Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние нейтральных солей на флотацию руд 11
1.1. Современное состояние теории и практики применения нейтральных солей 11
1.2. Влияние электролитов на физико-химические свойства жидкой фазы при флотации 24
1.3. Выводы 33
2. Исследование механизма взаимодействия нейтральных солей с поверхностью сульфидных минералов 34
2.1. Изучение влияния нейтральных солей на флотацию сульфидных минералов и полевого шпага 34
2.2. Влияние нейтральных солей на адсорбцию ксантогената на поверхности сульфидных минералов 39
2.3. Термодинамический поверхности сульфидних и окисленных медных минералов 43
2.4. Выводы 66
3. Влияние нейтральных солей на электродные потенциалы поверхности сульфидных минералов меди 67
3.1. Роль электродных потенциалов в усилении флотационных свойств минералов 67
3.2. Электродные потенциалы и флотируемость сульфидных медных минералов 69
3.3. Выводы 85
4. Влияние особенностей минерального состава и условий образования окисленных медных минералов удоканского месторождения и технология их обогащения 87
4.1. Влияние условий образования окисленных медных руд Удо-канскот месторождения на особенности минерального состава 87
4.2. Разработка математической модели флотации окисленных РУД 94
4.3. Роль нейтральных солей во флотации окисленных руд Удоканского месторождения 10L
4.4. Выводы 103
5. Разработка технологии обогащения различных типов руд на основе воздействия ней тральных солей при флотации 104
5.1. Использование нейтральных солей при флотации медных руд Удоканского месторождения 104
5.1.1. Краткий вещественный состав сульфидных, смешанных и окисленных медных руд 104
5.1.2. Разработка технологии обогащения медньтх руд Удоканского месторождения 112
5.2. Использование нейтральных солей при флотации молибденовых руд Бугдайнского мeсторождения 120
5.3. Использование нейтральных солей при флотации свинцово-цинковьтх руд месторождения Нойон-Тологой 127
5.4. Выводы 136
Основные выводы 138
Литература 142
Приложения 154
- Влияние электролитов на физико-химические свойства жидкой фазы при флотации
- Влияние нейтральных солей на адсорбцию ксантогената на поверхности сульфидных минералов
- Электродные потенциалы и флотируемость сульфидных медных минералов
- Использование нейтральных солей при флотации молибденовых руд Бугдайнского мeсторождения
Введение к работе
Актуальность pa fin ты.
Как известно, среди многообразия методов обогащения полезных ископаемых флотация является основным, а для некоторых типов руд и единственным способом извлечения ценных компонентов. Флотацией в настоящее время перерабатывают более 90 % цветных металлов, значительную часть редких и благородных металлов, горно-химического н друшю минерального сырья. Поэтому вопросы развития теории и практики флотации не потеряли своей актуальности и сейчас, что подтверждается многочисленными публикациями отечественных и зарубежных ученых.
Основными направлениями совершенствования и интенсификации процесса флотации являются оптимизация физико-химических и фшико-механических условий закрепления реагентов на поверхности флотируемых и депреесируемых минер&тов за счег ретулирования электронных переходов, скорости взаимодействия реагентов па минеральной поверхности и в объеме пульпы, ионного состава пульпы, состояния дисперсионной среды и др.
Э\.о достигается за счет электрохимической, ультразвуковой, магнитной и радиационной обработки пульпы, регулированием окиелителыю-воеетаповителыюго потенциала пульпы, применения сочетания собирателей с различной длиной углеводородных радикалов и рядом друтнх способов,
В практике флотации продолжаются поиски технологий,
повышающих эффективность извлечения полезных компонентов как обычных, так и труднооСої атимых руд на основе нетрадиционных физико-химических средств и методов управления процессами флотатхии, отвечятсттгих современным требованиям экономики народної о хозяйства.
Такая проблема является актуальной для юр и орудной промышленности Забайкалья, минеральные ресурсы которой представлены
огромным разнообразием месторождении Ё сырьевой базе наблюдается тенденция вовлечения в переработку во все больших масштабах «труднообогатимых» руд^ характеризующихся наряду с тонкой вкрапленностью минералов, сложной структурой и текстурой руды? значительной окислеыностыо минералов и близостью технологических свойств. Применение традиционных методов переработки таких руд приводит к потерям до половины добываемых металлов и одной трети горнохимического сырья.
В связи с этим диссертационная работа посвящена решению одного из перспективных направлений развития теории и пракгики флотации: исследованию механизма внешних энергетических воздействий на дисперсную систему, а также углубленному изучению специфических свойств жидкой фазы и ее роли при разделении минералов.
Исследования выполнялись в сооївегетвии е целевой комплексной
программой ОД. 039 (подпрограмма 0.09,021 \) «Разработать техноло
гические процессы по добыче и переработе руд Удоканекого
месторождения меди^ обеспечивающие повышение извлечения полезных
компонентов и роет производительности труда на 8-Ю % по сравнению со
среднеотраслевым уровнем и выдать рекомендации для проектирования» по
теме Г-2А «Обработать в опытных условиях технологический процесс
обагащення многосортных руд, обеспечиваю ищи повышение показателей
извлечения меди в концентрате из балансовых руд: Т2аЛ - сульфидных -
92-94 %; Т2а.2 - смешанных - 86-88%; Т2аЗ - окисленных - 80-82%.
координационным планом научно-исследовательских работ по проблемам хозяйственного освоения БАМ на двенадцатую пятилетку в плане программ All СССР «Сибирь» ( раздел 02.02.02. «Разработать новые технологии
руды Удокана» (Удоканский ТПК) тема 4.6. «Разработка технологии обогащения на основе использования физико-химических воздействий»), программой Минтео СССР 25 «Разработать и внедрить прогрессивные
методы технологии и ковь7е средства для анализа и переработки сырья» на 1986-1990 гг. но заданию XII 3/002(1) 25 03 «Разработать и внедрить методы и оборудование для технологической оценки минерального сырья. обеспечивающие его комплексное использование, охрану недр и окружающей среды»,
Основная научная идея работы состоит в том, чао эффективность
процесса флотации можно повысит регулируя физико-химические
свойства дисперсной системы. Значительную роль в этом играет
подготовка жидкой фазы перед процессом за счет изменения ее структуры и основных свойств применением слабых энергетических воздействий или введением нейтральных солей.
Цель работы: роль нейтральных солен в механизме флотационных явлений и на этой основе интенсификация процесса флотации «труднообогатимых» руд различного типа.
Поставленная цель досгигаетея путем решения следующих задач;
изучение влияния физико-химических воздействий на свойства дисперсной системы при флотации;
изучение действия нейтральных солей на структуру жилкой фазы и минеральных частиц в процессе флотации;
лрактическое применение нейгральных солей при флотации модных. молибденовых и полиметаллических руд Забайкалья.
Методы исследований.
Для выполнения работы использовались общие физико-химические методы анализа продуктов обогащения и минерального сырья. термодинамический анализ во флотационных процессах, флотационные опыты на лабораторных флотомашинах, методы многофакторного планирования экспериментов с использованием ')ВМ, моделирования на ЭВМ состояния дисперсной флотационной системы с применением программного комплекса «Селектор», потенциометрический мегод изучения поверхности минералов, обзор и анализ литературных источников.
обобщение практического опыта раооты промышленных предприятий и
результатов научных исследований.
Защищаемые научные положения;
I. Доказана роль нейтральных солей в повышении эффективности технологии- обогащения «трудно о богатимых» руд различных типов, іта основании чего разработаны научно-методические іфивдиттьт построения технологических схем их флотации.
2 Установлено, что стабилизация электрохимического состояния дисперсной системы в составе твердой и жидкой фаз обеспечивает оптимальное флотационное разделение минералов. Предложено контролировать состояние дисперсной среды при флотации регулированием ее окислительно-восстановительных свойств.
3, Доказано, что эффективность флотационного поведения окисленных минералов меди гипа англерига, брошантита зависит от процессов структурирования жидкой фазы, входящей в состав отих минералов. Гидрофобность минералов повышается при увеличении количества кристаллизационной воды, входящей в их кристаллическую решетку.
Достоверность научных положений нодшерждается достаточной
сходимостью результатов теоретических и экспериментальных
исследований с использованием методов математической статистики при
доверительной надежности не менее 90-95 %.
Научная новизна работы заключается в следующем:
исследованы и разработаны условия элеюрохимнческого состояния дисперсной системы, наиболее благоприятные для разделения минералов;
разработаны методы реіулирования структуры дисперсионной среды при флоіации смесью нейтральных солей;
установлено влияние смеси нейтральных солей на эффективность рудной флотации, позволяющее существенно повысить технологические показатели;
на основе много факторного метода планирования эксперимента разработана математическая модель прогнозирования технологических показателей при обогащении сложных по составу медных руд Удоканского месторождения;
предложена рабочая гипотеза влияния особенностей минерального состава окисленных медных руд Удокаыского месторождения ыа их флотащтонное поведение.
Практическая ценность работы: Основные научные результаты работы использованы при разработке технологии переработки Удоканских руд и переданы Удоканекои ГРЭ в виде отчета по теме ПО «Разработать и внедрить методы усиления контрастности флотационных свойств минералов окисленных и смешанных руд на основе электрохимических воздействий. (На примере медных руд Забайкалья)» . Материалы отчеіа ію їаключешпо ГРЭ использованы при пересчете запасов по месторождению и положены в основу методических рекомендации для геологической отрасли, разработанных для обогащения сложных по составу и значительно окисленных рудг
Ыа основе структурирования лшдкой фазы нроцеееа флотаиии нейтральными солями разработаны технологические схемы переработки медных руд Удоканского месторождения^ свшщово-пинковых руд месторождения Нойон-'Голого и, молибденовых руд Бугдаинского месторождения и переданы для внедрения Читагеолкому в виде отчета по теме 242 ((Исследование флотируемостн минеральных комплексов в условиях солевой флотации и разработка оффективной технологии их извлечения». Экономический эффект от внедрения разработанной технологии для Удоканских руд составил в ценах 1990 г. 94,28 млн. руб. Разработаны отраслевые методи ческие рекомендации №65 «Использование метода контроля электродных потенциалов для интенсификации процессов флотации медных руд», внедренные в
соответствии с приказом министра геологин СССР, в подразделениях отрасли,
Раїработанньїе в диссертации положения о влиянии смеси нейтральных солен на флотацию полиметаллических руд использованы в курсе «Технология обогащения полезных ископаемых» при чтении лекций и проведении лабор а горных работ в Читинском Государственном университете для сіудентов специальности «Обогащение полезных лскопаемых».
Разработана новая технология для переработки медных руд Удоканскою месторождения с различной степенью окисленносш но единой схеме обогащения па основе применения смеси нейтральных содей, защищешгая патентом,
Личный вклад соискателя:
ороведенне аналитических и экспериментальных иселедоданий по интенсификации рудной флотации на основе применения нейірадьньїк солей;
разработка рабочей гипотезы о механизме влияния нейтральных солен на регулирование физико-химических евойсгв дисперсионной среды и усиление различии в гидрофобности разделяемых при флотации минералов;
экспериментальное подтверждение основных положении выдвинутой гипотезы на примере разрабожй эффективной технология переработки медных, молибденовых и -свинцово-цинковых руд некоторых месторождении Забайкалья.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на. геолого-геофизическо-гехнологической секнии Ученого совета ЗабІПІИ (Чита, f!5W); Ученом Совете ЛаіШИЙ' (Чита, C9Vtfj; Всесоюзном совещании «Новые процессы и методы исследования первичной обработки MHEepajHjHOro сырья» (к 90-летию И.Н.Плаксин) (Москва, 1990); первой
научной конференции но геолого-технологической изученности и повышению эффективности обогащения минерального сырья в Читинском государственном техническом университете {Чита, 1997); Ученом Совете ЗабНИИ (Чита, 1997); международном совещании «Энергетические методы управления свойствами минералов в процессах комплексной переработки труднообогатимых руд и алмазов» (Новосибирск, 1997); международной конференции «Забайкалье на нуги к устойчивому развдтику. экология, ресурсы, управление» (Чита, 1997); семинарах кафедры «Обогащения полезных ископаемых и вторичного сырья» Читинского государственного технического университета (Чита 1997, 1998, 1999, 2000), Всероссийской научно-практической конференции «Эколого-безопасные технологии освоения недр Байкальского региона: современное состояние и перспективы» (Улан-Удэ, 2000),
Публикации. По теме диссертатщи опубликовано 20 научных работ, включая 1 монографию, 2 учебных пособия, авторское свидетельство, 3 патента, справочное пособие, 10 статей, изданы отраслевые методические рекомендации.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, 130 библиографических источников и содержит 153 страницы, включая 54 рисунка, 48 таблиц и 4 приложения,
1. ВЛИЯНИЯ НЕЙТРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ НА ФЛОТАЦИЮ РУД
Влияние электролитов на физико-химические свойства жидкой фазы при флотации
Авторы работы [29J предлагают для повышения эффективности флотации медно-цинковых руд применять смесь бутилового ксантогената и хлорида калия. Считают, что наиболее эффективно смесь действует на флотацию халькопирита. Для объяснения причин благоїіриялною воздействия и эффекта усиления гидрофобизании поверхности сульфидных минералов в этих растворах авторами проанализированы величины теилот растворения составляющих в системе вода - ксантогенат — хлорид калия. По данным [30J, теплота растворения электролитов в воде отличается знаком я абсолютной величиной, так при растворении иодида калия и хлорида калия, хлорида натрия и бутилксантогената калия эндотермический эффект д-тя пары вода - электролит составляет 21,7; 18,81; 6fi и 5,8 кдж/моль, при растворении сульфата и карбоната натрия имеет место экзотермический эффект, он составляет соответственно 1,22 и 1,38 кдж/моль,
Авторы работ [31-34] изучили особенности флотации вольфрамита в солекой среде. По мнению авторов для солевой среды лучшим анионным собирателем яв.іяется жнрнокислотный с короткой углеводородной цепью Ст Су, жирные кислоты с длинной цепью высаливаются из раствора, собирательная способность их надает. Механизм действия собирателя при флотации вольфрамита в солевом растворе - обменная сорбция, которая
связана с образованием трудпорастворимых соединений между лоном поверхности минерала и противоионом собирателя. Перед флотацией вольфрамита использовали кондиционирование пульпы в присутствии Na SiF в результате чего собирателъ - кан рил гид роке амат десороируется с поверхности кварца, биотита, полевого шпата (так как эти минералы образуют с ними более растворимые соединения и поэтому легко вытесняются ионами силикофторида натрия) и, наоборот, более прочно закрепляются па минералах вольфрамита, чю соособсівует селективном; их разделению. Авторами изучено іак же влияние на флотацию вольфрамита реагента - диспергатора Fit - это низкоуглеводородное алкялосульфатное соединение типа Cg-C,f. Соединения этого типа имеют полярные группы, обуславливающие их поверхностно-активные свойства и способность к солеобразованию. Fit является диспергатором свежеобра-ЗОЙЭННЫХ С a, Mg, Fe, солей гидрокеамата.
В основе механизма диспергирования реагентов поверхностно-активными добавками лежит явление солюбилизации коллоидного растворения практически нерастворимых в воде и рассолах органических веществ. При этом резко увеличивается общая поверхность реагента -собирателя, растет эффективность его действия на разделе фаз твердос-жидкоеть, обеспечивается прочность закрепления аполярного реагента [31]. Эффект снижения гидратировавъости поверхноеш минеральных частиц пульпы в соленой воде не всегда може г быть достаточным для флотации, но его всегда можно довести до флотационного уровня кондиционированием пульпы при правильном сочетании гидр о фо базирующего действия активаторов органических флотореагентов и ионов солей, разруптающе действуют на структуру воды. Это ионы С\\ Rb+, Cs+, Сі", Г, а ионы большой плотности заряда Na , F, Be1 , ЛІ11 укрепляют структуру гидратных оболочек, окружающих ионы. Для флотапионного обогащения минералов большой интерес представляет связь между концентрациями; в воде положительно и отрицательно гидратируюищхся HOHOR И сгепепью гидрофобности минеральной поверхности, По мнению КЛ. Никифорова под действием нейтральных солей происходит объемное разрушение структуры воды, понижаемся ее замерзание и дисперсная система делится на две подсистемы: одна связана со структуриро ванной водой, а в деструктурированной насти концентрируются гидрофобные минералы с органическими собирателями и вспенивателями. Автором разработана флотационная схема обогащения труднообогатимых вольфрамово-молибденовых руд Югодзырекого месторождения (Монголия) с применением NaCfr Молибденит и вольфрамит в руде находятся в виде тонкой вкрапленности друг с другом, новому технолої ичеекая схема состоит из неекового и шламового циклов (обесшламлтшание исходной руды идет по классу минус 40 адкм). Электролит подавали в основную вольфрамовую флотацию песковою и шламового никлов схемы и в доводку молибденовых шламовых концентратов. Данная схема обеспечивает получение молибденовых концентратов с содержанием молибдена 45.2 % и 51J) % при общем извлечении 90 %, Общее извлечение вольфрама составило 71,54 % при содержании WCb 61,5%. В последнее десятилетие появились исследования по интенсификации флотации металл и ческих полезных ископаемых в присутствии нейтральных солей Авторами [ 36, 37] выдвинуты и доказываются новые положения о понимании сущности флотации, основанные на том, что этот процесс связан по их мнению с разрушением устойчивости дисперсной системы и в нервую очередь с неравновесными процессами образования и разрушения структуры жидкой, фазы. Доказывается что именно в жидкой фазе должен быть созданы все необходимые условия для разделения минеральных комплексов. Структурирование дисперсионной среды рассматривается в связи со структурой воды. Показано, что возможности регулирования устойчивости дисперсной системы при флотации определяются направленным изменением структуры воды с помощью минеральных частиц, флотационных реагентов, нейтральных солей, структурообразователей или энергетических воздействий, что приводит в конечном итого к эффективному разделению минералов. Солевая флотация при концентрации нейтральных солей в пределах 0,4-0,5 г эк в./л довольно детально рассмотрена на примере переработки трудное б огатимых медных, вольфрамовых молибденовых, флюоритових фоефатно-карбонатных, редкоземельных и дрг типов руд Забайкалья и Монголии, на основе чего разработаны и рекомендованы для промышленного внедрения технологические схемы обогащения этих типов рул. Научные основы разработанных рекомендаций авторок привлекают ггростсюи их технологического исполнения и высокими показателями обогащения.
Таким образом, несмотря на то. что достаточно широко изучено взаимодействие поверхности минералов с ионами соли (выражается прежде всего в изменении электрокинетического потенциала) единого взіляда па механизм их взаимодействия не существует. Кроме того, совершенно не достаточно изучена структура воды на поверхности минералов и в объеме дисперсионной среды.
Одно ясно, что в лронессе "соляной" флотации іидрофобизапия поверхности минералов дистиіаеіея или прост высокой концентрацией электролита или же подбором реагентов-модификаторов и реагентов-собирателей.
Влияние нейтральных солей на адсорбцию ксантогената на поверхности сульфидных минералов
Для выяснения форм собирателя в присутствии солей на минеральной поверхности проведена серия опытов, для чего навеску минерального тторопіка после обработки раствором собирателя и удаления раствора промывали в 25 мл воды, в фильтрате определяли содержание ксантогената. а для удаления диксантогеїшда и ксантогената металла. Диксантогспид в органическом растворителе определяли спектрографически по поглощению при X 241 и 286 нм в пересчете на ксантогенат калия, Результаты опытов (табл. 2.23) показывают, что хлориды калия и натрия повышают химическую форму адсорбции ксантогената на халькопирите, борнит-халькозине и галените н понижают связь металл ксантогенат на пирите; образование диксантогенида на пирите в несколько раз выше, чем на халькопирите и галените и не связано с действием солей. Количество превращенного ксантогената в диксантої енит после обработки солями существенно не меняется. Поскольку основным назначением химической формы адсорбции является гидрофобизация поверхности минерала и создание условий для распространения по ней трехфазного периметра контакта пузырька, можно считать, что хлориды натрия и калия способствуют разрушению гидратной оболочки на поверхности минерала, обнажая активные центры и облегчая тем самым адсорбцию на ней ксантогената. Увеличение доли условного моносдойного покрытия поверхности сульфидов (табл 2.2.1, 2.2.2), вероятно, можно объяснить тем, что электролиты уменьшают гидратацию аполярной части молекулы ксантогеиата_ способствуя дисперсионному взаимодействию с молекулами диксантогенида и углеводородными радикалами друшх молекул. Наибольшее практическое значение для флотационното обогащения при изучении процессов на поверхности раздела фаз: твердое - жидкость, жидкость газ, жидкость - жидкость имееі принцип минимума свободной энергии системы, вытекающий из второго закона термодинамики. Он позволяет определять направление тех или иных процессов выяснять условия устойчивого термодинамического равновесия, устанавливать наиболее вероятное состояние системы, определяет способность веществ химически реагировать друг с другом с образованием качественно новых соединений [52, 53). Широкие возможности при расчете химического равновесия сложных многокомпонентных гетерогенных систем, какой является флотационная пульпа, дает использование физико-химического моделирование процесса на ЭВМ 54-561. получившее распространение в геохимии, минералогии, химической технологии. Для изучения процессов, протекающих на поверхности минералов в водной среде и растворах NaCl В.А, Скворцовым была смонтирована с помощью программного комплекса «Селектор» мультисистема [57]. В качестве объектов исследования были взяїм минералы меди Удоканского месторождения - халькозин, борнит, брошантиг и борнит-халвкозин совместно, как наиболее часто встречающиеся в сростках на панком мес горождепии.
Рассматриваемая мультисистема состоит из восьми независимых компонентов, определяющих ионный состав флотационной пульпы, и семидесяти восьми зависимых, представляю!] (их собой подбор всех возможных в системе водных, газообразных соединении независимых компонентов и твердой фазы (табл, 2.3Л). Для оценки окислительно-восстановительных условии вводится индекс Є . Система рассматривалась как опфълад по отношению к атмосферной углекислоте (Рсо2 = Ю 3,:і атм); при температуре 298 ЭК и давлении 1 бар с учетом коэффициентов активности водной фазы, что наиболее реально соответствует условиям флотациопноіо процесса,
Термодинамические параметры всех соединений и фаз взяты из работ [54, 55, 58, 59 н др.]. Физико-химические процессы моделировались с использованием величины v - степень протекания реакции, которая аналитически выражает интенсивность процесса. Результаты расчетов в системе «минерал-вода» показывают, что поверхности халькозина, борнита и брошаптита претерпевают существенные изменения (рис.2.7 - 2ЛЗ). Па рисунках приведено влияние интенсивности протекания процесса на концентрацию соединении в растворе.
Как видно w-i рис. 2.7 происходит частичное растворение халькозина в воде, содержание его в растворе падает и при lg v от 10 до 12 остается постоянным, при этом на сто поверхности при низкой интенсивности процесса oSpse ica міл аллїї тда ыедъ (иртш. Ъ\ а затш щт \-g v = %А1 соединение в виде ковеллина (крив. 2). Кроме того, при lg v от 0 до 12 в растворе могут образовываться низкие концентрации (1,3-10" -1,610" моль кг-НоО) ионов меди и ее соединений с хлором (рис. 2.8, крив. 6,7). В целом, ионный состав раствора очень разнообразен и Б большинстве своем содержание иопов лежит в области низких концентраций от L99-10" до 1,8 Ю" 7 моль/кгНгО, Обращает на себя внимание повышение концентрация ионоь водорода (крив. 11, рис. 2.7) и НСО$" (крив. 6): появляются продукты окисления серы: ионы HS" и S"" и железа Fe(OH)4 \ Fe(OH) , концентрация которых вновь возрастает в области ig v от Ідо 83 а затем стабилизируется на низком уровне.
При рассмотрении термодинамических условии существования смеси халькозина и борнита в воде отменены так же процессы растворения логарифм концентрации их с 2,7и 2,3 моль/кг-Н20 снижается до 6,02 и 6:95 соответственно, при lg v отІО до 12 происходит образование ковеллтша (рис.2.9 . 2,10). На протяжении всего процесса наблюдается устойчивые концентрации ионов Fe2", HS", СГ, CLL+, НСОз 㥠и ОН", Концентрация ионов железа выше, чем в системе с халькозином,
Концентри пня брошантита в системе мброшантит-вода» меняется гораздо в более узком диапазоне интенсивности процесса, при lg v от 3 до 4 она меняется с 6\Ы02 до 2,12-10"s моль/кі-Н20 (рис. 2.11, 2.12}. На протяжении всего процесса тта поверхности минерала идет образование оксида меди, а при lg v от 6 до & присутствуют халькозин (крив. 2, рис. 2.11), ковеллин и металлическая медь. Значительно больше в растворе катионов меди Си, Си +, СиСҐ, а также ее гидрооксидных и сульфатных соединений. В области lg v от 3 до 8 наблюдается повышение концентрации хлоридов и сульфатов железа (крив. 8, 9, рис. 2.12).
Процессы, протекающие с системе «борнит-вода» имеют некоторые отличия от предыдущих. Концентрация борпита остается посюлшюй (1,9910"2) oTlg v от-3 до 1, а затем незначительно надает (рис. 2.13). при lg v от 1 до 12 происходит образование халькозина, с постоянной концентрацией 1,9210" моль/кГ НзО.
Электродные потенциалы и флотируемость сульфидных медных минералов
Как известно, при контакте минералов с водным раек, во ром во флотационной пульпе между ними возникает разность электрических потенциалов, обусловленная несимметричным распределением заряженных частиц и обрагованисм двойного электрического слоя на границе радела фаз. Существует несколько причин возникновения разности потенциалов: неэквивалентный переход ионов металла и серы из твердой фазы в электролит; избирательная адсорбция наряженных частиц или полярных молекул на поверхности сульфидов; ориентированная адсорбция незаряженных полярных или поляризуемых частиц (молекул воды. реагентов и др.)
В водных растворах и флотационных пульпах, характеризующихся сложным ионно-молекулярньш сое гадом, образование двойного электрического слоя на границе минерал-раствор обусловлено одновременно несколькими причинами. Закрепление на поверхности флотационных рсатентов, а также химическое взаимодействие с минералами окис.штелыю-восстаповителъных ионов изменяет электрохимический потенциал поверхности минералов . Поэтому электрохимический потенциал является весьма чувствительным индикатором различных адсорбционных и химических процессов, протекающих на поверхности часънц минералов флотаїшонной пульпы. В связи с э гим возни кает необходимость экспериментального контроля электрохимических свойств минералов, определения связи их с флотируемостью и поддержания в оптимальных пределах контролируемых параметров при экономически эффективных вариантах пульпопо л готовки.
В лабораторных условиях целесообразно использовать для этих целей потешщостатичеокии метод и метод циклических кольташтерограм [60, 61]. Учитывая, что в реальных условиях флотации технически невозможно определить заряд поверхности и значение электродного потенциала каждой минеральной частицы, находящейся в объеме пульпы, пелееообразпо контролировать ход этого процесса по величине окислительно -восстановительного потенциала пульпы ( F.li), значения которого отражают характер изменения электродных потенциалов минералов.
Таким образом, сложные процессы, ігроисходяпше при контакте минералов с жидкой фазой флотационной пульпы, определяют ход из менения электрохимических свойети их поверхности, являющихся ОДНИМ из основных факторов, непосредственно влияющих на эффективность флота ции минералов. При этом одной, из важнейших электрофизических ха рактеристик состояния поверхности минерал ып х частиц является электродный потенциал сульфидных минералов, значение которого опре деляет их флотационное поведение в различных условиях, создаваемых в процессе флотации. Следовате.тьно, управляя поверхностными электро химическими свойствами минералов, можно регулировать и их взаимо действие. Ряд авторов исследовали зги положения Б своих работах. 1ак5 Плаксин И.Н., ТТТафеев Р.Ш., Чалтурия В,АГ обосновали pan поверхностного слоя кристаллической решетки минерала в закреплеіши флотационных реагентов па поверхности сульфидных минералов и предложили оценивать адсорбционную активность минералов по электрофизическим параметрам их кристаллической решетка [62-641. Исследования ряда авторов устанавливают связь между электрохимическими свойствами поверхности минералов и их флотационным поведением [65-69]. Плаксив И,Н. и Соловьева Л.Р. предложили использовать метод измерения электродных потенциалов как основу для изучения взаимодействие поверхности сульфидных минералов с флотационными реагентами [70.711, Шафеев Р-Ш- усіановил наличие прямой зависимости между нарядом минерала и его смачиваемостью [63].
Итаксин ПН. и Соловьева Л.Р. определили, что для успешной флоталии сульфидов необходимо окисление их поверхности за счет контакта с кислородом, растворенным в воде 72]. Процесс повышения эффективности флотация минералов при этом связывается с изменением их электродных потенциалов [73]. Соловьева Л,Р. и Хохлова НЕ. применили метод измерения электродного потенциала к изучению активаторов и депрессоров 74]. Таким образом имеется достаточно оснований лдя использования метода электродных потенциалов в качестве основною фактора, определяющего условия эффективного извлечения сульфидных минералов в процессе их флотации.
Минеральную поверхность возможно (и необходимо ) подготавливать к флотации за счет регулирования ее заряда и потенциала и создавать чем самым условия для надежного закрепления на ней флотационнах реагентов [75-77].
Механизм взаимодействия реагентов с поверхностью сульфидов, как отмечено в работах И. Плаксина, в значительной мере определяется электрохимическими и полупроводниковыми свойствами кристаллических гзешеток минералов. В исследованиях отечественных и зарубежных ученых наглел подтверждение вывод о гом, что устойчивое закрепление собирателей на поверхности сульфидов наблюдается только после поверхностных изменений на минералах, связанных с необходимостью небольшого их предварительного окисления [75, 78-81 и др.]. Таким образом, электрохимическим свойствам отводится весьма важная роль Б обеспечении оптимальных условий для осуществления элементарного акта флотании,
Выполнены исследования по изучению изменения элею о химических свойств минеральной поверхности вторичных сульфидов в условиях, близких к реальным флотационным, и возможности установления их связи с флотируемостъю сульфидов меди Выявленные основные закономерности проверялись флотационньми экспериментами.
Исследования поверхностных изменений сульфидных минералов на границе раздела твердо е-жи л кое производились при помощи измерения электродных потенциалов. Объектом для исследования послужили наиболее распространенные в сульфидных и смешанных рудах Удокатюкого месторождения вторичные сульфиды меди: халькозин и борнит.
Для выполнения исследований из руды Удоканского месторождения были отобраны крупнокусковые фракции: состоящие из халькозина и борнита в соотношении 1:1. Чистота мономтшералов проверена спектральным и рентгеноспектральным анализами.
Использование нейтральных солей при флотации молибденовых руд Бугдайнского мeсторождения
Для объяснения причин усиления флотации окисленных медных руд Удоканского месторождения предлагается рабочая гипотеза, основаїшая па изменении поверхностных свойств окисленных минералов кристалло-гидратнои формы,
Известно, что граничные слои играют значительною роль в устойчивости водных пленок, это подтверждено работами ряда авторов, шести существенный вклад в теорию смачивания [97-99]. Б.В, Дерягиньш и Н.В. Чураеъым введено предегавяение о сіруктурной составляющей расклиниваю і це го давления, связанной с перекрытием граничных слоев жидкости, окружающей взаимодействующие частицы и пузырьки воздуха [100-104]. На основании многих экспериментальных данных можно считать, что структура слоев жидкости вблизи поверхности раздела отлична от структуры объемной жидкости [105-113]. В случае лиофилыгьтх поверхностей такие структурные изменения распространяются на значительные расстояния от твердой поверхности. При этом, свойства жидкости, находящейся вблизи поверхности, отличаются oi свойств се в объеме [105, 106,107-116]. так обнаружена аномалия диэлектрических свойств fill]; эффект скачкообразного изменения электропроводности [1 17, изменение вязкости [1123 113] и т.д. Широко извесшы работы Г. Пешеля [11S] ио исследованию граничного слоя воды у поверхности кварца в присутствии электролитов. Сфуктурные изменения воды в граничном слое подтверждаются спектральными методами и расчетом структуры тонких прослоек методами молекулярной дишмики и Монте-Карло [118-122]. Ориентация молекул в граничном слое, повыптетше вязкости, появление сопротивления сдвигу могут значительно препятствовать сближению частицы и пузырька. Перекрытие их при сближении приводит к появлению структурной составляющей расклинивающего давления. Протяженность граничных слоев и степень их структурирования зависят от свойств поверхности минерала, природы растворителя, температуры и концентрации растворенных веществ [113]. На близких расстояниях (5-10 молекулярных диаметров) структурирование возникает за счет ион д мюльного и дитюлъ-дитюльного взаимодействия, а на больших расстояниях (до сотен молекулярных диаметров) за счет кооперативных связей. Учитывая при этом клатратную (квазикристаллическую [123] структуру воды, можно пред пол ожить, что наличие в жидкой фазе электролита достаточной концентрации приводит к разрушению структуры граничных слоев на поверхности минерала, то есть соль влияет на структурную составляющую расклинивающего давления. Ионы Na и СУ имеют различные размеры (Гщ,, = 0,997 нм, гС]- = 0,165 нм)3 ион Na окружен в растворе четырьмя молекулами воды, а ион СГ - шестью. Поэтому можно ожидать, что они по разному будут влиять на структуру воды: ион К расположен в каркасе, в то время как ион СУ - в пустотах тетраэдрической структуры воды, что приводит к деформации ее водородных связей, поверхность частиц гидрофобизируется, улучшается доступ к ней сульфидизатора, а затем и собирателя. Можно предположить, что кристаллизационная вода в кристаллической решетке антлерита и брошантита Удоканского месторождения имеет структуру, отличающуюся от структуры граничных слоев и тем более от структуры воды Б объеме, Она имеет ль до подобную структуру, обладающую по мнению ряда "исследователей гидрофобными \отрицательная гидратация) свойствами [124], обусловившую улучшенную флотационную способность по сравнению схеми же минералами с другой кристаллической решеткой. Исследования по влиянию растворов нейтральных солей на флотацию медных минералов проводили на трех типах руд Удоканского месторождения: сульфидной со степенью окисления 30 % (проба Ппп), смешанной со степенью окисления 69,5 % (проба 7пп) и окисленной со степенью окисления 81,4 %. Пробы Ппп и 7пп были отобраны с месторождения в 1982 году для проведения на них полупромышленных испытаний в Шерловогорской опытной экспедиции по технологической схеме ГИНІДВЕ ГМЕТа, В это же время был подробно изучен вещественный состав проб [325, 126]. Вещественный состав окисленной пробы был изучен в лаборатории минералогии ЗабНИИ в 1990 году [127]. Сульфидная проба (11 111 1) представлена кварпитовиднътм песчаником, содержащим включения алевролитов, шеееткяка, железистого материала. По своему составу проба на 96 % состоит из породообразующих минералов, среди которых преобладают кварц, полевые шпагьг Из текстур наиболее широко распространены вкрапленная, прожил ковал. Основным типом структур является цементная. Качественная характеристика пробы приведена в табл. 5,1.1. К главным рудным минералам относятся халькозин, брошантит, гематит, гидроокислы железа. В меньших количествах встречаются малахит. борнит, магнетит,
Таким образом, руда сульфидной пробы содержит 30 % окисленной меди и относится к брошантит - халькозине вой разновидности, промышленную ценность в руде представляет медь, содержание которой составляет 1,4 %. Минералы меди и сульфидные и окисленные тесно связаны е гематитом: магнетитом, кварцем, карбонатами, слюдами.
Смешанная проба (7 ПП) но результатам петрографического и минералогического анализов представлена массивным мелкозернистым песчаником светло серого цвета с прослоями темных алевролитов. Наряду с рассеянной тонкой вкрапленностью рудных минералов па фоне орудснелых песчаников выделяются до 5 см в поперечнике гнезда, с густо вкрапленной борнит - халъкозиновой минерализацией, прожилки халькозина и гематита мощъноетью 1.0 1 п5 мм. халькопирита до 5 - 8 мм. Степень распространенности сульфидных минералов меди соответствусі следующему порядку убывания: халькозин, халькопирит, ковеллин. борнит. Окисленная медная минерализация в виде брошашита, реже малахита, хризоколлы и азурита представлена корочками, прожилками и землистыми . рыхлыми скоплениями.
