Флотационные методы обогащения

Моим Учителям 

посвящаю 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

СОВЕТ 

Председатель 

Л.А.ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

л.хгитис 

Члены редсовета 

ИВ. ДЕМЕНТЬЕВ 

А.П ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

А.В. КОРЧАК 

МВ. КУРЛЕНЯ 

В.И ОСИПОВ 

В.Л. ПЕТРОВ 

Э.М СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.А. ЧАНТУРИН 

Е.ИШЕМЯКИН 

президент МГГУ, 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик МАНВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик РАН 

А.А. АБРАМОВ 

ФЛОТАЦИОННЫЕ 
МЕТОДЫ 
ОБОГАЩЕНИЯ 

TOMIV 

Издание 3-е, переработанное 

и дополненное 

Допущено Учебно-методическим 

объединением вузов Российской Федерации 

по образованию в области горного дела в качестве 

учебника для студентов вузов, обучающихся 

по специальности ((Обогащение полезных ископаемыхN 

направления подготовки ((Горное делоN 

МОСКВА 
• 
ИЗДАТЕЛЬОВО 
московскогого~Енного 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
• 
ИЗДА 
ТЕЛЬС1ВО .. гоРНАЯ КНИ1' 
А 
м 
• 
.. мИР гоРнон книrи 
.. 
• 
2008 

УДК 622.765 

ББК 33.4 

А 16 

Издано прн финансовоn под!lержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевоn программы «Культура Россию• 

Книга соответствует <<Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых. 

СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным санитарным врачом 

России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124--94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральноn службы по надзору 
в сфере зашиты прав потребителе!\ 
N2 77.99.60.953.Д.ОО8501.07.07 

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением вузов Россиnской Федерации по образованию в области горного дела (письмо N2 51-2/6 от 28.01.2008 г.) 

Рецензентw: • кафедра <<Обогащение руд цветных и редких металлов" Московского 

государственного института стали и сплавов (Технического университета) (зав. кафедрой канд. техн. наук, доцент Д. В. Шехирев); 
• д-р техн. наук, проф. И. И. Макси.wов (ЗАО <<Механобр инжиниринг11) 

Абрамов А.А. 

А 16 
Флотационные методы обогащения: Учебник для вузов.- 3-е 

изд., перераб. и доп. М.: Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга>>, «Мир горной КНИГЮ>. 2008. 710 С.; ИЛ. 
ISBN 978-5-7418-0507-7 (в пер.) 
ISBN 978-5-98672-081-4 
ISBN 978-5-91003-035-4 

Изложены основы теории флотационного процесса. Рассмотрены технология и практика флотации с учетом комплексного использования руд и 

углей. Описаны конструкции флотационных машин. Показаны пути оптимизации и интенсификации флотационного процесса, а также повышения 

эффективности работы флотационных аппаратов. Третье издание (2-е изд. 1993 г.) дополнено сведениями по теории, технологии, технике, экономике, 

организации труда и охране окружаюшеЯ среды. 

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Обогащение 

полезных ископаемых» направления подготовки "Горное дело>>. Будет полезен инженерно-техническим работникам горно-обогатительных комбинатов, проектных и научно-исследовательских институтов. 

ISBN 978-5-7418-0507-7 
ISBN 978-5-98672-081-4 
ISBN 978-5-91003-035-4 

©А.А.Абрамов,200~ 

УДК 622.765 

ББК 33.4 

© 
Издательство Московского государственного 

горного университета, издательство «Горная книга", .. мир горной книги», 2008 

©Дизайн книги. Издательство МГГУ, 2008 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Флотационные методы обогащения являются наиболее универсальными и относятся к основным методам переработки многих типов 

полезных ископаемых. Они используются при обогащении более 95 % 

руд цветных и редких металлов, апатито-нефелиновых руд и других 

типов минерального сырья. Возрастающее значение флотационных 

методов обогащения в настоящее время обусловлено не только вовлечением в переработку бедных, тонковкрапленных и труднообогатимых руд и углей, проблему комплексного использования которых другими методами обогащения решить практически невозможно. Они 

широко применяются также для разделения различных продуктов в 

других отраслях промышленности и решения проблем охраны окружающей среды. 

Учитывая важное значение флотационного процесса, его изучению с целью совершенствования, интенсификации и оптимизации 

средствами контроля и автоматизации уделяется большое внимание. В 

результате теоретических и экспериментальных исследований формируются новые представления о физической и физико-химической 

сущности процессов флотации, разрабатываются принципы их физико-химического моделирования и физико-химические модели оптимальных условий технологических процессов, создаются более совершенные машины и аппараты, технологические схемы и режимы 

флотационного обогащения, предлагаются новые процессы флотации 

и методы их интенсификации. 

Все это позволяет на научной основе осуществлять автоматический 

контроль и регулирование процессов коллективной и селективной флотации, добиваться высокого качества продукции, снижать потери ценных 

компонентов и повышать комплексность использования сырья в условиях 

полного водооборота и охраны окружающей среды. 

Высокий технический уровень современных обогатительных 

флотационных фабрик, оснащенных системами АСУТП и АСУП, определяет необходимость подготовки специалистов, способных в сложных производственных условиях творчески решать вопросы дальнейшего совершенствования технологии и техники флотационного обогащения, управления технологическим процессом и производством, 

технически грамотно их анализировать и добиваться высоких техникоэкономических показателей работы предприятия. 

Назначение настоящего учебника- дать студентам необходимые 

для этого знания теоретических основ флотационного обогащения полезных ископаемых, детально ознакомить с технологией флотации и 

флотационным оборудованием, методами оптимизации и управления 

процессами, технико-экономическими показателями флотационного 

обогащения различных типов минерального сырья. 

По сравнению с предыдущим изданием (2-е изд. 1993 г.) в данном 

учебнике: 
• 
более полно изложены методы теоретического обоснования механизма формирования поверхностных состояний минералов; 
• 
рассмотрены электронные особенности собирателей и на основе 

этого обоснованы физико-химические свойства реагентов катионного, оксигидрильного и сульфгидрильного типов, механизм и 

закономерности их действия при флотации; 

• 
предложена новая гипотеза флотации, позволяющая обосновать механизм дейсrвия модификаторов, в том числе органических, в процессах коллективной и селективной флотации руд различных типов; 
• 
рассмотрена методология физико-химического моделирования 

необходимой концентрации реагентов в оптимальных условиях 

технологических процессов; 
• 
дано теоретическое обоснование методам оптимизации, интенсификации технологических процессов и повышения их селективности за счет синтеза новых, более эффективных реагентов, изменения 

электрофизических и электрохимических свойств разделяемых минералов, применении более эффективных флотационных аппаратов; 

• 
значительно расширены разделы по флотации тонких классов 

углей, выбору флотационных машин, кондиционированию оборотных и очистке сточных вод и т.д. 

Автор выражает глубокую б:rrагодарность лауреату Государственной премии СССР, профессору, д-ру техн. наук И.И. Максимову, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, профессору, д-ру техн. 

наук В.А. Бочарову, профессору, д-ру хим. наук В.И. Мелик-Гайказяну, профессору М.М. Сорокину, профессору, д-ру техн. наук 

В.Д. Самыгину, профессору, д-ру техн. наук Б.Е. Горячеву и коллективам кафедр «Обогащение полезных ископаемых» Московского государственного горного университета, Московского государственного 

института стали и сплавов (Технического университета), сотрудникам 

института «Механобр» за ценные советы, критические замечания и 

указания, которые помогли улучшить настоящее издание. 

ЧАС1Ъ 
1 

основы 

1ЕОРИИ 

ЗАКРЕПЛЕНИЯ 
И ФЛОТАЦИИ 
МИНЕРАЛЬНЫХ 
ЧАС1ИЦ 
НА ПОВЕРХНОС1И 

РАЗДЕЛА 

ФАЗ 

СУЩНОСТЬ 

И РАЗНОВИДНОСТИ 

ПРОЦЕССА ФЛОТАЦИИ 

1.1. Сущность процесса флотации 

Флотация основана на различиях в физико-химических 

свойствах разделяемых минералов, а именно на различии 

удельных свободных поверхностных энергий, которые с уменьшением крупности зерен растут быстрее значений потенциальной энергии и при крупности зерен менее 0,5 мм намного их 

превышают. Именно такой крупности материалы подвергаются 

флотационному обогащению. 

Флотационная система является гетерогенной. Она включает в себя твердую, жидкую и газообразную фазы, которые образуют поверхности раздела: жидкость газ (Ж-Г), жидкость 
твердое (Ж-Т), твердое газ (Т 
-Г). Каждая из поверхностей 

раздела фаз характеризуется своим значением свободной поверхностной энергии cr. Ее появление обусловлено неодинаковым притяжением молекул поверхностного слоя со стороны соприкасающихся фаз и поэтому ее значение зависит от различий 

в значениях полярности соприкасающихся фаз. 

Мерой полярности фазы могут служить такие ее свойства, 

как диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул и 

другие, так называемые молекулярные свойства фазы. Чем 

сильнее различие в полярности соприкасающихся фаз, тем больше некомпенсированность взаимодействия молекул и ионов 

граничащих фаз и больше удельная поверхностная энергия на 

границе их раздела. По этой причине поверхностная энергия на 

границе раздела двух полярных фаз, а также на границе раздела 

двух неполярных фаз будет малой, а на границе раздела полярной и неполярной фаз- большой величиной. 

Например, воздух имеет низкую диэлектрическую постоянную, поэтому на границе его раздела с разными жидкостями 

7 

у 
дельная поверхностная энергия О' ж-г увеличивается с ростом 

разности значений диэлектрических постоянных жидкости D1 и 

воздуха D2 (рис. 1.1 ). Значение О' ж-г для воды при 20 ос в СИ составляет 72,5 мДж·м2 или мН·м
1
, для жидких органических 

веществ- изменяется от 20 до 40 мДж·м2 или мН·м
1 (значения cr в единицах СИ совпадают со значениями в эрг·см2 или 

дин·см
1
, приведеиными в литературе прошлых лет). 

Значения энергии взаимодействия минеральных поверхностей 

с водой и воздухом и поверхностной энергии на границе их раздела определяются характером связей в кристаллической решетке минералов, разрушаемых при дроблении и измельчении. 

Если при разрушении кристалла рвутся сильные полярные 

связи (ионная, ковалентная, металлическая и другие формы 

атомных связей), то энергия взаимодействия поверхности с полярными молекулами воды будет велика (и значение О'т-ж- мало), 

а снеполярными молекулами, например, воздуха- мала (и значение D'т-г- велико). В этом случае молекулы воды будут притягиваться к поверхности твердого тела, хорошо смачивать ее и 

поверхность станет гидрофильной. 

Если же при разрушении кристалла разрываются слабые 

связи (молекулярные, водородные), то образующаяся неполярная 

cr 

Рис. 1.1. Влияние различия в диэлектрических постояиных соприкасающихся фаз D1 D2 на удельную свободную поверхностную энергию а на границе их раздела (Разумов, 1975) 

8