книги / Флотационные реагенты

5.Абрамов А.А. Теоретические основы оптимизации селективной флотации суль­ фидных руд. М.: Недра, 1978. 280 с.

6.Блатов И.А., Иевлев Ю.В., Машевский Г.Н. Оптимизация подачи ксантогената

при флотации вкрапленных медно-никелевых руд. - Обогащение руд 1980 № 1

с.40-44.

7.Околович А.М., Фигурнова ИМ. Особенности флотации сфалерита из полиметал­ лических сульфидных руд. М.: Наука, 1977. 1 15 с.

8.Блатов И.А., Иевлев Ю.В., Машевский Г.Н. Промышленные испытания нового способа автоматического регулирования расхода ксантогената. Обогащение руд 1980, №2, с. 37-43.

9.Иллювиева Г.В. Аэрация пульпы перед флотацией сульфидов. - Цв. металлы 1946,№2, с. 25-32.

10.Бочаров ВА ., Голиков А.А. Об окислении сульфидных минералов при измель­ чении. - Цв. металлы, 1967, № 7, с. 26-31.

11.Глембоцкая Т.В. Возникновение и развитие флотации. М.: Наука, 1984. 112 с.

Р а з д е л 2 РЕАГЕНТЫ

ДЛЯ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

2.1. РЕАГЕНТЫ ДЛЯ СУЛЬФИДНЫХ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

УДК 622.75/77.755

МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ РЕАГЕНТОВ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ РАСХОДА ПРИ ФЛОТАЦИИ

А.А. Абрамов

Эффективность оптимизации расхода реагентов, являющихся основ­ ным средством управления селективностью процессов флотации, опреде­ ляется достоверностью принятой модели [1 , 2 ]. Исходя из физико-хими­ ческой сущности флотации, достоверная модель может быть только фи­ зико-химической. Такую модель можно получить в результате термодина­ мического анализа механизма действия реагентов [1 ]. Однако при этом должен быть использован другой подход к применению термодинамики во флотации, чем метод констант равновесия или классический термодина­ мический метод.

Основной целью применения термодинамики при разработке физико­ химической модели процесса флотации является не описание наиболее термодинамически выгодных равновесий (не всегда наблюдаемых на прак­ тике) , а термодинамическое обоснование полученных экспериментальных данных. Практически это выглядит как подбор теоретически возможных реакций, хорошо описывающих полученные экспериментальные результа­ ты, представляющие собой суммарный эффект термодинамики и кинетики исследуемого явления.

При таком подходе отпадает условие отсутствия кинетических осложне­ ний, а действительное уравнение протекающей реакции является не усло­ вием, а целью применения термодинамического анализа. Измеренные значения концентраций реагентов при этом позволяют вычислить реальную, а не стандартную убыль энергии и спроектировать значения некоторых констант реакций.

О наличии кинетических осложнений можно судить по результатам сопоставления и анализа изменений энергий Гиббса при протекании найден-* ной и конкурирующих реакций в исследуемых условиях. Полученная на основании найденной реакции количественная зависимость между концент­ рациями реагентов, хорошо описывающая экспериментальные данные, является физико-химической моделью изучаемого процесса и пригодна для практического использования. Именно такой подход 'Позволил нам пре-

одолеть отмеченные И.А. Каковским [3] ограничения, присущие клас­ сическому термодинамическому методу и его разновидности — методу ”констант равновесия” .

Получаемые таким образом модели являются детерминированными. Достоверность их сохраняется в условиях широких изменений веществен­ ного состава перерабатываемых руд, крупности их измельчения, количест­ ва растворимых солей и шламов, гидродинамических условий флотации и других параметров технологического процесса [1,4, 5].

Разработанные к настоящему времени детерминированные модели позволяют осуществить оптимизацию практически всех основных процес­ сов коллективной и селективной флотации руд цветных металлов [1 ]. Модели, необходимые, например, для оптимизации реагентных режимов коллективной и селективной флотации полиметаллических руд, приведены в таблице и на рис. 1. Их достоверность и примеры всевозможного исполь­ зования рассмотрены ниже.

ческой решетке сфалерита, близка к [Кх~], необходимой для полной флотации пирита [1 ].

На Алмалыкской, Белоусовской, Зыряновской и других фабриках наблюдаются четкие статистические зависимости извлечения сульфидных минералов от соотношения имеющейся ( [Кх“] и) в пульпе и необходимой ([Кх"]н) концентраций ксантогената в пульпе (рис. 2). В то же время результаты статистической обработки данных опробования промышлен­ ных процессов выявили незначительные парные коэффициенты корреляции между извлечением меди, свинца, цинка и вещественным составом руды, содержанием класса —0,074 мм, плотностью пульпы, ее температурой, значением рН, расходом ксантогената и т.д.

Оптимальная концентрация ксантогената, обеспечивающая максималь­ ное извлечение сульфидов свинца (рис. 2) в межцикловой свинцово-цин­ ковой флотации на Алмалыкской фабрике (кривая 8), в первой (кривая 5) и второй (кривая б) стадиях основной свинцово-медной флотации на Зыряновской фабрике и циклах коллективной свинцово-медно-цинко- вой флотации на Белоусовской фабрике (кривые 1-4) и фабрике ”Сул-

Оптимальная концентрация ксантогената при флотации сульфидов меди намного меньше необходимой для флотации галенита, что хорошо согла­ суется с результатами сопоставления значений, необходимых [Кх~] при флотации, например, халькопирита (кривая 1) и свинца (см. рис. 1).

Оптимальная концентрация ксантогената при флотации активированных сульфидов цинка в коллективный концентрат как на Белоусовской, так и на Алмалыкской фабрике может быть рассчитана по зависимости [Кх~] = =/(рН) для пирита (см. таблицу).

Максимальное извлечение свинца, меди и цинка достигается при значе­ ниях [Кх~], равных или близких к расчетным, независимо от веществен­ ного состава и генезиса перерабатываемых руд, а также технологических особенностей промышленных процессов на разных обогатительных фабри­ ках (см. рис. 1 , 2).

Превышение имеющейся концентрации ксантогената над необходимой не приводит к заметному повышению извлечения металлов, а в некоторых случаях наблюдается снижение извлечения свинца (рис. 2, кривые 2, 8) и цинка.

Недостаток концентрации ксантогената по сравнению с необходимой приводит к резкому возрастанию потерь металлов с хвостами флотации и к значительным колебаниям технологических показателей флотации. Так, например, при отсутствии систем автоматизации на Алмалыкской свинцово-цинковой фабрике более 50% времени межцикловая коллектив­ ная флотация работала при недостаточной концентрации собирателя в пульпе и извлечение свинца и цинка в концентрат операции изменялось от 40 до 60% [5].

Суммарное воздействие таких параметров, как недоизмельчение и переизмельчение руды, уровень пульпы, гидродинамический режим, расход и диспергация воздуха во флотомашинах, интенсивность съема пены и др., вызывает колебания извлечения металлов и при оптимальной концентра­ ции собирателя в пульпе. Однако эти колебания значительно меньше, чем

при недостатке собирателя, хотя и составляют, например, для Белоусовской фабрики 5—10% по извлечению свинца и цинка в операции, свидетель­ ствуя о необходимости стабилизации указанных параметров локальными системами автоматизации.

При коллективной свинцово-цинковой, свинцово-цинково-пиритной или свинцово-медно-цинково-пиритной флотации в качестве задания функ­ циональному блоку системы автоматического контроля и регулирования концентрации собирателя в пульпе должна быть принята теоретически обос­ нованная и экспериментально подтвержденная в [1 ] и данными рис. 1 , 2 зависимость [Кх“] = / (рН) для галенита, поскольку значения минимально необходимой концентрации ксантогената в пределах возможных при кол­ лективной флотации значений рН 7,5—10 для галенита на 25—30% больше, чем для пирита [1]. Такое превышение оптимальной концентрации ксанто­ гената в пульпе для флотации сульфидов железа и цинка не приводит к ухудшению их извлечения.

Результаты промышленной эксплуатации опытной системы автомати­ ческого регулирования расхода ксантогената с использованием зависимости [Кх“] = / (рН) для галенита в цикле коллективной флотации сульфидов меди, свинца и цинка из ”цшамов” на Зыряновской фабрике подтвердили эффективность указанной системы и позволили сократить расход ксанто­ гената более чем в 2 раза без снижения технологических показателей обогащения [6].

При коллективной цинково-пиритной флотации в качестве задания функциональному блоку системы автоматизации должна быть принята зависимость [Кх_] = / (рН) для пирита (см. таблицу, уравнение 1) обеспе­ чивающая не только наиболее полное извлечение сульфидов железа, но и сульфидов цинка.

Очевидно, что при получении коллективного медно-никелевого концент­ рата [Кх~] не должна быть меньше минимально необходимой [Кх~] для флотации пентландита (см. таблицу, уравнение 5). Анализ влияния избы­ точной концентрации ксантогената по сравнению с необходимой при фло­ тации пентландита на содержание никеля в хвостах межцикловой флота­ ции, например, Ждановской обогатительной фабрики показал, что превы­ шение концентрации ксантогената в пульпе по сравнению с необходимой в несколько раз не приводит к какому-либо заметному снижению содер­ жания никеля в хвостах межцикловой флотации.

При получении коллективного медно-никелево-пирротинового кон­ центрата [Кх~] не должна быть меньше необходимой для флотации пирро­ тина (см. таблицу, уравнение 2). В то же время значительное превышение ее по сравнению с необходимой (уравнение 2); приводит к ухудшению технологических показателей по извлечению никеля и качеству коллектив­ ного концентрата при обогащении, например, вкрапленных медно-никеле­ вых руд на Норильской фабрике.

Применение средств автоматизации для регулировки расхода ксантоге­ ната в соответствии* с полученными количественными зависимостями [Кх~] = /(рН ) и повышение культуры производства позволят не только существенно снизить общий расход собирателя на фабриках, но и улучшить технологические показатели обогащения за счет резкого уменьшения коэф­ фициента вариации [Кх~] в пульпе, повышения однородности коллектив­

ных концентратов по плотности сорбции собирателя на минеральной поверхности, улучшения вследствие этого условия подготовки концентрата к разделению и стабилизации процесса самого разделения.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫХ С ИЗВЕСТЬЮ

Для оптимизации реагентного режима и стабилизации процесса цинко­ вой флотации может быть использована система автоматизации, включаю­ щая, во-первых, поддержание необходимой для полного извлечения суль­ фидов цинка концентрации ксантогената в соответствии с зависимостью [Кх_] = / (рН) для пирита (см. таблицу, уравнение 1), пригодной и для флотации активированных сульфидов цинка.

Во-вторых, в ней должно быть предусмотрено поддержание в соответ­ ствии с уравнением 7 (см. таблицу) необходимого соотношения концентра­ ций Кх“ *Н+ и СаОН+ ионов, обеспечивающего депрессию флотации суль­

гается при значениях 1§ К = —14,8.

Извлечение цинка в пенный продукт на Зыряновской фабрике состав­ ляет при этом 74—77%, железа —20—25% [7]. В перечистных же операциях необходимо поддерживать значение 1§ К, обеспечивающее полную депрес­ сию пирита и равную —15,2.(см. таблицу, уравнение 4), так как только в этом случае достигается получение высококачественного конечного цинко­ вого концентрата.

Высокое значение извлечения цинка при этом будет обеспечиваться тем, что несфлотировавшиеся зерна сфалерита, поступая с хвостами перечист­ ных операций в основную флотацию с более мягким режимом депрес­ сии, вновь перейдут в концентрат основной флотации и возвратятся в перечистную операцию. Добавка извести в перечистку цинкового кон­ центрата с целью повышения его качества является общепринятой [8].

При оптимизации цикла пропарки и селекции медно-никелевого кон­ центрата в качестве задания функциональному блоку системы автоматиза­ ции используется уравнение 8 (см. таблицу) с соответствующим значением 1§ К депрессии пентландита в зависимости от температуры пульпы (см. таблицу, уравнение 6). Для поддержания заданного значения температуры пульпы и ее плотности должны быть предусмотрены автономные системы.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫХ С ЦИАНИДОМ

В простейшем случае, когда сульфид меди в свинцово-медном концен­ трате представлен только халькопиритом, эффективный контроль и регу­ лирование процесса цианидного разделения такого концентрата в промыш­ ленных условиях может обеспечить система автоматизации, в качестве задания функциональному блоку которой используется расчетное уравне-

Рис. 3. Влияние соотношения имеющегося и необходимого значений X на извлечение меди в концентрат свинцово-медной флота­ ции на Бепоусовской фабрике в разные периоды ее работы (1 -4)

X = 12п (СН)241/[Си(СМ)2-] [СМ’] 2

ние 10 (см. таблицу) для халькопирита. Если в концентрате присутствуют пер­ вичные и вторичные сульфиды меди, то в качестве задания используется урав­ нение 8 для халькозина, наиболее ус­ тойчивого к подавляющему действию цианида [1 ].

Наиболее эффективным методом разделения свинцово-медных концент­ ратов, содержащих борнит, халькозин и халькопирит, является цинкцианистый метод, предложенный в [9]. Метод ос-

1д(С*ц]/[Хн]) нован на флотации галенита при депрес­ сии сульфидов меди в содовой среде смесью цианида и цинкового купороса, взятых в соотношении, необходи­

мом для образования комплексной цинкцианистой соли № 22п(СМ)4. В качестве задания функциональному блоку системы автоматизации в этом случае используется уравнение 10 (см. таблицу), обеспечивающее полную депрессию флотации халькозина (рис. 3).

При использовании режима Шеридана —Гриссвольда задача оптимизации реагентного режима в циклах свинцово-медной флотации сводится к под­ держанию в пульпе, во-первых, необходимой концентрации цианидных и цинксодержащих ионов, обеспечивающей эффективную депресиию сульфи­ дов цинка и железа, но не приводящей к снижению флотируемости сульфи­ дов меди, и, во-вторых, к минимально необходимой концентрации ксантогенатных ионов, обеспечивающей наиболее полное извлечение сульфидов свинца и меди в концентрат.

Первое условие хорошо описывается количественным соотношением концентраций ионных компонентов, полученным для халькопирита (см. таблицу, уравнение 9). Максимальное извлечение меди наблюдается при равенстве имеющихся и необходимых по уравнению десяти значений X я = [2п (СЫ)2//{[Си(СМ)Г 1- [СИ"]2} (рис. 3). Уменьшение значений 1§ X за счет снижения концентраций цианидных и цинксодержащих ионов не приводит к повышению извлечения меди, но при этом резко нарушается депрессия сульфидов цинка и возрастает его содержание в свинцово-медном концентрате. Увеличение значений 1§ X вызывает заметную депрессию флотации сульфидов меди и потери ее в хвостах флотации.

Условия режима Шеридана — Гриссвольда не влияют на зависимость [Кх“] = / (рН) при флотации сульфидов свинца (см. рис. 1). Об этом свидетельствуют, например, результаты, полученные на Зыряновской, Белоусовской фабриках и на фабрике ”Сулливан” (см. рис. 2). Они пока­ зывают также, что превышение имеющейся в пульпе концентрации ксанто-

гената над необходимой не приводит к заметному повышению извлечений свинца в концентрат (см. рис. 2), тогда как избыточная его сорбция на поверхности коллективного свинцово-медного концентрата приведет к резкому ухудшению условия его последующего разделения.

Достоверность разработанных детерминированных моделей флотации, представляющих собой теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные количественные зависимости между концентрациями реа­ гентов в оптимальных условиях флотации, сохраняется в широком диапа­ зоне изменений вещественного состава перерабатываемых руд, крупности измельчения, качества растворимых солей и шламов, гидродинамических условий флотации и других параметров технологического процесса.

Применение детерминированных моделей флотации в качестве задания функциональным блокам систем атоматического контроля и регулировавания технологических процессов позволит получать максимально возмож­ ные показатели флотационного обогащения при сокращении расхода реагентов. Важным достоинством таких систем является возможность использования их на любой фабрике, перерабатывающей полиметаллические руды, в соответствующем цикле флотации. Для реализации детерминиро­ ванных моделей в системах автоматизации на фабриках необязательно применение дорогостоящих вычислительных машин. Для этого бывает достаточно простейшего функционального блока, не требующего сущест­ венных затрат.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1 .Абрамов А.А. Теоретические основы оптимизации селективной флотации суль­ фидных руд. М.: Недра, 1978. 280 с.

2.Плаксин ИМ. Современные направления исследований селективной флотации руд цветных и редких металлов. - В кн.: Современное состояние и задачи селективной флотации руд. М.: Наука, 1967, с. 5-14.

3.Каковский И.А. Об использовании термодинамики при физико-химическом моделировании реагентных режимов флотации. - Цв. металлургия, 1980, № 2, с. 1014.

№8, с. 112-116.

1. Абрамов А.А., Стацура П. Ф. Закономерности депрессирующего действия извести на флотацию сульфидов железа. - Обогащение руд, 1970, № 6, с. 34-40.

8.Митрофанов С.И. Селективная флотация. М.: Недра, 1967. 584 с.

9.Конев А.С., Еропкин Ю.И. Разработка способов разделения коллективных свин­ цово-медных концентратов. - В кн.: Труды III науч.-техн. сес. ин-та Механобр. Обога­ щение руд цветных металлов. М.: Металлургиздат, 1956, с. 20-35.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ КСАНТИЛТИОСУЛЬФАТА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ФЛОТАЦИИ СУЛЬФИДНЫХ РУД

Н.В. Кирбитова, Н.И. Елисеев, Н.И. Панова

Процесс окисления ксантогената до диксантогенида сопровождает флотацию сульфидных руд и в значительной степени определяет ее конеч­ ные результаты. Во флотационных пульпах окисление ксантогената проте­ кает на фоне повышенных концентраций сульфат- и тиосульфат-ионов и может быть осложнено побочными реакциями.

Нами изучено влияние ионов тиосульфата на окисление йодом растворов ксантогенатов. Сопоставление УФ-спектров проб, отбираемых из систем ксантогенат—йод и ксантогенат— иосульфат—йод после введения экви­ валентного объема йода, показывает, что основной продукт окисления смеси растворов ксантогената и тиосульфата отличен от диксантогенида (см. рисунок).

При изучении свойств соединения, образующегося в системе С4Н9ОС5 8 К—Ма2 320 3—12, установлено следующее: соединение достаточно хорошо растворимо в воде; его водные растворы характеризуются погло­ щением в УФ-области с максимумом при 289 нм (34 600 см"1); соединение не экстрагируется в неполярную органику, что указывает на его ионный характер; по сравнению с ксантогенатом оно более устойчиво в кислой среде.

Раствор ксантогената (10"4 М) при подкислении до рН2 разрушается в течение 5 мин, концентрация исследуемого соединения в этих условиях остается неизменной в течение 1 ч. Для определения состава продукта окисления смеси растворов ксантогената и тиосульфата использовали метод молярных отношений. Показано, что ион ксантогената и ион тиосуль­

КОС3332Оз".

Окисление ксантогената и тиосульфата протекает по радикальному меха­