На обогатительных калийных фабриках применяют метод пенной флотации для отделения ценного продукта (хлорида калия) от пустой породы. Хлорид калия используется, например, для производства лечебной соли, хлебопекарных дрожжей и минеральных удобрений. Качество получаемого продукта и эффективность его извлечения зависят в том числе от свойств флотационной пены. Ученые ПНИПУ изучили влияние ультразвуковой обработки на основные параметры пены и узнали, как увеличить концентрацию ценных компонентов в добываемой руде.
В ПНИПУ выяснили, как улучшить обогащение калийной руды / © Getty images
Исследование опубликовано в журнале «Известия вузов. Химия и химическая технология». Проект поддержан Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Способ пенной флотации заключается в том, что через раствор руды, содержащей полезные минералы и пустую породу, пропускают мелкие пузырьки воздуха с помощью флотационной машины.
Пузырьки прилипают к частичкам целевого минерала, которые под действием специальных реагентов плохо смачиваются водой. Далее эти пузырьки всплывают в виде минерализованной пены на поверхность, а ненужные частицы остаются в камере флотационной машины. Затем пена самопроизвольно выливается из аппарата и после разрушения образует обогащенный продукт.
Для успешного проведения флотации нужна пена с определенным временем существования. Если она исчезает слишком быстро, то минералы будут осыпаться обратно в камеру флотационной машины, а если слишком медленно, то это приведет к неэффективной фильтрации на следующих этапах. Поэтому на фабриках стремятся получить пены, которые не разрушались бы до удаления их из камеры, но быстро распадались в желобах флотационных машин.
Основную роль в устойчивости пены играет ее отношение к объему жидкости, образующей стенки пузырьков (кратность) и влажность. Для улучшения этих характеристик уже существуют химические, механические и физические методы. Ученые Пермского Политеха исследовали воздействие ультразвука на флотационные реагенты, благодаря которым создается пена, на характеристики пен. Главная проблема, которую они решали – возможность контролировать свойства пены при помощи ультразвука так, чтобы она была устойчивой и обладала необходимыми свойствами на протяжении необходимого промежутка времени.
Пермские политехники взяли две одинаковые эмульсии флотационных реагентов, одну из которых подвергли ультразвуку. От обработанной ультразвуком эмульсии отобрали пробу и аккуратно впрыснули ее в стеклянную измерительную колонку пенного анализатора. Затем подали газ в нужном количестве. В процессе работы ученые измерили показатели пенообразования, содержания влаги в пене, ее кратность (отношение объема пены к объему жидкости в ней по окончании пенообразования), устойчивость пен, а также рассчитали скорость разрушения пены.
«В результате исследований выяснилось, что с применением предварительной ультразвуковой обработки эмульсии флотационных реагентов повышается устойчивость пен – их оставшийся объём через определённый промежуток времени больше, чем без использования ультразвука. При этом с повышением мощности воздействия ультразвука пена разрушается медленнее. Кроме того, мы узнали, что при воздействии ультразвука пенообразование повышается, а влажность пены снижается. Все это предполагает контролировать устойчивость и другие параметры пены акустическим способом», – рассказывает инженер кафедры химических технологий ПНИПУ Владимир Буров.
Так, результаты исследований ученых Пермского Политеха могут найти применение в технологии флотационного обогащения калийных руд, что позволит увеличить концентрацию ценных компонентов в добываемой руде.
