Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Интенсификация процесса селективной флотации медно-цинковых руд на основе химических и механических методов модифицирования поверхности цинковых минералов

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Интенсификация процесса селективной флотации медно-цинковых руд на основе химических и механических методов модифицирования поверхности цинковых минералов"

На правах рукописи

//

О

НЕМЧИНОВА Лариса Анатольевна

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД НА ОСНОВЕ ХИМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЦИНКОВЫХ МИНЕРАЛОВ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 СЕН 2013

005532844

Москва-2013

005532844

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) и в научно-производственном объединении «Разработка, Изготовление, Внедрение, Сервис» (НПО «РИВС»)

профессор, доктор технических наук Шадрунова Ирина Владимировна

профессор, доктор технических наук Морозов Валерий Валентинович ФГБОУ ВПО «МГГУ» заведующий кафедры химии

кандидат технических наук Херсонская Ирина Иосифовна ФГУП «ГИНЦВЕТМЕТ» ученый секретарь

Ведущее предприятие: ОАО «УРАЛМЕХАНОБР»

Защита диссертации состоится «25» сентября 2013 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.074.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) по адресу: 111020, Москва, Крюковский тупик, 4,телефон-факс (495)3608960

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПКОН РАН. Автореферат разослан «оС-У » августа 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

В. И. Папичев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние 10 лет мировое производство металлического цинка выросло на 22,0% при росте использования на 14%. Запасы цинксодержащих руд оцениваются в 248 млн. тонн. При ежегодной добыче из недр на уровне 4-5% мировых запасов, они исчерпаются всего через 20-25 лет.

В общероссийском производстве цинкового концентрата 95% производят горнорудные предприятия, осуществляющие добычу и переработку колчеданных медных и медно-цинковых руд. Эти предприятия вынуждены работать в условиях постоянного увеличения объемов производства и повышения требований к качеству медных и цинковых концентратов, что должно обеспечивать снижение себестоимости металлургической переработки, снижение транспортных затрат на их перевозку, уменьшение выбросов сернистого газа и накопления металлургических шлаков и, как следствие, снижение загрязнения окружающей среды.

Рост требований к качеству цинкового концентрата является общемировой тенденцией, несмотря на снижение массовой доли цинка в руде (за последние 10 лет на уральских ГОКах - в 1,2 - 2,4 раза), при росте цены на цинк в цинковом концентрате на 31,0% (с 778 дол в 2002г до 2500 дол в 2012г).

В условиях мировых тенденций с одной стороны снижения добычи руд, а с другой повышения потребности индустриальной техники в цинке, совершенствование технологических схем и режимов флотации, разработка новой техники, направленных на повышение качественных и количественных показателей переработки добываемых цинксодержащих руд, является весьма актуальной задачей.

Цель работы: Научное обоснование и разработка эффективных химических и механических методов интенсификации процесса цинковой флотации, обеспечивающих повышение качества цинкового концентрата.

Идея работы: Повышение контрастности поверхностных свойств сфалерита и пирита при селективной флотации может быть достигнуто за счет использования новых реагентов, тепловой и механической обработкой флотационных пульп.

Объекты н методы исследования. Исследования проводились на медно-цинковых рудах Учалинского промышленного района и продуктах их обогащения в условиях обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК».

При выполнении диссертационной работы был использован комплекс физических, химических и физико-химических методов: химический, минераграфический, спектральный, гранулометрический анализы; метод электронной микроскопии; метод инфракрасной (ИК) спектроскопии, метод оценки раскрываемости и определения морфометрических параметров зерен с помощью промышленной системы анализа изображений ЬеюаО\УтУ - 3; флотационные опыты на лабораторных установках. Все виды анализов проводились с использованием стандартных методик и аппаратуры в лабораториях НПО «РИВС» (г. Учалы, г.Санкт-Петербург), ОАО «Учалинский ГОК», ИПКОН РАН. Работа выполнена с применением методов обобщения и систематизации материалов по проблеме исследования, физического моделирования, прикладной математики, математической статистики, теории вероятности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ способов и методов получения ■ селективных медных и цинковых концентратов из колчеданных медно-цинковых руд;

2. Изучение структурно - технологических особенностей строения продуктов флотации колчеданных медно-цинковых руд;

3. Исследование молекулярных структур соединений, образующихся на поверхности минералов, методом ИК-спектроскопии и методом многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) для установления механизма действия селективного собирателя и механических методов воздействия;

'4. Разработка селективного реагентного режима коллективного и медного циклов флбтации колчеданных медно-цинковых руд, обеспечивающего полноту перехода цинковых минералов в цинковый цикл флотации.

5. Разработка комплекса технологических процессов, обеспечивающих повышение качества цинкового концентрата в цикле цинковой флотации.

6. Опытно - промышленные испытания разработанных режимов и процессов.

7. Оценка технико-экономической эффективности технологии повышения качества Цинкового концентрата.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Механизм процесса оттирки цинковых концентратов для повышения селективности процесса цинковой флотации обусловлен изменением состава поверхностных соединений сфалерита и пирита - сульфидов и окисленных форм (сульфатов, карбонатов, гидроксидов), создающих контрастность'в их флотируемое™.

2. Реагент-собиратель диизобутилдитиофосфинат в циклах коллективной и медной флотации обеспечивает снижение потерь тонких классов сфалерита с 38,72% до 19,36°/ в медном и коллективном концентратах за счет селективного действия, обусловленног образованием хелатных комплексных соединений (диизобутилдитиофосфината меди-(1 С^Но^РЗБСи и диизобутилдитиофосфината цинка - ((¡-СдН^РВЗ^п) на поверхност халькопирита и сфалерита различной степени прочности.

3. Комплекс технологических операций в установленной последовательности и условиях реализации: доизмельчение концентратов цинковых «головок» до 77,0% кл.-0,020 мм, механическая активация в течение 3-5 мин, аэрационное (10 мин) и окислительно-тепловое кондиционирование до 35,0°С - 40,0°С - обеспечивает подготовку поверхности сфалерита и пирита к селективной флотации, что приводит к повышению качества цинкового концентрата на 2,0% при сохранении извлечения;

Научная новизна работы:

1. На основе анализа научных исследований и работы обогатительных фабрик определены причины снижения качества цинковых концентратов и извлечения цинка в цинковый концентрат при переработке колчеданных медно-цинковых руд.

2. Экспериментально установлены основные причины снижения потерь тонких раскрытых частиц сфалерита с медным концентратом при применении диизобутилдитиофосфината, извлечение которых в цинковой флотации повышает качество цинкового концентрата.

3. Вскрыт механизм повышения селективности процесса цинковой флотации за счет механических методов воздействия на поверхность сфалерита и пирита,

обусловленный изменением элементного состава поверхности сульфидов, повышающих контрастность в их флотируемости.

Практическое значение работы и реализация результатов:

Разработана технология повышения качества цинкового концентрата, обеспечивающая получение цинкового концентрата с содержанием цинка на уровне 50,0% при переработке колчеданных медно-цпнковых руд на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК».

Предложен новый реагентный режим коллективного и медного циклов флотации при измельчении до 80,0% класса менее 74 мкм, основанный на сочетании собирателей, применяемых в селективной флотации колчеданных руд цветных металлов, заключающийся в том, что в операции флотации медных «головок» и медной флотации в зависимости от состава медных минералов подается слабый селективный собиратель АегорЫпе 3418А, для дофлотации сростков в коллективную флотацию подается бутиловый ксантогенат, что позволяет по технологической схеме ОФ выделить порядка 35 % цинка в цинковый концентрат сразу в коллективной флотации и повысить извлечение цинка в цинковый цикл флотации на 4%, а также повысить содержание меди в медном концентрате до 19,5% без снижения извлечения.

Проведено внедрение в цинковом цикле флотации отгирочиой флотационной машины ОФК -15 РИФ. Комплекс технологических операций - доизмельчение и механическая активация, аэрационное и окислительно-тепловое кондиционирование обеспечивает возможность повышения качества цинкового концентрата на 2,0% при сохранении ранее достигнутого извлечения. Разработанный реагентный режим и комплекс технологических операций внедрен на ОФ ОАО «Учалинский ГОК» при переработке медно-цинковых руд Узельгинского, Талганского и Молодежного, Учалинского месторождений.

Накопленный дисконтированный эффект за 6 лет с момента ввода в эксплуатацию оттирочной флотационной машины ОФК -15 РИФ составляет 12 778 тыс. руб.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается использованием современного оборудования и апробированных методик, надежностью исходных данных, оценкой полученных результатов методами математической статистики, удовлетворительной сопоставимостью результатов лабораторных исследований и испытаний в производственных условиях и положительными результатами внедрения на ОФ ОАО «Учалинский ГОК».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, докладывались на Международных совещаниях «Плаксинские чтения» 2009, (г. Новосибирск); 20Пг, (г. Екатеринбург); VII и IX Конгрессе обогатителей стран СНГ 2008 г, 2013 г. Москва, на научно-практических конференциях НПО «РИВС» (г. Санкт-Петербург, 2008, 2010,2012 гг.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 22 научных работах, из них 11 работ в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 132 наименований и содержит 153 стр. машинописного текста, 40 рисунков, 39 таблиц, 3 приложения.

Личный вклад автора состоял в определении цели и задач исследования разработке методик исследований, организации и непосредственном участии проведении экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаний анализе и обобщении полученных результатов, выводов, подготовке публикаций п работе.

Автор глубоко признателен академику РАН, докт. техн. наук, проф. Чантурия В.А., докт. техн. наук Козлову А.П., докт. техн. наук, проф. Шадруновой И.В. за постоянную поддержку и консультации на протяжении всей работы.

Автор благодарит коллег НПО «РИВС» канд. тех. наук Зимина А.В, канд. техн. наук Арустамяна М.А.. докт. техн. наук, Кутлина Б.А., и др. за соучастие, помощь и поддержку, специалистов отдела обогащения «УГМК-Холдинг» и ОАО «Учапинский ГОК» за плодотворное сотрудничество и помощь при проведении опытно-промышленных испытаний и внедрении результатов исследований.

Автор искренне благодарит сотрудников ИПКОН РАН канд. тех. наук Рязанцеву М.В. и канд. тех. наук Кунилову И.В. за помощь при проведении исследований методами инфракрасной (ИК) спектроскопии, а также преподавателей кафедры ОПИ и Химии ФГБОУ ВПО МГТУ им.Г.И.Носова за ценные советы при выполнении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время рудной базой для производства медных и цинковых концентратов в России являются 10 горнорудных предприятий, осуществляющих добычу и переработку медных и медно-цинковых руд: ОАО «Гайский ГОК»-Зб,5% от общего объема добычи руды, ОАО «Учалинский ГОК» - 32,9%, ООО «Башкирская Медь» - 5,06%, ОАО «Святогор»- 10,1%, Сибайский филиал ОАО «Учалинский ГОК»-3,3%, ОАО «Ормет»-1,8%, ЗАО «Урупский ГОК»-1.8%, ОАО «Бурибаевский ГОК»-1,0%, ОАО «Александрийская горнорудная компания»-],0% и АО «Кировоградская горнорудная компания»-0,5%. Усилиями научных и инженерно-технических сотрудников ГОКов извлечение цинка в цинковый концентрат за последние 10 лет возросло на обогатительных фабриках (ОФ) Урала с 23-71% до 43-81%.

Уральские ОФ, перерабатывающие медно-цинковые колчеданные руды, работают по схемам коллективно-селективной флотации, часто включающими в себя выделение концентратов медной и цинковой «головок» с доводкой некондиционного цинкового концентрата обратной флотацией. Достигнутое в 2012г содержание цинка в цинковом концентрате составило: на Учалинской ОФ - 50.0%, на Сибайской ОФ - 45,0%, на ГайскойОФ-43,0-45,0%. .

Селективная флотация медно-цинковых руд является одной из наиболее сложных задач обогатительной науки из-за близких флотационных свойств сульфидов меди, цинка и железа, их тонкого взаимопрорастания и наличия даже в пределах одного участка месторождений различных промышленных типов руд.

Наиболее существенные отечественные направления прошлого века в области селективной флотации медно-цинковых руд сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Способы и методы получения селективных медныхн цинковых концентратов из _колчеданных медно-цинковых руд_

Наименование метода, способа Авторы

1. Реагентные флотационные методы разделения медно-цинковых руд и концентратов (цианидный метод сульфоксидный метод, сорбционный метод) Митрофанов С.И., Богданов О.С., Глембоцкий В.А, Каковский И.А., Конев A.C., Белоглазов К.Ф., Полькин С.И., Адамов Э.В., Абрамов A.A. Бочаров В.А., Рыскин М.Я.,.Гроссман Л.И, Еропкин Ю.И.,Стрельцин Г.С., Сорокин М.М., Авдохин В.И., Леонов С.Б.

2.Реагентные режимы флотации, основанные на сочетании слабого и сильного собирателей ^сочетание сульфгидрильных собирателей с одинаковой и разной солидофильными группами, сочетания ионогенных и неионогенных собирателей,) ГТлаксин И.Н., Шафееп P.III., Глембоцкий В.А. Митрофанов С.И., Богданов О.С., Каковский И.А., Леонов С.Б.. Глембоцкий A.B., Тюрникова В.И, Чантурия В.А., Соложенкин П.М., МатвееваТ.Н., ИвановаТ.А., Недосекина Т.В. ,Глазунов Л.А., Кузькин A.C., Херсонский МИ., Десятой A.M., Манцевич М.И., Сорокин М.М., Бочаров В.А., Адамов Э.В.Рябой В.И., Конев В.А. Абрамов A.A. Игнаткина В.А.

3. Физико-механические методы (тепловое и аэрационное кондиционирование, доизмельчение промпродуктов, электрохимическое кондиционирование пульпы, растворов флотореагентов, технологической воды) Плаксин И.Н., Чантурия В.А., Шафеев Р.Ш., Елисеев Н.И., Лунин В.Д., Аржанников Г.И, Копылов В.М., Рыскин М.Я., Огуруа Р.И., Бочаров В.А. Вигдергауз В.Е., Абрамов А.А, Авдохин В.И., Морозов В.В., Теплякова М.В., Файдель В.В.

4. Совершенствование .технологических схем флотации: селективной и коллективно-селективной флотации, схемы с применением обратной флотации, схемы селективно-коллективно-селективной флотации с выделением концентратов медных и цинковых головок Митрофанов С.И., Дебривная Л.Б., Богданов О.С., Конев A.C., Разумов К.А., Еропкин Ю.И., Мягкова Т.И., Полькин С.И., Адамов Э.В., Абрамов A.A. Бочаров В.А., Рыскин М.Я., Морозов Ю.П., Семидалов С.Ю., Пудов В.Ф., Зимин A.B.

5.Комбинированные технологии: комбинированные флотационно-пиро - или гидрометаллургические технологии с выводом промпродуктов в металлургический передел. Митрофанов С.И., Мещанинова A.B., Набойченко С.С., Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В., Бочаров В.А., Елисеев Н.И Тарасов A.B., Шадрунова И.В., Седельникова Г.В.

Сложные и разветвленные схемы флотации медно-цинковых руд с выделением

концентратов медных и цинковых «головок» и несколькими коллективными

флотациями обусловлены равномерным взаимопрорастанием медных и цинковых минералов и пирита.

Минералогический анализ медных концентратов и концентратов медных «головок» (табл.2), получаемых при обогащении медно-цинковых руд, показывает, что

сфалерит в них представлен преимущественно свободными зернами (74-80,0%), из них от 50,0 до 82,0% находятся в классе менее 10 мкм.

Поскольку свободные зерна сфалерита содержат максимальное количество цинка, то снижение их потерь в медном цикле флотации и перевод их в цинковый концентрат будет

способствовать повышению, как качества концентрата, так и извлечения цинка. В связи, с чем в циклах выделения концентратов медных «головок» и в медном цикле флотации будет целесообразным применение слабого собирателя или его сочетания с сильным собирателем, обеспечивающее снижение потерь свободных тонких частиц сфалерита. .

Одновременно с тем, что теряемые цинковые минералы с медными концентратами представлены свободными зернами, сфалерит в грубых концентратах цинковых «головок» (выделяемых в рудном и цинковом циклах флотации) содержится в виде недораскрытых сростков с мелкозернистыми и крупнозернистыми кристаллами пирита. Высокая доля сростков минералов в классе - 40 мкм, которые при флотации в щелочной среде являются неизбежными потерями вследствие депрессирующего действия извести на пирит, говорит о необходимости доизмельчения данных продуктов. В то же время при доизмельчении до первых десятков микрон, как правило, будет наблюдаться ошламование не только сфалерита, но и пирита, что приведет к сближению их флотируемости и к дальнейшим возможным потерям тонких классов сфалерита в хвостах флотации, а также к загрязнению концентратов пиритными шламами.

Минералогический анализ состава продуктов обогащения колчеданных медно-цинковых руд определил следующие пути интенсификации селективной флотации:

- Изменение реагентного комплекса формирования водной фазы в коллективном и медном циклах флотации, обеспечивающего полноту перехода цинка в цинковый цикл флотации;

- Разработка комплекса технологических операций химических и механических методов, которые в" оптимальной последовательности обеспечивают эффективное селективное разделение сфалерита и пирита.

Таблица 2 Результаты количественного минералогического

Минералы Содержание^ масс,) Распределение зерен минералов (% масс,) по классам крупности (мкм)

абс. | отн. 0-10 I 10-40

Концентрат медной "головки* Си-20,45%, 2п-4,31% ,5-38,2% (Содержание класса менее 0,074 мм - 93,96%, менее 0,044 мм - 77,68%)

Сфалерит 5,44 100

своьодные зерна 4,01 73,75 91,08 48,52

в срастании с:

халькопиритом 0,73 13,4 и,и/ УЗ,УЗ

пиритом 0,5 У,14 Ь/,1 У 42,81

теннантитом 0,2 3,87 2У.4Й

Медный концентрат Си -20,45%, 2п -4,31% -38,2% (Содержание класса менее 0,074 мм - 93,96%, менее 0,044 мм - 77,68%)

Сфалерит 6,42 100

своьодные зерна 5,12 75,76 82,4! 17,55

в срастании с:

халькопиритом 1,0У 1«,цу ЬА.Ч/ 3ь,13

пиритом О.Ш 3,25 78,91 21.0У

Выбор селективного реагентного режима флотации в коллективном и медном циклах флотации

Для снижения потерь цинка с медным концентратом при обогащении медно-цинковых пиритных руд была изучена возможность повышения селективности разделения медных и цинковых минералов в циклах медных «головок», коллективной флотации и в цикле разделения коллективного концентрата с использованием селективного собирателя диизобутилдитиофосфината ((¡-С4Н9)2Р88Ыа) - коллектора АегорЫпе 3418А.

Прочность закрепления гетерополярных собирателей на поверхности минералов зависит от двух факторов: энергии химической связи функциональной группы с катионом минерала и энергии дисперсионного взаимодействия углеводородных цепей аполярной группы собирателя с поверхностью. Энергия химической связи «анион собирателя - катион минерала» практически не зависит от длины углеводородной цепи собирателя. Она определяется характером смещения электронного облака (поляризуемостью) в полярной группе и катионом минерала.

Пятизарядный электронно-акцепторный фосфор в дитиофосфатах сильнее притягивает электронное облако серы, чем четырехзарядный углерод в ксантогенатах. Поэтому связь иона диалкилдитиофосфата с катионами тяжелых металлов слабее, чем у ксантогенатов, и первые являются более слабыми собирателями, чем вторые, что подтверждает практика.

Удаление атомов кислорода в фосфинатах (К^КлРБЗ) повышает их активность по сравнениию с дитиофосфатами примерно на один порядок на каждый удаленный атом кислорода, что способствует более прочному закреплению на медных минералах при

Анализ результатов

флотационных опытов

показал (рис.1), что наиболее селективным реагентным режимом при степени рудного измельчения 80,0% кл.-74мкм является

применение в операциях медных «головок» и в 1-ой коллективной флотации АегорЫпе 3418 А,

обеспечивающее снижение извлечения цинка в коллективный концентрат с 53,0% до 21,0%. Результатами фракционного съема пены установлен эффект запаздывания флотации тонких частиц сфалерита в концентраты медных «головок» и коллективный концентрат. При этом извлечение цинка в классе крупности 0-10 мкм составляет 79,13% при применении бутилового ксантогената и снижается до 40,89% при применении селективного реагента - диизобутилтиофосфината. Тем самым было показано, что применением АегорЫпе 3418А обеспечивается уменьшение потерь

сохранении селективности к цинковым минералам.

Рис.1 Кинетика флотации

9 10 11 12 13 14 15 16

Время флотации, мин.

изв 2п в кл -10 мкм.кх изв Си кх

Си АегорЫпе

-иэв 2п,кпасс-10 мкм, АегорЫге -изв2х\ кх -извЕп АвгорЫпе

сфалерита с медным концентратом и полнота перехода тонких частиц цинка в цинковый цикл флотации.

Изучение закономерностей флотируемости медных и цинковых минералов от расхода применяемых собирателей (рис.2), показало, что:

■ при применении в качестве собирателя бутилового

ксантогената излечение

медных и цинковых минералов (в том числе и в классе 0-10 мкм) возрастает до 90,0%, что способствует снижению селективности разделения коллективного концентрата и дополнительным потерям цинка в медном концентрате; -при применении

диизобутилдитиофосфината Aerophine 3418А при равных расходах с бутиловым

ксантогенатом происходит количественное снижение потерь цинка на 32,4% в коллективном концентрате, в том числе в классе менее 10 мкм на 38,24%.

Снижение флотационной активности диизобутилдитиофосфината Aerophine 3418А к сфалериту в сравнении с сульфидами меди, установленное флотационными исследованиями, подтверждается данными инфракрасной спектроскопии. В спектре поверхностных соединений, полученных в результате взаимодействия Aerophine 3418А с халькопиритом и сфалеритом, в области частот 510-680 см"1 установлены (рис.3,4):

1. Смещения частот полос колебаний связи P^S диизобутилдитиофосфината и увеличение их интенсивности.

2. Смещения частоты колебаний связи димера диизобутилдитиофосфината с 577 см"' до 586 см"1 для халькопирита и до 583 см"1 для сфалерита, свидетельствующее об образовании более прочной связи для халькопирита, при этом значительное увеличение интенсивности колебаний связи димера для халькопирита указывает на большее количество адсорбированного димера по сравнению со сфалеритом.

3. Образование новых связей по сравнению с Aerophine 3418А с максимумами 613, 624, 512 см"1 для халькопирита и 614, 619, 511 см"1 для сфалерита. В спектре поверхностного соединения, полученного при взаимодействии с халькопиритом, в отличие от сфалерита, установлено образование слабой дополнительной связи с максимумом 581 см"1 в области образования димера.

Анализ смещения выбранных частот антисимметричных валентных колебаний связи P^S свидетельствует, что смещение частот для поверхностного соединения, полученного при взаимодействии диизобутилдитиофосфината с халькопиритом, в сторону высоких частот больше, чем для поверхностного соединения, полученного при взаимодействии диизобутилдитиофосфината со сфалеритом, что позволяет сделать

Рис.2 Динамика игненения извлечении меди и цинка от расхода лрименяе.чого реагента

) I— -Г-

А

у

у-"

40,8

\

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Расход собирателя, г/т

-*-H3B.ZnB кл.-Ю м км,кх -ö-H3B.Zn,класс -10 мкм. Aerophine

-•-изв.Си кх -¿s-изв. Си, Aerophine

-♦-H3B.ZnKX -♦"Изв Zn Aerophine

вывод о большей прочности связи Си-Б диизобутилдитиофосфината меди по сравнению со связью 2п-8 диизобутилдитиофосфината цинка. Для поверхностного соединения диизобутилдитиофосфината цинка установлено расщепление полосы и усложнение ее формы по сравнению с полосой для диизобутилдитиофосфината натрия, что указывает на полимерный характер и наличие вращательных изомеров образовавшегося комплекса.

. 543 505.J" «« II

s-sisf4" 456!

Рис.3

Диференциальные ИК-Фурье спектры МНПВО:/-АегорЫпе 3418А, 2 - АегорЫпе 3418А после окисления. 3- Халькопирит после взаимодействия с бутиловым ксантогенатом калия. \4-

Халькопирит после

взаимодействия с АегорЫпе 3418А;5-Халькопирит. Спектр сравнения - воздух.

sm 568, s27+s11 «2 40,

557, 5.'«,, s4fs 546

509, 51В

Рис.4

Дифференциальные ИК-Фурье спектры МНПВО: 1 .-Сфалерит-после взаимодействия с бутиловым ксантогенатом калия. 2-Сфалерит после

взаимодействия с АегорЫпе 3418А. 3- Сфалерит. Спектр сравнения - воздух.

509 488

Для оценки прочности химических поверхностных соединений реагента с ионами меди(1) и цинка(П) минералов выбрано два максимума частот антисимметричных валентных колебаний связи Р—S в области 515 и 525 см"1, которые имеют высокую интенсивность для исходного реагента и продуктов взаимодействия с ним и на положение которых оказывают влияние факторы, характеризующие природу катиона (размер и масса иона, валентность, координационное число). Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Частоты и их смещение для поверхностных соединений.

Центральный ион комплекса

N0 Си 7н

Н2, см"' Н2, см"' Дн, см" Дн/н№ Н2 , см"1 ДН, см" Дн / н№

515 522 7 0,0136 520 5 0,0097

525 528 3 0,0057 527 1 0,0019

металлов, чем

см 525

515

с

см

ионами

1 для

см" . Относительное смещение часто диизобутилдитиофосфината меди составляет 0,0136, а для диизобутилдитиофосфината цинка - 0,0097.

Таким образом, оценка сравнительной прочности поверхностных соединений, образованных при взаимодействии диизобутилдитиофосфината натрия с халькопиритом и сфалеритом, показала, что прочность связей Рш8 для диизобутилдитиофосфината меди в 1,4 и 3 раза выше, чем прочность связей для диизобутилдитиофосфината цинка. Совместный анализ частот и интенсивностей ассиметричных валентных колебаний связей Р^Б показал, что более высокая прочность химического закрепления комплекса диизобутилдитиофосфината меди сопровождается большим количеством сорбированного комплекса по сравнению с диизобутилдитиофосфинатом цинка.

Увеличение гидрофобности поверхности халькопирита за счет образования димерного соединения вида (Т^РБ^Ь действие которого аналогично действию диксантогенида способствует повышению флотационной активности медных минералов, а также снижению потерь цинка с медным концентратом, что связано с большей селективностью основного вещества реагента АегорЫпе 3418 А -диизобутилдитиофосфината - к катиону цинка по отношению к катиону меди.

Для оценки влияния снижения потерь тонкого сфалерита в коллективной флотации на повышение содержания и извлечения цинка в последующей операции выделения

концентрата цинковой «головки» по результатам

Рис.5 Извлечение и содержание цинка в концентрат I цинковой "головки" от применяемого реагентного режима в коллективном цикле флотации

19,36

лУ ¿Г

Наименование собирателя применяемого в коллективном цикле флотации.

■ извлечениегп в к-тZnгoл Исодержание2п в к-те2.П гол

□ извлечение ¿л, кл.-10 мкм в колл.к-т Пизвлечение 2п в кл-10мкм в 2п гол

опытов

графические

извлечения

содержания

концентрате

«головки» и

построены зависимости цинка, цинка в I цинковой содержания

цинка в классе 0-Ю мкм в данном концентрате от применяемого реагентного режима в коллективном цикле флотации (рис.5).

Установлены следующие зависимости:» при применении

бутилового ксантогеиата в цикле коллективной флотации извлечение цинка в классе менее 10 мкм в концентрат I цинковой «головки» составляет 19,36% и возрастает при применении селективного собирателя до 38,72%;

■ снижение потерь цинка с коллективным концентратом способствует повышению массовой доли цинка с 36,0% до 47-48,0,% в концентрате I цинковой «головки», являющемся составной частью готового цинкового концентрата;

■ извлечение цинка в концентрат I цинковой «головки» возрастает с 8,79% до 31,6% при применении селективного собирателя в цикле коллективной флотации;

Таким образом, выбор реагентного режима, обеспечивающего полноту перехода тонкого цинка в цинковый цикл флотации, показал селективность действия Aerophine 3418А в цикле выделения медных «головок» и коллективном цикле флотации.

Установленные зависимости подтверждены данными инфракрасной спектроскопии и объясняются особенностями строения комплексных образований на поверхности халькопирита и сфалерита, различающимися между собой прочностью связи, что связано с большей селективностью- диизобутилдитиофосфината - к катиону цинка по отношению к катиону меди и увеличением гидрофобное™ поверхности халькопирита за счет образования димерного соединения вида (ЫзРЗгЬ.

Изучение влияния механической оттирки на изменение фазового состава поверхности сфалерита и пирита

Подготовка поверхности сфалерита и пирита к селективной флотации может быть достигнута комплексом термо-механических воздействий. В условиях аналогичным флотационным исследовано влияние механической оттирки на состояние поверхности сфалерита и пирита методом ИК - спектроскопии.

Установлено, что механическая оттирка пирита (рис. 6) сопровождается удалением сульфатов и формированием гидроксидов железа, на что указывает отсутствие в спектре минерала, подвергнутого оттирке, широкой полосы с максимумом около 1000 см"1, относимой к валентным колебаниям сульфат-иона и появление полосы при 987 см"'и слабо выраженного максимума около 3600 см"1, характеризующих колебания связей Fe— О и О - Н соответственно

Применительно к сфалериту проведенные исследования показали, что агитация минерала в течение 60 минут (время прохождения сфалерита в пульпе от поступления в коллективный цикл до цинкового цикла флотации) приводит к накоплению сульфатов и карбонатов цинка в составе поверхностного слоя (рис. 7). При этом площадь полосы поглощения (ПП), отвечающей валентным колебаниям сульфат-иона (спектральный интервал 900 - 1300 см"1), увеличилась в 1,4 раза, а площадь ПП с максимумом около 1400 см"1, ассоциируемой с колебаниями карбонат-иона, выросла в 2,6 раза относительно исходного образца. Зачастую схемы цинкового цикла флотации включают доизмельчение цинковых промпродуктов. При этом по данным ИК-спектроскопии доизмельчение обуславливает окисление поверхности сфалерита, сопровождающееся накоплением сульфатов и карбонатов цинка: площадь ПП валентных колебаний сульфат - и карбонат - иона увеличилась в 2,5-КЗ раза (рис. 8);

Ранее проведенными исследованиями Чантурия В.А., Вигдергауза В.Е., Тусупбаева Т.С., Петера Балаца методами рентгеноэлектронной спектроскопии (РЭС)

Образец после механической оттирки

1000

1500

3000

2000

4000

3500

отмечено, что на поверхности исходных образцов сульфидов, в том числе, сфалерита атомы серы имеют как минимум два сигнала в исходном состоянии - сульфидный Б2" и сульфатный 8042", что говорит о присутствии на поверхности сульфидов и сульфатов цинка.

Методом ИК-спектроскопии установлено изменение состава поверхностных соединений разделяемых минералов при применении механической оттирки, в том числе уменьшение доли сульфатов, карбонатов, гидроксидов, а, следовательно, увеличение доли сульфидов, что следует из снижения площадей характеристических ПП сульфат - и карбонат - иона в 2,4 2,7 раза (рис. 9)_

Рис. 7 ИК-спектры поверхности исходного сфалерита и после 60 мин агитации в водной среде

Образец сфалерита после

Образец после агмтац/и 60 минут

Исходный образец

3900 3400 2900 2400 1900 1400 900 ювое число. см 1

Рис. 8 ИК-спектры поверхности исходного сфалерита после 60 мин агитации и после доизмельчения.

Рис. 9 ИК-спектры поверхности исходного сф алерита, после 60 мин агитации в водной среде, после доизмельчении и механической оттирки

Исходный образец

Рис. 6 ИК-спектры поверхности исходного пирита и после механической оттирки

Исходный образец

Изменение флотируемости мономинеральных фракций сульфидов цинка и пирита при применении операции механической оттирки подтверждают выше приведенные исследования - применение механической обработки способствует повышению степени извлечения цинка на 16,7% и снижению извлечения пирита на 5,0%.

Результаты термодинамических исследований состава сорбционного слоя ксантогената на различных сульфидах и в различных условиях по значению рН и ЕЬ-потенциала раствора показывают, что сорбционный слой ксантогената представлен тремя формами его закрепления. Первый монослой закрепившегося на поверхности сульфида ксантогената представлен по гипотезе Шведова чистым сульфидом -например, сульфидом цинка. Далее идет мономолекулярный слой, образованный сульфидами с кислородом, названный им сульфидо-сульфатами (п2пБ х тЕп504) -прочно связанными с решеткой минерала своей сульфидной группой (Б2) и адсорбционно-активные по отношению к собирателю благодаря своей сульфатной группе (8042). На поверхности сульфидо-сульфатов образуется многомолекулярная пленка сульфата металла (3-ий слой).

Таким образом механизм мехнической оттирки поверхности сульфидных минералов с близкими технологическими свойствами (сфалерита и пирита) обусловлен изменением состава поверхностных соединений - сульфидов и окисленных форм (сульфатов, карбонатов, гидроксидов). Уменьшение количества сульфатов и карбонатов на поверхности сфалерита способствует более прочному закреплению собирателя за счет образования малорастворимого сульфидоксантогената цинка, прочно связанного с решеткой минерала своей сульфидной группой (82"), что обеспечивает гидрофобизацию и флотацию зерен сфалерита. При этом более интенсивное развитие гидроксидных соединений железа на поверхности пирита приводит к его гидрофилизации и снижению флотируемости.

Разработка комплекса технологических операций термо-мехапических

методов, способствующих селективной флотации сульфидов цинка и

железа

С целью повышения качества цинкового концентрата в ходе проведения исследований в различных операциях цинкового цикла флотации проверена целесообразность применения следующих термо-механических процессов:

■ доизмельчения;

■ теплового и аэрационного кондиционирования;

■ механической оттирки.

По результатам опытов в открытом цикле флотации определены оптимальные точки применения обозначенных методов, а именно:

- доизмельчение грубого концентрата цинковой «головки»;

- аэрационное кондиционирование с последующей пропаркой питания цинковой флотации и концентрата грубой цинковой перечистки;

-механическая оттирка грубого концентрата цинковой «головки» и питания первой цинковой перечистки.

Проведенным минералогическим анализом концентрата грубой цинковой «головки», выделяемой при измельчении до 98,24% класса менее 74 мкм (45,0% класса менее 20 мкм), содержание сростков сфалерита с пиритом, халькопиритом и нерудными минералами составляет от 9,0% до 25,0%. Основные сростки сфалерита диагностированы с пиритом (15,43%), на 86,53% находящиеся во флотируемом классе крупности от 10 до 40 мкм (табл.4).

В связи, с чем для дальнейшего повышения качества цинковых «головок» необходимо доизмельчение и высвобождение сфалерита из сростков до количества свободных зерен 90-95,0%

Таблица 4

Данный параметр обеспечивается при степени измельчения грубой цинковой «головки» 77,0% класса менее 0,020 мкм. Также флотационными исследованиями установлена последовательность применения термо-механических методов и подобраны оптимальные параметры их реализации, в том числе:

- максимальная температура пульпы при тепловом кондиционировании перед перечистными операциями цинковой «головки» не должна превышать 40°С, так как дальнейшее повышение приводит к резкому снижению извлечения цинка (рис.10); - для достижения наилучшего извлечения цинка в «головку» при качестве концентрата цинковой «головки» 46-48,0% и извлечения на уровне 67,0% продолжительность аэрации пульпы с известью не должна быть менее 10 минут (рис.11);_

Минералы Содержание, % масс Распределение зерен минералов (% масс.) по классам крупности (мкм)

отн. 6-10 | 10-40

Концентрат грубой цинковой "головки", Си -1,02%, 2л - 34,3%, Э - 38,2% (Содержание класса менее 0,074мм - 100,0%, менее 0,020мм - 44,93%)

Сфалерит 100

свободные зерна 78,29 34,4 68,27

в срастании с: 21,71

пиритом 15,43 9,57 86,52

халькопиритом 3,54 98,8

Концентрат грубой цинковой "головки", Си (Содержание класса менее 0,074мм - 100,0% 0,47%, 2л - 39,73 менее 0,020мм - /о, Э - 40,46% 77,4%)

Сфалерит 100

свободные зерна 95,81 50,1 49,9

в срастании с: 9,19

пиритом 8,77 29,27 63,73

халькопиритом 0,42 69,61 30,39

Температура пульпы

Время агитации ,М1К

Рис. 10 Зависимость извлечения и содер -жания цинка в концентрате цинковой «головки» от времени аэрации

Рис.11 Зависимость извлечения и содержания цинка в концентрате цинковой «головки» от температуры пропарки

Рис. 12 Зависимость извлечения и

- оптимальное время оттирки перед перечистными операциями цинковои «головки» составляет 3-5мин, что способствует уменьшению количества сульфатов и карбонатов

на поверхности сфалерита, обеспечивая тем самым качество цинковой «головки» на уровне 58,0% (рис.12).

Поскольку основной частью общего цинкового концентрата (до 60,0%), получаемого на ОФ ОАО «Учалинский ГОК» являются концентраты цинковых «головок», то повышение общего качества цинкового концентрата в основном

связано с повышением качества концентратов цинковых «головок».

Поэтому было проверено влияние комплекса технологических операций с установленными параметрами и в определенной последовательности - доизмельчения и механической оттирки с последующим аэрационным и окислительно-тепловым кондиционированием, на качество и извлечение цинка в концентраты I и II цинковых «головок». Для полноты перехода цинковых минералов в цинковый цикл флотации в циклах выделения концентратов медных «головок», в медном цикле флотации применен селективный собиратель диизобутилтиофосфинат.

Применение разработанной технологии позволило:

■ повысить содержание цинка в цинковом концентрате на 2,2% (до 51,57%) за счет применения комплекса термо-механических процессов;

■ повысить извлечение цинка в цинковый концентрат на 3,66% (до 81,97%) за счет снижения потерь в медном концентрате;

■ повысить содержание меди в медном концентрате на 4,33% (до 20,67%).

Промышленные испытания оттирочного комплекса ОФК-15 РИФ

С целью интенсификации процесса флотации в цинковом цикле флотации 2 секции Учалинской обогатительной фабрики проведены промышленные испытания оттирочного комплекса ОФК-15 РИФ, установленного на камерном продукте 1 цинковой перечистки. Обработанная в оттирочном комплексе пульпа поступает на основную цинковую флотацию вместе с камерным продуктом флотации цинковой «головки».

За счет конструктивных особенностей в оттирочно-флотационном комплексе импеллером создаются придонные и вертикальные потоки пульпы, что приводит к интенсивному перемешиванию пульпы по всему объему камеры (рис.13). Добавленные в камеру гранулы в процессе перемешивания соударяются с частицами минерала, в результате чего происходит оттирка поверхности частиц.

Промышленные испытания с применением механической активации хвостов первой цинковой перечистки в оттирочном комплексе ОФК-15 РИФ показали прирост извлечения цинка от операции на 1 - 4%, что позволило в цикле доводки грубых цинковых концентратов повысить качество цинкового концентрата без потерь общего извлечения цинка и увеличить извлечение серебра в грубый цинковый концентрат от операции в среднем на 5,0%.

Минералогический анализ хвостов цинковой флотации показал, что с запуском схемы механической активации питания цинково-пиритной флотации увеличилась флотоактивность шламистого сфалерита: без механической оттирки при переработке медно-цинковых руд сфалерит в хвостах представлен на 94,6% свободными зернами, в классе крупности - 0 - 10 мкм на 73,2%, при работе оттирочного комплекса и

мельницы доизмельчения количество свободных зерен снижается до 75%, в классе крупности - 0-10 мкм - до 66%.

В табл.5 приведены технологические показатели внедрения ОФК-15 РИФ на ОФ ОАО «Учалинский ГОК».

Таблица 5 Технологические показатели внедрения ОФК-15 РИФ на ОФ ОАО "Учалинский ГОК"

№ п/п Показатели Компоне ты До внедрения После внедрения

]. Содержание компонентов в в цинковом концентрате, %, г/т Ъв 47.95 48.21 50,2 50,61

Аи 2,46 2,69 2,41 2,64

АЧ 103.14 110.20 107,38 115,83

С<1 0.149 0.152 0.151 0.159

Ре 12,41 12,41 11,39 10,88

8102 0,82 0,59 0,54 0,52

2. Извлечение цинка в цинковый концентрат, % % 81,79 81,36 81,69 81,23

Применение оттирочного комплекса ОФК-15 РИФ позволило повысить качество цинкового концентрата на 2,5% с (47,95% до 50,28%) без снижения извлечения цинка в общий цинковый концентрат. Содержание попутно извлекаемых компонентов кадмия и серебра в цинковый концентрат повысилось с 0,149 % до 0,160% и с 103,14 г/т до 115,83 г/т соответственно.

При этом наблюдается постепенное снижение содержание железа в цинковом концентрате с 12,41% до 10,88%.

Накопленный дисконтированный эффект за 6 лет с момента ввода в эксплуатацию оттирочной флотационной машины ОФ К -15 РИФ составляет 12 778 тыс.руб. (при расчете стоимости товарной продукции по внутренним ценам ООО «УГМК-Холдинг»).

Заключение:

В диссертационной работе на основе выполненных автором исследований решена актуальная научно-практическая задача по интенсификации процесса селективной флотации медно-цинковых руд на основе химических и механических методов модифицирования поверхностных свойств сфалерита и медных минералов, обеспечивающих повышение качества цинковых концентратов.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Вскрыты причины снижения качества цинковых концентратов, получаемых при переработке труднообогатимых колчеданных медно-цинковых руд вовлекаемых в переработку в последнее десятилетие. Показано, что основные потери сфалерита в медных концентратах обусловлены свободными тонкими зернами (75-80,0% в классе крупности менее 0-10 мкм) вследствие неоптимальных условий флотации в циклах выделения медных "головок", коллективном и цикле селекции коллективного

концентрата. Установлено присутствие сфалерита в грубых концентратах цинковых «головок» (выделяемых в рудном и цинковом циклах флотации) сростками с крупнозернистыми и мелкозернистыми кристаллами пирита, которые загрязняют готовые цинковые концентраты и способствуют снижению их качества.

Минералогический анализ состава продуктов обогащения колчеданных медно-цинковых руд позволил определить следующие пути интенсификации селективной флотации:

- оптимальное использование новых реагентов в коллективном и медном циклах флотации, обеспечивающих полноту перехода цинка в цинковый цикл флотации;

- применением комплекса технологических операций термо-механических методов обеспечивающих повышение селективности разделения сульфидов цинка и железа.

2. Установлены закономерности флотации тонких свободных зерен сфалерита при флотации медно-цинковых руд. Изучение влияния диизобутилдитиофосфината АегорЫпе 3418А на флотируемость тонких свободных зерен сфалерита позволило установить, что извлечение цинка в классе 0- 10 мкм в концентрате 1 цинковой «головки» возрастает до 38,72% при применении данного собирателя в циклах выделения концентратов медных «головок» и коллективной флотации по сравнению с 19,36% при применении бутилового ксантогената. Снижение потерь ципка с коллективным концентратом способствует повышению как массовой доли цинка с 36,0% до 47-48,0,% в концентрате I цинковой «головки», так и извлечения цинка в данный концентрат с 8,79% до 31,6% при применении селективного собирателя в цикле коллективной флотации;

Установленные зависимости подтверждены данными инфракрасной спектроскопии и объясняются особенностями строения комплексных образований на поверхности халькопирита и сфалерита, различающимися между собой прочностью связи, что связано с большей селективностью- диизобутилдитиофосфината - к катиону цинка по отношению к катиону меди и увеличением гидрофобности поверхности халькопирита

за счет образования димерного соединения вида (К2Р82)2

3. Впервые установлен механизм действия мехнической оттирки на поверхность сульфидных минералов с близкими технологическими свойствами (сфалерита и пирита), который обусловлен изменением состава поверхностных соединений сульфидов и окисленных форм (сульфатов, карбонатов, гидроксидов). Уменьшение количества сульфатов и карбонатов на поверхности сфалерита способствует более прочному закреплению собирателя за счет образования мало растворимого сульфидоксантогената цинка, прочно связанного с решеткой минерала своей сульфидной группой (Б2'), что обеспечивает гидрофобизацию и флотацию зерен сфалерита. При этом более интенсивное развитие гидроксидных соединений железа на поверхности пирита приводит к его гидрофилизации и снижению флотируемости.

Показано, что применение механической оттирки при флотации на мономинеральных фракциях сфалерита и пирита способствует повышению степени извлечения цинка на 16,7% и снижению извлечения пирита на 5,0%.

4. Впервые разработан комплекс технологических операций с установленными

параметрами, применение которых в определенной последовательности -доизмельчение до 77,0% класса менее 20 мкм концентратов I цинковой «головки» с последующей механической оттиркой в течение 3-5 мин, с последующим аэрационным (10 мин) и окислительно-тепловым кондиционированием до 35-40°С, способствующий интенсификации процесса селективной флотации сульфидов цинка и железа.

5. Экспериментально апробирована разработанная технология повышения качества цинкового концентрата, позволяющая: повысить содержание цинка в цинковом концентрате на 2,2% (до 51,57%) за счет применения комплекса химических и механических методов модификации поверхности сфалерита, повысить извлечение цинка в цинковый концентрат на 3,66% (до 81,97%) за счет снижения потерь в медном концентрате.

6. Промышленными испытаниями разработанного оттирочного флотационного комплекса, подтверждена возможность повышения содержания цинка в цинковом концентрате на 2,0% с чистым дисконтированным доходом за 6 лет с момента ввода в эксплуатацию оттирочной флотационной машины ОФК -15 РИФ - 12 778 тыс.руб.

7. Разработанные технологические режимы повышения качества цинковых концентратов использованы при разработке технологических регламентов для реконструкции действующих обогатительных фабрик по переработке медно-цинковых руд Гайского, Юбилейного месторождений (ООО "УГМК-Холдинг), Приорского месторождения (ОАО "РМК") и для проектирования промышленного предприятия по переработке медно-цинковых руд Ново-Шемурского месторождения (ООО "УГМК-Холдинг).

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Научные статьи в изданиях из перечня ВАК России:

1. Применение оттирочного комплекса ОФК-15 РИФ в цинковом цикле обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК» //Зимин A.B., Кирилловых В.Н., Немчинова J1.A., и др. //Горный журнал, № 11, 2008г, с.53-55.

2. Совершенствование технологии флотации руд на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК» //Зимин A.B., Немчинова Л.А., Ягуднн P.A., Ягудина ГО.Р. // Горный журнал, № 11, 2008г, с.31-35.

3.Technological improvement of ore flotation at the concentrating plant of uchalynsky mining and concentrating works //Zimin A.V., Nemchinova L.A., Yagudin R.A., Yagudina Yu.R//Eurasian mining, gornyi zhurnal выпуск №2, 2009г, с. 19-22.

4. Повышение качества медного концентрата на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК»// Ягудин P.A.,. Ягудина Ю.Р., Зимин A.B., Немчинова Л.А.,и др. // Горный журнал, 2010г, выпуск№10-с.52-56

5. Разработка технологии обогащения медно-цинковых руд с предварительной отмывкой класса 5мм// Зимин A.B., Скарин О.И., Немчинова JI.A. и др. //Горный журнал,2010 г, выпуск№10, с.57-60

6. Реконструкция сибайской обогатительной фабрики с применением технологии и оборудования ЗАО «НПО «РИВС»// Гибадуллин З.Р., Мингажев А.Ж., Калинин Е.П., Немчинова JI.A., и др. //Горный журнал, 20Юг, выпуск№10,с.93-96.

7. Повышение технологических показателей цинкового цикла на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК»// Зимин A.B., Калинин Е.П., Немчинова J1.A., и др., //Горный журнал-2010г, выпуск№10,с.47-51.

8. Основные направления реконструкции обогатительной фабрики ОАО «Гайский ГОК» // Зимин A.B. Калинин Е. П., Немчинова JI.A. и др. //Горный журнал, 2012г,№ 11 стр. 15-19.

9. Совершенствование технологии обогащения медных руд и конвертерных шлаков на обогатительной фабрике ОАО «СВЯТОГОР» // Немчинова Л.А., Ткаченко М.И., Алексеева Ю.Б//Горный журнал, 2012г, № 11 стр. 20-23

10. Пуск и освоение Хайбуллинской обогатительной фабрики с применением Отехнологии и оборудования ЗАО «НПО «РИВС» // Зимин А. В. Калинин Е. П., Рыжков К.В., Немчинова JI.A., и др. //Горный журнал, 2012г, стр. 23-27.

11. Классификация технологических схем флотационного обогащения колчеданных медных и медно-цинковых руд // Зимин А. В., Арустамян М.А.,Немчинова J1.A. //Горный журнал, 2012г, стр. 28-33.

Статьи в других издания:

12. Использование оттирочного комплекса ОФК-15 РИФ для повышения показателей в цинковом цикле обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК» //Зимин A.B., Кириловых В.Н., Немчинова Л.А., и др. //VII Конгресс обогатителей стран СНГ 26—28 февраля 2008 г. Москва, стр. 258-260.

13. Интенсификация процесса флотации в цинковом цикле с применением аэрацноно-теплового кондиционирования и механической активации на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК»// Немчинова Л.А //Международное совещание «Плаксинские чтения-2009», г. Новосибирск с. 179-182.

14. Выбор и обоснование структуры технологической схемы флотационного обогащения колчеданных медных и медно-цинковых руд// Зимин A.B., Арустамян М.А., Немчинова Л.А. // Международное совещание «Плаксинские чтения-2011», г.Верхняя Пышма, 19-24 сентября 2011г., с. 181-183

15. Improvement of ural (Russia) pyrite copper-zinc ores dressing technology//

XXVI INTERNATIONAL MINERAL PROCESSING CONGRESS (1MPC) 2012 PROCEEDINGS / NEW DELHI, INDIA / Kutlin B.A., Zimin A.V., Nemchinova L.A., 24 - 28 SEPTEMBER 2012г, стр 24-33.

16. Разработка технологии избирательной флотации руд с повышенным содержанием пирита// Зимин A.B., Немчинова Л.А //IX Конгресс обогатителей стран СНГ 26—28 февраля 2013 г. Москва 2013г стр. 268-270.

17. Пути повышения качества медного концентрата при обогащении колчеданных руд // Немчинова Л.А., Гусар Л.С. //Научно-практическая конференция РИВС 2008г, г.Санкт-Петербург, стр. 23-26.

18. Использование отгирочного комплекса ОФК-15 РИФ для повышения качества концентратов// Зимин A.B., Кирилловых, Немчинова JI.A., и др. //Научно-практическая конференция РИВС 2008г г.Санкт-Петербург, стр. 21-23.

19. Повышение технологических показателей цинкового цикла флотации на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК» с применением физико-механических методов обработки пульпы.// Абдрахманов И.А., Ягудин Р.А, Зимин A.B., Кириловых В.Н., Немчинова Л.А. и др., //Научно-практическая конференция РИВС 2010г, г.Санкт-Петербург, стр: 23-25.

20.3имин A.B., Немчинова J1.A., Разработка технологии избирательной флотации руд с повышенным содержанием пирита.// Научно-практическая конференция РИВС 2012г, г.Санкт-Петербург, стр. 25-27

21.Технологические аспекты переработки колчеданных медных и медно-цинковых руд. // Зимин A.B., Арустамян М.А. , Калинин Е.П., Немчинова Л.А. //Научно-практическая конференция РИВС 2012г, г.Санкт-Петербург, стр. 27-29.

22. Разработка технологии обогащения медно-цинковых руд, с отмывкой класса не менее 5мм.// Зимин A.B., Скарин О.И. Калинин Е.П., Немчинова Л.А., Ткаченко М.И. // Научно-практическая конференция РИВС 2010г, г.Санкт-Петербург, стр. 29-31.

Подписано в печать 14.08.2013г Формат бумаги 60x90/16 Бумага офсетная 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 2265 Отпечатано в ГУП РБ Учалинская городская типография. 453700 г.Учалы, ул.Строительная 16

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Немчинова, Лариса Анатольевна, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РОССИЙСКОЙ

АКАДЕМИИ НАУК ЗАО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ

«РИВС»

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД НА ОСНОВЕ ХИМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЦИНКОВЫХ МИНЕРАЛОВ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

На правах рукописи

04201361426

НЕМЧИНОВА ЛАРИСА АНАТОЛЬЕВНА

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор

И.В.Шадрунова

Москва -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ МЕДНО-

ЦИНКОВЫХ РУД..........................................................................................................................................8

1.1. Состояние минерально-сырьевой базы 8

1.2. Анализ методов и технологий переработки колчеданных медно-цинковых

РУД........................................................................................................................................................................................15

1.3. Проблемы повышения качества медных и цинковых концентратов

........................................................................................................................................................................................24

Выводы к главе 1 ...................................................................................... 30

2.0. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДИКИ

ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ......................................................... 33

2.1. Авторские и стандартные методики 33

2.2 Вещественный состав объектов исследований..................................... 37

2.2.1 Вещественный состав колчеданных медно-цинковых руд ............................................................................................................... 40

2.2.2 Вещественный состав проб концентратов медных «головок» и медных концентратов............................................................................................ 46

2.2.3 Вещественный состав проб цинковых концентратов и концентратов

цинковых «головок» и питания цинковой флотации...................................... 47

Выводы к главе 2..................................................................................... 52

3.0. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СЕЛЕКТИВНОГО РЕАГЕНТНОГО РЕЖИМА РАЗДЕЛЕНИЯ МЕДНЫХ И ЦИНКОВЫХ МИНЕРАЛОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЦИНКОВОГО КОНЦЕНТРАТА.............................. 54

3.1 Выбор селективного реагентного режима флотации для медно-цинковой руды, в которой медные минералы представлены халькопиритом на

54

95,0%.........................................................................................................

3.2 Выбор селективного реагентного режима флотации для медно-цинковой руды содержащей теннантита до 40,0% от общей доли медных минералов.............................................................................................

71

Выводы к главе 3....................................................................................

/о 2

4.0 РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ПОДГОТОВКУ ПОВЕРХНОСТИ СФАЛЕРИТА И 78 ПИРИТА К СЕЛЕКТИВНОЙ ФЛОТАЦИИ.......................................................

4.1 Изучение влияния термо-механических процессов на поверхность 79 минералов с близкими технологическими свойствами............................

4.2 Исследование возможности применения физико-механических процессов в цинковом цикле флотации для снижения содержания железа в цинковом

86

концентрате...............................................................................................

4.3 Разработка технологии получения высококачественного цинкового

концентрата из колчеданных медно-цинковых руд....................................... 91

Выводы к главе 4........................................................................

94

5.0 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ И ТЕХНИКО- 96 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

5.1 Промышленные испытания разработанной технологии и внедрение оттирочного комплекса ОФК-15 РИФ.......................................................... 97

5.2 Расчет экономического эффекта........................................................................................................................106

Выводы к главе 5........................................................................................................................................................................111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................................................................................112

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................................................................................115

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................................................................................................124

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В последние 10 лет мировое производство металлического цинка выросло на 22,0% при росте использования на 14%. Запасы цинксодержащих руд оцениваются в 248 млн. тонн. При ежегодной добыче из недр на уровне 4-5% мировых запасов, они исчерпаются всего через 20-25 лет.

В общероссийском производстве цинкового концентрата 95% производят горнорудные предприятия, осуществляющие добычу и переработку колчеданных медных и медно-цинковых руд. Эти предприятия вынуждены работать в условиях постоянного увеличения объемов производства и повышения требований к качеству медных и цинковых концентратов, что должно обеспечивать снижение себестоимости металлургической переработки, снижение транспортных затрат на их перевозку, уменьшение выбросов сернистого газа и накопления металлургических шлаков и, как следствие, снижение загрязнения окружающей среды.

Рост требований к качеству цинкового концентрата является общемировой тенденцией, несмотря на снижение массовой доли цинка в руде (за последние 10 лет на уральских ГОКах - в 1,2 - 2,4 раза), при росте цены на цинк в цинковом концентрате на 31,0% (с 778 дол в 2002г до 2500 дол в 2012г).

В условиях мировых тенденций с одной стороны снижения добычи руд, а с другой повышения потребности индустриальной техники в цинке, совершенствование технологических схем и режимов флотации, разработка новой техники, направленных на повышение качественных и количественных показателей переработки добываемых цинксодержащих руд, является весьма актуальной.

Цель работы: Научное обоснование и разработка эффективных химических и механических методов интенсификации процесса цинковой флотации, обеспечивающих повышение качества цинкового концентрата.

Идея работы: Повышение контрастности поверхностных свойств сфалерита и пирита при селективной флотации может быть достигнуто за счет использования новых реагентов, тепловой и механической обработкой флотационных пульп.

Объекты и методы исследования. Исследования проводились на медно-цинковых рудах Учалинского промышленного района и продуктах их обогащения в условиях обогатительной фабрики ОАО «Учалинский ГОК».

При выполнении диссертационной работы был использован комплекс физических, химических и физико-химических методов: химический, минераграфический, спектральный, гранулометрический анализы; метод электронной микроскопии; метод инфракрасной (ИК) спектроскопии, метод оценки раскрываемости и определения морфометрических параметров зерен с помощью промышленной системы анализа изображений 1_еюаО\ЛЛп\/ - 3; флотационные опыты на лабораторных установках. Все виды анализов проводились с использованием стандартных методик и аппаратуры в лабораториях НПО «РИВС» (г. Учалы, г.Санкт-Петербург), ОАО «Учалинский ГОК», ИПКОН РАН. Работа выполнена с применением методов обобщения и систематизации материалов по проблеме исследования, физического моделирования, прикладной математики, математической статистики, теории вероятности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ способов и методов получения селективных медных и цинковых концентратов из колчеданных медно-цинковых руд;

2. Изучение структурно - технологических особенностей строения продуктов флотации колчеданных медно-цинковых руд;

3. Исследование молекулярных структур соединений, образующихся на поверхности минералов, методом ИК-спектроскопии и метода многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) для установления механизма действия селективного собирателя и физико-механических методов воздействия;

4. Разработка селективного реагентного режима коллективного и медного циклов флотации колчеданных медно-цинковых руд, обеспечивающего полноту перехода цинковых минералов в цинковый цикл флотации.

5. Разработка комплекса технологических процессов, обеспечивающих повышение качества цинкового концентрата в цикле цинковой флотации.

6. Опытно - промышленные испытания разработанных режимов и процессов.

7. Оценка технико-экономической эффективности технологии повышения качества цинкового концентрата.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Механизм процесса оттирки цинковых концентратов для повышения селективности процесса цинковой флотации обусловлен изменением состава поверхностных соединений сфалерита и пирита - сульфидов и окисленных форм (сульфатов, карбонатов, гидроксидов), создающих контрастность в их флотируемости.

2. Реагент-собиратель диизобутилдитиофосфинат в циклах коллективной и медной флотации обеспечивает снижение потерь тонких классов сфалерита с 38,72% до 19,36% в медном и коллективном концентратах за счет селективного действия, обусловленного образованием хелатных комплексных соединений (диизобутилдитиофосфината меди-О-С^эЬРЭЗСи и диизобутилдитиофосфината цинка - ((¡-С^э^РЗБ^п) на поверхности халькопирита и сфалерита различной степени прочности.

3. Комплекс технологических операций в установленной последовательности и условиях реализации: доизмельчение концентратов цинковых «головок» до 77,0% кл,- 0,020 мм, механическая активация в течение 3-5 мин, аэрационное (10 мин) и окислительно-тепловое кондиционирование до 35,0°С - 40,0°С - обеспечивает подготовку поверхности сфалерита и пирита к селективной флотации, что приводит к повышению качества цинкового концентрата на 2,0% при сохранении извлечения;

Научная новизна работы:

1. На основе анализа научных исследований и работы обогатительных фабрик определены причины снижения качества цинковых концентратов и извлечения цинка в цинковый концентрат при переработке колчеданных медно-цинковых руд.

2. Экспериментально установлены основные причины снижения потерь тонких раскрытых частиц сфалерита с медным концентратом при применении диизобутилдитиофосфината, извлечение которых в цинковой флотации повышает качество цинкового концентрата.

3. Вскрыт механизм повышения селективности процесса цинковой флотации за счет механических методов воздействия на поверхность сфалерита и пирита, обусловленный изменением элементного состава поверхности сульфидов, повышающих контрастность в их флотируемости.

Практическое значение работы и реализация результатов:

Разработана технология повышения качества цинкового концентрата, обеспечивающая получение цинкового концентрата с содержанием цинка на уровне 50,0% при переработке колчеданных медно-цинковых руд на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК».

Предложен новый реагентный режим коллективного и медного циклов флотации при измельчении до 80,0% класса менее 74 мкм, основанный на сочетании собирателей, применяемых в селективной флотации колчеданных руд цветных металлов, заключающийся в том, что в операции флотации медных «головок» и медной флотации в зависимости от состава медных минералов подается слабый селективный собиратель АегорЫпе 3418А, для дофлотации сростков в коллективную флотацию подается бутиловый ксантогенат, что позволяет по технологической схеме ОФ выделить порядка 35 % цинка в цинковый концентрат сразу в коллективной флотации и повысить извлечение цинка в цинковый цикл флотации на 4%, а также повысить содержание меди в медном концентрате до 19,5% без снижения извлечения.

Проведено внедрение в цинковом цикле флотации оттирочной флотационной машины ОФК -15 РИФ. Комплекс технологических операций -доизмельчение и механическая активация, аэрационное и окислительно-тепловое кондиционирование обеспечивает возможность повышения качества цинкового концентрата на 2,0% при сохранении ранее достигнутого извлечения. Разработанный реагентный режим и комплекс технологических операций внедрен на ОФ ОАО «Учалинский ГОК» при переработке медно-цинковых руд Узельгинского, Талганского и Молодежного, Учалинского месторождений.

Накопленный дисконтированный эффект за 6 лет с момента ввода в эксплуатацию оттирочной флотационной машины ОФК -15 РИФ составляет 12 778 тыс. руб.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается использованием современного оборудования и апробированных методик, надежностью исходных данных, оценкой полученных результатов методами математической статистики, удовлетворительной сопоставимостью результатов лабораторных исследований и испытаний в производственных условиях и положительными результатами внедрения на ОФ ОАО «Учалинский ГОК».

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 149 наименований и содержит 153 стр. машинописного текста, 34 рисунка, 24 таблицы, 3 приложения.

ГЛАВА 1

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ МЕДНО-

ЦИНКОВЫХ РУД 1.1 Состояние минерально-сырьевой базы

Промышленный комплекс по добыче руд и производству цветных и редких металлов (цветная металлургия) является важнейшей составной частью российской металлургической промышленности. Продукция цветной металлургии составляет 4,6% в ВВП России и является одной из основных статей экспорта. Её общий стоимостной объем в 2002г составил 7,3 млрд. долл. США (второе место по валютной выручке после продукции топливно-энергетического комплекса). В настоящее время добычу и переработку руд цветных и редких металлов осуществляют 45 предприятий, в составе которых 58 рудников подземных работ, 14 карьеров и 52 обогатительные фабрики, а также 6 заводов по производству глинозема [1].

Медь, как и другие основные цветные металлы, является стратегическим сырьем, уровень потребления которого служит показателем производственно-технического потенциала страны. По объему потребления медь занимает 2-е место в мире среди цветных металлов (после алюминия) и 3-е среди всех металлов (после железа и алюминия).

В последнее десятилетие производство меди в концентратах и рафинированной меди составило примерно 10,6 и 15,2 млн.т соответственно. Около 78% общемирового объема меди в концентратах было произведено двадцатью четырьмя компаниями, крупнейшими из которых являются следующие шесть: Grupo Mexico, Rio Tinto, Minera Eskcondia, Freeport-McMoRan COPPER&COLD, Codelko и ВНР Biliton. Каждая из указанных компаний произвела более 5%, а суммарно более 40% от мирового выпуска меди в концентратах.

Из указанных двадцати четырех компаний только половина поставляла концентраты меди на мировой рынок. Остальные компании осуществляли переработку концентратов на собственных металлургических предприятиях и являлись поставщиками рафинированной меди на мировой рынок. Так основными поставщиками рафинированного металла на мировой рынок за последние 10 лет явились восемнадцать компаний (обеспечивших более 52% общемирового объема меди), в том числе: Codelko(1630,1 тыс.т), Phelps Dodqe(1275,6 тыс.т), Grupo Mexico(1077,9 тыс.т), MIM (471,7 тыс.т),ОАО «ГМК «Норильский Никель»(437,0тыс.т), ОАО «Корпорация Казахмыс»(431,7 тыс.т), Rio Tinto(417,0), Noranda lnc.(395,5 тыс.т) и «УГМК-ХОЛДИНГ»(328,3 тыс.т).

Из 95 стран мира, в которых сосредоточены все мировые запасы, уникальными запасами обладают Чили и США (в сумме свыше 130 млн.т или 40% мировых запасов). Ещё в семи странах (Китай, Казахстан, Перу, Индонезия, Польша, Замбия, Россия) сосредоточено 36% мировых запасов. На долю России приходится менее 6% подтвержденных мировых запасов меди (таблица 1.) [1].

Таблица 1

Распределение по странам мировых запасов и ресурсов меди ( по

данным «US Geological Survey»)

Страна Запасы База запасов (ресурсы)

млн.т % млн.т %

Чили 88,0 25,9 160,0 24,6

США 45,0 13,2 90,0 13,9

Россия 20,0 5,9 30,0 4,6

Польша 20,0 5,9 36,0 5,5

Перу 19,0 5,6 40,0 6,2

Индонезия 19,0 5,6 25,0 3,9

КНР 18,0 5,3 37,0 5,7

Мексика 15,0 4,4 27,0 4,2

Казахстан 14,0 4,1 20,0 3,1

Замбия 12,0 3,6 34,0 5,2

Канада 10,0 2,9 23,0 3,5

Австралия 9,0 2,6 23,0 3,5

Другие страны 51,0 15,0 105,0 16,1

Всего 340,0 100,0 650,0 100,0

Особенностями российской рудно-сырьевой базы цветной металлургии являются более сложные горно-геологические и экономико-географические условия разработки месторождений, а также более низкое содержание целого ряда металлов в природном сырье по сравнению с минерально-сырьевой базой (МСБ) зарубежных стран, формирующих мировые цены на металлургическое сырье (таблица 2).

По структуре запасов Россия (табл.3) отличается от ведущих медедобывающих стран, где основными типами месторождений является медно-порфировый (65% добычи) со средним содержанием меди в руде 0,6-0,7% и

медистых песчаников (20% добычи) со средним содержанием меди в руде 2,2 -2,6 %.

Таблица 2

Современное состояние и перспективы сырьевого обеспечения цветных металлов в России

(по данным МПР и Минпромнауки РФ)

Металл Обеспеченность производства собственным сырьем Специфика структуры МСБ Конкурентоспособность МСБ Перспективы развития

Медь Дефицит концентратов составляет около 10%. Истощение сырьевой базы ряда