Флотация : модификаторы. Физические основы. Практика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 
№ 2842 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 
 
Кафедра обогащения и переработки полезных ископаемых 
и техногенного сырья 
 
 
 
М.М. Сорокин 
 
 
 
Флотация 
 
Модификаторы. Физические основы. Практика 
 
Учебное пособие 
 
 
Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 
 
Москва 2016 

УДК 622.7 
 
С65 
Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. В.В. Морозов 
Сорокин М.М. 
С65  
Флотация: Модификаторы. Физические основы. Практика : учеб. пособие / М.М. Сорокин. – М. : Изд. Дом МИСиС, 
2016. – 372 с. 
ISBN 978-5-906846-05-1 
Рассмотрены физико-химические и флотационные свойства модификаторов (активаторов, подавителей) сульфидных и несульфидных минералов; 
раскрыты механизмы действия флотореагентов с катионами жидкой фазы 
пульпы и поверхностью минералов. Приведены данные по влиянию вещественного состава руд на обоснование выбора технологических схем и реагентных режимов флотации; в качестве критерия при разработке технологических решений предложена связь природы минерала и природы собирателя. 
Изложены особенности флотационного обогащения разных типов руд. 
Данное учебное пособие является продолжением учебного пособия 
М.М. Сорокина «Флотационные методы обогащения. Химические основы 
флотации», изданного в 2011 г. 
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению 22.04.02 «Металлургия». Будет полезно студентам, обучающимся по специальности «Обогащение полезных ископаемых», направления 
21.05.04 «Горное дело». Представляет интерес для аспирантов и специалистов, профессиональная деятельность которых связана с флотационными 
процессами обогащения минерального сырья. 
УДК 622.7 
ISBN 978-5-906846-05-1 
М.М. Сорокин, 2016 
 
НИТУ «МИСиС», 2016 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие ......................................................................................... 
8 
1. Модификаторы. Активаторы флотации минералов .......................... 
9 
1.1. Активация флотации минералов газами ................................... 10 
1.1.1. Активирование поверхности сульфидных 
минералов путем окисления сульфид-иона 
минерала кислородом воздуха ...................................................... 10 
1.1.2. Активирование флотации несульфидных 
минералов газами 
............................................................................ 18 
1.2. Активация флотации сульфидов железа 
и цинка катионами меди .................................................................... 20 
1.3. Активирование флотации кварца и силикатов 
поливалентными катионами .............................................................. 32 
1.4. Активирование флотации окисленных 
минералов цветных металлов ............................................................ 35 
1.4.1. Активирование флотации окисленных 
минералов свинца ........................................................................... 35 
1.4.2. Активация флотации окисленных минералов меди .......... 39 
1.4.3. Активация флотации окисленных минералов цинка ........ 41 
1.5. Активация флотации полевого шпата фтор-ионами 
................ 42 
Библиографический список 
............................................................... 43 
2. Модификаторы. Подавители флотации минералов 
......................... 44 
2.1. Депрессирующее действие рН среды 
на флотацию минералов 
..................................................................... 46 
2.2. Депрессирующее действие на флотацию сернистого 
натрия и его физико-химические свойства ...................................... 50 
2.2.1. Физико-химические свойства сернистого натрия ............. 50 
2.2.2. Окислительно-восстановительные свойства 
сернистого натрия 
........................................................................... 52 
2.2.3. Реакция солеобразования и комплексообразования.......... 53 
2.2.4. Депрессирующее действие гидросульфид- 
и сульфид-ионов на флотацию сульфидных минералов 
............. 53 
2.3. Депрессирующее действие силиката натрия 
и его физико-химические свойства 
................................................... 59 
2.3.1. Физико-химические свойства жидкого стекла .................. 60 
2.3.2. Механизм депрессирующего действия жидкого стекла ... 67 
2.4. Депрессирующее действие фтористоводородной кислоты, 
фторида натрия и кремнефтористого натрия 
................................... 76 
3 

2.4.1. Фтористоводородная кислота и ее щелочные соли 
........... 76 
2.4.2. Кремнефтористый натрий 
.................................................... 79 
2.5. Депрессирующее действие ортофосфорной кислоты 
и ее щелочных солей на флотацию минералов 
................................ 82 
2.5.1. Физико-химические свойства ортофосфорной 
кислоты и ее щелочных солей 
....................................................... 83 
2.5.2. Механизм депрессирующего действия фосфатов ............. 88 
2.6. Комплексообразующие подавители флотации 
......................... 96 
2.6.1. Щелочные цианиды 
.............................................................. 96 
2.6.1.1. Физико-химические свойства цианидов ......................... 96 
2.6.1.2. Механизм депрессирующего действия цианидов ........ 107 
2.6.2. Депрессирующее действие феррицианидов 
(гексацианферратов) 
..................................................................... 115 
2.6.3. Депрессирующее действие сульфоксидов 
на сульфидные минералы ............................................................ 118 
2.6.3.1. Физико-химические свойства сульфоксидов 
................ 118 
2.6.3.2. Депрессирующее действие сульфоксидов .................... 123 
2.6.3.3. Действие сульфоксидов при флотации ......................... 133 
2.7. Депрессирующее действие окислителей 
................................. 137 
2.7.1. Депрессирующее действие кислорода воздуха, 
растворенного в жидкой фазе пульпы ........................................ 141 
2.7.2. Пероксид водорода ............................................................. 144 
2.7.3. Гипохлориты ....................................................................... 144 
2.7.4. Депрессирующее действие перманганата калия ............. 145 
2.7.5. Депрессирующее действие щелочных хроматов 
............. 150 
2.7.5.1. Физико-химические свойства щелочных хроматов ..... 150 
2.7.5.2. Депрессирующее действие солей хромовых кислот 
.... 155 
2.8. Органические подавители флотации минералов 
.................... 162 
2.8.1. Полисахариды ..................................................................... 163 
2.8.1.1. Карбоксиметилцеллюлоза .............................................. 163 
2.8.1.2. Производные крахмала ................................................... 165 
2.8.1.3. Подавители на основе растительного сырья 
(камеди, лигнин, сульфитная барда) 
....................................... 167 
2.8.2. Дубильные вещества и их производные 
........................... 168 
2.8.3. Различные органические подавители ............................... 171 
2.9. Депрессирующее действие тонкодисперсных осадков 
на флотацию минералов 
................................................................... 172 
Библиографический список 
............................................................. 175 
3. Физические основы флотации. Минерализация пузырьков 
воздуха. Флотомашины 
........................................................................ 177 
4 

3.1. Краевой угол смачивания ......................................................... 179 
3.2. Гистерезис смачивания ............................................................. 181 
3.3. Элементарный акт флотации 
.................................................... 185 
3.4. Термодинамический анализ элементарного акта 
флотации. Показатель флотируемости ........................................... 186 
3.5. Столкновение пузырька воздуха и минеральной частицы 
.... 188 
3.6. Закрепление пузырька воздуха на частице. 
Изменение энергии тонкого слоя воды .......................................... 189 
3.7. Сохранение флотокомплекса пузырек–частица ..................... 197 
3.7.1. Сохранение частицы в слое пены ..................................... 203 
3.7.2. Уравнение равновесия сил, действующих на частицу 
на плоской поверхности раздела фаз жидкость–газ 
.................. 204 
3.8. Кинетика флотации ................................................................... 207 
3.9. Флотационные машины 
............................................................ 211 
3.9.1. Классификация флотомашин 
............................................. 212 
3.9.2. Аэрация пульпы в машинах механического и 
пневмомеханического типа.......................................................... 215 
3.9.3. Типы флотационных машин 
.............................................. 219 
Библиографический список 
............................................................. 224 
4. Технология флотационного обогащения руд 
................................. 225 
4.1. Классификация операций при флотационном 
обогащении ....................................................................................... 227 
4.2. Вещественный состав рудных и нерудных минералов 
.......... 231 
4.2.1. Влияние крупности вкрапления флотируемого 
минерала на результаты флотации 
.............................................. 232 
4.2.2. Связь извлечения ценного компонента в концентрат 
с его исходным содержанием в руде .......................................... 236 
4.2.3. Влияние минерального состава руды на показатели 
флотационного обогащения 
......................................................... 237 
4.3. Варианты технологических схем флотационного 
обогащения руд 
................................................................................. 239 
4.3.1. Прямая селективная флотация .......................................... 240 
4.3.2. Коллективная флотация сульфидов с последующей 
селекцией коллективного концентрата....................................... 241 
4.3.3. Частично коллективно-селективные схемы флотации ... 243 
4.3.4. Комбинированные схемы переработки руд ..................... 244 
4.4. Классификация минералов по флотируемости 
....................... 247 
4.5. Обогащение природногидрофобных минералов 
с помощью флотации ....................................................................... 248 
4.5.1. Флотационное обогащение каменных углей ................... 250 
5 

4.5.2. Флотационное обогащение графитовых руд ................... 253 
4.5.3. Обогащение серных руд 
..................................................... 255 
4.5.4. Флотация талька ................................................................. 257 
4.6. Флотация трудноокисляемых сульфидов 
и самородных металлов ................................................................... 258 
4.6.1. Флотационное обогащение молибденитовых руд 
........... 258 
4.6.2. Флотационное обогащение руд сурьмы ртути 
и висмута ....................................................................................... 263 
4.6.3. Особенности флотационного обогащения 
благородных металлов ................................................................. 265 
4.7. Флотация сульфидов 
................................................................. 275 
4.7.1. Флотация сульфидных медных руд .................................. 278 
4.7.2. Флотация медно-порфировых руд .................................... 284 
4.7.3. Особенности флотационного обогащения 
медно-цинково-пиритных руд 
..................................................... 289 
4.7.4. Технологические схемы и реагентные режимы 
флотации свинцово-цинковых и полиметаллических 
сульфидных руд ............................................................................ 298 
4.7.4.1. Флотационное обогащение свинцово-цинковых 
сульфидных руд ........................................................................ 299 
4.7.4.2. Основные типы технологических схем 
переработки колчеданных свинцово-цинковых 
и полиметаллических руд ........................................................ 304 
4.7.4.3. Селекция медно-свинцовых сульфидных руд 
и коллективных концентратов полиметаллических руд 
....... 308 
4.7.4.4. Технология обогащения смешанных 
полиметаллических руд ........................................................... 314 
4.7.5. Медно-никелевые и медно-никелево-кобальтовые 
сульфидные руды ......................................................................... 316 
4.8. Особенности флотационного обогащения 
окисленных руд цветных металлов 
................................................. 325 
4.8.1. Окисленные медные руды ................................................. 326 
4.8.2. Окисленные свинцовые руды 
............................................ 329 
4.8.3. Окисленные цинковые руды 
.............................................. 333 
4.9. Обогащение руд солеобразных минералов 
щелочноземельных металлов .......................................................... 334 
4.9.1. Флотационное извлечение кальцита 
................................. 338 
4.9.2. Особенности флотационного обогащения 
минералов магния 
......................................................................... 341 
6 

4.9.3. Флотационное обогащение апатитовых 
и фосфоритовых руд 
..................................................................... 342 
4.9.4. Особенности технологии флотационного 
обогащения баритовых руд 
.......................................................... 346 
4.9.5 Селективная флотация кальцийсодержащих 
минералов. Флотация шеелита .................................................... 348 
4.10. Особенности технологии флотационного 
обогащения касситеритовых руд .................................................... 352 
4.11. Силикаты и алюмосиликаты .................................................. 358 
4.11.1. Особенности флотационного извлечения кварца 
.......... 359 
4.11.2. Разделение полевых шпатов и кварца ............................ 360 
4.11. 3. Особенности флотационной технологии 
бериллиевых руд 
........................................................................... 362 
4.11.4. Особенности технологии флотационного 
обогащения сподуменовых руд 
................................................... 366 
4.12. Флотация растворимых солей ................................................ 369 
Библиографический список 
............................................................. 371 
 
7 

Предисловие 
Флотация является единственным производительным процессом 
обогащения тонковкрапленных руд. 
Профессор кафедры «Обогащение руд цветных и редких металлов» МИСиС М.М. Сорокин (1929–2015) являлся признанным специалистом в области флотации сульфидных и несульфидных руд, 
химических основ флотации. На протяжении более трех десятилетий 
он успешно совмещал преподавательскую и исследовательскую деятельность. В пособии представлены результаты исследований как 
автора, так и отечественных и зарубежных специалистов. 
Особое внимание уделено состоянию поверхности минералов, 
флотореагентов в жидкой фазе и результатам изучения их взаимодействий; сформулировано, что для сульфидных минералов определяющим является степень окисления поверхности минералов, для 
несульфидных – растворимость минералов. В пособии раскрыты механизмы взаимодействия флотореагентов с поверхностью минералов. 
Технология флотации разных типов минерального сырья рассмотрена с позиции взаимосвязи вещественного состава с реагентными режимами разделения минералов и технологическими схемами.  
Рукопись пособия подготовлена автором; работа по подготовке рукописи к изданию выполнена проф. кафедры, докт. техн. наук В.А. Игнаткиной. 
8 

1. МОДИФИКАТОРЫ. АКТИВАТОРЫ 
ФЛОТАЦИИ МИНЕРАЛОВ 
Для обеспечения эффективности пенной флотации необходимо 
увеличить разницу в химических потенциалах флотационных фаз, 
особенно разницу в смачивании водой частиц разделяемых минералов. 
С этой целью в пульпу вводятся флотационные реагенты – собиратели 
и модификаторы. Собиратели обеспечивают необходимую гидрофобность частиц минералов, переводимых в пенный продукт. Регуляторы среды создают благоприятные условия для хемосорбции собирателя. Активаторы интенсифицируют хемосорбцию собирателя 
на поверхности извлекаемого в концентрат минерала за счет усиления прочности связи собирателя с катионом минерала. Подавители, 
наоборот, повышают гидрофильность поверхности частиц, остающихся в камерном продукте. На неокисленных гидрофобных участках поверхности сульфидных минералов, а также на поверхности 
благородных металлов и самородных минералах, сульфгидрильные 
ионогенные собиратели адсорбируются физически. Хемосорбция ионогенного собирателя происходит только в тех случаях, когда растворимость образующегося поверхностного соединения Аn–Ме–Х, где 
Аn и Ме – ионы минерала, а Х – анион собирателя, близка или несколько меньше растворимости минерала.  
Необходимость активации поверхности минерала перед обработкой собирателем обусловлена различными причинами: 
– растворимость минерала в воде меньше, чем растворимость 
продуктов гетерогенной химической реакции взаимодействия катиона минерала с анионным собирателем (сульфидные минералы); 
– растворимость минерала и продуктов его взаимодействия с гидроксил-ионами (гидроксидов Ме(ОН)n) меньше или мало отличается 
от растворимости продуктов взаимодействия с анионами собирателя 
(окисленные минералы); 
– поверхность минерала экранирована продуктами взаимодействия катионов минерала с реагентами – подавителями флотации (гидроксиды железа и сульфат кальция при депрессии пирита известью, 
хромат свинца); 
– поверхность минерала вообще не способна к химическому 
взаимодействию с ионами собирателя (кварц с анионным оксигидрильным собирателем). 
9 

Таким образом, активирование минеральной поверхности перед 
хемосорбцией собирателя связано с изменением химического состава 
поверхности флотируемого минерала путем замещения в кристаллической решетке минерала катиона или аниона.  
1.1. Активация флотации минералов газами 
1.1.1. Активирование поверхности сульфидных 
минералов путем окисления сульфид-иона минерала 
кислородом воздуха 
Неокисленная поверхность сульфидных минералов неспособна к 
хемосорбции анионов сульфгидрильных собирателей и многих других флотационных реагентов (рис. 1.1 и 1.2), так как связь ионов в 
кристаллической решетке минерала намного сильнее, чем связь катиона минерала с лигандами из объема жидкой фазы.  
Так, растворимость PbS на 3,5 порядка меньше растворимости 
этилового ксантогената свинца (табл. 1.1). В работах Д.А. Шведова и 
И.Н. Плаксина доказано, что без предварительного окисления сульфид-ионов минерала поверхность сульфидных минералов химически 
не взаимодействует с ионами сульфгидрильных собирателей. Позднее эти выводы были подтверждены рядом зарубежных исследователей, использовавших различные методы исследования. 
Хемосорбция собирателя на поверхности сульфидных минералов начинается только после частичного окисления ее в воде кислородом воздуха, когда возможно замещение в продуктах окисления гидроксил- и сульфоксид-ионов, связанных с катионом кристаллической решетки минерала, на анион собирателя или подавителя (см. рис. 1.1 и 1.2). 
Из рис. 1.1 видно, что флотируемость галенита резко возрастает с 
увеличением концентрации растворенного кислорода в пульпе до 
оптимума, зависящего от природы минерала; в этих условиях наблюдается максимальная адсорбция собирателя. Концентрация кислорода, растворенного в воде, обеспечивающая активную флотацию галенита, составляет 1,5…2 мг/л. При высокой концентрации кислорода в жидкой фазе пульпы и длительном кондиционировании пульпы 
воздухом происходит снижение флотируемости минерала, так как 
избыточное окисление поверхности сульфидного минерала гидрофилизирует ее, особенно у сульфидов железа. 
 
10