Введение к работе
Актуальность работы
Медно-цинковые руды отечественных месторождений в основном являются колчеданными, и относятся к наиболее трудным объектам обогащения как за счет высокой массовой доли пирита в руде, которая может достигать 85-90 %, так и тонкого неравномерного взаимопрорастания сульфидных минералов между собой и с породными минералами. Флотационный метод обогащения является основным способом переработки колчеданных медно-цинковых руд. Многообразие медных минералов, наличие различных по флотационным свойствам генераций сфалерита и пирита, близкие физико-химические свойства сульфидов меди, цинка и железа определяют значительные технологические трудности их селективного разделения, уровень комплексности их использования. В настоящее время совершенствование реагентного режима флотации является одним из основных способов повышения технологических показателей обогащения, в т.ч. изыскание селективных по отношению к пириту собирателей при флотационном разделении минералов меди и цинка от пирита. Основным направлением в разработке селективных реагентных режимов является применение сочетаний собирателей. Несмотря на разнообразие выпускаемых отечественными и зарубежными производителями собирателей под разными товарными марками, выбор селективно действующей композиции собирателей представляет собой сложную и по времени затратную технологическую задачу. Поэтому проблема направленного выбора сочетаний собирателей для колчеданных руд цветных металлов является актуальной задачей, решение которой позволит обеспечить эффективную переработку колчеданных медно-цинковых руд и снижение потерь металлов.
Исследования выполнены при поддержке грантов:
- грант РФФИ № 06-05-65228-а «Изучение закономерностей и механизма формирования состава жидкой и твердой фаз сульфидных пульп и оборотной воды при обогащении руд с целью прогнозирования эффективных способов разделения минералов с близкими технологическими свойствами» на 2006-2009 гг.;
-грант НИТУ МИСиС «Изучение закономерностей направленного фракционного формирования свойств поверхности сульфидных минералов и золота за счет применения композиции сульфгидрильных собирателей разной степени полярности с целью селективного разделения пирита от сульфидных минералов цветных металлов и золота при флотации золотосодержащих пиритных медно-цинковых руд» на 2009 г.
Цель работы – разработка селективного реагентного режима и схемы флотации колчеданных медно-цинковых руд на основе изучения сочетаний ионогенных и неионогенных сульфгидрильных собирателей.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- методом беспенной флотации изучить флотируемость мономинералов пирита, халькопирита и неактивированного сфалерита сульфгидрильными ионогенными и неионогенными собирателями, техническими собирателями серии «Берафлот» для выбора сочетания собирателей, обеспечивающих наибольшую разницу в извлечении между пиритом, халькопиритом и неактивированным сфалеритом;
- потенциометрическим методом изучить взаимодействие катионов тяжелых металлов (Cu+2, Fe+2) с сульфгидрильными собирателями, образующими малорастворимые соединения, для определения наиболее селективно действующих собирателей по отношению к катионам Cu и Fe;
- изучить смачиваемость поверхности мономинералов различными собирателями;
- изучить кинетику адсорбции сульфгидрильных собирателей на поверхности халькопирита, пирита и неактивированного сфалерита и исследовать молекулярную структуру, образующихся на поверхности минералов соединений, методом ИК-спектроскопии и МНПВО для установления механизма действия сочетания собирателей;
- исследовать влияние соотношения мольной доли ионогенных и неионогенных сульфгидрильных собирателей в сочетании на адсорбцию, флотируемость и молекулярную структуру поверхностных соединений пирита;
- на основе установленного механизма совместного действия ионогенных и неионогенных компонентов сульфгидрильных собирателей разработать селективный реагентный режим и технологическую схему флотации колчеданной медно-цинковой руды Тарньерского месторождения.
Методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы следующие современные методы исследований: рентгено-флюоресцентная спектрофотометрия (спектрофотометры Shimadzu XRF-1800*, ЕХ-Calibur EX-2600), оптико-геометрический имидж-анализ (поляризационный микроскоп ECLIPSE LV100-POL), РФЭС спектроскопия (рентгеновский фотоэлектронный спектрометр PHI 5500 ESCA* фирмы Physical Electronics), ИК-спектроскопия, в том числе метод МНПВО (спектрофотометр Specord M80), УФ-спектроскопия (спектрофотометр Specord M400), определение удельной поверхности мономинералов методом низкотемпературной адсорбции азота, определение
* Оборудование ЦКП «Материаловедение и металлургия» НИТУ МИСиС
ТЭДС мономинералов зондовым методом, мессбауэровская (ЯГР) спектроскопия, измерение краевых углов смачивания на приборе П.А.Ребиндера, измерение времени индукции на приборе КП-1, потенциометрия на автоматизированной установке, разработанной на кафедре обогащения руд цветных и редких металлов МИСиС, беспенная флотация мономинералов, пенная флотация медно-цинковой руды, методы математической статистики и компьютерной обработки экспериментальных данных.
Научная новизна работы
На основе комплексного анализа результатов исследований взаимодействия сульфгидрильных собирателей с сульфидными минералами определено оптимальное сочетание ионогенных и неионогенных сульфгидрильных собирателей для селективного флотационного разделения пирита, халькопирита и неактивированного сфалерита. Установлен оптимальный диапазон соотношения собирателей находится в пределах: 25-50 % изобутилового дитиофосфата и 75-50 % О-изопропил–N-метилтионокарбамата (ИТК), при котором достигнуто низкая флотируемость пирита и неактивированного сфалерита, и наибольшее извлечение халькопирита.
Впервые определены константы скорости и кажущиеся энергии активации адсорбции бутилового ксантогената, изобутилового дитиофосфата и О-изопропил–N-метилтионокарбамата (ИТК) на пирите, халькопирите и неактивированном сфалерите, что позволило обосновать механизм селективного действия сочетания собирателей на поверхность пирита, халькопирита и неактивированного сфалерита.
Установлено, что флотируемость пирита определяется монослоем ионогенного собирателя и взаимодействием дисульфида и тионокарбамата в адсорбционном слое на поверхности пирита.
Практическое значение работы
Предложен новый подход к выбору сочетаний собирателей, применяемых в селективной флотации колчеданных руд цветных металлов, заключающийся в том, что основу композиции составляет слабый селективный собиратель - Берафлот 3035 (композиция дитиофосфата с тионокарбаматом) в смеси с бутиловым ксантогенатом, взятые в соотношении 3:1, что позволяет по предложенной технологической схеме повысить извлечение цинка в цинковый концентрат на 8,23 %, меди в медный концентрат на 3,17 %; и выделить порядка 70 % цинка в цинковый концентрат сразу в рудной флотации. Это позволяет сократить количество технологических операций по разделению коллективного медно-цинкового концентрата и снизить потери металлов с отвальными хвостами.
Ожидаемый экономический эффект от применения нового реагентного режима взамен существующего реагентного режима при переработке 400 тыс. т руды в год составит 15, 1 млн руб.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается использованием современных физико-химических методов исследований, представительным объемом экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов исследований различными методами с использованием математической статистики при доверительной вероятности не менее 95 %.
На защиту выносятся следующие положения:
Установленные закономерности взаимодействия ионогенных и неионогенных сульфгидрильных собирателей с поверхностью пирита, халькопирита и неактивированного сфалерита.
Установленные закономерности кинетики адсорбции и механизм селективного действия сочетания собирателей на поверхности пирита, халькопирита и неактивированного сфалерита.
Установленные закономерности влияния мольной доли собирателей в сочетаниях бутилового ксантогената и ИТК; изобутилового дитиофосфата и ИТК на формирование адсорбционного слоя на поверхности пирита, приводящие к изменению смачиваемости поверхности минералов и флотируемости.
Принципиальная технология флотации колчеданной медно-цинковой руды Тарньерского месторождения с применением сочетания технического собирателя Берафлот 3035 и бутилового ксантогената.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, докладывались на Международных совещаниях «Плаксинские чтения» 2008, г. Владивосток; 2009, г. Новосибирск; 2010, г. Казань; научных конференциях «Неделя Горняка» 2009, 2010, г. Москва; VII Конгрессе обогатителей стран СНГ 2009, Москва.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в рекомендованных ВАК изданиях – 3, в прочих печатных изданиях – 4, всего – 7 научных работ, один патент на изобретение.
Структура работы и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 110 наименований. Диссертация содержит 200 страниц.
Личный вклад автора заключается в проведении анализа современного состояния флотации колчеданной медно-цинковой руды, экспериментальных и теоретических исследований на мономинеральных фракциях пирита, халькопирита и сфалерита, в участии в разработке селективного реагентного и схемного режима на пробе колчеданной медно-цинковой руды, анализе и обобщении полученных данных.
