Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ КОЛЛЕКТИВНОЙ ФЛОТАЦИИ ПОЛИСУЛЬФИДНЫХ РУД ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Коростовенко В.В. 1 Стрекалова Т.А. 1 Степанов А.Г. 1
1 ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» Институт цветных металлов и материаловедения
В настоящей статье представлены результаты исследований, направленных на изучение возможности применения высоковольтных импульсных разрядов для обработки растворов флотации свинцово-цинковых концентратов. В качестве источника силового электрофизического воздействия использовали разрядно-импульсную установку, энергию обработки варьировали в широком диапазоне. Установлено, что в результате мощного электровзрывного воздействия изменяются окислительные свойства воды, повышаются количественные и качественные показатели флотации (в диапазоне энергий обработки от 6 до 12 кДж/дм3). Изучено влияние количества импульсов и материала электродов (сталь и медь) на показатели флотации. Применение данной технологии позволяет повысить извлечение металлов в концентрат: свинца на 5,6 %, цинка – на 10,2 %, при одновременном росте содержания этих металлов в концентрате.
разрядно-импульсная обработка
сульфидная руда
активация пульпы
концентрат
электродный потенциал
флотация
извлечение
1. Гулый Г.А. Научные основы разрядно-импульсных технологий [Текст] / Г.А. Гулый – Киев: Наук. думка, 1990. – 208 с.
2. Коростовенко В.В. Избирательное раскрытие и структурно-химические изменения минералов при импульсном воздействии [Текст] / В.В. Коростовенко, Т.А. Стрекалова и др. // Международный журнал экспериментального образования. – 2013 – № 4. – С. 73–76.
3. Малюшевский П.П. Основы разрядно-импульсной технологии [Текст] / П.П. Малюшевский. – Киев: Наук. думка, 1983. – 269 с.
4. Плаксин И.Н. Об особенностях гидрофобизирующего действия кислорода на поверхность сульфидных минералов [Текст] / И.Н. Плаксин, Р.Ш. Шафеев // ДАН СССР. – 1960. – Т. 135. – № 1. – С. 140–142.
5. Чантурия В.А. Роль полупроводниковых и электрохимических свойств минералов в процессе флотации [Текст] / В.А. Чантурия // Современное состояние и перспективы развития теории флотации. – М.: Наука, 1979. – С. 55–72.

Эффективность процесса обогащения во многом определяется раскрытием минералов при рудоподготовке. Однако в процессе рудоподготовки не всегда удается достигнуть полного раскрытия всех сростков рудных минералов с нерудными. В первичной переработке сырья минералы в подавляющем большинстве обогащаются флотационными методами. Известные способы повышения эффективности процесса флотации в большинстве случаев не позволяют добиться желаемого раскрытия минералов и обеспечить необходимую степень извлечения ценных компонентов. Одним из перспективных направлений в этой области является применение электрофизических методов и, в частности, разрядно-импульсной обработки (РИО) минеральной пульпы [1–3].

Исследования влияния разрядно-импульсной обработки на флотацию проводились на стадии межцикловой коллективной флотации сульфидных руд Горевского (проба № 1) и Токобского (проба № 2) месторождений, химический состав которых (по основным составляющим) приведен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав исследуемых руд

Содержание, % (мас.)

РЬ

Zn

Сu

SiO2

Al2O3

СaО

Мn

Проба № 1

4,07

0,5

0,17

27,5

33,32

2,96

1,86

1,66

Проба № 2

2,35

3,5

0,1

23,4

не определялось

Содержание окисленных форм свинца в пробах № 1 и 2 составляло соответственно 18 и 5 % (мас.); вкрапленность минералов неравномерная. Соотношение окисленных и сульфидных форм в пробе № 1 показано в табл. 2.

Таблица 2

Фазовый состав руды пробы № 1 ( % мас.)

Содержание РЬ

Содержание Zn

Содержание Сu

общ.

окисл.

сульф.

общ.

окисл.

сульф.

общ.

окисл.

сульф.

3,5

0,65

0,43

0,43

0,05

0,38

0,019

0,009

0,010

Необходимая тонкость помола (75 % класса – 0,074 мм) достигалась измельчением в лабораторной стержневой мельнице при соотношении Т:Ж:С = 1:0,8:4,8. Масса навески руды составляла 250 г, время измельчения без РИО принимали 40 и 35 мин. по условиям выхода контрольного класса.

Время флотации во всех случаях принималось равным 10 мин. Режим флотации для пробы № 1: сода (900 г/т, tк = 1 мин); сернистый натрий (30 г/т, tк = 1 мин); бутиловый ксантогенат (90 г/т, tк = 2 мин); сосновое масло (60 г/т, tк = 1 мин); для пробы № 2 из указанного режима исключался сернистый натрий. Флотацию проводили в лабораторной флотомашине объемом 1 л при содержании твердого 25 % в технической и дистиллированной воде постоянной температуры (Т = 18 °С).

Разрядно-импульсную обработку проводили в реакторе из титана объемом 1200 мл с системой электродов «острие – острие», электроды сменные, расположение горизонтальное. В нижней части реактора размещался лопастной диск перемешивающего устройства, изготовленный из полиэтилена высокого давления.

Ранее [2] нашими исследованиями было доказано, что измельчение исходного материала по комбинированной схеме с применением разрядно-импульсной обработки (рис. 1) способствует росту выхода технологичных классов при сокращении общего времени измельчения. По данным ситового анализа лучшие результаты достигаются при обработке энергией 9,2 кДж.

kor1a.wmf kor1b.wmf

а б

Рис. 1. Принципиальные схемы рудоподготовки: а – базовая; б – комбинированная

Для окончательной оценки эффективности комбинированной схемы измельчения проведены опыты по флотации, результаты которой представлены в табл. 3.

Таблица 3

Показатели флотации руды (проба № 1)

Е, кДж/дм3

Тизмельч., мин

γ, %

βPb, %

βZn, %

εPb, %

εZn, %

0

10

14,08

12,75

1,279

45,44

36,75

9,2

10

16,52

13,104

1,314

54,80

44,30

0

25

19,72

12,082

1,262

60,32

50,78

9,2

20

22,16

12,20

1,314

63,44

59,42

0

35

24,36

11,66

1,360

71,90

67,61

9,2

30

27,36

11,26

1,316

77,99

73,18

0

45

26,76

11,05

1,320

74,86

72,08

9,2

35

31,72

10,89

1,342

87,43

86,87

Анализ данных табл. 3 свидетельствует, что подготовка материала по комбинированной схеме измельчения повышает показатели флотации. Измельчение по комбинированной схеме в течение 35 мин по сравнению с чисто механическим измельчением (45 мин) повышает извлечение в коллективный концентрат свинца и цинка на 13 и 14 % соответственно. Причиной этого является, на наш взгляд, не только улучшение степени раскрытия минеральных ассоциаций, но и структурно-химические изменения минералов при разрядно-импульсной обработке, предопределяющей рост интенсивности рефлексов пирита, галенита, пирротина и других минералов. Выполненные ранее исследования разрядно-импульсного воздействия на физико-химические свойства жидкой фазы показали их существенное изменение при такой обработке, что неизбежно должно отразиться на флотационном разделении минералов. В частности, при РИО воды значительно возрастает концентрация растворенного в ней кислорода, что оказывает влияние на поведение флотационных систем, связанное с воздействием кислорода на сульфиды.

Характер и степень участия кислорода в процессе флотации подробно проанализировали И.Н. Плаксин и Р.Ш. Шафеев [4], установившие, что закрепление ксантогената на поверхности частиц определяется типом проводимости минерала. Фиксация собирателя ухудшается в случае электронной проводимости. При переходе к дырочной проводимости ксантогенат, наоборот, посредством рекомбинации электронов образует прочную связь с поверхностью минерала. Под действием кислорода поверхность многих минералов «электронного» типа (галенит, халькопирит) приобретает «дырочную» проводимость, что и способствует улучшению флотационных свойств [4].

Результаты исследований по флотации проб руды с предварительной разрядно-импульсной обработкой воды показали, что, наряду с существенным изменением Еh, рН и æ, имеет место изменение окислительной способности воды, что отмечено при снятии значений электродных потенциалов (рис. 2).

kor2.wmf

Рис. 2. Изменение электродных потенциалов галенита (2, 4) и пирита (1, 3) на стадии кондиционирования: 1, 2 – вода необработанная; 3, 4 – после РИО воды энергией 6 кДж/дм3

Разрядно-импульсная обработка минеральной пульпы позволила существенно повысить количественные и качественные показатели флотации, что особенно заметно в диапазоне энергий обработки от 6 до 12 кДж. Одной из основных причин активации пульпы является смещение окислительно-восстановительного потенциала жидкой фазы пульпы в положительную сторону, причем наилучшие показатели извлечения получены при значениях Еh более + 145 и + 130 мВ соответственно для проб № 1 и 2 (рис. 3). Однозначно можно утверждать, что разрядно-импульсная обработка пульпы более эффективна, чем предварительная обработка воды (рис. 4).

kor3.wmf

Рис. 3. Зависимость извлечения сульфидов от ОВП пульпы: 1, 2 – проба № 1; 3, 4 – проба № 2

Обработка пульпы с использованием стальных электродов в диапазоне энергий 6–12 кДж/дм3 увеличивает извлечение в коллективный концентрат свинца и цинка соответственно на 5,2 и 4,5 % при одновременном росте содержания этих металлов в концентрате.

Более высокие показатели флотации получены при обработке пульпы с применением медных электродов. Так, извлечение в коллективный концентрат по сравнению с базовой схемой увеличилось на 5,5 и 5,8 % соответственно для свинца и цинка при некотором улучшении качества концентрата. С ростом энергии обработки показатели флотации существенно хуже при общем увеличении выхода в концентрат.

kor4.wmf

Рис. 4. Изменение ОВП пульпы на стадии кондиционирования (2, 3) и коллективной флотации (1, 4): 1, 2 – без обработки; 3, 4 – после РИО энергией 9 кДж/дм3

kor5.wmf

Рис. 5. Влияние энергии РИО пульпы медными электродами на извлечение сульфидов: 1, 3 – свинец; 2, 4 – цинк; 3, 4 – серия импульсов

Флотация после обработки пульпы серией импульсов (рис. 5) повышает извлечение металлов в концентрат: свинца на 5,6 %, цинка – на 10,2 %. Обработка пульпы медными электродами приводит к некоторому насыщению системы ионами меди, что активирует минералы цинка.

При разрядно-импульсной обработке пульпы дополнительным эффектом РИО является вскрытие новых поверхностей обнажения минеральных составляющих пульпы, т.е. имеет место энергетическое и химическое воздействие непосредственно на минеральную поверхность с протеканием активных окислительно-восстановительных процессов.

В работе [5] отмечается, что следствием окисления может явиться не только изменение проводниковых свойств поверхности минерала, но и образование новых соединений, которые, адсорбируясь на твёрдых частицах, делают поверхность химически иной, не сходной с поверхностью неокисленного минерала.

Наши исследования подтвердили качественные и количественные видоизменения природы поверхностных слоев в результате окислительного процесса, что влияет на закрепление реагента-собирателя, а в итоге – на флотационное поведение минерала.

Оптимальные показатели флотации при разрядно-импульсной обработке пульпы достигаются при меньших энергиях воздействия 5–7 кДж/дм3, далее наблюдается переизмельчение минералов, рост выхода в коллективный концентрат за счет нерудных минералов и ошламование последних. Эти данные хорошо согласуются с нашими выводами по избирательному разрядно-импульсному раскрытию минералов.


Библиографическая ссылка

Коростовенко В.В., Стрекалова Т.А., Степанов А.Г. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ КОЛЛЕКТИВНОЙ ФЛОТАЦИИ ПОЛИСУЛЬФИДНЫХ РУД ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 3. – С. 97-101;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36419 (дата обращения: 23.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074