Брагина В.И., Брагин В.И. Флотационные методы обогащения

Подождите немного. Документ загружается.

2. Применением предельных углеводородов типа керосин, трансформа-

торное масло. Эти вещества вытесняют с межфазной границы ПАВ или обра-

зуют вторую жидкую фазу на границе жидкость-воздух. Сигма (σ) станет по-

стоянной, так как керосин не является ПАВ.

3. Использованием электролитов.

4. Применением органических веществ: СЦЩ и другие.

5. Гашение пены другой пеной (противоположного знака).

6. Использование ультразвука.

7. Применением горячего пара.

8. Использованием вакуума.

9. Применением различных механических устройств и аппаратов.

Вторичное обогащение концентратов в пенных слоях

Содержание флотируемого минерала, по высоте пенного слоя изменяет-

ся значительно. Верхние слои пены содержат меньшее количество частиц пу-

стой породы, чем нижние, так как последние выпадают из пены как менее

прочно прикрепленные к пузырькам и увлекаемые стекающими потоками

воды. Поэтому верхние слои пенного слоя содержат наиболее чистый концен-

трат. Если снимать только верхнюю часть пены, то содержание флотируемого

минерала в концентрате будет максимальным.

Лекция 14

План лекции:

1. Флотация сульфидных руд [1 с.403-430, 3 с.273-292, 6 с.211-213, 17

с.145-154, 239-252]

3. ПРАКТИКА ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ РУД

3.1. ФЛОТАЦИЯ СУЛЬФИДНЫХ РУД

Сульфидные руды являются одним из главных объектов флотационного

обогащения. Сульфидные руды классифицируют в зависимости от того, к ка-

ким металлам приурочены содержащиеся в них сульфиды. Так, например,

различают медные, медно-цинковые, медно-молибденовые, свинцово-цин-

ковые, медно-свинцово-цинковые, медно-никелевые, молибденовые, ртутные,

ртутно-сурьмяные, висмутовые и некоторые другие. В числе этих руд тради-

ционно выделяют полиметаллические руды, которые в качестве ведущих цен-

ных компонентов содержат свинец и цинк, а в качестве попутных − медь, зо-

лото, серебро, кадмий и другие. Вместе с тем, если исходить из происхожде-

ния и точного перевода термина «полиметаллический» (т. е. «многометалли-

ческий»), то к числу полиметаллических руд следует отнести практически

большинство сульфидных руд. Ввиду высокой природной флотируемости

сульфидных минералов, их эффективной флотации с применением сульфгид-

рильных собирателей сульфидные руды представляют наиболее благоприят-

ный для флотационного процесса вид минерального сырья. Тонкая вкраплен-

ность и прорастание минералов сульфидных руд наряду с отмеченной их вы-

сокой флотируемостью объясняют, почему именно с флотации сульфидных

руд началось широкое промышленное применение флотационного процесса.

Вместе с тем проблема флотации сульфидных руд осложняется рядом

их особенностей. Как правило, эти руды являются многокомпонентными, со-

держат сульфидные минералы ряда металлов и почти каждый из этих минера-

лов должен быть выделен в отдельный концентрат. В то время как перевод

любого из сульфидов в пенный флотационный продукт осуществляется до-

статочно просто, разделение сульфидов друг от друга является во многих слу-

чаях сложной задачей. Наиболее эффективными собирателями для флотации

сульфидов являются сульфгидрильные реагенты и особенно ксантогенаты;

они обеспечивают четкое отделение сульфидов от несульфидных минералов

и минералов пустой породы, представленных силикатами и окислами, а также

соединениями с щелочноземельными катионами, но не проявляют избира-

тельности по отношению к каким-либо отдельным сульфидам. Ввиду этого

при флотации сульфидных руд широко применяют разнообразные реагенты-

регуляторы подавляющего и активирующего действия, а также регуляторы

среды, что обеспечивает разделение сульфидов разных металлов.

Другой особенностью сульфидных руд является то, что наряду с основ-

ными полезными минералами они содержат почти всегда большое число

весьма ценных химических элементов, ассоциированных с отдельными суль-

фидами. Кроме золота и других благородных металлов, сульфиды часто яв-

ляются носителями многих редких и рассеянных элементов (кадмий, кобальт,

галлий, индий, висмут, германий, селен, теллур и другие). Иногда эти элемен-

ты в стоимостном выражении оказываются даже более «весомыми», чем те

основные сульфидные минералы, с которыми они ассоциированы. Но даже и

в других случаях разработка технологии флотации сульфидных руд должна

обязательно учитывать необходимость такого состава получаемых концентра-

тов, который может наилучшим образом обеспечить комплексное использова-

ние минерального сырья как на стадии его флотационного обогащения, так и

в процессе металлургической и химической переработки флотационных кон-

центратов.

Учитывая высокие и близкие флотационные свойства сульфидных ми-

нералов и их резкие отличия в этом отношении от сопутствующих породных

минералов, наиболее рациональной технологией флотационного обогащения

(как с экономических и технологических позиций, так и с учетом высокой

степени комплексного использования) является коллективная флотация всех

сульфидов с последующей селекцией, обеспечивающей получение чистых по

примесям и богатых по содержанию основного компонента мономинераль-

ных (или монометаллических) концентратов. То обстоятельство, что подоб-

ная технология применяется еще далеко не везде, объясняется тем, что разде-

ление коллективного концентрата на мономинеральные продукты (селекция

коллективного концентрата) является во многих случаях довольно сложной

проблемой и решена она еще не для всех минеральных комплексов.

Наконец, особенностью сульфидных руд, оказывающей значительное

воздействие на их флотацию, является сильное влияние кислорода на флота-

ционное поведение сульфидов и их последующее взаимодействие с собирате-

лями и регуляторами.

Если незначительное окисление сульфидов необходимо для их успеш-

ной флотации, то более или менее значительное окисление вызывает ослож-

нения в технологии и снижает эффективность флотации. Здесь существенным

является не только ухудшение первоначальных флотационных свойств суль-

фида в результате его окисления (повышение гидратируемости поверхности),

но и обогащение жидкой фазы пульпы многими разнообразными по составу и

влиянию на флотационный процесс ионами. Это обстоятельство осложняется

тем, что различные сульфиды окисляются к тому же с различной скоростью, а

результаты их окисления находятся в тесной зависимости от концентрации

кислорода, растворенного в жидкой фазе пульпы. Наиболее быстро окисляют-

ся, как правило, халькозин, галенит, пирит и пирротин; медленнее − цинковая

обманка, борнит, халькопирит и арсенопирит. Замечено, что устойчивость

сульфидов к окислению возрастает с повышением энергии их кристалличе-

ских решеток.

Кроме того, окисляемость сульфидов связана с относительным про-

странственным расположением в кристаллической решетке атомов металла и

серы и доступностью последней действию кислорода.

В ряде случаев эти особенности отдельных сульфидов можно эффектив-

но использовать для облегчения их разделения за счет преимущественного

окисления одних сульфидов по сравнению с другими. Так, например, в

отдельных случаях может быть рекомендовано предварительное перед флота-

цией воздействие кислорода (аэрация, или накислороживание пульпы) для

улучшения разделения медных и железных сульфидов при флотации медных

и медно-цинковых пирротинсодержащих руд.

С целью предотвращения потерь сульфидов от переизмельчения счита-

ют целесообразным осуществление предварительной флотации при грубом

помоле и значительном содержании сростков сульфидов цветных металлов с

породными минералами и железными сульфидами, а затем, после доизмель-

чения продуктов флотации и полного раскрытия минералов, проводят оконча-

тельную флотацию с получением богатых концентратов при высоком извле-

чении. Подобная технология получила наименование стадиальной флотации.

Флотацию сульфидных руд чаще всего проводят в щелочной среде,

обеспечивающей наилучшие условия для воздействия на минералы собира-

телей и препятствующей переходу в пенные продукты железных сульфидов,

снижающих содержание цветных металлов в соответствующих концентратах.

Для создания щелочной среды обычно применяют известь (в количествах от

нескольких десятых кг/т до 2 кг/т). В цикле свинцовой флотации ввиду подав-

ляющего действия извести на галенит рациональнее применять соду. Суль-

фидные минералы флотируются легко, для их флотации повсеместно приме-

няют сульфгидрильные собиратели, особенно ксантогенаты (в среднем 30 −

100 г/т) и аэрофлоты (или сочетания сульфгидрильных собирателей). В Рос-

сии из числа сульфгидрильных собирателей чаще всего применяют бутило-

вый ксантогенат, хотя для четкой селекции более эффективны реагенты с

меньшей собирательной силой. При флотации при крупном измельчении до-

полнительно к сульфгидрильным собирателям целесообразно применять уг-

леводородные масла и другие аполярные реагенты. В качестве пенообразова-

телей широко используют различные реагенты спиртового характера (30–70

г/т).

Сложно отделять сульфиды друг от друга.Свинцовые и цинковые мине-

ралы разделяются несколькими методами. Самым распространенным являет-

ся метод, основанный на применении сочетания цианида с цинковым купоро-

сом в щелочной среде.

Вместо цианида в сочетании с цинковым купоросом может применяться

сульфит или тиосульфат натрия. Если сфалерит в руде представлен неактиви-

рованной цинковой обманкой, то для депрессии ее достаточно применить

один цинковый купорос. При прямой селективной флотации сначала флоти-

руют галенит, гидрофилизируя цинковую обманку одним из перечисленных

депрессоров, и затем после активации сфалерита медным купоросом проводят

цинковую флотацию. Для того чтобы выделить богатый цинковый концен-

трат, увеличивают щелочность пульпы, добавляя известь, которая депресси-

рует пирит.

Основные схемы обогащения сульфидных руд показаны на рисунках

3.1 – 3.5.

Лекция 15

План лекции:

1. Флотация несульфидных руд [3 с.297-300, 11 с.178-180, 12 с.31-39,

77-80, 110-114, 141-144, 160-161, 180-182]

2. Флотация солеобразных минералов [1 с.443-455]

3.2. ФЛОТАЦИЯ НЕСУЛЬФИДНЫХ РУД

На первом этапе развития промышленной флотации широкое распро-

странение получила флотация сульфидных руд, хотя графит был первым

объектом флотации при появлении этого нового метода обогащения.

Второй этап характеризуется применением флотации для обогащения,

помимо большого количества сульфидных и сульфидно-окисленных руд, так-

же руд серы, талька, кальциевых, бариевых и магниевых минералов.

Третий этап характеризуется не только количественным ростом флота-

ции руд, но и развитием флотации углей.

Последние годы характеризуют собой начало нового, четвертого этапа,

когда все большее внимание уделяется селективной флотации промышленно-

ценных окислов и силикатов − минералов железа, титана и редких металлов.

Особенностью этих руд, как объектов флотационного обогащения, является

то, что в подавляющей их части полезные и балластные рудообразующие ми-

нералы представлены минералами одних и тех же классов − окислами и сили-

катами.

Развитие промышленной флотации характеризуется увеличивающейся

долей несульфидных руд среди объектов флотационного обогащения.

Фосфатные, флюоритовые, шеелитовые, графитовые и тальковые руды,

угли мелких классов почти полностью обогащаются флотационным методом.

Все большую роль начинает играть в последние годы флотационный процесс

в обогащении руд железа, марганца, титана и других металлов, ранее обога-

щавшихся только гравитационными и магнитными методами.

Рис. 3.1. Принципиальная схема флотации

медной руды

Рис. 3.2. Принципиальная схема флотации

Cu−Zn руды

Рис. 3.3. Принципиальная схема селективной

флотации Pb−Zn руды

Рис. 3.4. Принципиальная схема обогащения

полиметаллической сульфидной руды

Пробуют использовать флотацию для обогащения россыпных руд.

Большое значение приобрела флотация при обогащении руд лития, бериллия,

ниобия, бора и других редких металлов и при доводке их концентратов, полу-

ченных гравитационными методами.

Флотацию применяют для повышения качества огнеупоров (магнезита

и других), цементного сырья, алюминиевого сырья − нефелина, андалузита,

кианита, силлиманита и т. д.; химического сырья − серных, баритовых и дру-

гих руд, а также калийных солей.

В настоящее время число работ, публикуемых по изучению методов и

схем селективной флотации несульфидного минерального сырья, превышает

число работ по флотации сульфидных руд. Много исследований посвящено

разработке процессов флотации железных и редкометальных руд, а также уг-

лей.

Рис. 3.5. Комбинированная схема переработки труднообогатимых

сульфидно-окисленных полиметаллических руд

Особенностью обогащения руд некоторых несульфидных минералов яв-

ляются высокие требования к качеству концентратов (содержание полезного

минерала в ряде концентратов должно превышать 75−90%). Последнее связа-

но с дороговизной химико-металлургической переработки (берилловые, нио-

биевые, титановые и другие концентраты), или с условиями их использования

(флюоритовые, графитовые и другие). Кроме того, в последние годы перед

обогащением все чаще ставится задача, одновременно с повышением содер-

жания полезного компонента в концентрате, удалить вредные для дальней-

шей технологии примеси, содержание которых строго лимитируется.

Отмеченные выше особенности технических требований к качеству

концентратов принципиально не изменяют технологии флотационного про-

цесса; они только несколько усложняют схемы обогащения, за счет увеличе-

ния числа перечистных операций или введения в схему операций по доводке

концентратов другими методами − магнитной или электрической сепарацией,

химической обработкой и т. д.

Флотация несульфидных руд подчиняется общим закономерностям

флотационного процесса. Физическая и физико-химическая сущность флота-

ции несульфидных минералов та же, что и при флотации сульфидов. Специ-

фичность реагентов и минералов сказывается на характере взаимодействия

минеральных поверхностей с реагентами и жидкой фазой пульпы.

Флотация солеобразных минералов

К малорастворимым солеобразным минералам (IV класс минералов по

флотируемости) относятся: фосфаты (апатит и фосфориты); вольфраматы

(шеелит, вольфрамит, гюбнерит и ферберит); фториды (флюорит, криолит);

бораты (ашарит, иньонит, гидроборацит и другие); карбонаты (кальцит, из-

вестняк, мел, витерит, стронцианит, магнезит, доломит, сидерит, родохрозит

и другие); сульфаты (барит, целестин, алунит) и другие. Первые четыре груп-

пы минералов этого класса представляют интерес в связи с промышленной

ценностью их анионов как сырья для производства соединений фосфора,

вольфрама, фтора и бора. Другие служат сырьем для производства соедине-

ний бария, стронция, алюминия, магния и других. Часть минералов этого

класса используется в качестве огнеупоров (магнезит, доломит), флюсов (из-

вестняк) и сырья для производства цемента.

Крупным объектом флотационного обогащения являются руды фосфат-

ные, шеелитовые и флюоритовые. Барит чаще флотируют из комплексных

руд в качестве одного из полезных компонентов. Кальцит и известняк обычно

флотируют с целью очистки от них концентратов других полезных минералов

и за последние годы все чаще для получения товарных продуктов.

К растворимым солеобразным минералам (VI класс минералов по фло-

тируемости) относятся природные соли − хлориды и сульфаты калия, натрия

и магния или двойные их соли. Они обогащаются флотацией для получения

калийных удобрений.

Малорастворимые минералы класса солеобразных с ионной кристалли-

ческой решеткой, в состав которых входят щелочноземельные катионы (каль-

ций, стронций, барий, магний) успешно флотируются при помощи карбоно-

вых кислот и их мыл, а также алкилсульфатов. Их флотируемость различны-

ми типами собирателей детально изучена.

Наиболее часто используемая в качестве собирателя олеиновая кислота

заменяется в последние годы продуктами переработки таллового масла, син-

тетическими карбоновыми кислотами из мягких и жидких парафинов, окис-

ленным рисайклом и т. д. Ионный характер связей, преобладающий в кри-

сталлических решетках солеобразных минералов, определяет в большинстве

случаев ведущую роль ионных связей при хемосорбционном закреплении со-

бирателей на минералах.

Ввиду высокой флотационной активности минералов этого класса при

использовании карбоксильных собирателей для обогащения руд солеоб-

разных минералов чаще всего применяют прямую флотацию.

Различная интенсивность флотации карбоксильными собирателями со-

леобразных минералов может быть поставлена в связь с химическими свой-

ствами катионов их кристаллических решеток. Произведение растворимости

жирно-кислотных мыл железа и марганца того же порядка, что и мыл каль-

ция; между тем для двухвалентных железа и марганца произведение раство-

римости гидроокисей на 9 порядков меньше, чем для кальция. Таким образом,

ион ОН может сильно конкурировать с анионом карбоксильного собирателя

при химическом его взаимодействии на поверхности минералов с катионами

железа и марганца.

Флотация карбоксильными собирателями чаще всего ведётся в щелоч-

ной среде с добавкой соды, реже едкого натра. При загрузке в мельницу сода

уменьшает активацию минералов окислами железа. В качестве основного де-

прессора минералов пустой породы (силикатов и окислов) используется сили-

кат натрия иногда в сочетании с содой. За последнее время часто испытывает-

ся для этой цели кремнефтористый натрий.

При селективной флотации руд, содержащих несколько солеобразных

минералов, подбор регуляторов более сложен. В качестве избирательных де-

прессоров кальцита используются смеси силиката натрия с солями алюминия,

железа, меди, большие расходы или подкисленные растворы силиката натрия,

сульфитно-целлюлозный щелок, сульфит-спиртовая барда и т. д. Для депрес-

сирования апатита применяют повышенные расходы силиката натрия,

фосфорную кислоту. Барит депрессируют декстрином, хроматом и бихрома-

том калия. Изыскание устойчиво действующих при переменном составе руд

избирательных депрессоров представляет сложную задачу. Применение в ка-

честве собирателя алкилсульфатов, интенсивно флотирующих барит, слабее

флюорит или кальцит и весьма мало шеелит, создает дополнительные воз-

можности при флотации сложных руд солеобразных минералов.

При доводке черновых концентратов в некоторых случаях используют

более дорогой способ − горячую обработку их растворами силиката натрия

повышенных концентраций по Петрову или смесью силиката натрия с не-

большими количествами соды, сернистого или фтористого натрия.

Использование анионных собирателей предпочтительно вследствие вы-

сокой собирательной способности и меньшей стоимости многих других соби-

рателей. К их недостаткам следует отнести чувствительность к жесткости

воды, катнонному составу жидкой фазы пульпы, кислой среде, а также труд-

ность флотации при пониженной температуре пульпы. Использование жир-

ных кислот с двумя и более непредельными связями; специальных стабилизи-

рующих добавок, уменьшающих мицеллообразование; умягченной воды, а

также алкилсульфатов расширяет возможности флотации анионными собира-

телями.

Значительно реже для флотации руд солеобразных минералов использу-

ются катионные собиратели, хотя они весьма перспективны. При обогащении

фосфатных и магнезитовых руд собиратели ИМ-11 и АНП-14 иногда исполь-

зуются для обратной флотации с извлечением в пенный продукт небольших

количеств кварца, окислов и силикатов. В некоторых случаях для уменьше-

ния потерь солеобразного минерала в пенном продукте применяют органиче-

ские депрессоры − крахмал и другие.

Схемы обогащения руд солеобразных минералов при простом веще-

ственном составе включают прямую флотацию с перечистками концентрата и

часто с контрольной флотацией хвостов. Если в руде содержатся сульфидные

(галенит, сфалерит, молибденит) или аполярные минералы (тальк), они пред-

варительно флотируются в отдельном цикле, а флотация солеобразных мине-

ралов ведется из камерного продукта сульфидной или аполярной флотации.

Более сложны схемы обогащения тех рудных комплексов, в состав ко-

торых входит несколько полезных солеобразных минералов с близкими по-

верхностными свойствами. Для них используются две принципиальные схе-

мы − последовательно-селективной и коллективно-селективной флотации.

При селективной флотации легкофлотируемые аполярные минералы

или минералы, флотируемые собирателями более избирательными, например

ксантогенатами (сульфиды), как отмечено выше, извлекаются в головных

операциях схемы. Следующая задача сводится к возможно более полной и из-

бирательной флотации солеобразного полезного минерала. Затем извлекается

в пенный продукт второй солеобразный полезный минерал, если он содер-

жится в руде.

В большинстве случаев черновые концентраты содержат некоторое ко-

личество минералов-примесей, наиболее близких по свойствам к флотируе-

мым. Их флотационное разделение в перечистных или доводочных циклах за-

трудняется тем, что все они гидрофобизированы собирателем и подготовлены

к флотации. Использование дополнительных количеств тех же депрессоров,

которые применялись в основной флотации, часто дает эффект. В некоторых

случаях, однако, оказываются необходимыми более сильные избирательные

депрессоры или дегидрофобизация сфлотированных минералов. Приемы, ис-

100