Флотационные методы обогащения

№ 180

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Кафедра обогащения руд цветных и редких металлов

М.М. Сорокин
Н.Ф. Пантелеева
В.Д. Самыгин

Флотационные методы
обогащения

Лабораторный практикум

Допущено учебнометодическим объединением
по образованию в области металлургии в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по направлению Металлургия

Москва   Издательский Дом МИСиС
2008

УДК 622.7 
 
C65 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. Л.С. Стрижко 

Сорокин М.М., Пантелеева Н.Ф., Самыгин В.Д. 
C65  
Флотационные методы обогащения: Лаб. практикум. – 
М.: Изд. Дом МИСиС, 2008. – 69 с. 

В лабораторном практикуме рассмотрены параметры и свойства фаз флотационной системы и основные процессы, протекающие при взаимодействии 
фаз в объеме системы и на поверхности минералов. 
Выполнение работ закрепляет теоретический материал, стимулирует студентов к самостоятельной работе, развивает их инициативу и навыки научноисследовательской работы. 
Лабораторный практикум составлен в соответствии с учебным планом и 
программой дисциплины «Флотационные методы обогащения» для студентов, обучающихся по специальности 130405 «Обогащение полезных ископаемых». 

© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2008 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие.........................................................................................4 
Лабораторная работа № 1. Измерение краевых углов  
смачивания ................................................................................................5 
Лабораторная работа № 2. Влияние концентрации собирателя   
в пульпе на флотацию сульфидных минералов...................................14 
Лабораторная работа № 3. Влияние концентрации и природы 
пенообразователя  на свойства пены и показатели флотации............20 
Лабораторная работа № 4. Влияние рН пульпы на флотацию 
сульфидных минералов..........................................................................27 
Лабораторная работа № 5. Условия активации флотации  
цинковой обманки и других сульфидных минералов.........................34 
Лабораторная работа № 6. Влияние  концентрации сернистого 
натрия  на флотацию сульфидных минералов цветных металлов.....39 
Лабораторная работа № 7. Депрессирующее действие  
бихромата калия на сульфидные минералы.........................................45 
Лабораторная работа № 8. Депрессирующее действие  
бихромата калия на селекцию коллективного концентрата 
сульфидных минералов..........................................................................49 
Лабораторная работа № 9. Кинетика флотации .............................50 
Лабораторная работа № 10. Флотация сульфидных медных  
руд............................................................................................................53 
Лабораторная работа № 11. Флотация сульфидной свинцовой 
руды .........................................................................................................63 
Лабораторная работа № 12. Флотация окисленных руд  
цветных металлов ...................................................................................65 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Флотация является одним из наиболее распространенных физикохимических методов обогащения полезных ископаемых. Роль флотации в современном производстве характеризуется большими масштабами ее промышленного применения. Количество перерабатываемых флотационным методом полезных ископаемых ежегодно 
достигает нескольких миллиардов тонн. Флотацией обогащают руды 
цветных, редких и благородных металлов, калийные соли, апатиты, 
фосфориты, коксующиеся и энергетические угли и некоторые другие 
виды полезных ископаемых. Флотация позволяет выделить из полезных ископаемых свыше 100 минералов. С ее применением связано 
получение в промышленных масштабах примерно 70 % химических 
элементов периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Поскольку флотационный процесс имеет важное значение, его изучению уделяется большое внимание. 
Лабораторный практикум по курсу «Флотация» базируется на лабораторных практикумах кафедры, изданных МИСиС в 1970 и 
1983 гг. 
Перед началом выполнения каждой работы студенты обязаны заранее подготовиться к ней теоретически. Работы выполняются с четырьмя навесками минерала. Отчет о работе аккуратно оформляется 
в индивидуальном порядке каждым студентом после выполнения 
задания. 
В нем должны содержаться следующие сведения: 
1. Название лабораторной работы, ее цель. 
2. Краткое описание теоретических основ. 
3. Описание методики работы. 
4. Результаты работы в виде таблиц и графиков. 
5. Обоснование результатов работы с использованием необходимых химических реакций. 
6. Выводы. 

Лабораторная работа № 1 

ИЗМЕРЕНИЕ КРАЕВЫХ УГЛОВ СМАЧИВАНИЯ 

(2 часа) 

1.1. Цель работы 

1. Освоение методики измерения краевых углов на приборе 
П.А. Ребиндера. 
2. Изучение действия различных флотационных реагентов на смачиваемость минералов. 

1.2. Теоретическое введение 

Флотационный процесс обогащения основан на разделении частиц руды по смачиваемости: несмачиваемые или малосмачиваемые 
частицы руды закрепляются на пузырьках воздуха и выносятся на 
поверхность пульпы во флотационном аппарате. Таким образом, 
флотационная система состоит из трех фаз: 
1. Жидкая фаза (вода) – дисперсионная среда, в которой проходит 
процесс разделения частиц руды по смачиваемости их водой. Вода 
выполняет также функцию реагента-смачивателя подавителя, гидратируя поверхность минерала, который не должен флотироваться. 
2. Твердая фаза (объект обогащения) – частицы руды крупностью  
–150+100 мкм; 
3. Газовая фаза (тонкодиспергированные пузырьки воздуха) обеспечивает вынос гидрофобных частиц, закрепившихся на пузырьках, на 
поверхность пульпы, т.е. газовая фаза выполняет функцию транспорта. 
Для поверхности минералов, как и любой поверхности раздела 
фаз, характерна нескомпенсированность связей кристаллической решетки. Эти связи стремятся насытиться за счет сорбции молекул из 
окружающей среды (неполярных или полярных молекул). Величина 
нескомпенсированности связей на минеральной поверхности зависит 
от природы минерала: типа химической связи между частицами (ионами, атомами), слагающими кристаллическую решетку, величины 
заряда этих частиц и их радиуса. 
В принципе можно выделить два варианта: 
1. Минералы с ионным видом связи (связь ненаправленная и ненасыщенная) обладают высокой способностью к смачиванию полярными жидкостями (вода, спирт) и низкой способностью к смачива

нию неполярными жидкостями; на поверхности таких минералов обнажаются преимущественно полярные связи, хорошо смачивающиеся полярными молекулами, в частности молекулами воды. В этом 
случае связь молекул (ионов) минерала и молекул воды (работа адгезии) больше работы когезии, т.е. взаимодействия молекул в твердой 
фазе и жидкой фазе (воде) друг с другом. 
2. Минералы с ковалентным типом связи (связь направленная и 
насыщенная), наоборот, плохо смачиваются полярными жидкостями 
и хорошо смачиваются неполярными жидкостями. Минералы, на поверхности которых преимущественно обнаруживаются ковалентные 
и ван-дер-ваальсовы связи, называются природногидрофобными. 
Они слабо смачиваются полярными жидкостями (водой), так как 
энергия взаимодействия молекул воды друг с другом больше, чем 
молекул воды с поверхностью минералов. Основная масса минералов 
по смачиваемости их водой входит в промежуточную группу. Поверхность любого минерала можно представить состоящей из полярных гидрофильных участков (разорванные полярные связи – некомпенсированные заряды) и малополярных гидрофобных участков, на 
поверхности 
которых 
находятся 
преимущественно 
ван-дерваальсовы связи. Чем полярнее связь и чем сильнее ее склонность к 
образованию водородных связей, тем она гидрофильнее, тем сильнее 
будет смачиваться поверхность. По убывающей гидрофильности связи можно расположить в следующем порядке: ионная и водородная, 
ковалентная (в зависимости от степени ионности), ван-дер-ваальсовы 
связи. 
В зависимости от числа фаз, участвующих в смачивании, различают: 
1) контактное смачивание, в котором наряду с жидкостью и твердым телом контактирует третья фаза – газ или другая жидкость. Например, прилипание частички минерала в водной фазе к пузырьку 
воздуха или капле масла. Возможны также случаи, когда в смачивании участвует больше фаз. Смачивание происходит в стадии мокрого 
измельчения руд, когда смачиваются образующиеся мелкие частицы 
минералов; 
2) смачивание при полном погружении твердого тела в жидкость 
(иммерсионное смачивание), в котором участвуют только две фазы – 
жидкость и твердое тело. 
Для изучения стадии прилипания частицы к пузырьку воздуха и 
оценки степени гидрофобности минералов обычно применяются следующие методы: определение прочности прилипания и времени ин

дукции частиц минералов к пузырькам воздуха, измерение краевых 
углов смачивания. 
Для эффективного разделения обычно недостаточно разницы в 
естественной смачиваемости разделяемых частиц минералов руды, 
поэтому в пульпу вводятся флотационные реагенты. Одни из них повышают гидрофобность флотируемых минералов – это реагенты собиратели. Они закрепляются на минеральной поверхности полярной 
группой, а несмачиваемый гидрофобный углеводородный радикал 
направлен в водную фазу. Другие реагенты выполняют противоположную функцию – они повышают гидрофильность – смачиваемость 
водой сопутствующих и нерудных минералов, которые должны остаться в объеме пульпы. 
Собирателем, как правило, является гетерополярное соединение, 
содержащее полярную группу и аполярный радикал. Механизм модификации заключается в химической или физической адсорбции 
собирателя на активных участках поверхности минерала. Адсорбция 
происходит только в том случае, если сродство полярной группы собирателя к активному центру поверхности больше сродства к молекулам воды. Адсорбция молекул собирателя сопровождается вытеснением молекул воды с поверхности, т.е. происходит частичная дегидратация поверхности, при которой значительное количество ненасыщенных полярных связей (активные центры) насыщается полярной группой собирателя. Аполярная часть собирателя (углеводородный радикал) очень слабо (только за счет сил Ван-дер-Ваальса – 
Лондона) взаимодействует с молекулами воды и поэтому не гидратируется. 

 

Рис. 1.1. Краевой угол смачивания θ 

Контактное смачивание характеризуется величиной краевого угла 
смачивания (рис. 1.1), который является макроскопической характеристикой результирующего межмолекулярного взаимодействия кон

тактирующих фаз. Краевым углом смачивания θ называется угол 
между касательной АВ к поверхности жидкости и смоченной поверхностью твердого тела. Равновесный угол θр (угол θ, который со 
временем становится равновесным) всегда отсчитывается от касательной в сторону жидкости. Вершина краевого угла А находится на 
линии смачивания – линии, вдоль которой соприкасаются фазы, участвующие в смачивании; линия контакта трех фаз называется периметром смачивания. При избирательном смачивании угол θр отсчитывают в сторону полярной жидкости. 
Уравнение, определяющее величину равновесного краевого угла, 
впервые было выведено Юнгом: 

 
сos θр = (σТ–Г – σТ–Ж)/σЖ–Г, 

где σТ–Г, σТ–Ж, σЖ–Г – поверхностное натяжение на соответствующих 
границах раздела фаз (твердое – газ, твердое – жидкость, жидкость – газ). 

Поверхностное натяжение на границе твердого тела трудно измерить непосредственно. Поэтому уравнение Юнга модернизировали: 
значения поверхностного натяжения – σ на поверхности раздела фаз 
Т–Ж и Т–Г выразили через работу адгезии. Уравнение приобрело 
следующий вид: 

 
Wадг = σЖ–Г (1 – cos θp) 

и стало называться уравнением Юнга – Дюпре. В этом уравнении  
σЖ–Г и θp легко определяются экспериментально; Wадг – энергия адгезии жидкости к твердому телу, характеризующая взаимодействие 
двух конденсированных фаз в расчете на единицу площади контакта. 
Связь между молекулярным взаимодействием жидкости и твердого тела и характером смачивания особенно четко проявляется при 
избирательном смачивании, когда сравнивают его смачиваемость 
полярной и неполярной жидкостями, например водой и бензолом. По 
этому признаку все твердые тела были разделены П.А. Ребиндером 
на три основные группы: 
1) гидрофильные (или олеофобные) минералы, которые лучше 
смачиваются водой: θp < 90° (кальцит, кварц, большинство силикатов 
и окисленных минералов, галогениды щелочных металлов); 
2) гидрофобные (олеофильные) минералы, которые лучше смачиваются неполярной жидкостью: θp > 90° (графит, уголь, сера, некоторые сульфиды); 

3) абсолютно гидрофобные тела, для которых θp > 90° не только 
при избирательном смачивании, но и в системе твердое тело–
жидкость–газ (парафин, тефлон, битумы). 
Уравнение Юнга выведено для энергетически однородной гладкой поверхности, не изменяющей равновесные краевые углы. Равновесные краевые углы очень редко реализуются на реальных поверхностях минералов в условиях флотации. Реальные поверхности часто изменяют свои свойства в результате адсорбции и химических реакций (окисления, растворения, солеобразования и других процессов). 
Краевые углы, изменяющие свои значения во времени, называются динамическими; установившиеся статические краевые 
углы, за редким исключением, бывают равновесными. Разнообразные шероховатости, поры, микротрещины, неоднородности 
химической и энергетической природы, локальные деформации 
твердого тела, анизотропность его свойств являются главными 
причинами, мешающими установлению равновесного краевого 
угла. 
Закрепление частички минерала на пузырьках воздуха происходит 
при минимально необходимом краевом угле θ, который должен быть 
не менее угла оттекания θо. Расчеты показали, что для закрепления 
частиц обычных флотационных размеров необходимы небольшие 
краевые углы: от долей градуса для частиц крупностью около 10 мкм 
до 5…10° для частиц крупностью –150+100 мкм. 
 

Крупность частиц, мкм 
130 
70 
50 
30 
10 

Краевой угол θ, град 
5,2 
2,0 
1,6 
0,92 
0,2 

 
Исследования П.А. Ребиндера показали, что в присутствии ПАВ, 
химически адсорбирующихся на минералах (собиратели с солеобразующей полярной группой типа –СООН, –OCSSK, –O2PSSK и др.), 
всегда имеется гистерезис краевого угла; реагенты депрессоры, которые десорбируют собиратель с поверхности минерала, уменьшают 
гистерезис вплоть до полного исчезновения. 

1.3. Описание установки 

Измерение краевых углов производят на приборе академика 
П.А. Ребиндера (рис. 1.2). 

Рис. 1.2. Прибор П.А. Ребиндера для определения краевого угла 

Прибор академика П.А. Ребиндера состоит из оптической скамьи 1 и закрепленных на ней источника света 2, предметного столика 3, объектива 4 и экрана с транспортиром 5. 
К рамке экрана прикреплен механизм транспортира. Транспортир 
имеет стекло с нанесенными на нем делениями в вертикальном и горизонтальном направлениях. При измерении углов смачивания нониус 
устанавливается на ноль, причем поверхность шлифа должна совпадать 
с горизонтальной линией на стекле. Затем точку пересечения нитей с 
делениями совмещают с точкой пересечения на проекции контура капли (или пузырька) с линией на стекле поверхности шлифа. После этого 
транспортир поворачивают так, чтобы вертикальная линия приняла положение касательной к капле, и отсчитывают угол поворота транспортира по нониусу, этот угол и будет равен краевому углу. 

1.4. Методика проведения опытов 

Перед замером краевых углов требуется тщательная очистка поверхности шлифа. Для этого на чистое стекло насыпают немного порошка 
корунда и добавляют воды так, чтобы получилась густая масса, которой 
полируют поверхность шлифа. Затем тщательно промывают ее водой и 
высушивают грушей или фильтровальной бумагой; укрепляют шлиф 
при помощи пластилина на пластинке из стекла или плексигласа и, используя ручной пресс, придают ему горизонтальное положение. 
Пластинку со шлифом помещают на предметный столик, затем 
пипеткой наносят каплю воды на шлиф. Поверхность шлифа с нанесенной на нее каплей жидкости проектируют на экран. Регулированием конденсора достигают рельефности изображения на экране. 

На четырех шлифах: один – сульфидного минерала, второй –
окисленного минерала тяжелого металла, третий и четвертый – минералы пустой породы (кварц, полевой шпат или др.) измеряется величина 
краевого угла смачивания, образованного при контакте пузырька воздуха и шлифа минерала, поверхность которого затем модифицируется. 
Поверхность шлифа тщательно отмывают от незакрепившихся 
реагентов и дают обработанной поверхности подсохнуть; по бокам 
воду удаляют фильтровальной бумагой. 
Первая серия опытов проводится на необработанной реагентами 
поверхности минерала; вторая – после контакта с собирателем в течение 2–3 минут и третья – после контакта минерала с подавителем. 
Каждый опыт проводится по следующей схеме. 
1. На предметном столике горизонтально устанавливают шлиф. 
На его поверхность пипеткой наносят каплю воды или снизу подводят пузырек воздуха любого диаметра. Краевой угол измеряют в четырех положениях. Результаты замеров заносят в таблицу на с. 12. 
Затем измеряют краевые углы смачивания при других условиях. 
Ввиду того, что размер пузырька воздуха или капли воды влияет на 
величину краевого угла, следует стремиться посадить на шлиф капли 
(пузырьки) одинакового размера. 
2. Определяют значения краевого угла смачивания на каждом 
шлифе при трех состояниях поверхности (исходной, обработанной 
собирателем и после контакта с подавителем), результаты измерений 
заносят в таблицу (с. 12). 
Порядок выполнения работы: 
1. Зачистить минеральную поверхность мелкой наждачной бумагой для удаления окисленной защитной пленки и сглаживания неровностей и трещин. Затем тщательно промыть водой и высушить. 
2. Выставить минерал на предметный столик так, чтобы зачищенная поверхность была параллельна горизонту; поверхность шлифа 
должна быть сухой. 
3. Капнуть капельку воды на зачищенную поверхность, стараясь 
не допустить растекания капли по поверхности. 
4. По тени капли на экране измерить краевой угол смачивания. 
Записать результат в таблицу. 
5. Повернуть минерал и измерить краевой угол еще несколько раз 
для получения среднего значения. 
6. Снять минерал, зачистить минеральную поверхность еще раз и 
обработать ее флотореагентом (собирателем или депрессором). 
7. Произвести измерение краевого угла смачивания соответственно для собирателя и депрессора.