Аннотация
Постановка задачи: в статье приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований извлечения золота из руд новым способом флотации, а также разработанная на кафедре обогащения полезных ископаемых ФГБОУ ВО СКГМИ (ГТУ) лабораторная установка для его осуществления. Установка предназначена для измерения размеров пузырьков воздуха в условиях, моделирующих промышленный пенно-агитационный процесс флотации. Цель работы: совершенствование технологии флотации в условиях нестационарного нагрева границы раздела фаз «газ-жидкость» для обеспечения повышения извлечения золота из руд. Новизна: развита теория процесса образования флотокомплекса в условиях нагрева смачивающей пленки. Выявлен механизм флотации при использовании в качестве газовой фазы смеси воздуха с горячим водяным паром. Установлены обуславливающие его факторы и причины высокой эффективности процесса. Анализ показал, что при внезапном контакте пузырька, заполненного горячим водяным паром, с холодной жидкостью поверхность пузырька совершает колебания под воздействием фазового массообмена, то есть конденсации дисперсной фазы и испарения несущей фазы. Интенсивность фазовых переходов определяется способностью веществ взаимодействующих фаз отводить и подводить тепло. Причем при сжатии пузырька пар отдает в жидкость больше тепла, чем получает от жидкости при расширении. Факторами, обеспечивающими изменение устойчивости смачивающих пленок при повышении температуры, являются поверхностные силы структурного происхождения с участием нанопузырьков. Результат: разработанный процесс флотации с доставкой теплоносителя (горячего водяного пара) непосредственно в смачивающую пленку позволяет повысить одновременно извлечение ценного компонента и качество концентрата при высокой удельной производительности процесса. Практическая значимость: выявленный механизм взаимодействия газовой и жидкой фаз разной температуры позволяет разработать целенаправленный подход к созданию новых высокоэффективных флотационных технологий.
Ключевые слова
Флотация паровоздушной смесью, теплообмен, массообмен, испарение, конденсация, технологические свойства пузырьков.
1. Pan L., Jung S., Yoon R.-H. Effect of hydrophobicity on the stability of the wetting films of water formed on gold surfaces. Journal of Colloid and Interface Science. 2011, vol. 361, no. 1, pp. 143–150.
2. Danov K.D., Kralchevsky P.A. Capillary forces between particles at a liquid interface: General theoretical approach and interactions between capillary. Advances in colloid and interface science. 2010, vol. 154, no. 1–2, pp. 91–103.
3. Wang J., Yoon R.-H., Morris J. AFM surface force measurements conducted between gold surfaces treated in xanthate solutions. International Journal of Mineral Processing. 2013, vol. 122, pp. 13–21.
4. Heydari G., Moghaddam M.S., Tuominen M., Fielden M., Haapanen J., Makola J.M., Claesson Per. M. Wetting hysteresis induced by temperature changes: super cooled water on hydrophobic surfaces. Journal of Colloid and Interface Science. 2016, vol. 468, pp. 21–23.
5. Tie L., Guo Z., Li W. Optimal design of superhydrophobic surfaces using a paraboloid microtexture. Journal of Colloid and Interface Science. 2014, vol. 436, pp. 19–28.
6. Truong V.K., Owuor E.A., Muugaraj P., Crawford R.J., Mainwaring D.E. Impact of particle nanotopology on water transport through hydrophobic solid. Journal of Colloid and Interface Science. 2015, vol. 460, pp. 61–70.
7. Wu Y., Cai M., Li Z., Song X., Wang H., Pei X., Zhou F. Slip flow of diverse liquids on robust superhydrophobic surface. Journal of Colloid and Interface Science. 2014, vol. 414, pp. 9–13.
8. Кузнецов Г.В., Феоктистов Д.В., Орлова Е.Г. Режимы растекания капли воды по подложкам с различной смачиваемостью // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 2. С. 310–316.
9. Гасанов В.М. Измерение равновесно краевого угла смачивания как метод исследования состояния поверхностной энергии на границе раздела фаз твердое тело-жидкость-газ // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 87. № 3. С. 599–605.
10. Шишкова И.Н., Крюков А.П. Приближенное решение сопряженной задачи тепло- и массопереноса через межфазную поверхность // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 2. С. 483–489.
11. Снижение давления пара при конденсации на холодной жидкости / Бочкарева Е.М., Немцев В.А., Сорокин В.В. и др. // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 3. С. 537–548.
12. Левданский В.В., Смолик И., Здимал В. Влияние различных эффектов на формирование аэрозольных наночастиц при конденсации пересыщенного пара // Инженерно-физический журнал. 2014. Т. 87. № 5. С. 1199–1205.
13. Евдокимов С.И., Паньшин А.М., Солоденко А.А. Минералургия. В 2-х т. Т. 2. Успехи флотации. Владикавказ: ООО НПКП «МАВР», 2010. 992 с.
14. Евдокимов С.И., Евдокимов В.С. Переработка руд и техногенного медно-никелевого сырья с применением технологии струйной паровоздушной флотации // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2015. № 2. С. 3–8.
15. Евдокимов С.И., Дациев М.С., Подковыров И.Ю. Разработка новой схемы и способа флотации руд Олимпиадинского месторождения // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2014. № 1. С. 3–11.
16. Лежнин С.И., Сорокин А.Л. Моделирование эволюции импульса разрежения при контакте холодной жидкости и насыщенного пара // Теплофизика и аэромеханика. 2010. Т. 17. № 3. С. 397–400.
17. Актершев С.П. Рост парового пузырька в предельно перегретой жидкости // Теплофизика и аэромеханика, 2005. Т. 12. № 3. С. 445–457.
18. Кобозев М.А., Симоновский А.Я. Метод измерения, экспериментальная установка и результаты измерения частоты образования пузырьков пара при кипении магнитной жидкости на одиночном центре парообразования // Журнал технической физики. 2007. Т. 77. Вып. 11. С. 31–38.
19. Королев А.В. Особенности скачка давления в пароводяных инжекторах // Энергетика: Изв. вузов и энергетических объединений СНГ. 2009. № 6. С. 31–36.
20. Чураев Н.В. Поверхностные силы и физикохимия поверхностных явлений // Успехи химии. 2004. Т. 73 (1). С. 26–38.
21. Бойнович Л.Б. Дальнодействующие поверхностные силы и их роль в развитии нанотехнологии // Успехи химии. 2007. Т. 76 (5). С. 510–529.
22. Виноградова О.И. Особенности гидродинамического и равновесного взаимодействия гидрофобных поверхностей: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. М.: Институт физической химии РАН, 2000. 175 с.
23. Simonsen A.C., Hansen P.L., Klosgen B. Nanobubbles give evidence of incomplete wetting at a hydrophobic interface. Journal of Colloid and Interface Science. 2004, vol. 273, pp. 291–299.
24. Hampton M.A., Nguyen A.V. Nanobubbles and the nanobubble bridjing capillary force. Advances in colloid and interface science. 2010, vol. 154, no. 1–2, pp. 30–55.
25. Галимзянов М.Н., Лепихин С.А. Истечение двухфазной смеси через сопло с учетом фазовых переходов // Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. 2010. № 2 (76). С. 96–104.