Введение к работе
доктор технических наук Папичев В.И.
Актуальность работы. За время эксплуатации основных медно-цинковых месторождений минерально-сырьевая база горно-обогатительных предприятий заметно ухудшилась. На переработку поступают труднообогатимые медно-цинковые руды, отличающиеся низким содержанием ценных компонентов, неблагоприятным соотношением меди и цинка и высоким содержанием сульфидов железа, что приводит к снижению технологических показателей обогащения и большим потерям цветных металлов с отвальными хвостами. Медно-цинковые руды отечественных месторождений в основном являются сульфидными. Из-за сложного минерального состава руд, тонкого взаимопрорастания сульфидных минералов между собой и пустой породой, высокой доли сульфидов железа, доходящей до 90 %, близости физико-химических и технологических свойств сульфидов в процессе обогащения возникают большие трудности. Медно-цинковые сульфидные руды перерабатывают, в основном, флотацией и при этом важной проблемой является селекция медных и цинковых минералов от сульфидов железа. В настоящее время совершенствование реагентного режима флотации является одним из основных способов повышения технологических показателей обогащения. Выбор реагентов-собирателей, применяемых в настоящее время при обогащении медно-цинковых руд, не велик. На российских обогатительных фабриках используется, в основном, бутиловый ксантогенат, который отличается своим малоселективным действием при сульфидной флотации. В последнее время поиск, исследование и синтез новых реагентов преимущественно направлен на изучение и исследование тех химических веществ, которые в меньшей степени флотируют сульфиды железа в сравнении с медными и цинковыми сульфидами. Однако эти реагенты, все же флотируют сульфиды железа, что не позволяет добиться высоких показателей селективности флотационного обогащения. Перспективным направлением в решении этой проблемы является поиск комплексообразующих реагентов (собирателей/депрессоров), селективно образующих гидрофобные или гидрофильные соединения с атомами меди, цинка и железа на поверхности минералов для их флотации или депрессии.
Цель работы. Научное обоснование действия нового селективного реагента собирателя класса пиразола – АМД (1-фенил-2,3-диметил-4-диметиламинопиразолон-5) при селекции сульфидов медно-цинковых руд.
Идея работы. Использование нового реагента АМД в цикле цинковой флотации для усиления контрастности поверхностных физико-химических свойств сульфидов и повышения технологических показателей обогащения.
Методы исследований: растровая электронная микроскопия (РЭМ) (микроскоп LEO 1420VP), рентгеноспектральный микроанализ (энергодисперсионный спектрометр INCA Oxford 350), оптическая микроскопия (ОМ, Olympus BX51), лазерная микроскопия (KEYNCE VK- 9700), атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (VISTA RL CCD Simaltaneous), ИК-Фурье спектроскопия (Ифралюм FT-8), УФ-спектроскопия (Shimadzu UV-1700), рентгеновская дифрактометрия (Shimadzu XRD 7000), рентгенофлуоресцентная спектроскопия (ARL ADXP-2394), флотация, методы математической статистики для обработки результатов исследований.
Лабораторные и технологические исследования проводились на мономинеральных фракциях пирита, сфалерита, халькопирита, шлифах пирита, халькопирита, сфалерита и на Zn - Py продукте обогащения медно-цинковой руды Тарньерского месторождения в лаборатории ИПКОН РАН. Исследования методами растровой электронной микроскопии, оптической микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, рентгенофлуоресцентной спектроскопии были проведены в центре изучения минерального сырья при ИПКОН РАН. Укрупненные испытания разработанного реагентного режима проведены на медно-цинковых сульфидных рудах Тарньерского и Ново-Шемурского месторождений в исследовательской лаборатории обогатительной фабрики ОАО «Святогор», г. Красноуральск, Свердловская область.
Основные защищаемые положения
1. Теоретически и экспериментально обоснован механизм взаимодействия нового реагента АМД с поверхностью сфалерита, халькопирита и пирита заключающийся в том, что:
- на поверхности сфалерита в широком диапазоне рН реагент АМД закрепляется химически (химическая сорбция) с образованием устойчивого гидрофобного комплексного соединения, спектры которого подобны спектрам синтезированного комплекса АМД с цинком.
- на поверхности халькопирита реагент АМД в широком диапазоне рН закрепляется химически (химическая сорбция) с образованием устойчивого гидрофобного комплексного соединения с медью.
- на поверхности пирита реагент АМД непосредственно не адсорбируется, интенсивно окисляясь ионами трехвалентного железа с образованием гидрофильных продуктов окисления, адсорбция которых приводит к снижению флотируемости минерала.
2. Регуляторы комплексообразования роданид аммония и уксусная кислота, а также сернокислая медь (при концентрации, не превышающей 200 мг/л) способствуют закреплению АМД на поверхности минерала; роданид аммония играет роль дополнительного лиганда при комплексообразовании, увеличивая прочность и скорость закрепления собирателя.
3. Экспериментально установлено, что реагент АМД является более селективным собирателем, чем бутиловый ксантогенат, проявляя собирательные свойства по отношению к халькопириту и сфалериту и практически не флотируя пирит. В диапазоне рН 7 11 извлечение сфалерита АМД, по сравнению с БКК, падает на 3 10 % при снижении извлечения пирита в тех же условиях на 50 30 %. Разница в извлечении пирита и сфалерита составляет 3510 %, тогда как при использовании бутилового ксантогената она не превышает 10 %. Извлечение халькопирита при флотации реагентом АМД достигает 90 %.
4. Экспериментально определено, что введение активаторов флотации - роданида аммония и медного купороса в процесс флотации сфалерита сочетанием реагентов АМД и БКК увеличивает селективность флотации: при повышении извлечения сфалерита до 91 % извлечение пирита снижается и составляет 3,8 %.
5. Предложен и апробирован на медно-цинковых сульфидных рудах, перерабатываемых ООО «Святогор», реагентный режим, предусматривающий использование в качестве собирателя нового реагента АМД в сочетании с БКК, что позволило повысить извлечение меди в медный концентрат на 7,5 %, цинка в цинковый концентрат на 4 % при снижении содержания пиритного железа в цинковом концентрате и снижении потерь меди и цинка с хвостами флотационного обогащения.
Научная новизна работы состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании механизма отделения халькопирита и сфалерита от сульфидов железа реагентом АМД в сочетании с роданидом аммония в щелочной среде за счет образования на поверхности халькопирита и сфалерита прочных гидрофобных комплексных соединений с медью и цинком, а на поверхности сульфидов железа гидрофильных продуктов окисления АМД трехвалентным железом.
Практическая значимость работы. Предложен способ повышения технологических показателей флотационного обогащения медно-цинковых сульфидных руд, основанный на использовании реагента собирателя АМД (1-фенил-2,3-диметил-4-диметиламинопиразолон-5).
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, представленных в работе, определяется и подтверждается использованием современной приборной базы и апробированных стандартных методик, непротиворечивостью полученных результатов и выводов, удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных исследований при доверительной вероятности не менее 95%.
Личный вклад автора заключается в анализе последних достижений науки, техники и технологии в области флотации медно-цинковых сульфидных руд и методов повышения селективности обогащения на основе изучения научно-технической литературы; участии в проведении комплекса экспериментальных исследований по изучению нового реагента АМД, определении характера закрепления реагента на поверхности сульфидов, его флотационных и сорбционных свойств по отношению к основным сульфидам медно-цинковых руд – сфалериту, халькопириту, пириту, выявлении закономерности влияния регуляторов комплексообразования (сернокислая медь, роданид аммония, уксусная кислота) на процесс сорбции и флотации сфалерита реагентом АМД, разработке и апробации реагентного режима на продуктах обогащения и сульфидной медно-цинковой руде Тарньерского месторождения в лабораторных условиях ИПКОН РАН и ОФ «Святогор», анализе и обобщении полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных семинарах ИПКОН РАН, Международном совещании Плаксинские чтения (Казань, 2010 г., Верхняя Пышма, 2011 г., Петрозаводск, 2012 г. и Томск, 2013 г.), VII-IX международных научных школах молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва: ИПКОН РАН, 2010-2012 г), научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва: МГГУ, 2010, 2011 гг.),
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, из них: в рекомендованных ВАК РФ изданиях – 3, в прочих изданиях – 10, 1 Решение о выдаче патента на изобретение, заявка № 2012129942/ (047034) от 16 июля 2012 г.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка использованных источников из 98 наименований, 1 приложения; содержит 124 страниц машинописного текста, 29 рисунков и 23 таблиц
