Механика ультразвукового воздействия при флотации кварца
Автор: Константин Анатольевич Рыбкин
Соавторы: К.А. Рыбкин, Т.П. Любимова, М.О. Кучинский, И.А. Фаттахова
Организация: Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук
Ультразвуковое (УЗ) воздействие может быть использовано на различных этапах рудоподготовки, что оказывает значительное влияние на эффективность процесса флотации [1]. Физические механизмы УЗ воздействия на флотационную пульпу очень разнообразны например: появление в жидкости и на поверхности твердых тел парогазовых микропузырьков, возникающих вследствие кавитации [2]; образование, под действием силы Бьеркинса, устойчивых агломератов из воздушных пузырьков; очистка поверхности минералов от шламовых частиц и т.д. Цель настоящей работы состоит в рассмотрении процессов возникающих под действием УЗ во флотационной пульпе с точки зрения физико-химической механики.
Для регистрации пузырьков и частиц в экспериментах использовалась изготовленная из акрилового стекла толщиной 3 мм кювета, представляющая из себя параллелепипед с внутренними размерами камеры 235×240×35 мм. Генерация пузырьков осуществлялась модифицированным мембранным методом при помощи погружного водяного насоса (1), мелкодисперсной кварцевой мембраны (2), воздушного компрессора (3), оргстеклянного ограничителя с прорезью (4). Для регистрации объектов в области (5, 6) использовалась камера Basler acA1920-155um и коллимированный источник контрового света.
Опыты по флотации кварцевого песка проводились на лабораторной флотационной машине ФМП Л (ВЭКТИС минералз) с использованием водного раствора флотационного реагента dodecylamine hydrochloride (DAH) различных концентрации и источника УЗ Bandelin HD 4200.
Эксперименты показали, что при интенсивном УЗ воздействии наблюдается образование пузырьковых кластеров, состоящих из пузырьков равного диаметра. Низкая концентрация реагента во флотационной пульпе способствует закреплению отдельных частиц кварцевого песка на флотационном пузырьке, образование агломератов, в этом случае не происходит, а отдельные пузырьки, с закрепленными частицами, не способны подняться к поверхности жидкости. Увеличение концентрации DAH способствует как эффективному закреплению твердой частицы на пузырьке, так и образованию агломератов, состоящих из твердых частиц и пузырьков. В этом случае увеличивается как вероятность закрепления и удержания частиц на пузырьке, так и вероятность их совместного всплытия, поэтому процесс флотации становится значительно более эффективным.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 20-69-46066.
1. Chen Y. et al. A review of effects and applications of ultrasound in mineral flotation //Ultrasonics sonochemistry. – 2020. – Т. 60. – С. 104739.
2. Lyubimova, T., Rybkin, K., Fattalov, O., Kuchinskiy, M., Filippov, L. Experimental study of temporal dynamics of cavitation bubbles selectively attached to the solid surfaces of different hydrophobicity under the action of ultrasound //Ultrasonics. – 2021. – Т. 117. – С. 106516.
