Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор, постановка задач исследования 10
1.1. Характеристика упорного золотосодержащего сырья 10
1.2. Методы переработки упорных золотосодержащих руд и концентратов
1.2.1. Традиционный метод переработки упорного золотосодержащего сырья 11
1.2.2. Гидрометаллургические технологии переработки упорного золотосодержащего сырья 13
1.3. Обезвоживание тонкодисперсных сульфидных пульп автоклавного окислительного выщелачивания 24
1.3.1. Теоретические основы сгущения 25
1.3.2. Факторы, влияющие на процессы обезвоживания 26
1.3.3. Применение коагулянтов и флокулянтов для интенсификации процесса сгущения 30
1.3.4. Разделение суспензий фильтрованием 38
Выводы к первой главе 39
Цели и задачи исследования 40
ГЛАВА 2. Характеристика объекта исследований и обоснование методик проведения экспериментов 42
2.1. Характеристика объектов исследования 44
2.1.1. Характеристика исходных флотоконцентратов
2.1.2. Характеристика исследуемых окисленных пульп 46
2.2. Методики исследований 48
2.2.1. Автоклавное окислительное выщелачивание 48
2.2.2. Обезвоживание окисленных пульп 50
2.2.3. Пилотные испытания по сгущаемости пульп 56
2.2.4. Снижение солесодержания автоклавного раствора методом частичной нейтрализации пульпы 57
2.2.5. Непрерывные опыты трехстадииной нейтрализации растворов автоклавного выщелачивания арсенопиритного концентрата 59
2.2.6. Флотационные опыты по выделению элементарной серы из автоклавных кеков 62
Выводы ко второй главе 63
ГЛАВА 3. Лабораторные экспериментальные исследования по обезвоживанию тонкодисперсных пульп после автоклавного окислительного выщелачивания пиритно арсенопиритных концентратов 64
3.1. Исследование влияния основных факторов 64
3.1.1. Выбор флокулянта 64
3.1.2. Изучение влияния фактора крупности 66
3.1.3. Влияние состава водной фазы 70
3.1.4. Выбор оптимального расхода флокулянта 72
3.1.5. Влияние температуры 76
3.2. Пилотные испытания по сгущаемости тонкодисперсных автоклавных пульп в непрерывном режиме 78
Выводы к третьей главе 82
ГЛАВА 4. Интенсификация процессов обезвоживания пульп после автоклавного окислительного выщелачивания упорных золотосодержащих пиритно-арсенопиритных коцнентратов. опытно-заводская проверка основных результатов 84
4.1. Частичная нейтрализация как способ интенсификации процессов обезвоживания тонкодисперсных пульп 84
4.1.1. Определение влияния рН пульпы на концентрацию железа и мышьяка 85
4.1.2. Снижение солесодержания автоклавного раствора методом частичной нейтрализации пульпы 88
4.1.3. Непрерывные опыты трехстадийной нейтрализации растворов автоклавного выщелачивания арсенопиритного концентрата 93
4.2. Флотационные опыты по выделению элементарной серы из автоклавных кеков 102
4.2.1.Теоретические основы флотации 103
4.2.2. Основные факторы, влияющие на процесс флотации 105
4.2.3. Минералогический состав автоклавных кеков 109
4.2.2. Результаты флотационного обогащения
4.3. Опытно-заводские испытания 116
Выводы к четвертой главе 121
Заключение 123
Список литературы
- Традиционный метод переработки упорного золотосодержащего сырья
- Характеристика исследуемых окисленных пульп
- Влияние состава водной фазы
- Определение влияния рН пульпы на концентрацию железа и мышьяка
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из основных тенденций в развитии сырьевой базы золотодобывающей промышленности является снижение качества исходного минерального сырья. В последние десятилетия в связи с истощением запасов богатых золотосодержащих руд в сферу производства вовлекается более сложное по вещественному составу упорное сырье, где тонкодисперсное золото ассоциировано с сульфидными минералами. Для переработки подобного сырья наиболее эффективными являются гидрометаллургические автоклавные методы. Однако для наиболее полного вскрытия золотосодержащих минералов требуется тонкое и сверхтонкое измельчение, где 80% частиц имеют крупность менее 10-15 мкм. Процесс ультратонкого измельчения материала приводит к высокой степени деформации, вносимой в кристаллическую решетку минералов, повышает их активность и способствует выщелачиванию. Получаемые тонкодисперсные пульпы обуславливают сложность разделения жидкой и твердой фаз, что сопряжено также с высоким содержанием солей в жидкой фазе. Таким образом, процессы обезвоживания являются составной частью гидрометаллургических технологий. Недостаточно организованное, неэффективное проведение процесса разделения фаз может привести к снижению производительности оборудования, увеличению энергетических и тепловых затрат. Поэтому исследования, направленные на эффективное разделение и обезвоживание ультратонких фаз в технологии автоклавного выщелачивания упорных золотосодержащих концентратов, требуют дальнейшего развития.
Работа базируется на результатах исследований авторов в области автоклавно-гидрометаллургических технологий, гидрометаллургических процессов и флокуляции минеральных суспензий: Масленицкого И.Н., Набойченко С.С., Шнеерсона Я.М., Чугаева Л.В., Калашниковой М.И., Кузькина С.Ф., Шмигидина Ю.И., Чуянова Г.Г., Гольдберга Ю.С. и ряда других ученых.
Исследования выполнялись в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие физико-химических основ ресурсосберегающих процессов и технологий при комплексной переработке сырья цветных металлов» (2008-2012 г.г.) и проекта по заданию Минобразования РФ по особо ценным объектам «Разработка инновационных технологий по приоритетному направлению научной школы «Комплексная переработка сырья цветных, благородных и редких металлов» (2010-2011 г.г.).
Цель работы – научное обоснование и разработка технологических решений, обеспечивающих эффективное разделение и обезвоживание тонкодисперсных продуктов низкотемпературного выщелачивания упорных золотосодержащих концентратов.
Задачи исследования включают:
1. Анализ современных технологий автоклавно-гидрометаллургической переработки упорных золотосодержащих материалов, методов разделения и обезвоживания ультратонких фаз в способе автоклавного выщелачивания, а также методов интенсификации процессов обезвоживания;
2. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях влияния основных технологических факторов на процессы сгущения и фильтрования дисперсных окисленных пиритно-арсенопиритных пульп, поиск способов интенсификации процессов обезвоживания с помощью снижения солевого фона раствора и использования высокомолекулярных водорастворимых полимерных флокулянтов;
3. Изучение закономерностей выделения элементарной серы из автоклавных кеков методом флотации;
4. Отработка технологических показателей в опытно-заводском масштабе.
Методы исследований. Для решения поставленных задач проведены экспериментальные исследования в лабораторном масштабе, а также пилотные испытания на сгустителе Supaflo компании «Outotec». Полученные данные проверены в опытно-заводском масштабе в ГК «Петропавловск» (г. Благовещенск). Определение химического состава выполнялось физическими методами анализа: гравиметрическим, спектральным методом на атомно-эмиссионном спектрометре с индукционно связанной плазмой iCAP 6000; а также методами титраметрии и потенциометрии (с ион-селективным электродом). Для подготовки проб к анализу использовалось весоизмерительное оборудование (Sartorius и Leki). Измельчение проб проводили в шаровой планетарной мельнице «Pulverisette 6». Гранулометрические характеристики твердых материалов изучались с помощью лазерного анализатора частиц «Analyzette 22» производства фирмы Fritsch (Германия). Исследования процессов разделения твердых фаз в пульпе флотационными методами проводились на лабораторной машине пневмомеханического типа марки ФМЗ с камерой емкостью 0,75 л. Обработка полученных результатов лабораторных исследований проводилась с использованием программного пакета Excel.
Научная новизна:
1. Показано, что введение в сгущаемую пульпу высокомолекулярных флокулянтов с определенным расходом, повышение температуры процесса и разбавление автоклавного раствора оборотной промводой значительно интенсифицируют процесс разделения тонких окисленных пульп;
2. Выявлено, что при частичной нейтрализации автоклавной пульпы известняком до рН=1,2-1,6 при температуре 90С происходит осаждение железа (III), что снижает солесодержание жидкой фазы пульпы и позволяет интенсифицировать последующие процессы обезвоживания тонких пульп после автоклавного выщелачивания пиритно-арсенопиритных концентратов;
3. Обоснован механизм выделения элементарной серы из автоклавного кека в обогащенный серный концентрат, что приводит к уменьшению потерь золота.
Практическая значимость работы:
1. Определены технологические режимы процесса обезвоживания пульп при переработке тонкоизмельченных сульфидных концентратов и обоснована роль технологических факторов в процессе разделения тонкодисперсных пульп после автоклавной переработки упорного золотосодержащего сырья;
2. Предложены режимы флотационного выделения элементарной серы из автоклавного кека в обогащенный серный концентрат, что снижает потери золота;
3. Разработана технология частичной нейтрализации автоклавной пульпы для снижения солесодержания в ней, что приводит к интенсификации последующих процессов сгущения и фильтрования;
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечена большим объемом экспериментальных исследований, применением современных методов анализа, сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, проверкой лабораторных данных в опытно-заводском масштабе.
Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований обсуждались на ежегодных конференциях молодых ученых СПГГУ (2009-2011 г.г.); на международной научной конференции молодых ученых на базе Краковской горно-металлургической академии (Краков, 2009 г.); на Международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2010» (Москва, 2010 г.); оформляется заявка на патент.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные работы, в том числе 3 работы в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Личный вклад автора состоит в анализе существующих способов интенсификации процессов обезвоживания, организации и проведении экспериментальных исследований по разделению и обезвоживанию тонких фаз, обработке и обобщении полученных результатов, а также их апробации и подготовке к публикации.
Реализация работы:
Разработанные технологии разделения и обезвоживания ультратонких фаз в способе автоклавного выщелачивания упорных сульфидных золотосодержащих концентратов предложены к реализации на производственных предприятиях Дальнего Востока, осуществляющих переработку золотосодержащего сырья.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 111 наименований, содержит 19 таблиц и 39 рисунков. Общий объем работы – 133 страницы машинописного текста.
Традиционный метод переработки упорного золотосодержащего сырья
При испытаниях необходимо иметь цилиндры или трубки из стекла или другого прозрачного материала. Пробы пульпы необходимо отбирать непосредственно перед опытом из технологического цикла или же приготовлять мокрым измельчением представительные пробы руды в лаборатории. При выдерживании, старении пульпы перед испытаниями результаты резко изменяются [74].
Флокулирущее действие высокомолекулярных соединений зависит от многих факторов: природы и количества добавляемого полимера, его молекулярной массы и заряда, условий внесения реагента в системы, содержания дисперсной фазы и электролитов и др. [47, 64, 85, 94]. Эффективность действия высокополимерных флокулянтов полиакриламидного и других типов связывают с большой молекулярной массой [85]. Чем она выше, т.е. длиннее цепь полимера, тем на большем количестве частиц одновременно может адсорбироваться макромолекула, в результате чего возникают более крупные агрегаты-флокулы, скорость осаждения которых оказывается значительно выше. Полимеры с короткой цепью часто образуют малоустойчивые флокулы и эффективность флокуляции снижается [47].
Температура также в значительно мере влияет на процесс флокуляции минеральных суспензий [76]. Так, при повышении температуры с 5 до 80С скорость осаждения пульпы кислотного выщелачивания возрастает в 5-7 раз. Применение полиакриламида позволяет увеличить этот показатель еще в 3-6 раз. С повышением температуры эффективность воздействия полиакриламида на осаждение пульп возрастает [43, 47].
Важное значение имеет способ подачи и перемешивания флокулянта с суспензией. В настоящее время на фабриках осуществляют единовременную и рассредоточенную (дробную) подачу флокулянтов. Наиболее эффективной считается дробная подача флокулянта. В работе Чуянова Г.Г. [43] отмечено, что при единовременной подаче флокулянта скорость осаждения флокул составляет 0,9-1 м/ч, а при дробной подаче в две или три точки того же количества флокулянта скорость осаждения возрастает до 3 м/ч.
При применении коагулянтов очень часто наблюдается возникновение коагуляционных структур и ухудшение осаждения [47, 76, 94]. Для флокулянтов-полимеров пределы оптимальных дозировок значительно шире, чем для коагулянтов. При надлежащей обработке пульп синтетическими флокулянтами наблюдается коллективное осаждение всей массы пульпы [47]. Однако эти флокулированные пульпы осаждаются с постоянной скоростью до тех пор, пока вся масса пройдет через переходную зону в зону сжатия. В этой точке скорость осаждения резко падает. Очень быстро достигается высокая плотность осадка.
Известно, что в некоагулированных и нефлокулированных суспензиях осаждение частиц различной крупности (свободное осаждение их) происходит с различной скоростью. В стабилизированных системах только более крупные или тяжелые частички осаждаются с достаточной скоростью. Самые тонкие частицы в результате малой скорости падения, броуновской движения и отталкивания при одновременном заряде оседают медленно. Если же в систему вводятся коагулянты или флокулянты, взвешенные частички связываются в агрегаты, после чего тонкие частички осаждаются совместно [47, 81, 87].
На частицу, движущуюся в жидкости, действуют несколько сил - это сила тяжести, выталкивающая сила и сила сопротивления жидкости [44, 57].
Общее сопротивление жидкости движущимся в ней телам слагается из трех видов сопротивлений: вязкости, гидродинамического сопротивления и некоторого дополнительного сопротивления, возникающего в результате увеличения частицей пограничного слоя жидкости (сопротивление пограничного слоя). Установлено, что все эти виды сопротивлений действуют одновременно, но проявляются в различной степени, в зависимости от скорости движения частиц и их размера [47]. При ламинарном режиме движения преобладает сопротивление трения, при турбулентном - два других вида сопротивления.
Оседающая частица движется сначала ускоренно, но через некоторый промежуток времени, когда сопротивление трения среды уравновесит действие силы тяготения, она приобретает постоянную скорость и падает равномерно [95, 96]. Скорость свободного падения сферических частиц для условий ламинарного движения, когда критерии Архимеда Аг, Лященко Ly, Рейнольдса Re имеют значения: Аг 3,6; Ly 2-10"; Re 0,4; определяется по формуле Стокса [44, 57, 61]: Voc = ? (рт Рж) -g/Щс (1-3) где voc — скорость осаждения частиц, м/с; d - диаметр шарообразной частицы, м; ртирж- плотность, соответственно частицы и жидкости, кг/м3; /лс - динамический коэффициент вязкости среды, кгс/м . Для пульпы полидисперсной суспензии величину d заменяют удельной поверхностью, м /кг: где у - удельный вес частицы; d - эквивалентный диаметр, м; к- коэффициент формы. Для нешарообразных тел формула Стокса примет вид:
Рассмотренные выше закономерности так называемого свободного падения частиц сферической и изометрической формы требуют соответствующих поправок при изучении стесненного падения. Скорость стесненного осаждения частиц всегда меньше скорости свободного осаждения частиц тех же размеров, т.к. в первом случае появляется дополнительное сопротивление, связанное с трением и соударением частиц. При стесненном осаждении сближаются скорости осаждения частиц разного размера, но различаются скорости движения частиц по высоте аппарата, осаждение замедляется одновременно с уплотнением пульпы[43, 47,48].
В работе [97] предлагается формула расчета действительной скорости осаждения, в зависимости от значения критерия Рейнольдса. Если Re 0,2, то скорость рассчитывается с учетом формулы (1.3): ист=и 0,5 (1.7) где г)ст- скорость стесненного осаждения частиц, м/с.
Характеристика исследуемых окисленных пульп
Основными составляющими автоклавного раствора после выщелачивания пиритно-арсенопиритных концентратов являются серная кислота, железо и мышьяк. При частичной нейтрализации пульпы известняком из раствора убирали кислоту и некоторую часть железа (III), регулируя степень осаждения железа величиной рН, снижая тем самым солевой фон жидкой фазы пульпы.
Объектом исследований являлась пульпа, полученная в результате низкотемпературного автоклавного выщелачивания арсенопиритного флотоконцентрата. В качестве нейтрализатора использовалась известковая пульпа с отношением фаз Ж:Т (СаСОзгНгО) = 3. Для исследования процесса нейтрализации окисленную пульпу с исходным отношением фаз Ж:Т=8 (солесодержание раствора 1,9 моль/л) помещали в стеклянный стакан объемом 1000 мл, разогревали ее до температуры 90С при механическом перемешивании (п = 250 об/мин), порциями вводили нейтрализатор, фиксируя изменение кислотности раствора. После процесса частичной нейтрализации проводилось сгущение и последующая фильтрация нейтрализованной пульпы.
Процесс сгущения частичной нейтрализованной пульпы проводили в 250 мл цилиндрах с использованием флокулянта Praestol 2510 (0,05%) в количестве 300 г/т твердого. На основании полученных данных рассчитывали удельную производительность сгущения, скорость и выход осветленного раствора, отношение фаз (Ж:Т) в сгущенном продукте.
После этого сгущенную пульпу фильтровали на воронке Бюхнера. при величине вакуума 0,02 МПа, фиксируя продолжительность фильтрования. По окончании фильтрации определяли массу и влажность кека, рассчитывали производительность фильтрации.
Для полной картины проведены сравнительные исследования по сгущению окисленной и частично нейтрализованной пульп. Данные исследования подтверждены непрерывными опытами трехстадиинои нейтрализации растворов автоклавного выщелачивания в непрерывном режиме.
Нейтрализацию растворов после автоклавного окисления проводили в проточных стеклянных реакторах с рабочим объемом 450 и 800 мл, расположенных последовательным каскадом, при температуре 60С. Перемешивание пульпы в реакторах вели механическими агитаторами. Для окисления двухвалентного железа, содержащегося в водной фазе, использовали сжатый воздух, либо кислород. В качестве нейтрализатора использовали пульпу реактивного карбоната кальция (Ж:Т = 3) и извести (Ж:Т = 4).
Исходный автоклавный раствор перистальтическим насосом подавали с заданным расходом в первый реактор. Периодически по показания рН-метра в него вводили пульпу карбоната кальция, поддерживая рН пульпы в диапазоне 1,65-1,80. Пульпа по переливу из первого реактора поступала в реактор 2, в который также подавали карбонат кальция, поддерживая значение рН на уровне 4,3-5,0.
Часть пульпы из реактора 2 отсекали, обезвоживали, водную фазу нейтрализовали до рН=8,5-9,5. Оставшаяся пульпа по переливу поступала в реактор 3, где рН в интервале 8,5-9,5 поддерживали известковым молоком.
Состав исходного раствора для трехстадийной нейтрализации в непрерывном режиме представлен в таблице 4.
Выбор оптимального ПАВ для сгущения пульпы нейтрализации проводили на основании визуальной оценки таких показателей, как скорость оседания частиц, высота слоя и отсутствие взвешенных частиц в осветленном растворе. В стеклянные стаканы помещали равные количества исследуемой пульпы, вводили в них раствор флокулянта (концентрация 0,05 %) из расчета 80 г/т, и сравнивали вышеперечисленные показатели для пульп с различными типами флокулянтов.
На основании проведенных наблюдений выбирали флокулянт, обеспечивший наиболее эффективные показатели сгущения.
В ходе исследования использовали флокулянты марок: Praestol 2510 (производства фирмы ООО «Химическая компания» г. Санкт-Петербург), Praestol 2500, Praestol 2520 (производства фирмы Штокхаузен, Германия), Rheomax 9010, Rheomax 9060, Magnafloc 10, Magnafloc 24, Magnafloc 155, Magnafloc 333, Magnafloc 336, Zetag 8185, Zetag 8140, Zetag 8120 (производство фирмы США, Великобритания), Superfloc N-100, Superfloc N-300 LMW, Superfloc A-95, Superfloc C-493 VP, Superfloc A-100 HMW, Superfloc N-300, Superfloc A-l 10 HMW (производства Kimera).
Определение оптимального расхода флокулянта: Пульпу с исходным содержанием твердого помещали в мерный цилиндр объемом 0,25 дм3 и тщательно перемешивали. Далее в цилиндры вводили выбранный флокулянт (С = 0,05%) в количестве 0, 20, 40, 60 и 80 г/т твердого и определяли показатели сгущения пульпы. Через фиксированные интервалы времени измеряли изменение границы раздела между осветленной жидкостью и уплотняющейся пульпой. По окончании эксперимента определяли объем сгущенного продукта, пульпу фильтровали, измеряли массу твердого и объем жидкой фазы. Определение показателей сгущения пульп после нейтрализации автоклавных растворов проводили по стандартной методике с использованием формулы Кинча (2.1). Сгущённые продукты фильтровали на вакуумной воронке и определяли производительность фильтрации. Эксперименты по сгущению и по фильтрации проводили при комнатной температуре.
Флотационные исследования проводились с целью получения отвальных хвостов по содержанию элементарной серы, а также для снижения объемов оборудования на последующих операциях. Объектом исследования являлся кек, полученный после автоклавного низкотемпературного окислительного выщелачивания пиритного концентрата.
Флотация проводилась в лабораторной машине пневмомеханического типа марки ФМЗ с камерой емкостью 0,75 л. Опыты проводились при скорости вращения ротора машины около 2000 об/мин, осуществлялась подача воздуха в камеру флотомашины. После непродолжительной отмывки кек распульповывали и помещали в камеру флотационной машины.
Содержание твердого в исходной пульпе составило 15%, исходный рН в пределах 2-12. В качестве реагентов использовались: метилизобутилкарбинол (МИБК) в количестве 200-600 г/т, как собиратель и вспениватель элементарной серы; раствор жидкого стекла к количестве 250-525 г/т - для диспергации слипшихся гранул и депрессии основной массы нерудных минералов; раствор марганцовки (КМПО4) - для депрессии рутила, титана, стибнита и теннантита; смесь извести СаО и сернистого натрия Na2S в соотношении 2:1. Реагенты подавались порционно перед каждой операцией флотации.
После каждого опыта пенные продукты флотации поступали на фильтрацию и сушку, затем на химический анализ для определения содержания серы и золота. Из хвостов флотации после фильтрации отделялась проба на определение влажности, содержания серы и золота, остаток хвостов в сыром виде поступал на цианирование золота.
Влияние состава водной фазы
Возможным вариантом снижения солесодержания в растворе может быть частичная нейтрализация кислой пульпы после автоклавного окислительного выщелачивания карбонатом кальция. Нейтрализация известняком позволяет не только снизить кислотность пульпы, но и осадить железо из раствора, что приводит к снижению солевого фона.
Основными составляющими автоклавного раствора после выщелачивания пиритно-арсенопиритных концентратов являются серная кислота, железо и мышьяк. Как железо, так и мышьяк в растворах после автоклавного окисления сульфидных материалов находятся в виде ионов с различной степенью окисления: основная масса железа имеет степень окисления +3, однако в растворах автоклавного окисления пиритных концентратов до 20% его может находиться в двухвалентной форме. Так же мышья в растворе на выходе из автоклава на 80-90% находится в 5-валентном состоянии, остальная часть имеет валентность +3.
Очистка растворов гидрометаллургических переделов от железа, как правило, основана на окислении и гидролизе трехвалентного железа, получение железистых осадков (ярозитов, гидроксидов оксидов). Двухвалентное железо в растворах достаточно полно переводится в трехвалентную форму в ходе нейтрализации при аэрации пульпы сжатым воздухом.
Для определения оптимальных режимов нейтрализации пульпы после автоклавного низкотемпературного окислительного выщелачивания пиритно-арсенопиритного концентрата на начальном этапе исследований изучали зависимость концентрации мышьяка и железа в жидкой фазе пульпы от рН.
Пульпу помещали в стеклянный стакан, разогревали ее до температуры 90С при механическом перемешивании (п = 250 об/мин), затем вводили в нее нейтрализатор порциями, фиксируя изменение кислотности раствора. При определенных значениях рН (1,4; 1,8; 2,4; 4,0; 6,5; 7,5) производили выкрутку раствора в течение 20 мин. Отбирали пробы пульпы, фильтровали, в фильтрате определяли концентрации железа, мышьяка и серной кислоты, а также сульфат-иона. Кек анализировали на содержание железа, серы и мышьяка. Нейтрализацию проводили до достижения рН 7,5. По окончании опыта пульпу фильтровали, фильтрат и кеки анализировали аналогично пробам, полученным в ходе опытов. Результаты эксперимента:
Из данных, полученных в ходе исследований видно, что основная масса железа осаждается при рН 1,4-1,8, областью минимальных значений концентрации железа в водной фазе пульпы при нейтрализации является диапазон рН 1,8-2,0. В интервале рН 6,5-7,5 остаточная концентрация мышьяка составляет 0,051 мг/л. Дальнейшее повышение рН пульпы приводит к переходу части мышьяка из осадка в раствор, его концентрация достигает 0,066 - 2,43 мг/л.
Исходя из того, что при автоклавном окислительном выщелачивании арсенопиритного концентрата получаются более концентрированные растворы, вследствие чего пульпы сгущаются хуже, поиск технологических приемов улучшения обезвоживания пульп производился именно на этом материале. В таблице 13 представлены данные химического анализа, подтверждающие, что нейтрализация известняком позволяет не только снизить кислотность жидкой фазы пульпы, но и осадить железо, что приводит к снижению солевого фона раствора.
За счёт выпадения большого количества гипсового и гипсогидратного осадка во время нейтрализации содержание твёрдого в пульпе увеличивается со 130 до 240-290 г/л, что благоприятно сказывается на показателях обезвоживания. С увеличением степени осаждения Fe(III) (до 30%) при расходе флокулянта Praestol 2510 300 г/т твердого удельная производительность сгущения возрастает с 0,64 до 1,1 т/м хут. Степень осаждения также оказывает влияние на отношение фаз Ж:Т в сгущенном продукте. Так при степени осаждения железа (III) 12,4% отношение Ж:Т в сгущенном продукте составило 4,34 (содержание твердого 245 г/л), тогда как при степень осаждения 27,7% этот показатель снижается в 1,2 раза (Ж:Т равнялось 3,5, концентрация твердого в сгущенном продукте 287,8 г/л). Степень осаждения значительно влияние на отношение фаз Ж:Т в сгущенном продукте, что благоприятно сказывается на показателях фильтрации. Так, удельная производительность фильтрации увеличивается в 1,7 раз (с 29,1 до 51,1 кг/м ч).
Как видно из полученных данных, частичная нейтрализация снижает содержание солей в растворе, однако окисленная пульпа осаждается эффективней. На рисунке 27 изображены кривые осаждения окисленной и частично нейтрализованной пульп. 10 20 30 40 50 60
Продолжительность сгущения, мин Рис.27. Кривые осаждения автоклавной окисленной и частично нейтрализованной пульп. Так, удельная производительность сгущения окисленной пульпы составила 3,17 т/м -сут, что в 2,8 раз превышает значение производительности для нейтрализованной пульпы (табл. 15). Таблица 15. Сравнение показателей обезвоживания окисленной и частичной нейтрализованной пульп. Характеристика пульпы Содержание Fe (III) в растворе, г/дм3 Степень осаждения Fe(Ш), % Солевой фон раствора, моль/л Удельнаяпроизводительностьсгущения, т/м сут Содержание твердого всгущенном продукте,г/л Ж:Т сгущенного продукта Удельная производительность фильтрации, кг/м2,ч Влажностьотфильтрованного кекапосле сгущения, % Окисленная пульпа 40,5 - 1,9 3,17 429,9 2,47 35,65 33,48 Пульпа послечастичной нейтрализации 29,3 27,7 1,3 1,101 287,8 3,5 51,1 38,95 При снижении солесодержания раствора после частичной нейтрализации почти в 1,5 раза пульпа обладала неудовлетворительной уплотняемостью. Отношение фаз Ж:Т в сгущенном продукте не превышало значения 3,5 (содержание твердого составило 288 г/л), тогда как для окисленной пульпы Ж:Т в сгущенном продукте равнялось 2,47 (содержание твердого на уровне 430 г/л). Однако удельная производительность фильтрования при снижении солесодержания повышается с 35,65 до 51,1 кг/м ч (в 1,4 раза).
Эффективным способом снижения солесодержания жидкой фазы пульпы после автоклавного окислительного выщелачивания пиритно-арсенопиритных концентратов является частичная нейтрализация пульпы известняком. Целесообразной представляется нейтрализация исходной пульпы, сопровождающаяся полным удалением кислоты и частичным осаждением железа до 25-30%. Получаемые при этом пульпы могут быть подвергнуты непосредственно фильтрации и промывке с удовлетворительными показателями, минуя стадию сгущения. Удельная производительность фильтрации в этом случае вполне удовлетворительная 51,1 кг/м час.
Определение влияния рН пульпы на концентрацию железа и мышьяка
Неполное окисление ненасыщенных соединений серы также приводит к потерям золота, как с растворами, так и с кеками цианирования.
С целью получения отвальных хвостов по содержанию элементарной серы, а также для снижения объемов оборудования на последующих операциях проводились флотационные опыты по выделению элементарной серы из кеков после автоклавной переработки пиритного концентрата.
Частицы минералов, плохо смачивающиеся водой (гидрофобные), при соприкосновении с воздушными пузырьками прилипают к ним и всплывают на поверхность флотационной пульпы [108]. Здесь образуется слой минерализованной (флотационной) пены, которая самотеком или принудительно, обычно с помощью специальных гребков выделяется в отдельный продукт (флотационный пенный продукт). Другие минералы, хорошо смачиваемые водой (гидрофильные), или не обладающие достаточной для прилипания гидрофобностью остаются в объеме флотационной пульпы, образуя камерный продукт. В пенный продукт обычно переводят полезный минерал (или группу минералов), а в камерном продукте сосредотачивается пустая порода. Если в обогащаемой руде содержится несколько полезных минералов, которые необходимо не только отделить от пустой породы, но и разделить друг от друга, получают хвосты и несколько концентратов (селективная флотация) [106,107].
Действие воды на минералы при флотации многообразно и имеет исключительно важное значение, определяемое тем, что современная флотация всегда осуществляется в водной среде, при постоянном контакте минеральных частиц с водой.
Взаимодействие с водой приводит к гидратации поверхности минерала, в результате которой он покрывается гидратной оболочкой. Толщина этой оболочки и ее структура зависят от физико-химических свойств минеральной поверхности, проявляющихся в ее смачиваемости. Гидратируемость поверхности минерала влияет на прилипание к нему воздушных пузырьков и чем она значительнее, тем в меньшей степени возможно прилипание (а следовательно, и флотация) [107,109].
Действие воды на минералы вызывает их частичное растворение. Продукты растворения одних минералов могут воздействовать на поверхностные слои других минералов, а также могут взаимодействовать с применяющимися при флотации реагентами и друг с другом. Все это, так или иначе, будет влиять на ход и результаты флотационного процесса.
Характерной особенностью минералов, связанной с их происхождением, структурой и во многом определяющих результаты взаимодействия минералов с водой и флотационными реагентами, является неоднородной минеральной поверхности. Впервые важная роль неоднородности поверхности минералов во флотационном процессе была обоснована отечественными исследователями [106], а также в работах М.А. Эйгелеса [110].
Практически во всех случаях природные различия у разделяемых минералов оказываются недостаточными для эффективного разделения и их усиливают применением специальных флотационных реагентов.
Реагенты, применяемые при флотации, обеспечивают высокую избирательность и эффективность флотационного процесса, а также создают наибольшие возможности совершенствования и интенсификации этого метода обогащения. Без применения флотационных реагентов флотация практически невозможна. Воздействие флотационных реагентов позволяет в широком диапазоне изменять поверхностные свойства минералов. Состав флотационных реагентов весьма разнообразен. В их число входят органические и неорганические соединения, кислоты и щелочи, соли различного состава, вещества, хорошо растворимые и практически нерастворимые в воде. В зависимости от назначения реагенты классифицируются на собиратели (коллекторы), пенообразователи, регуляторы.
К собирателям относятся органические соединения, избирательно воздействующие на поверхность частиц определенных минералов и гидрофобизирующие ее. Концентрируясь на поверхности раздела минерал-вода, собиратели гидрофобизируют частицы минерала и тем обеспечивают необходимое прилипание их к воздушным пузырькам.
Пенообразователи - поверхностно-активные вещества, которые, концентрируясь на поверхности раздела вода-воздух, способствуют сохранению воздушных пузырьков в дипресном состоянии. Пенообразователи увеличивают устойчивость флотационной пены повышением стабильности минерального пузырька, всплывающего на поверхность пульпы.
Регуляторы предназначены для регулирования действия собирателей на частицы минералов, в результате которого повышается избирательность (селективность) флотации. В присутствии регулятора и благодаря его воздействию собиратель гидрофобизирует в основном те минералы, которые должны переходить в пену. В зависимости от влияния регуляторов на флотационный процесс они получили наименование активаторов и депрессоров.
