Na indústria moderna de processamento de minerais, a flutuação é um dos métodos mais utilizados e eficazes.O seu princípio central consiste em explorar as diferenças nas propriedades físicas e químicas das superfícies mineraisAo adicionar reagentes de flutuação, a hidrofobidade do mineral alvo é alterada seletivamente, fazendo com que ele adira a bolhas e flutue para cima, separando-o assim dos minerais gangue.Um sistema de reagente otimizado é crucial para uma flutuação bem sucedida, determinando directamente a qualidade do concentrado e a taxa de recuperação, tendo assim impacto na eficiência económica de toda a instalação de transformação de minerais.
No entanto, diante de recursos de minério cada vez mais complexos, magros, finos e mistos,Os métodos tradicionais de ensaio e erro deixaram de ser suficientes para selecionar de forma eficiente e precisa a combinação de reagentes ideal.O presente artigo tem por objectivo explorar sistematicamente como selecionar cientificamente e eficientemente a combinação óptima de reagentes de flutuação para profissionais do processamento de minerais.
一 Os fundamentos dos sistemas de reagentes de floração:
Compreender os componentes e os seus efeitos sinérgicos
Um sistema completo de reagente de flutuação é geralmente composto por três categorias: colectores, espumantes e reguladores.que formam efeitos sinérgicos ou antagónicos complexos.
Colecionadores:As suas moléculas contêm grupos polares e não polares, adsorvem-se seletivamente na superfície do mineral alvo,tornando-o hidrofóbico através de seus grupos não polaresA escolha do colector baseia-se principalmente nas propriedades do mineral.enquanto os ácidos graxos e as aminas são frequentemente utilizados para minérios não sulfurados.
Fruns:Sua função principal é reduzir a tensão superficial da água, produzindo uma espuma estável e de tamanho apropriado que atua como um portador de partículas minerais hidrofobizadas.Um espumador ideal deve produzir uma espuma com certo grau de quebradice e viscosidade, captura eficazmente as partículas minerais, ao mesmo tempo em que se decompõe facilmente após a raspagem do concentrado, facilitando o processamento posterior.
Ajustadores:Estes são os agentes mais diversos e complexos do sistema de flutuação e são usados principalmente para ajustar o ambiente e o mineral do lodo.Propriedades da superfície para melhorar a seletividade da separaçãoIncluem principalmente:
Depressivos:Usado para reduzir ou eliminar a flutuabilidade de certos minerais (geralmente minerais de gangue ou certos minérios de sulfeto facilmente flutuantes).e o vidro de água é usado para diminuir os minerais de gangue de silicato.
Ativadores:Usado para melhorar a flutuabilidade de certos minerais difíceis de flutuar ou deprimidos.
Ajustadores de pH:Ajustar o pH da lama para controlar a forma efetiva do colector, as propriedades elétricas superficiais do mineral e as condições em que reagem outros agentes.Os agentes comumente utilizados incluem a cal, cinzas de sódio e ácido sulfúrico.
Dispersantes:Utilizado para prevenir a captura de lamas ou a floculação seletiva e melhorar a dispersão de partículas de minério, como vidro de água e hexametafosfato de sódio.
A sinergia é fundamental para desenvolver um sistema de reagente eficiente.A mistura de diferentes tipos de colectores (como xantato e pó negro) apresenta frequentemente uma maior capacidade de captura e seletividade em comparação com agentes individuaisA combinação inteligente de inibidores e colectores pode conseguir a flutuação preferencial ou a flutuação mista de minérios polimetálicos complexos.A compreensão das funções individuais e dos mecanismos de interacção destes reagentes é o primeiro passo no rastreio sistemático.
2 Metodologia de triagem sistemática: da experiência à ciência
O rastreamento sistemático das combinações de reagentes visa substituir as experiências tradicionais de um único fator ou "cozinhar e cozinhar" por um desenho experimental científico e análise de dados,identificando assim a combinação de reagentes ideal ou quase ideal num tempo mais curto e a um custo mais baixoAtualmente, os métodos convencionais incluem experimentos condicionais de fator único, projeto experimental ortogonal e metodologia de superfície de resposta.
1Experimento condicional de um único fator
Este é o método experimental mais básico, que consiste em manter todas as outras condições fixas e variar a dosagem de um único reagente.Recuperação) é observada numa série de pontos experimentais.Este método é simples e intuitivo e é essencial para determinar inicialmente o intervalo de dosagem eficaz aproximado para vários reagentes.A sua principal desvantagem é que não pode examinar interações entre reagentes e dificulta a identificação do óptimo global.
2. Projeto experimental ortogonal
Quando vários fatores (múltiplos reagentes) precisam ser investigados e sua combinação ideal precisa ser identificada, os experimentos ortogonais são um método científico eficiente e rentável.Eles utilizam uma "mesa ortogonal" para organizar experiênciasAo seleccionar alguns pontos experimentais representativos, as relações primárias e secundárias entre os factores e a combinação de níveis ótima podem ser cientificamente analisadas.
Etapas de execução:
1Determinação dos factores e dos níveis:Identificar os tipos de reagente (fatores) a investigar e definir várias dosagens (níveis) diferentes para cada reagente.
2. Selecione uma matriz ortogonal:Com base no número de fatores e níveis, selecione uma matriz ortogonal adequada para organizar o plano experimental.
3Realizar experiências e análise de dados:Realizar ensaios de flutuação utilizando as combinações dispostas na matriz ortogonal, registando a qualidade do concentrado e Recuperação: através da análise de intervalo ou análise de variância, pode determinar-se a importância do impacto de cada fator nos indicadores de desempenho,e a combinação de dosagem ideal do reagente pode ser determinada.
A vantagem dos experimentos ortogonais é que eles reduzem significativamente o número de experimentos e avaliam efetivamente o impacto independente de cada fator.São um dos métodos de otimização mais utilizados nos ensaios industriais.
3Metodologia da superfície de resposta
A metodologia da superfície de resposta é um método de otimização mais sofisticado que combina técnicas matemáticas e estatísticas.Não só encontra a combinação ideal de condições, mas também estabelece um modelo matemático quantitativo que relaciona os indicadores de desempenho de flutuação com as dosagens de reagente..
Etapas de execução:
1Experimentos preliminares e triagem por factores:Os experimentos de um único fator ou os desenhos de Praskett-Berman são utilizados para identificar rapidamente reagentes-chave com impactos significativos no desempenho da flutuação.
2Experimento de rampa mais íngreme:Dentro da região inicial de fatores significativos, os experimentos são realizados ao longo da direção da mudança de resposta mais rápida (direção do gradiente) para se aproximar rapidamente da região ideal.
3Projeto de composição central:Após a determinação da região ideal, os experimentos são organizados usando um projeto composto central.e termos de interacção para a dosagem do reagente.
4Desenvolvimento e otimização de modelos:Através da análise de regressão dos dados experimentais, é estabelecida uma equação polinomial de segunda ordem, ligando a resposta (por exemplo, recuperação) à dosagem de cada reagente.Este modelo pode ser usado para gerar gráficos tridimensionais de superfície de resposta e gráficos de contorno, demonstrando visualmente as interações dos reagentes e prevendo com precisão a dose ideal de reagente para o grau ou recuperação mais elevado.
A metodologia de superfície de resposta pode revelar interações entre fatores e prever com precisão pontos de funcionamento ideais, tornando-a ideal para formulações farmacêuticas de ajuste fino.
三 Do laboratório à aplicação industrial: um processo completo de triagem
O desenvolvimento de um sistema farmacêutico bem sucedido requer um processo completo, desde ensaios laboratoriais em pequena escala até à verificação da produção industrial.
1Investigação de propriedade mineral:Através da análise química, análise de fases e mineralogia de processos, uma compreensão abrangente da composição química do minério,tamanho das partículas incorporadas, e a interação entre os minerais úteis e os minerais gangue é essencial para fornecer uma base para a selecção preliminar de reagentes.
2. Teste piloto de laboratório (teste no copo):O estudo é realizado numa célula de flutuação de 1,5 litros ou menos.
Usando experimentos de um único fator, selecionar preliminarmente os tipos de colector, deprimente e espuma eficazes e determinar as suas faixas de dosagem aproximadas.
Usando experimentos ortogonais ou metodologia de superfície de resposta, otimizar a combinação de vários reagentes-chave selecionados para determinar o sistema de reagente ideal em condições de laboratório.
3Teste de laboratório em circuito fechado (teste contínuo alargado): Simulação do processo de reciclagem de minério médio na produção industrial, realizado numa célula de flutuação ligeiramente maior (por exemplo, 10-30 litros).Esta fase verifica e refina o sistema de reagente desenvolvido no ensaio piloto e examina o impacto do retorno do minério médio na estabilidade de todo o processo de flutuação e no desempenho final..
4Testes piloto (semi-industriais):O sistema de produção em pequena escala e completo é estabelecido e opera continuamente no local de produção.e os seus resultados têm um impacto directo no êxito e na viabilidade económica da aplicação industrial finalDurante esta fase, o sistema de reagente é submetido a testes finais e ajustes.
5Aplicações industriais:O sistema de reagente e o fluxo de processo estabelecidos no ensaio-piloto são aplicados à produção em grande escala,com ajuste fino e otimização contínuos com base nas flutuações das propriedades do minério durante a produção.
四 Tendências futuras: Inteligência e desenvolvimento de novos agentes
Com os avanços tecnológicos, o rastreamento e a aplicação de agentes de flutuação estão a evoluir para abordagens mais inteligentes e eficientes.
Química computacional e design molecular:Quantum chemical calculations and molecular simulation techniques can be used to study the interaction mechanisms between agents and mineral surfaces at the molecular level and predict agent performance, permitindo a conceção e síntese específicas de novos agentes de flutuação altamente eficientes, reduzindo significativamente o ciclo de I&D.
Processo de triagem de alta capacidade e inteligência artificial:Com base nos princípios do desenvolvimento de novos medicamentos, combinados com plataformas experimentais automatizadas e computação de alta produtividade, um grande número de combinações de agentes pode ser rapidamente selecionado.Simultaneamente, a inteligência artificial e as tecnologias de aprendizagem de máquina também estão a começar a ser aplicadas aos processos de flutuação.Eles permitem o controle inteligente em tempo real e otimização da dosagem do agente.
Novos agentes ecológicos:Com as regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas, o desenvolvimento de agentes de flutuação pouco tóxicos, biodegradáveis e respeitadores do ambiente tornou-se uma direcção de desenvolvimento fundamental.
A selecção sistemática da combinação ideal de agentes de flutuação é uma tarefa complexa que envolve várias disciplinas.Isto exige que os técnicos de processamento de minerais não só tenham uma compreensão profunda dos princípios básicos da química de flutuação e dos efeitos sinérgicos dos reagentes, mas também para dominar métodos de concepção experimental científica, tais como experimentos ortogonais e metodologia de superfície de resposta. By following the rigorous process of "ore property research - laboratory testing - closed-circuit testing - pilot testing - industrial application" and actively embracing new technologies such as computational chemistry and artificial intelligence, podemos enfrentar de forma mais científica e eficiente os desafios colocados pelos minérios complexos e difíceis de processar,fornecer um apoio técnico sólido para a utilização limpa e eficiente dos recursos minerais.
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