Содержание к диссертации
Введение
2. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ И СПОСОБАХ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ 8
2.1. Анализ потерь металлов в хвостах обогатительных фабрик 8
2.2. Способы снижения потерь металлов со шламовой частью хвостов флотации 18
2.3. Современные представления о роли гидратных слоев на поверхности минеральных частиц и гидратации ионов во флотации 32
Выводы 42
3. ИЗУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ШЛАМОВ СУЛЬФИДНЫХ
МИНЕРАЛОВ 44
3.1. Изменение кристаллической структуры минералов при измельчении 44
3.2. Изучение кристаллической структуры шламов сульфидных минералов продуктов обогащения 49
Выводы 62
4. О ВЗАИМОСВЯЗИ ФЛОТАЦИОННЫХ СЮЙСТВ, ГИДРАТИРОВАННОСТИ
ПОВЕРХНОСТИ ТОНКИХ ЧАСТЩ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ И
СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ 63
4.1. Моделирование процессов шламообразования в лабораторных условиях 74
4.2. Влияние искажений кристаллической решетки сульфидных минералов на их флотационные свойства 82
Выводы 90
5. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ФЛОТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ 91
5.1. Влияние неорганических электролитов на флотационную активность тонкоизмельченных сульфидных минералов 94
5.2. Роль неорганических электролитов при флотации шламов сульфидных минералов 104
5.3. Влияние хлористого натрия на флотацию продуктов обогащения 107
Выводы 121
6. ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЛЕГКОВОСЛОМЕНЯЮЩИЙСЯ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РУДИ ОТВАЛОВ КУРГАШИНКАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ НОВОГО РЕАГЕНТНОГО РЕЖИМА 122
7. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 133
ЛИТЕРАТУРА 136
ПРИЛОЖЕНИЕ
- Анализ потерь металлов в хвостах обогатительных фабрик
- Изменение кристаллической структуры минералов при измельчении
- Моделирование процессов шламообразования в лабораторных условиях
- Влияние неорганических электролитов на флотационную активность тонкоизмельченных сульфидных минералов
- ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЛЕГКОВОСЛОМЕНЯЮЩИЙСЯ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РУДИ ОТВАЛОВ КУРГАШИНКАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ НОВОГО РЕАГЕНТНОГО РЕЖИМА
Введение к работе
Анализ работы отечественных и зарубежных обогатительных фабрик, перерабатывающих руды цветных металлов, показывает, что наибольшие потери металлов наблюдаются в тонких фракциях отеэльных хвостов, преимущественно в виде свободных зерен минералов.
Причины низкой эффективности флотации шламовых частиц крупностью минус (5-Ю) мкм многими исследователями объясняются малой вероятностью их столкновения с пузырьками воздуха.
Однако известны отдельные примеры получения высоких технологических показателей при флотации руд и продуктов обогащения, содержащих повышенное количество весьма тонких частиц (80$ и более класса - 10 мкм). Это противоречие трудно объяснить на основе существующих представлений о флотации шламов.
Различное флотационное поведєниє тонких частиц одинаковой крупности одного и того нее минерала является следствием неэквивалентности энергетического состояния поверхности минеральных частиц.
Энергетическое состояние поверхности минеральных частиц определяется не только генезисом минералов, наличием в них примесей, включений и других дефектов кристаллической структуры. Как показали исследования последних лет в области механохимии, физико-химические свойства минералов могут претерпевать значительные изменения в процессе их измельчения. Возникающие при диспергировании микронапряжения в кристаллической решетке минералов в результате пластических деформаций приводят к непропорционально большому увеличению свободной энергии и удельной гидратированности вновь образованной поверхности. Поэтому при-
5 нятое рассмотрение процесса измельчения в обогащении только с точки зрения образования новых поверхностей, особенно применительно к тонким частицам, является недостаточным.
Одним из основных положений данной работы является существование структурных искажений в кристаллической решетке минералов, возникающих в процессах промышленной переработки руд и продуктов обогащения, взаимосвязь между степенью искаженности кристаллической решетки, гидратированностью и флотационной активностью минеральных частиц.
В работе установлено, что большим искажениям кристаллической решетки минеральных частиц соответствует большая степень гидратированности минеральной поверхности и более низкая флотационная активность минеральных частиц. При этом во флотационной пульпе присутствуют частицы одинаковой крупности, но с различной степенью гидратированности поверхности. Поэтому изыскание методов интенсификации флотации шламов было направлено по пути создания оптимальных условий флотации для широкого спектра частиц с различным энергетическим состоянием поверхности.
Повышения эффективности флотации шламов можно достигнуть увеличением вероятности столкновения частиц и пузырьков воздуха, увеличением поверхности раздела фаз жидкость-газ (электрофло-тация, вакуумная и компрессионная флотация, применение аэраторов из пористых диспергаторов и перфорированных резиновых трубок), увеличением времени пребывания частиц во флотационной машине (аппараты колонного типа), а также за счет укрупнения размеров флотируемых частиц (селективная фпокуляция, флотация с минералом-носителем, агломерационная и аэрофлокулярная флотация).
Другими возможными путями улучления показателей флотации шламовых частиц может явиться регулирование температуры пульпы, воздействие магнитных, электрических полей и ультразвуковых колебаний на флотационную пульпу и реагенты.
Перечисленные методы имеют определенные недостатки,которые не позволяют решить проблему эффективности флотации шламов.
Управление процессом селективной флотации с помощью физико-химических воздействий на структуру жидкой фазы флотационной пульпы в объеме и на поверхности минеральных частиц является одним из перспективных направлений в теории и практике флотации.
Одним из эффективных методов воздействия на структуру и состояние гидратных слоев на поверхности минеральных частиц является применение неорганических электролитов.
Действие неорганических электролитов на флотационные фазы разнообразно.
По современным представлениям, наиболее значимым фактором действия неорганических электролитов во флотации является разрыхление и разрушение полимолекулярных гидратных слоев на минеральной поверхности.
Убедительная трактовка механизма действия ионов неорганических электролитов на гидратные слои, на наш взгляд состоит в том, что ионы неорганических электролитов, минуя стадию прямого контакта с граничной фазой, приводят к разрыхлению и разрушению полимолекулярных гидратных слоев на минеральной поверхности. Локальное действие ионов неорганических электролитов передается развитой сетью водородных связей в воде. Уменьшение толщины гидратного слоя зависит от гидрофобности минеральной поверхности и концентрации электролита, устойчивость мономолекулярного слоя не зависит от концентрации электролита в жидкой фазе.
Известно, что имеется возможность эффективной флотации природно гидрофобных и природно гидрофильных минералов в растворах неорганических электролитов. Однако возможность селективной интенсификации флотоактивности тонких частиц сульфидных минералов и действие флотационных реагентов в присутствии неорганических электролитов изучены недостаточно. В частности, недостаточно изучена особенность гидратных слоев препятствовать диффузии полярных и аполярных веществ к минеральной поверхности.
Поэтому для выяснения указанных вопросов были определены следующие основные направления: исследования кристаллической структуры тонких частиц сульфидных минералов продуктов обогащения, взаимосвязи их флотационных совйств с гидратированностью поверхности и состоянием кристаллической решетки, роли неорганических электролитов при флотации шламов сульфидных минералов.
Целью диссертационной работы является разработка реагент-ного режима, позволяющего повысить показатели флотации шламовой части полиметаллической руды отвалов Кургашинканского месторождения на основе изучения физико-химических и флотационных свойств тонких частиц сульфидных минералов.
2. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФИЗЖО-ХИШЙЕСКИХ СВОЙСТВАХ И СПОСОБАХ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ
Анализ потерь металлов в хвостах обогатительных фабрик
Причины низкой эффективности флотации шламов многими исследователями объясняются в первую очередь снижением вероятности их столкновения с пузырьками воздуха /8, 25, 138/.
При обтекании жидкостью пузырька воздуха линии ее тока искривляются, возникают силы, увлекающие частицу в сторону. Соударение инерционных частиц с пузырьком воздуха происходит за счет сил инерции.
Соударение мелких безинерционных частиц с пузырьком воздуха может произойти только под влиянием сил негидродинамической природы.
Критический диаметр частиц, которые не могут соударяться только за счет инерционных сил, можно оценить по формуле Лэнг мюра /68/: .
Механизм соударения и закрепления мелких частиц с пузырьком воздуха рассмотрены в работах Б.В.Дерягина, С.С.Духина /36-38/ и В.Д. Самыгина /98,100/.
При движении пузырька воздуха во флотационной пульпе происходит искривление линий тока омывающей пузырек жидкости. В экваториальной плоскости пузырька вектор радиальной скорости потока омывающей жидкости направлен к центру пузырька и достигает своего максимального значения, движение безинерпионных частиц, траектория которых совпадает с линией тока жидкости, к поверхности пузырька испытывает вязкое сопротивление, поэтому радиальная скорость жидкости больше, чем радиальная скорость частицы. Разность радиальных скоростей жидкости и безинерционных частиц приводит к возникновению прижимной гидродинамической силы.
Используя решение Тейлора гидродинамической задачи об истечении жидкости из зазора при приближении сферической частицы к плоской поверхности, Б.В.Дерягин и С.С.Духин /134/ показали, что при толщине зазора h между пузырьком и частицей радиуса а, величина сопротивления
class2 ИЗУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ШЛАМОВ СУЛЬФИДНЫХ
МИНЕРАЛОВ class2
Изменение кристаллической структуры минералов при измельчении
Начало изучению изменения структуры кристаллических веществ положило открытие Бейлби /129/ аморфного слоя на поверхности металла при полировке. Позднее Финч и Уитмор /136/ установили, что при полировании минерала вдоль любой плоскости спайности ориентация атомов сохраняется полностью, а полировка вдоль сечений, не совпадающих с плоскостями спайности, дает полную или частичную аморфизацйю поверхности. Явление высокой химической активности измельченного кварца впервые исследованное Ленхером /146/ позднее Демпстером и Ричи /133/ было объяснено наличием на поверхности частиц тонкого разрушенного слоя Бейлби. Наиболее полные исследования изменения кристаллической структуры твердых тел при диспергировании были проведены Ребиндером /87, 88/, Ходаковым /118, 119/, позднее Авакумовым /2/, Болдыревым /II/ и рядом других авторов.
Известно, что не вся кинетическая энергия измельчающих тел в мельницах расходуется на образование новых поверхностей минералов. Как было показано /2, 66/, порядка 30$ кинетической энергии шаров в мельнице аккумулируется в измельчаемых минералах. Исследуя процессы, происходящие в точках контакта измельчающих и измельчаемых тел, физико-химические изменения кристаллических тел при измельчении, были предложены две модели механизма возникновения искажений в кристаллической решетке твердых веществ при помоле: модель пластических деформаций Ходакова /119/ и т.н. "магма - плазма" - модель Тиссена, Майера и Хайнике /154/. Согласно модели пластических деформаций, при механическом воздействии структура поверхностных слоев минералов переходит в квазиаморфное метастабильное при обычных температурах состояние. Толщина аморфного слоя зависит от длительности и среды измельчения. В доказательство этой модели Ходаков приводит данные опытов по деформации больших образцов кристаллов различных минералов при их медленном сжатии /7, 57, 128/, а также результаты проведенных им исследований измельчения кварца и других минералов с использованием рентгенографических, термогравиметрических, сорбционных, химических и других методов исследований /118, 119/. Было установлено, что пики рефлексов дебаеграмм по мере продолжительности измельчения "размываются" (уширение и снижение интенсивности пиков) вплоть до их полного исчезновения. Обработка поверхности измельченных частиц кварца плавиковой кислотой приводит к повышению интенсивности пиков рефлексов, что говорит о поверхностной аморфизации.
Следует отметить, что уширение пиков рефлексов на дебае-граммах может быть вызвано уменьшением блоков областей когерентного рассеяния меньше ІСГ5 см и возникновением микронапряжений. Под микронапряжениями обычно понимают напряжения II рода, которые уравновешиваются в объеме отдельных кристаллов или частей кристаллов (мозаичных блоков).
class3 О ВЗАИМОСВЯЗИ ФЛОТАЦИОННЫХ СЮЙСТВ, ГИДРАТИРОВАННОСТИ
ПОВЕРХНОСТИ ТОНКИХ ЧАСТЩ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ И
СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ class3
Моделирование процессов шламообразования в лабораторных условиях
В соответствии с выводами раздела 3, при моделировании процессов шламообразования минералов в лабораторных условиях, с целью изучения взаимосвязи флотационных, физико-химических и структурных свойств тонких частиц, необходимо получение частиц исследуемого спектра крупности с различной степенью искаженнос-ти кристаллической решетки частиц одинаковой крупности.
Известно, что искажения кристаллической структуры минералов при измельчении в лабораторных условиях наблюдаются в энергонапряженных измельчающих аппаратах, планетарных мельницах, вибромельницах, дезинтеграторах и т.д. /2, 117, 119/. В соответствии с этим, процесс шламообразования моделировали путем измельчения исследуемых продуктов в планетарной мельнице Пульверизетте фирмы "Фрич" ФРГ с объемом измельчающего барабана 500 мл. Барабан мельницы и шары изготовлены из агата.
Навески мономинеральной фракции сфалерита (40 г) крупностью - I + 0,5 мм измельчались в водной среде в течение 5, 10, 15, 20, 30 мин. и из измельченных продуктов выделялись узкие фракции: - 30 + 20, - 20 + 15, -15 + 10, -10+5, - 5 мкм, которые анализировались на дифрактометре ДР0Н-І с использованием фильтрованного железного излучения. Степень искаженности оценивалась по суммарной полуширине Ь А дублета линии, которая в нашем случае расположена на в да 68 (ширина на половине высоты / пика).
Рентгенографические исследования и отжиг выделенных классов сфалерита показали, что структура одного и того же класса крупности тем больше искажена, чем более длительному механическому воздействию подвергались частицы, из которых получился данный класс и искажения кристаллической решетки вызваны микронапряжениями второго рода.
Возможность релаксации искажений исследовалась на измельченной всухую неклассифицированной пробе сфалерита. Рентгенограммы измельченной пробы сфалерита непосредственно после измельчения и того же образца и через 2,5 месяца хранения приведены на рис. 4.3., 4.4., из которых следует, что релаксация искажений не наблюдается.
Исходя из гранулометрических характеристик измельченных навесок сфалерита при различной продолжительности измельчения исходных навесок (рис. 4.5.) и величины микронапряжений в кристаллической решетке частиц различной крупности (рис. 4.7.), процесс образования тонких частиц можно представить следующим образом. Каждый узкий класс крупности образуется преимущественно из более крупного (порядка в два-три раза крупнее) при накоплении в нем критических микронапряжений.
Влияние неорганических электролитов на флотационную активность тонкоизмельченных сульфидных минералов
Известно, что наблюдается снижение толщины гидратного слоя на поверхности гидрофильного минерала - кварца с 200. ІСГ м до 120. Ю- 0 м, и гидрофобного минерала - угля с 40 до 23.І0"10 м при концентрации хлористого натрия 0,5 моль/л в жидкой фазе минеральной суспензии. Механизм этого явления рассмотрен в работах /31, 84, 85/.
Лиофильные свойства сульфидных минералов позволяют предположить, что в присутствий хлористого натрия и на поверхности сульфидных минералов будет иметь место изменение гидрат-ного слоя.
В соответствии с этим нами исследовалась возможность регулирования хлористым натрием флотационных свойств тонкоизмель-ченных частиц сфалерита с разной степенью гидратированности, полученных по методике, описанной выше.
При концентрации хлористого натрия 0,025 моль/л и тех же флотационных расходах собирателя и вспенивателя извлечение не зависит от начальной гидратированности и составляет 93-95$, что показало возможность регулирования флотационных свойств тонкойзмельченных частиц сфалерита воздействием электролита на состояние и устойчивость гидратных слоев на минеральной поверхности,
С целью изучения возможности повышения флотоактивности шламовых частиц сульфидных минералов в присутствии хлористого натрия изучалась флотация мономинеральных фракций галенита, сфалерита, халькопирита, пирита и кварца, измельченных до 90$ -10 мкм, при концентрации ксантогената 5 мг/л и вспенивателя 2,5 мг/л, концентрация Л/аС изменялась от 0 до 0,5 моль/л. Флотация осуществлялась в механической флотомашинке объемом 20 см . Скорость вращения импеллера 2100 сек х контролировалась стробоскопическим тахометром.
Полупромышленные испытания легковосломеняющийся полиметаллической руди отвалов кургашинканского месторождения с применением нового реагентного режима
Разработка комплексных СВИНЦОВО-ЦЙНКОВЫХ руд производится при содержании суммы свинца и цинка не менее 2-3$, а на некоторых разрабатываемых месторождениях оно составляет 5-10$ и более. Однако, возрастающие потребности промышленности в цветных металлах и истощение богатых месторождений делают необходимым вовлечение в переработку так называемых забалансовых руд.
Часто эти руды являются лежалыми отвалами разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, подвергшиеся окислению и выветриванию, что делает их легкошламующимися.
Несмотря на низкую эффективность обогащения таких руд, в мировой практике наблюдается тенденция увеличения их доли в общем объеме переработки.
Начиная с 1978 г. в связи с отработкой рудника Кургашинкан на СОФ Алмалыка перерабатываются легкошламующиеся забалансовые руды отвалов Кургашинканского месторождения.
В 1978 г. их доля в общем объеме переработки фабрики составила 9,4$, в 1979 г. - 14,8$, в 1981 г. - 44$, в 1982 г. -24,0$, в 1983 г. - 52,0$, а по плану 1984 г. предполагается переработать 52,0$.
До 1981 г. руды Алтын-Топканского и Кургашинканского месторождений перерабатывались на фабрике в смеси.
С первого квартала 1981 г. в связи со значительным увеличением доли руд лежалых отвалов и снижением содержания металлов в карьерной кургашинканской руде на фабрике осуществляется раздельная переработка алтын-топканской (на ІУ-УІ секциях) и кургашинканской руды (на І-Ш секциях). В 1981 г. раздельно переработано около 60$ всей руды, а в 1982 г. - 75$. Часть руды перерабатывалась в смеси в периоды, когда поступала руда с повышенной влажностью, кроме того мощность секций не вполне соответствует объемам перерабатываемых сортов руд, поэтому часть кургашинканской руды перерабатывается на четвертой секции в смеси с алтын-топканской.
Пробы руды отвалов представляют собой свинцово-цинковую руду смешанного типа. Основные рудные минералы: пирит, галенит и сфалерит. Сфалерит и галенит тесно ассоциируют между собой и со всеми рудными и нерудными минералами, в результате чего образующиеся сростки на 60-80$ являются смешанными. Зерна минералов содержат эмульсионную вкрапленность халькопирита. Свинец на 65,4$ представлен галенитом и на 20,2$ церусситом, цинк на 63,4$ представлен сфалеритом и на 27,7$ биверитом. Химическая характеристика руды отвалов Кургашинканского месторождения представлена в табл. 6.1, в табл. 6.2 приведены результаты фазового анализа. Уровень извлечения из этих руд с учетом селекции составляет по данным ЩЕК АІЖ порядка 58,0$ по свинцу и 50,0$ по цинку. Для оценки уровня извлечения металлов из отвальных руд в коллективном цикле можно воспользоваться результатами работы I секции СОФ за 1981 г., когда доля карьерной руды составила 7,0$. Содержание за 1981 г. в коллективном концентрате: свинца - 12,95$, цинка - 17,06$; извлечение свинца - 71,46$, цинка - 70,07$.
