Собрание сочинений : Т. 6. Флотация. Физико-химическое моделирование процессов

ÑÎÁÐÀÍÈÅ
ÑÎ×ÈÍÅÍÈÉ

ÐÅÄÀÊÖÈÎÍÍÛÉ
ÑÎÂÅÒ

А.А. БАРЯХ
директор ГИ УрО РАН

Д.Р. КАПЛУНОВ
чл. -корр. РАН

чл. -корр. РАН

И.Ю. РАССКАЗОВ
директор ИГД ДВО РАН

В.Л. ШКУРАТНИК
зав. кафедрой МГГУ

академик МАН ВШ

À.À. ÀÁÐÀÌÎÂ

ÔËÎÒÀÖÈß
ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССОВ

Òîì 6

Рекомендовано
Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по образованию
в области горного дела в качестве учебного пособия
для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Обогащение полезных ископаемых»
направления подготовки «Горное дело»

2010
ÈÇÄÀÒÅËÜÑÒÂÎ ÃÎÐÍÀß ÊÍÈÃÀ
«
»

ÌÎÑÊÂÀ

Издано при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и 
массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевой программы 
«Культура России» 

УДК 622.765 
ББК 33.4 
         А 16 

 
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 Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.012634.11.08 

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области горного дела (письмо № 51-02/6 от 
11.02.09) 

Рецензенты:  
кафедра «Обогащение руд цветных и редких металлов» Московского 
    государственного института стали и сплавов (Технического универ- 
    ситета) (зав. кафедрой канд. техн. наук, доцент Д.В. Шехирев); 

 
д-р техн. наук, проф. И.И. Максимов (ЗАО «Механобринжиниринг») 
 
Абрамов А.А. 
А 16 
Собрание сочинений: Т. 6: Флотация. Физико-химическое моделирование процессов: Учебное пособие. — М.: Издательство Московского
государственного горного университета, издательство «Горная книга»,
2010. — 607 с.: ил. 
ISВN 978-5-7418-0640-1 (в пер.) 
ISВN 978-5-98672-201-6   
 
Изложены методологические принципы физико-химического моделирования

флотационных систем и перехода от качественных представлений по флотации к
количественным закономерностям, необходимым для совершенствования, оптимизации и автоматизации процессов коллективной и селективной флотации руд.
На конкретных примерах показана реальная возможность теоретического обоснования механизма действия реагентов при флотации и получения теоретически обоснованных и экспериментально подтвержденных зависимостей между концентрациями различных реагентов в пульпе для условий активации, полной флотации,
полной депрессии флотации минералов, а также для условий полного предотвращения сорбции собирателя на их поверхности. 

Абрамов А.А. — д-р техн. наук, профессор кафедры «Обогащение полезных

ископаемых» (Московский государственный горный университет). 

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Обогащение полезных ис
копаемых» направления подготовки «Горное дело». Может быть использовано научными работниками, инженерами-обогатителями и специалистами в области автоматизации флотационных фабрик при совершенствовании, оптимизации и интенсификации технологических процессов флотационного обогащения минерального сырья.

    УДК 622.765 
     ББК 33.4 
ISВN 978-5-7418-0640-1 
ISВN 978-5-98672-201-6 
© А.А. Абрамов, 2010 

© Издательство Московского государственного горного 
     университета, издательство «Горная книга», 2010 
© Дизайн книги. Издательство МГГУ, 2010 

Алевтине Валентиновне Абрамовой — 
инициатору и неоценимому помощнику в 
разработке принципов физико-химического моделирования флотационных систем 
посвящаю 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Флотационные методы разделения минералов и веществ 
основаны на различии их физико-химических свойств. Каждый 
минерал или вещество обладает своим химическим составом и 
кристаллической решеткой и поэтому имеет различные значения удельной свободной поверхностной энергии. Возможность 
регулирования этого различия у разделяемых минералов или 
веществ посредством изменения концентрации флотационных 
реагентов в пульпе является основой универсальности процесса флотации. 
В настоящее время флотация — основной и определяющий 
процесс обогащения руд цветных и редких металлов, широко 
используемый при обогащении руд черных металлов, углей, 
горно-химического и другого минерального сырья, а также при 
разделении веществ (в различных отраслях промышленности), 
очистке сточных и кондиционировании оборотных вод при решении проблем охраны окружающей среды (Абрамов, 2008а и 
др.). Необходимость повышения извлечения металлов и комплексности использования минерального сырья, эффективности 
разделения различных веществ в других отраслях промышленности, качества очистки сточных и кондиционирования оборотных вод требует дальнейшего совершенствования и оптимизации флотационного процесса. Очевидно, что они могут быть 
осуществлены только при наличии достоверной информации о 
механизме и закономерностях действия реагентов при флотации. 
Результаты многочисленных исследований, обобщенные в работах (Абрамов, 2005в, 2008а; Богданов и др., 1990; Годен, 1959; 

Сазерленд и Уорк, 1958; Fuerstenau еt al., 1985, и др.), показали, 
что максимальная флотируемость минералов достигается при 
определенном значении соотношения концентрации реагентов 
в пульпе. Установлено, что характерный для промышленной 
практики флотации нестабильный ход процесса, приводящий к 
нестабильности технологических показателей, обусловлен именно 
отклонением данного соотношения от оптимального его значения. Причиной является переменный состав перерабатываемой 
руды и используемой технологической воды, имеющих переменную поглотительную способность по отношению к реагентам и вызывающих поэтому резкие изменения их концентрации 
в пульпе (Митрофанов, 1967; Плаксин, 1960; Плаксин и Околович, 1965; Хан и Десятов, 1965, 1966, и др.). При этом результаты флотации непосредственно зависят от того, насколько соотношение концентраций реагентов в пульпе близко к необходимому для максимальной флотируемости извлекаемого минерала 
или вещества (Абрамов, 2005в; Абрамов и Стацура, 1970; Бакинов, 1969; Плаксин, 1960; Плаксин и Околович, 1965; Хан и Десятов, 1966; Abramov еt al., 1973; Bushell, 1965; Cibulka and Kaspar, 
1966; Cibulka et al., 1962, и др.). 
Интенсивные работы по построению математической модели и разработке алгоритма управления технологическим процессом с использованием кибернетических принципов по косвенным параметрам флотационного процесса (содержание твердого 
в пульпе, объем ее потока, содержание извлекаемого металла, его 
минеральных форм и др.) пока не дали положительных результатов по радикальному решению рассматриваемой проблемы. Кажущаяся легкость осуществления управления вызвала необходимость не только решения сложных теоретических задач управления, но и создания многих датчиков (в том числе датчиков 
вещественного состава руд, что является проблематичным), а 
также требование резкого увеличения мощности имеющейся на 
предприятиях вычислительной техники (Абрамов, 1978). 
Следовательно, контроль и регулирование концентраций 
реагентов в пульпе с целью поддержания необходимого их соотношения средствами автоматизации — практически единственный путь оптимизации реагентного режима, совершенство

вания технологии и получения максимально возможных техникоэкономических показателей флотации при минимальном расходе 
реагентов.  
Реализация данного направления на практике включает в 
себя два обязательных условия: 

 разработка необходимых для использования в качестве 

задания функциональному блоку системы автоматизации 
теоретически и экспериментально обоснованных количественных (а не качественных) зависимостей между концентрациями реагентов в пульпе в оптимальных условиях регулируемых процессов. Данное условие согласуется 
с мнением, что «максимальную пользу автоматизация 
флотационных процессов принесет только в том случае, 
если понята сущность химических превращений, лежащих в основе автоматизируемого объекта» (Bushell, 
1965). Это означает, что такие зависимости могут быть 
получены только на основе достоверной информации о 
механизме и закономерностях действия реагентов в рассматриваемом процессе флотации в результате его физико-химического моделирования; 

 изыскание или разработка средств контроля (датчиков) 

концентрации реагентов, используемых в регулируемом 
процессе, необходимых для реализации разработанных 
физико-химических моделей. С.И. Митрофанов еще в 
1951 г. отмечал: «Необходимо разработать методы определения малых концентраций в пульпе при совместном 
присутствии таких ионов, как CN–, S2–, ОH–, CrO4
2–, SO3
2–, 

S2O3
2–, Fe2+, Cu2+, Zn2+ и ряда других. Только при нали
чии аналитических методов контроля ионного состава 
пульпы можно получить средства управления процессами селективной флотации и автоматизации процесса». 
Следует отметить, что такие датчики крайне необходимы 
также для решения проблем экологии и охраны окружающей среды (Abramov, 1999, 2004b). 
Разработка достоверных количественных зависимостей между необходимыми концентрациями реагентов в условиях даже 
известных процессов селективной флотации затруднялась тем, что 

не существовало единого мнения по ряду важнейших теоретических вопросов. В частности, отсутствовал однозначный ответ на 
главный вопрос: что является причиной флотации минералов — 
образование продуктов химического взаимодействия собирателя 
с минеральной поверхностью или физическая сорбция его ионов, молекул или продуктов гидролиза и окисления? Поэтому не 
существовал критерий, который можно было бы использовать 
при разработке соответствующих количественных зависимостей. 
Не было известно, как изменяется состояние поверхности 
минералов при изменении, например, значений рН и окислительно-восстановительного потенциала пульпы и какие соединения или продукты на их поверхности должны быть учтены 
при проведении теоретических расчетов. Методика таких расчетов применительно к условиям взаимодействия ионных или молекулярных компонентов раствора в приэлектродном слое минералов недостаточно отработана. 
Принципиальное решение всех этих вопросов было дано в 
работе (Абрамов, 1978), которая явилась необходимым предварительным этапом развития качественных представлений о механизме действия реагентов при флотации до количественных 
закономерностей. 
При написании данной книги экспериментально обоснована 
качественно новая зависимость между составом сорбционного 
слоя собирателя и флотируемостью минералов, предложена новая гипотеза о роли химической и физической форм сорбции 
собирателей при гидрофобизации и флотации минералов. Данная гипотеза позволяет объяснить известные и наметить новые 
направления интенсификации и совершенствования флотационного процесса в промышленных условиях, сформулировать 
принципы физико-химического моделирования процессов и явлений флотации и разработать количественные физико-химические модели, необходимые для совершенствования и автоматического управления процессом флотации на обогатительных фабриках. 
Сущность физико-химического моделирования флотационных 
систем заключается в теоретическом обосновании механизма и 
закономерностей действия реагентов при флотации минералов. 

Конечная цель — получение количественных детерминированных физико-химических моделей граничных или оптимальных 
условий протекания наблюдаемых при флотации явлений и процессов. Таким образом, осуществляется переход от качественных представлений во флотации к количественным закономерностям, необходимость которого обусловлена требованиями 
дальнейшего совершенствования и оптимизации реагентных режимов технологических процессов флотации на обогатительных 
фабриках средствами автоматизации. 
Основой физико-химического моделирования во флотации 
являются результаты термодинамического анализа и химических расчетов состояния реагентов и минеральной поверхности, 
позволяющие обосновать количественные значения соотношения концентраций реагентов в оптимальных условиях их активирующего или депрессирующего действия при селективной 
флотации минералов (Абрамов, 1978, 1980, 2008а). 
Физико-химическая сущность процесса флотации предопределяет использование термодинамики как единственно возможного научного метода получения теоретически обоснованных количественных детерминированных моделей оптимальных 
реагентных режимов селективной флотации. Без таких моделей 
невозможны эффективная оптимизация технологических процессов флотации средствами автоматизации и дальнейшее их 
совершенствование с использованием оборотных вод, сокращением расхода реагентов и соблюдением требований охраны окружающей среды (Абрамов, 1982, 1996, 2007б, 2007в, 2008б; 
Abramov, 2004a, 2004b, 2004c). 
Возможность достоверного физико-химического моделирования флотационных систем в настоящее время обусловлена наличием: 

 громадного объема результатов экспериментальных ис
следований действия реагентов во флотации с применением современных прецизионных методов, которые могут послужить отправными моментами для их теоретического обоснования с целью установления механизма и 
закономерностей исследуемых процессов и явлений (Абрамов, 2005в, 2008а; Fuerstenau et al., 1985);