Флотационный метод получения хлористого калия из сильвинита (стр. 4 из 7)
5.1.4.Адсорбционная гипотеза К.Ф. Белоглазова
Гетерополярные молекулы коллектора закрепляются на поверхности флотируемых частиц, причем углеводородные концы молекул обращены в водную фазу. Такое ориентированное закрепление происходит вследствие возникновения сильных связей между полярной частью молекулы коллектора и полярным минералом.
Закрепление покрытых коллектором частиц на поверхности пузырька объясняется уменьшением поверхностной энергии, так как в этом случае поверхность раздела воздух – вода, обладающая большой удельной поверхностной энергией, как бы заменяется поверхностью раздела воздух – углеводород с низкой поверхностной энергией. Закрепление частицы на междуфазовой поверхности по гипотезе Белоглазова в энергетическом отношении эквивалентно адсорбции того числа молекул гетерополярного вещества, которое находится на грани минерала, контактирующей с газообразной фазой. Поэтому элементарный акт флотации рассматривается как адсорбция гетерополярных молекул и на него распространяются закономерности, установленные для процесса адсорбции. Вследствие этого, гипотеза Белоглазова может быть названа адсорбционной. Основные исходные ее предпосылки, как признавал и сам автор, не вполне точны. Адсорбционную гипотезу можно рассматривать как частный случай гипотезы смачивания.
6.Флотационная сила
Флотационной силой называется проекция сил поверхностного натяжения
, приложенных к частице по периметру смачивания, на направление, по которому действует сила, отрывающая частицу от поверхности раздела газ – жидкость.Если отрывающей силой является сила тяжести, то флотационной силой будет вертикальная составляющая сил
, приложенных по периметру смачивания.Так как флотационная сила пропорциональна периметру смачивания или диаметру частицы, а сила тяжести – объему частицы или диаметру в третьей степени, то при уменьшении размера частицы флотационная сила будет уменьшаться медленнее, чем сила тяжести. Например, при уменьшении диаметра частиц в 10 раз флотационная сила уменьшится в 10 раз, а сила тяжести – в 1000 раз. Поэтому, если удельная флотационная сила, т.е. сила, действующая на единицу длины периметра, не равна нулю, то всегда можно выбрать частицу столь малых размеров, для которой флотационная сила будет больше силы тяжести. Это важное положение нужно помнить при рассмотрении сил, действующих на частицу.
Возможны три положения частицы малых размеров на поверхности раздела воздух – вода в соответствии с тремя краевыми углами смачивания: тупым, острым и равным нулю.
7.Максимальный размер частицы, флотирующейся на поверхности пузырьков при пенной флотации.
Для осуществления пенной флотации необходимо турбулентное движение пульпы, так как при ламинарном ее движении частицы минералов осаждаются на дно машины.
При вихревом движении пульпа вместе с увлекаемыми частицами и пузырьками перемещается по криволинейным траекториям. Это вызывает появление центробежных сил, под влиянием которых пузырьки воздуха, имеющие меньшую плотность, чем жидкость, начинают двигаться в пульпе от центра вихря к периферии и одновремено тонут под действием силы тяжести. Таким образом, скорости пузырька и частицы до ее закрепления на пузырьке складываются из скорости их переносного движения в пульпе. Так как центробежные силы, возникающие при вихревом движении пульпы, намного больше сил тяжести, то вертикальные составляющие относительных скоростей движения пузырьков и частиц малы по сравнению с радиальными составляющими этих скоростей. Поэтому скоростями всплывания пузырьков и падения частиц можно пренебречь по сравнению со скоростью радиального движения пузырьков к центру вихря.
Вследствие относительного движения пузырька пульпа обтекает его поверхность (рис. 1). Частица после столкновения с пузырьком начинает скользить по его поверхности к кормовой части пузырька, проходя положения 2-6. Вектор абсолютной скорости скользящей частицы будет равен геометрической сумме трех векторов: скорости переносного движения (т.е. скорости движения пульпы), скорости относительного (радиального) движения пузырька в пульпе, скорости относительного движения частицы по пузырьку. Вектор абсолютного ускорения чатицы также равен геометрической сумме трех векторов: ускорения переносного движения пульпы, ускорения относительного движения (скольжения) частицы по поверхности пузырька и кориолисова ускорения (преполагается, что скорость радиального перемещения пузырька VRпостоянна, поэтому ускорение относительного движения пузырька в пульпе равно нулю). Подсчеты показывают, что при работе механической флотационной машины ускорение относительного движения частицы по пузырьку во много раз больше переносного движения и кориолисова ускорения. Поэтому в первом приближении можно считать, что абсолютное ускорение частицы равно ускорению скольжения частицы по пузырьку и направлено от центра тяжести к центру пузырька.
рис.1. Закрепление частицы на пузырьке (R – радиус вращения пульпы и пузырька)
Грань частицы, контактирующую с пузырьком, принято называть верхней гранью, а противоположную – нижней гранью.
На частицу будут действовать следующие силы:
1.Центробежная
2.Сила давления воздуха на верхнюю грань частицы
Удельное давление воздуха сложится из гидростатического давления пульпы на уровне точик А, дополнительного движения пульпы на пузырьке в точке А, возникающее вследствие движения пузырька в пульпе (давление лобового сопротивления), дополнительного капиллярного давления, обусловленного поверхностным натяжением и кривизной пузырька.
Отрыву частиц препятствуют следующие силы::
1.Флотационная
,где
периметр площади контакта газ – твердое; 
гистерезисный краевой угол в момент отрыва частицы.Так как при отрыве частицы в условиях пенной флотации периметр смачивания быстро передвигается в сторону газообразной фазы, то гистерезисный угол отрыва может быть больше равновесного. Однако в первом приближении его можно считать равным равновесному, так как ошибка от такого допущения невелика.
2.Сила давления пульпы на нижнюю грань частицы
где
площадь нижней грани частицы, принимаемая равной площади сечения частицы; 
удельное давление пульпы на нижнюю грань.Удельное давление пульпы на нижнюю грань будет равно разности между гидростатическим давлением на уровне нижней границы частицы и величиной понижения давления, обусловленной движением пузырька и частицы пульпы.
Если плотность частицы значительно отличается от плотности жидкой фазы, то из всех силы, действующих на частицу в условиях пенной флотации, решающее значение имеют две – флотационная и центробежная силы.
При пенной флотации вследствие появления центробежных сил скорости относительного движения пузырьков по направлению к центру вихря и частиц от центра вихря значительно больше, чем скорости подъема пузырьков и падения частиц в спокойной пульпе. Поэтому в зоне перемешивания имеют место большие скорости скольжения частиц по пузырькам. Ускорения, вызываемые такими скольжениями, по данным приближенной оценки превышают ускорение силы тяжести в 30 – 50 раз.
8. Флотационные машины
Исходный сильвинит подвергается флотации в аппаратах, называемых флотационными машинами, в которых происходит минерализация пузырьков воздуха и образование пеноконцентрационного слоя, который самотеком или пеносъемниками направляется в желоб пенного продукта (концентрата). Гидрофильные минералы пустой породы остаются в камере и удаляются через хвостовое отверстие машины.
Применяемые в практике флотационные машины классифицируют в зависимости от способа аэрации пульпы и подразделяют на три большие группы:
1) механические;
2) пневмомеханические;
3) пневматические.
В механических флотомашинах воздух засасывается в пульпу импеллером через полую трубу. Распределение воздуха по всему объему пульпы и перемешивание ее осуществляется тем же импеллером.
В пневмомеханических флотомашинах воздух засасывается вращающимся импеллером и, кроме того, дополнительно подается в пульпу под давлением по специальным воздуховодным трубам.
В пневматических флотомашинах аэрация пульпы осуществляется только сжатым воздухом, подаваемым от воздуходувок.
Работа всех флотационных машин характеризуется степенью аэрации, которая определяет скорость флотации и ее эффективность.
Размер пузырьков воздуха изменяется в широких пределах и зависит главным образом от типа флотомашины. Так, в механических флотомашинах при оптимальном расходе пенообразователя средний размер пузырьков составляет 0.8-1 мм, а в пневматических – 2.5-4.0 мм. Объемное содержание воздуха в хорошо аэрированной пульпе составляет 20-30%.
Механические флотомашины конструкции института Механобр получили наиболее широкое распространение. Для флотации сильвинита используют усовершенствованную машину механического типа ФКМ-63, снабженную решеткой и циркуляционным желобом (рис. 2). Частицы минералов в такой флотомашине выносятся из зоны импеллера на решетку 1, над которой образуется "кипящий" слой из классифицированного материала и взвешенный слой из неклассифицированного материала.