Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теория и технология обогащения апатито нефелиновых руд 11
1. 1 Краткая характеристика вещественного состава апатито -нефелиновых руд Хибинского массива и их технологические
особенности 11
1.1.1 Основные минералы апатитовых руд 11
1.1.2 Характеристика месторождений апатитовых руд 13
1.1.3 Реагентные режимы 18
1.1.4 Флотационные свойства минералов апатитовых руд 20
1. 2 Теория и практика использования оборотных вод 23
1.2.1 Существующие схемы оборотного водоснабжения 23
1.2.2 Внедрение оборотного водоснабжения 31
Выводы 35
ГЛАВА 2. Методы исследования 38
2.1 Методика проведения термодинамического анализа и физико-химического моделирования 38
2.2 Физико-химическое моделирование флотационных систем 42
2.3 Флотационные исследования 44
2.4 Используемые материалы и реагенты 45
ГЛАВА 3. Исследование причин вредного влияния оборот ных вод на флотацию апатито - нефелиновых руд 48
3. 1 Исследования по влиянию оборотных вод на флотацию апатита 48
Выводы з
3.2 Исследование возможности образования олеатов кальция и железа при флотации апатита 71
3. 2. 1 Изучение состояния оксигидрильного собирателя в жидкой фазе пульпы 71
3. 2. 2 Изучение состояния солей кальция в жидкой фазе пульпы 74
3. 2. 3 Изучение состояния солей железа в жидкой фазе пульпы 75
3. 2. 4 Изучение состояния солей алюминия в жидкой фазе пульпы 78
3. 2. 5 Физико-химическое моделирование необходимой для образования олеата металла концентрации кальция 79
3. 2. 6 Физико-химическое моделирование необходимой для образования олеата металла концентрации железа 82
3. 2. 7 Физико-химическое моделирование необходимой для образования олеата металла концентрации алюминия 84
В ыводы 85
3.3 Исследование влияния растворимых солей на апатит и минералы породы 86
Выводы 94
3.4 Исследование вредного влияния шламов на флотацию апатита 96
3.4.1 Влияние шламов, образованных олеатами ионов металлов 96
3.4.2 Влияние минеральных шламов 99
Выводы 104
ГЛАВА 4. Пути реализации результатов исследований на обогатительных фабриках 105
4.1 Определение необходимой концентрации регулятора для кондиционирования оборотных вод 105
4.1.1 Определение необходимой концентрации жидкого стекла для кондиционирования оборотных вод 105
4.1.1.1 Состояние силиката натрия в водных растворах 105
4.1.1.2 Расчет необходимой концентрации жидкого стекла 107
4.1.2 Определение необходимой концентрации ортофосфата натрия для кондиционирования оборотных вод 108
4.1.2.1 Изучение состояния ортофосфата натрия в водных растворах 108
4.1.2.2 Расчет необходимой концентрации ортофосфата натрия 110
4.1.3. Определение необходимой концентрации соды для кондиционирования оборотных вод 111
4.1.3.1 Состояние соды в водных растворах 111
4.1.3.2 Расчет необходимой концентрации соды 112
4.2 Определение оптимальных условий флотации апатита в условиях водооборота 116
4.3 Разработка принципиальной схемы системы автоматизации 120
Выводы 122
Заключение 123
Литература
- Основные минералы апатитовых руд
- Физико-химическое моделирование флотационных систем
- Изучение состояния оксигидрильного собирателя в жидкой фазе пульпы
- Определение необходимой концентрации жидкого стекла для кондиционирования оборотных вод
Основные минералы апатитовых руд
Механизм действия собирателей этой группы хорошо изучен. Здесь отмечены только специфические для данных руд моменты.
Нефелин, присутствующий в значительных количествах во всех хибинских рудах, обладает повышенной растворимостью в воде. Это изменяет рН среды до 9.0 и придает пульпе определенные буферные свойства. Изменение естественного рН среды добавлением щелочей или кислот постепенно и самопроизвольно выравнивается.
Относительная флотируемость главных минералов апатито-нефелиновых руд собирателем с карбоксильной солидофильной группой показана на рис. 1.1. Использованные в этих опытах минералы содержали не более 5 % примесей. Видно, что апатит флотируется значительно лучше всех остальных минералов. Ближе всех к нему темноцветные минералы — сфен и эгирин, хуже всего флотируются нефелин и продукт его разложения — шпреуштейн. Таким образом, в принципе апатит может достаточно селективно сфлотирован одним собирателем. Так ранее и работали хибинские фабрики. По мере отработки неизмененных руд в шихту, поступающую на фабрики, начали попадать выветрелые разности и флотация резко нарушилась. Это побудило исследовать действие реагентов-регуляторов.
Влияние жидкого стекла на флотируемость минералов показано на рис. 1.2. При малых расходах жидкого стекла отмечается даже определенная активация флотации апатита, свойственная также и другим кальцийсодержащим минералам — кальциту, флюориту и шеелиту. При оптимальных, относительно невысоких дозировках жидкого стекла селективность флотации апатита возрастает, флотация нефелина подавляется. Но флотируемость шпреуштейна практически не изменяется.
Активирующее действие небольших количеств жидкого стекла объясняется взаимодействием реагента с «неизбежными» ионами, что улучшает ионный состав пульпы и процесс флотации в целом. Кроме того, добавление Na2Si03 в малых концентрациях несколько улучшает пенообразование, изменяет рН пульпы в направлении, улучшающем флотацию апатита, а также снижает электрокинетический потенциал до изоэлектрического состояния поверхности апатита. Последнее способствует увеличению сорбции жирных кислот апатитом, улучшая гидрофобизацию поверхности извлекаемого минерала [26]. При исследовании этого вопроса, М. А. Эйгелес утверждает [89, 90], что малые расходы жидкого стекла, адсорбируясь на воздушных пузырьках, увеличивают скорость образования комплекса «минерал - пузырек».
Значительный масштаб производства и географическое расположение действующих апатитовых обогатительных фабрик (отсутствие возможности сброса сточных вод без ущерба для окружающей среды) сделали актуальным применение на этих фабриках полного водооборота. В настоящее время осуществляется 80 % водооборот.
В Центральной лаборатории АО «Апатит» был проведен ряд исследований по применению оборотных вод для промышленной флотации апатито-нефелиновой руды [63]
Для первой серии исследований была смонтирована опытно-промышленная установка. Руда после измельчения с предварительным грохочением и последующей классификацией поступает на основную флотацию. Концентрат поступает на три перечистки. Хвосты идут на контрольную флотацию. Хвосты контрольной флотации поступают на классификацию, слив которой идет в отстойник. Слив отстойника является оборотной водой. Исследованиями установлено: 1. Для получения єР 0 близкого к величине 95% требуется повышенный расход собирателя, жидкого стекла и NaOH по сравнению с водопроводной водой. 2. На селективную флотацию и минерализацию пены положительное влияние оказывают оксиэтилированные спирты нормального строения с малым числом оксиэтильных групп и в значительно большей мере, чем применение ОП-4. 3. Оксиэтилированные спирты (ОС) в зависимости от концентрации оказывают влияние на стабильность суспензий измельченных минералов, уменьшая ее до некоторого минимального значения. 4. Для каждой заданной системы водооборота существует свое сорбционное равновесие между рудой, растворами электролитов и добавленными электролитами; эти условия оказывают влияние на селективную флотацию апатита и для получения оптимального извлечения должен применяться соответствующий реагентный режим. 5. Предварительный контакт оборотной воды с жидким стеклом и, особенно, при контактировании с воздухом во флотационном аппарате, оказывает положительное влияние на селекцию процесса. Исследования проводились в II этапа.
Использование оборотной воды на 1 этапе было начато после заполнения отстойника сливом классификатора при работе установки на свежей воде с применением реагента ОП-4. Полученное извлечение 94,3% нельзя считать удовлетворительным и сравнимым с фабричными. Поэтому показатели обогащения на установке с различными водами могут сравниваться с показателями, полученными только на установке.
Было выявлено, что обработка воздухом воды отстойника не дает заметного прироста є, хотя это сравнение проведено для различного содержания взвешенных веществ в воде (11,6 и 17,8 г/л). В другие периоды испытания замечено повышение є до 94,2 % при содержании взвешенных веществ 8,5 г/л, по сравнению с содержанием в воде взвешенных веществ 13,2 г/л и єР 0 = 92,3 %.
Замеры солемером показали, что материал, поступающий в отстойник содержит меньше растворимых солей, чем оборотная вода, поступающая в мельницу, несмотря на ее разбавление свежей воды, что связано с добавлением жидкого стекала в последнюю.
Расход собирателя приблизительно одинаков с расходом на свежей воде. Расход жидкого стекла и NaOH были выше. Расход ОС-2 практически одинаков с расходом ОП-4 на свежей воде, но, по 25 видимому, он будет меньше при промышленных испытаниях на оборотной воде.
II этап испытаний начат после очистки отстойника от шламов и заполнения его сливом классификатора при работе установки на свежей воде с применением ОС-2.
По условиям работы фабричной секции установка была вынуждена прервать обогащение руды с предварительным грохочением, поэтому появилось два периода работы установки с грохоченном и без грохочения руды. В первом случае были получены показатели весьма удовлетворительные, если их сравнивать со средним показателем обогащения на свежей воде: содержание Р205 = 39,29 % и є = 94,47 %. В эти периоды утечка оборотной воды была устранена.
Обогащение руды без грохочения дало пониженные результаты как по содержанию Р2О5 = 39,18%, так и по sP0= 92,75%. Среднее содержание взвешенных веществ мало отличается в эти два периода. Оборотная вода была также испытана с добавлением воды теплообменников (вместо свежей воды). В этом случае за короткий период было получено Єр о = 93,88 %, близкое к извлечению на свежей воде.
Содержание Са и Mg в свежей воде соответственно составляло 55 мг/л и 1,84 мг/л. В сливе классификатора, при работе на свежей воде, в его ультрафильтрате, содержание Са снизилось до 3,1 мг/л, a Mg до отсутствия при/?#= 8.8. Содержание Si02составило 6,7 мг/л.
Аналитически среднее содержание сухого остатка в свежей воде составило 52 мг/л, по солемеру 51 мг/л. В ультрафильтрате слива классификатора по солемеру среднее содержание сухого остатка было равно 134 мг/л. В начале испытаний содержание солей в оборотной воде было равно 224 мг/л.
Физико-химическое моделирование флотационных систем
Опыты показали, что наибольшую чувствительность к снижению температуры имеет ДТМ, его поверхностная активность на границе раздела Г-Ж заметно снижается при концентрациях 0,22 г/л и 1 г/л, в меньшей мере это относится (при концентрации 0,22. г/л) к ОС-100, ВМГ, СС (фабричная смесь). При 12С поверхностная активность таких реагентов, как СТМ, ТЖК, CC-IV увеличивается (при 0,22 г/л). Из этого следует, что для отдельных реагентов ДТМ, ССф даже пятикратное увеличение их концентрации не перекрывает влияния на их поверхностную активность снижения температуры. СТМ, ТЖК, CC-IV при низкой температуре несколько повышают свою поверхностную активность.
Опыты по устойчивости пены дали следующие результаты. При концентрации 1,25 г/л наименее устойчивую пену дает ДТМ и СС-1 (МПА-І - 25 %, ТЖК - 35 %, СТМ - 30%, ОкП - 10 %). Первоначальная высота столба пены увеличивается при 12С для ДТМ, ОкП, МПА и всех СС-1, но время жизни пены во всех случаях составляет 5 мин при концентрации 1,25 г/л. Для ОС-100 высота столба пены несколько снижается, время жизни пены равно 5 мин. Результаты этих опытов также подтверждают высокую чувствительность ДТМ к снижению температуры.
Приведенные исследования показывают, что снижение температуры пульпы оказывает отрицательное влияние на флотацию апатита, что выражается в снижении технологических показателей, скорости флотации, увеличении пенного слоя. Оптимизация показателей может быть достигнута заменой ДТМ на МПА.
Как известно, сточные воды, образующиеся при обогащении апатита и других видов горнохимического сырья, можно разделить по составу на две основные группы [26]: 1. Жидкая фаза хвостов (основная часть сточных вод), которая характеризуется небольшой жесткостью, повышенным содержанием шламов (до 10 г/л) и низкой концентрацией солей; 2. Сливы сгустителей и фильтраты вакуум фильтров, отличающиеся вследствие использования коагулянта высокой жесткостью, повышенной концентрацией ионов, органических флотореагентов и невысоким содержанием взвешенных веществ.
Эти особенности состава сточных вод обусловливают значительные трудности при разработке схем водооборота.
Был проведен ряд исследований, посвященных изучению ионного состава оборотных вод и его влиянию на флотацию апатита, влиянию шламов на флотацию апатита, а также разработке схем водооборота и новых реагентных режимов, не чувствительных, в первую очередь, к солям жесткости.
Как было сказано выше, ионный состав оборотной воды оказывает значительное влияние на селективность флотации апатита. Отрицательное влияние отдельных ионов, и особенно ионов кальция, при флотации несульфидных руд отмечали многие исследователи.
Активацию флотации кальцита в присутствии солей кальция при флотации его олеатом натрия отмечал еще Сазерленд [70].
Много исследований посвящено активации флотации кварца солями кальция, железа и других металлов.
Люшня Л. М. и др. [45] указывают, что соли кальция и магния незначительно изменяют флотируемость алунита. Сернокислый алюминий резко подавляет флотацию алунита, а соли трехвалентного железа при расходе до 50 г/т незначительно активируют флотацию алунита, а при более высоком расходе приводят к резкому подавлению его флотации при одновременной активации флотации кварца, каолинита и халцедона. Результаты измерений электрокинетического потенциала поверхности алунита и каолинита в зависимости от расхода солей трехвалентного железа и алюминия показывают, что на поверхности этих минералов имеет место преимущественная сорбция катионов. Катионы трехвалентного железа при расходе соли до 300 г/т увеличивают адсорбцию олеата натрия на поверхности алунита.
Сорокин М. М. [75, 76] отмечает, что содержащиеся в воде соли натрия, анионы которых повышаются (HCCV, С03\ ОН" и Si032"), наряду с Са +, Mg2+ и Fe2+ оказывают подавляющее действие на флотацию мартита олеатом натрия. Соли натрия, анионы которых не влияют на рН воды (СГ и SO4") оказывают активирующее действие на флотацию мартита и тем самым несколько уменьшают подавляющее действие катионов Са2+ и Mg2+.
Фролов Ю. Г. и др. установили, что коллоидный кремнезем также сорбирует катионы из раствора. Величина адсорбции исследованных катионов (Са2+, Mg2+, Sr2+, Ва2+) растет с повышением рН раствора. Установлена обратимость процесса адсорбции из растворов дорЯ8.0, для растворов срН 8.0 обнаружен гистерезис, который объяснен присутствием в растворе растворимой составляющей - ортокремниевой кислоты. Адсорбция ионов кальция Са2+ при С = 1.0 моль/л составляла А = 0.95 мэкв/г Si02.
Таким образом, приведенные выше данные о разработке схем оборотного водоснабжения и его внедрения, а также сведения о влиянии ионного состава воды на флотацию несульфидных руд жирнокислотными собирателями показали необходимость проведения исследований состава оборотной воды апатито-нефелиновой флотации и способах его влияния на процесс обогащения апатита.
На основе анализа состава производственных сточных вод, образующихся в процессе обогащения фосфатного сырья, можно сказать, что основными компонентами оборотной воды ОФ фосфатного сырья будут катионы Са +, Mg2+, Fe2+, К+, Na+ и анионы СГ, S042", С032", НС03", Si032".
В конечном итоге ионный состав сливов хвостохранилища как оборотной воды будет определяться количественным соотношением сливов сгустителей, фильтратов и жидкой фазы технологических хвостов, а также режимом эксплуатации хвостохранилища как очистного гидротехнического сооружения. Следует отметить, что содержание в сливах сгустителей и взвешенных частиц и ионов Ca2+,Mg2+HSi02 очень непостоянно и колеблется в широких пределах.
Содержание Са2+ в сливах сгустителей АНОФ - 2 может изменяться от 48 до 82 мг/л, SO42 — от 150 до 418 мг/л, а содержание взвешенных частиц в отдельных случаях превышает 40 г/л. Это указывает на необходимость повышения эффективности операций сгущения при работе фабрики в условиях водооборота, а также изыскание более эффективных способов сгущения.
Как известно, при подаче железного купороса в пульпу наряду с гидролизом двухвалентного железа происходит его окисление: 4-FeS04 + 8-ОН" + 2Н20 + 02 — 4Fe(OH)3 + 4-S042"
Продукт гидролиза железа имеет аморфную структуру, обладает развитой поверхностью и оказывает коагулирующее действие на мелкие классы апатитового концентрата. Свободные ионы железа, сорбируясь на поверхности апатита, снижают его электрокинетический потенциал, что в конечном итоге приводит к уменьшению стабильности системы, т. е. к коагуляции суспензии апатита. Серная кислота, образующаяся при гидролизе, способствует растворению апатита, и, следовательно, накоплению в жидкой фазе концентрата.
Изучение состояния оксигидрильного собирателя в жидкой фазе пульпы
На рис. 3.25 показана зависимость увеличения равновесной концентрации олеата от содержания ионов кальция в пульпе. Увеличение концентрации ОГ ионов рассчитали как разность применяемой концентрации собирателя в отсутствии OB (lg [ОГ] „еоб. = -4,32) и равновесной концентраций. При увеличении концентрации ионов кальция с 9.5 до 13.5 мг/л концентрация олеат ионов повышается на 13.5 %. На начальных участках кривой А 01р увеличение концентрации достигает 30 % при увеличении концентрации кальция на 3 мг/л (с Здо 6 мг/л). Сравнение изменения равновесной концентрации [ОГ] с увеличением расхода фабричной с/с показывает, что они идут симбатно (см. рис. 3.25). Отсюда можно сделать вывод о том, что увеличение расхода собирателя при флотации апатита на оборотной воде связано со связыванием ионов олеата [ОГ] ионами кальция [Са ].
Как уже указывалось выше, на процесс флотации отрицательно влияют не только ионы кальция, но и ионы железа посредством образования олеата железа. Механизм отрицательного влияния на процесс флотации олеата железа аналогичен действию олеата кальция СаОЬ.
Результаты оценки возможности образования олеата железа (lg [Fe2+] [ОГ]2 = -12.6, по данным [26] и [16]) при различных значениях концентрации олеата и концентрации железа приведены на рис. 3.26. Они показывают, что оптимальные условия образования олеата железа (lg [Fe +] [ОГ]2 -12.6) при используемой на фабрике АНОФ - 2 концентрации собирателя (7 х 10"5 моль/л) наблюдаются при общей концентрации ионов концентрация ионов железа ,мг/л -Концентрация олеата 5 10-7 - Концентрация олеата 5 10-6 - Концентрация олеата 4,1 10-5 -Концентрация олеата 7 10-5 -Концентрация олеата 1 10-6 -Концентрация олеата 1 10-5 -Концентрация олеата 5 10-5 -Концентрация олеата 1 10-4 железа в пульпе 55.0 мг/л, что коррелирует с результатами исследований, проведенных на АО «Апатит» [27].
Были также проведены расчеты зависимости равновесной концентрации ионов олеата [ОГ] от концентрации ионов железа [Fe2+] на основании зависимости lg [Fe2+][01"]2 = -12.6. Результаты расчетов приведены на рис. 3.27.
На рис. 3.28 показана зависимость увеличения необходимой равновесной концентрации олеата от содержания ионов железа в пульпе. Увеличение концентрации ОГ ионов рассчитали как разность минимально необходимой (lg
Основываясь на расчетах состояния алюминия и олеата в растворе была оценена возможность образования олеата алюминия в растворе. Результаты оценки возможности образования олеата алюминия (lg [А13+][ОГ]3 « -25.0, по данным [44]) в присутствии ионов алюминия при рН = 9.5 для различных значений концентрации олеата натрия и ионов алюминия приведены на рис. 3.29.
Из приведенных данных видно, что при любой концентрации ионов алюминия при используемой концентрации собирателя на фабрике (7 х 10"5 моль/л) не происходит связывания собирателя. ВЫВОДЫ
1. Таким образом, приведенные расчеты подтверждают выдвинутое предположение о том, что при существующем расходе собирателя ионы кальция Са2+ и железа Fe2+ могут связывать собиратель в нерастворимый осадок. Как указывалось выше, это не только вызывает необходимость в повышении расхода собирателя, но также вызывает явление «депрессии гидрофобными шламами», т. е. вредном влиянии Са012, Fe012 как шламовых частиц. Кроме этого активируются минералы пустой породы, увеличивается прочность пены.
2. Проведенные физико-химические расчеты позволили определить допустимые концентрации ионов кальция Са2+ и железа Fe2+, при которых не происходит образования олеатов металлов. Для кальция эта концентрация равна 5 мг/л, для железа данная предельная концентрация составляет 55 мг/л при используемой на фабрике концентрации собирателя 7 х 10"5 моль/л).
3. Ионы алюминия, являющиеся продуктом разложения нефелина, при существующем расходе собирателя не образуют олеата алюминия.
4. Можно сделать вывод о необходимости кондиционирования оборотных вод с целью снижения концентраций ионов кальция и железа до значений ниже пределов образования олеатов данных металлов. При этом произойдет снижение расхода собирателя примерно на 15
Как указывалось выше, действие растворимых солей не ограничивается только образованием олеатов металлов. Они также влияют и на флотируемость минералов, входящих в состав апатито-нефелиновых руд.
С целью изучения этого воздействия были проведены литературные изыскания и поставлены опыты по выявлению степени воздействия ионов кальция и алюминия на флотируемость апатита, нефелина, эгирина и сфена.
Опыты проводились в трубке Халлимонда. При всех экспериментах концентрация олеата натрия равнялась 20 мг/л или 7 10"5 моль/л. Результаты опытов и литературные данные представлены на рис. 3.30. Проведенные опыты по флотируемости апатита олеиновой кислотой в чистой воде показали его максимальную флотируемость. при рН = 8.0. Согласно теории, выдвинутой в работе [10], при этом значении рН апатит имеет точку нулевого заряда поверхности, чем и объясняется его наибольший выход. Однако в присутствии ионов кальция картина резко меняется (рис. 3.30а). При рН = 8.0 извлечение несколько увеличилось, но при рН = 9.0 наблюдается резкое снижение извлечения, причем чем больше концентрация кальция, тем сильнее эффект подавления флотации. Далее, при рН » 11.0 флотация минерала активируется, эффект здесь обратно пропорционален увеличению концентрации кальция.
Ионы алюминия также полностью меняют картину поведения апатита (рис. 3.306). ДорН= 9.0 наблюдается сильная депрессия флотации минерала, после рН = 9.0 флотируемость резко увеличивается. Здесь также, как и в присутствии ионов кальция эффект активации обратно пропорционален увеличению концентрации ионов алюминия.
Определение необходимой концентрации жидкого стекла для кондиционирования оборотных вод
Зависимости равновесной концентрации соды от рН для поддержания концентрации ионов Са2+ в пределах 5, 10, 15 и 20 мг/л и ионов Fe2+ в пределах 20, 30, 55 и ПО мг/л представлены на рис. 4.4в. По данным зависимостям видно, что при рН = 9.8 для поддержания в необходимых пределах концентраций кальция и железа концентрация соды должна быть не менее 8.44 г/м3и 1.03 х 10"2 г/м3 соответственно.
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что для поддержания оптимального состава оборотных вод из трех рассмотренных реагентов наименьшая равновесная концентрация требуется при применении ортофосфата натрия. Максимальная концентрация компонентов модификатора необходима при использовании жидкого стекла. Таким образом, можно сделать вывод о предпочтительном использовании ортофосфата натрия. Но ортофосфат обладает депрессирующим действием при флотации фосфорсодержащих минералов, таких как апатит. Следовательно, применение данного реагента в процессе кондиционирования оборотных вод перед флотацией апатито-нефелиновых руд может привести к нарушению процесса флотации.
Применение силиката натрия с целью осаждения растворимых солей кальция и железа при концентрации 1000 г/м3, что соответствует примерно 280 г/т, позволит установить концентрации данных ионов на оптимальном уровне для ведения процесса флотации. Однако при такой высокой концентрации жидкое стекло подавляет флотацию апатита. Подавление флотации осуществляется за счет гидрофилизации поверхности труднорастворимыми продуктами взаимодействия силикатных соединений с катионами поверхности. Кроме того, образующийся осадок силиката металла
Влияние концентрации триполифосфата натрия в оборотной воде на остаточную концентрацию кальция прирН 9.5- 9.8. также будет нарушать процесс, действуя как шламовые частицы. Но, несмотря на упомянутые недостатки, остаточные концентрации реагента не могут повлиять на флотацию апатита так как данный модификатор используется для подавления темноцветных минералов и пептизации шламов.
Для предотвращения побочных эффектов при использовании силиката натрия или ортофосфата натрия в качестве реагента-модификатора необходимо проводить процесс кондиционирования жидкой фазы в отдельном цикле. Обработку оборотной воды в предварительном цикле следует проводить с использованием системы автоматического контроля и регулирования процесса, закладывая туда полученные зависимости равновесной концентрации модификатора от ионов кальция, железа и показателя щелочности пульпы.
Однако результаты опытов по обработке оборотной воды АНОФ-2 жидким стеклом и триполифосфатом натрия при исходном рН 9.5 9.8 показали (рис. 4.5, 4.6), что использованием данных реагентов определённых концентраций невозможно добиться снижения концентрации кальция до максимально допустимой (10 мг/л). Это можно объяснить сложным ионно-молекулярным составом оборотных вод.
Другим путём реализации процесса флотационного извлечения апатита в условиях водооборота может быть осуществление флотации в теоретически определённых оптимальных условиях. Сопоставление показателей флотации апатита в присутствии ионов кальция и алюминия с расчетами состояния минеральной поверхности в присутствии данных ионов (см. главу 3.3) указывает на то, что процесс извлечения минерала из руд будет реализован наиболее эффективно при значениирН& 9.8 10.0.
Значение минимально необходимой концентрации ионов собирателя при флотации разновидностей апатита в условиях водооборота может быть определено на основании уравнения, предложенного в работе [34]: где lg[o/ ]m, = -5,00 - наименьшее значение минимально необходимой концентрации ионов оксигидрильного собирателя (1 х 10"5 моль/л) для полной флотации апатита при значениях рНшз нулевого заряда минеральной поверхности, определенная экспериментальным путем, т. е. в оптимальных условиях флотации разновидностей апатита.
Результаты флотации апатита из апатито-нефелиновых руд текущей переработки АНОФ-2, полученные Центральной лабораторией ОАО «Апатит» подтверждают сформулированное предположение. Ведение апатитовой флотации прярН « 9.8 -=- 10.0 способствует повышению качества концентрата при максимальном извлечении апатита и минимальном расходе собирательной смеси (рис. 4.8 и 4.9).
Следует отметить, что кривые зависимости минимально необходимой концентрации тонов олеата и расхода собирательной смеси от рН, необходимых и достаточных для полной флотации апатита идут симбатно.
Извлечение апатита достигает максимума ( ЄР2О$ - 96.73 %) при значении рН в точке нулевого заряда поверхности гидроксилапатита (рН9.8), что согласуется с приведёнными ранее расчётами (см. главу 3.3). Снижение качества концентрата (рН более 8.5) сопряжено с резким повышением флотационной активности нефелина и сфена в связи с активацией минералов ионами кальция.
Оптимальные условия флотации апатитовых руд могут быть достигнуты совершенствованием схемы обогащения и реагентного режима, контролем ионного состава оборотных вод, а также применением в технологических процессах автоматических систем контроля и регулирования. В эти системы автоматизации на обогатительных фабриках могут быть заложены физико-химические модели необходимого расхода собирателя в оптимальных условиях при флотации в оборотной воде.
Физико-химическая модель необходимого расхода собирательной смеси в оптимальных условиях (рН 9.8 -=- 10.0) для флотации в оборотных водах позволит с помощью средств автоматизации сократить расход дорогостоящего высокотоксичного собирателя, что приведет к повышению технологических и технико-экономических показателей обогащения руды, а также поможет частично решить экологические проблемы.
Полученные в данной работе оптимальные условия флотации в присутствии оборотных вод могут быть использованы в системах автоматического контроля и регулирования расхода флотационных реагентов.
Оптимизация расхода реагентов при флотации апатита, например, на фабриках ОАО «Апатит», может достигаться применением в технологическом процессе системы автоматического контроля и регулирования расхода флотационных реагентов, принципиальная схема которой приведена на рис. 4.10.
При работе системы для рН сигнал датчика рН направляется в регулятор Ркаон; гДе сравнивается со значением задатчика ЗрН. В зависимости от знака рассогласования вырабатывается необходимое количество реагента-регулятора среды NaOH и дозатор щелочи Дтон увеличивает или уменьшает расход реагента.
При работе системы для собирателя сигнал датчика рН пульпы направляется в функциональный блок Q , где вырабатывается необходимое для данного рН значение концентрации ионов собирателя. Полученное значение сопоставляется в регуляторе Рм с текущим значением концентрации ионов жирной кислоты [Ал"], измеряемым датчиком An. В зависимости от знака рассогласования дозатор собирателя Дсс уменьшает или увеличивает расход регента в процессе флотации.
При работе системы для модификатора сигнал квантометра Ат минералогического состава руды направляется в функциональный блок Qx.cr., где вырабатывается для этого значения (в зависимости от соотношения апатита и темноцветных минералов - сфена, эгирина и титаномагнетита), необходимое количество реагента [34]. При изменении минералогического состава перерабатываемой руды дозатор жидкого стекла ДЖ.0Т. регулирует расход реагента.
Для определения рН раствора может применяться рН-метр марки рН-261 или датчик погружного типа ДПг-4. Концентрация ионов собирателя в пульпе может определяться полярографическим методом, промышленный датчик непрерывного контроля концентрации ионов оксигидрильного собирателя в пульпе пока не создан. Работа квантометра минералогического состава руды (например, «X-lab») основана на рентгеноспектральном методе анализа.
Расчёты, выполненные на основании результатов данных испытаний показали, что экономический эффект от внедрения системы автоматического управления флотационным процессом, основанной на предлагаемом методе контроля и регулирования расхода флотационных реагентов по ионному составу пульпы, составит 5.000.000 рублей или 165.000 долларов США (в ценах июня 2002 г.).
