią mineralną ),

• charakterystyką pracy maszyn flotacyjnych ( intensywność mieszania i napowietrzania zawiesiny, poziom zawiesiny w komorze, sposób odbierania piany, czas flotacji ).

2. Cel wykonania ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

• zapoznanie się z procesem flotacji rudy siarczkowej metali nieżelaznych ( miedzi ) metodą flotacji czyszczących,

• sposobem przeprowadzenia badań i oceny wzbogacalności rudy,

• otrzymanie danych jakościowo-ilościowych procesu flotacji.

3. Część doświadczalna

3.1. Materiały i urządzenia

Urządzenia: laboratoryjna maszynka flotacyjna mechaniczna typu „Mechanobr”

waga techniczna, naczynia szklane, pipeta, suszarka

Nadawa:

Ruda miedzi z rejonu Z.G. „Lublin”, zmielona do uziarnienia - 0,3 mm

Odczynniki:

Etyloksantogenian potasu ( zbieracz anionowy )

a-terpineol ( odczynnik pianotwórczy )

3.2. Metodyka flotacji rudy miedzi

Odważono 200g zmielonej rudy miedzi, przygotowano naczynia na produkty oraz przygotowano odpowiednie ilości odczynników flotacyjnych:

• etylowy ksantogenian potasu w ilości 100g/Mg rudy. Odczynnik ten był przygotowany do ćwiczenia w postaci roztworu o stężeniu 0,6g/200cm³. Wyliczono, iż do 200g rudy należy dodać 6,67cm³ roztworu etyloksantogenianu potasu.

• Terpineol w ilości 150g/Mg rudy. Odczynnik ten był przygotowany w postaci roztworu o stężeniu 1g/dm³. Wyliczono, iż do 200g rudy należy dodać 30cm³ terpineolu.

Rudę wsypano do komory maszynki flotacyjnej o pojemności 0,7 dm³ i dodano wody do wyznaczonego poziomu. Komorę umieszczono w maszynce, włączono napęd wirnika i mieszano zawiesinę przez 1 minutę w celu pełnego zwilżenia rudy. Po dobrym zwilżeniu rudy dodano odmierzone pipetą 6,67 cm³ etyloksantogenianu potasu i mieszano z zawiesiną rudną przez 5 minut. Następnie dodano do zawiesiny 30 cm³ terpineolu i mieszano z zawiesiną przez 1 minutę. W trakcie mieszania z odczynnikami, na ramieniu ruchomej podstawki maszynki umieszczono naczynie na produkt pianowy ( komorę flotacyjną o mniejszej pojemności ). Kolejną czynnością było częściowe otworzenie zaworu doprowadzającego zasysane powietrze. Zaobserwowano powstawanie na powierzchni zawiesiny pianę i rozpoczęto jej zgarnianie do podstawionego naczynia przy pomocy ręcznego zgarniaka. Z chwilą pierwszego zgarnięcia piany rozpoczęto pomiar czasu flotacji. Pianę zgarniano z powierzchni zawiesiny przez 10 minut uzupełniając ubytek zawiesiny w komorze przez dolewanie wody z tryskawki. Po 10 min. Zgarniania piany, zamknięto dopływ powietrza i wyłączono napęd. Obniżono komorę zatrzymując ją pod wirnikiem a następnie tryskawką spłukano ( do komory ) wirnik i jego obudowę. Pozostałość w komorze, stanowiącą odpad flotacji głównej, zdekantowano. Komorę 0,5 dm³, w której zbieraliśmy produkt pianowy, umieszczono w maszynce i powtórzono operację flotacji ( jako flotację czyszczącą I ). Do flotacji czyszczących nie dodawano nowych porcji odczynników flotacyjnych. Flotację czyszczącą I prowadzono przez 7,5 min. Po zebraniu produktu pianowego zmieniono wirnik maszynki na mniejszy i powtórzono flotację kolejno w komorach 0,3 i 0,2 dm³ wykonując operacje flotacji czyszczących II i III . Produkty pozostające w komorach ( w 0,7 dm³ - odpad, w 0,5 dm³ - półprodukt I, w 0,3 dm³ - półprodukt II, w 0,2 dm³ - półprodukt III, w zlewce - koncentrat ) po dekantacji przeniesiono do szklanych naczyń i umieszczono w suszarkach do wysuszenia a następnie zważenia.

1. Wyniki i ich omówienie

γ - wychód produktu  - zawartość miedzi w produkcie

 - uzysk miedzi w produkcie ,  - zawartości i uzyski miedzi kumulowane

Na podstawie tabeli 1. Wykreślono krzywą wzbogacania Mayera - rys. 1.

Aby obliczyć wskaźniki rozdziału na dwa produkty ( koncentrat i odpad ) należy wykreślić krzywą  ( zawartość miedzi w koncentracie ) w zależności od  jak to pokazano na rys.2.

Następnie przyjmuję, że zawartość miedzi w koncentracie musi wynosić 20 % (  =20 % ). Wybrano  =20 % gdyż jest to wystarczająca zawartość dla wsadu hutniczego i nie wymaga wielu powtórzeń cykli flotowania.

Z rys. 2 odczytano, że wartości  = 20 % odpowiada uzysk miedzi w koncentracie _k =81,25%.

Obliczenia:

• wychód koncentratu - γ_k

 = 1.83 % - zawartość miedzi w nadawie,

• Wychód odpadu - γ_o :

γ_o = 100 - γ_k = 100 - 7,44 = 92,56 %

• Strata miedzi w odpadach -  :

 = 100 - _k = 100 - 81,25 = 18,75 %

• Zawartość miedzi w odpadzie -
  :

• Stopień wzbogacenia - / :

3. Wnioski

Przy podziale produktów flotacji na dwie frakcje ( koncentrat i odpad ) otrzymano

duże straty miedzi w odpadach (  = 18,75 % ). Aby straty te zmniejszyć należy produkty flotacji podzielić na trzy frakcje: koncentrat ( =20 % ), półprodukt (  =8 % ) i odpad. Wyniki wówczas będą następujące:

Przy takim podziale strata miedzi jest mniejsza niż wymaga tego kryterium górnicze (
).

4. Literatura

• Z. Blaschke, M. Brożek, E. Mokrzycki, Z. Ociepa, T. Tumidajski - „ Górnictwo cz 5.- Zarys technologii procesów przeróbczych. „

• wykłady

---