浮选是包括许多分过程的复杂过程,这些分过程大体上包括:
①给料引入,矿浆引入、空气引入;
②矿粒和气泡的附着,矿粒和气泡碰撞、矿粒向气泡附着、矿粒从气泡上脱落;
③矿粒在矿浆和泡沫间的转移,矿化气泡进入泡沫、矿粒直接带入泡沫、矿粒从泡沫上返回矿浆;
④浮选产品的排除,泡沫的排除、尾矿的排除。
上述各分过程均会对浮选速率产生影响。另一方面,矿物浮选又是一个复杂的现象,除受机械、工艺及操作条件影响外,物理化学因素对速率也产生重要影响。归纳起来,影响浮选速率的因素可分为四类:
①矿石和矿物的性质,如矿物的种类和成分、粒度分布、矿粒形状、单体 解离度、矿物表面性质等;
②浮选化学方面诸因素,如捕收剂的选择性、捕收能力强弱、活化剂、抑 制剂、起泡剂的种类和用量、介质pH值、水质等;
③浮选机特性,如浮选机结构和性能、充气量、气泡尺寸分布及分散程度、搅拌程度、泡沫层的厚度及稳定性、刮泡速度等;
④操作因素,如矿浆浓度、温度等。
人们从不同角度,针对不同目的进行了大量探索。通过这些因素对浮选 速率影响的研宄表明,所涉及问题实际上十分复杂,很难得出每一因素对浮 选速率影响的一致结果,这也给浮选动力学研宄带来很大困难。
(二)浮选速率方程和级数
矿粒向气泡附着是浮选过程的基本行为。这一过程与化学反应相类比, 矿粒与气泡的碰撞和粘附相当于化学过程中的分子、原子、离子等粒子间的相互作用,当用化学过程中的一级反应描述矿物浮选行为时,在窄粒级纯矿物浮选条件下是拟合良好的;而对于实际矿石的浮选过程,则令人失望,一般情况下均得不到满意的结果。因为与相对比较均匀的分子、原子和离子间的化学反应相比,在浮选槽内进行的浮选过程要复杂得多。
1. 一级反应
实验室纯矿物试验和对工业浮选产品进行筛析研究的结果均表明,就窄 级别单一矿物而言,浮选速率与浮选槽内矿浆中该种矿粒的浓度成正比,遵循一级反应速率方程:
由于浮选速率正比于速率常数和回收率的n次方,因此在比较浮选过程的快慢时,对于同一反应级数,可直接比较速率常数的大小。速率常数大, 则浮选速率快。如果反应级数不同,则必须直接算出某时刻的浮选速率来比较。
(三)浮选速率常数分布特性
浮选实践表明,当组成浮选物料的各粒子的可浮性越来越相近〔例如纯矿物粒级越来越窄),直至它们中的每一颗粒的可浮性都相同时,这一物料的浮选速率是符合一级反应的。这时各矿粒的速率常数应是相等的,此时,我们把可浮性相同并具有相同的一级反应速率常数的这些矿粒称为一个品种 (级)(species)。在实际矿石中,同一品种的矿粒群中可能存在有组成不同、 颗粒不同、解离度及表面性质不同的颗粒。因此,若以一级动力学方程来描述实际矿石的浮选,可以认为:k值不是常数,而是随时间变化的。在实际矿石浮选时,由于浮选物料由不同k值的品种组成,所以,具有较大速率常数的品种将以较快的速率浮选,而速率常数低的以较慢速率浮选,随着较大速率常数的品种不断浮出,浮选机中剩余物料的平均k值就随着浮选时间延长逐步降低,即k值是时间的函数。
由于浮选物料是由不同k值品种组成的,那么其中不同k值的品种数量占多大比例、如何分布,是一个研究课题,也决定了实际浮选动力学模型的使用效果。因为浮选物料组成实际上是十分复杂的,因此k值的分布也有多种表达式,可以分为两大类,即连续分布形式和离散分布形式。
关于反应级数和速率常数的分布函数的研究都属经验方程的范围。可以认为,浮选反应级数问题,实际上是浮选速率的宏观表示。而k值分布问题,则是对物料中不同速率的矿种组成规律的微观分析。