Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности обратной флотации нефелина при использовании высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности обратной флотации нефелина при использовании высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов"

На правах рукописи

МУХИНА Татьяна Николаевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАТНОЙ ФЛОТАЦИИ НЕФЕЛИНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОНАТОВ

Специальность 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004

Работа выполнена в Горном институте Кольского научного центра Российской академии наук.

Научныйруководитель -доктор технических наук

А.Ш.Гершенкоп

Официальныеоппоненты: доктор технических наук, профессор

В.И.Рябой

кандидат технических наук, доцент

М.В.Никитин

Ведущеепредприятие-ОАО «Ковдорский ГОК»

Защита диссертации состоится 27 декабря 2004 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.04 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 3216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 26 ноября 2004 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных задач в решении проблемы комплексного использования апатито-нефелиновых руд является получение высококачественного нефелинового концентрата из отходов апатитового производства.

В связи с интенсивным освоением Хибинских месторождений в настоящее время в переработку вовлекается все большая доля бедных руд с существенно отличающимся минералогическим составом.

Практика работы обогатительных фабрик ОАО «Апатит», результаты исследовательских работ показывают, что при обогащении таких руд применение жирнокислотного собирателя (мыла сырого таллового масла) в цикле нефелиновой флотации не обеспечивает получение нефелинового концентрата стабильного качества с удовлетворительным извлечением глинозема.

Перспективы совершенствования технологии

флотационного обогащения апатито-нефелиновых руд и снижения себестоимости их переработки связаны с поиском новых реагентов-собирателей и реагентных режимов для повышения селективности процесса нефелиновой флотации и получения качественного нефелинового концентрата, способного удовлетворять требованиям промышленности.

Настоящая работа посвящена вопросам разработки реагентного режима, обеспечивающего повышенную селективность процесса флотации за счет более полного удаления темноцветных минералов из нефелинового концентрата.

Целью работы является повышение технологических показателей обратной нефелиновой флотации при переработке апатито-нефелиновых руд на основе совместного использования

высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов и

жирнокислотного собирателя.

Идея работы заключается в повышении эффективности действия жирнокислотного собирателя при флотации темноцветных минералов в присутствии высокомолекулярного алкилбензолсульфоната.

Методы исследований: анализ и обобщение литературных и патентных данных о закономерностях процессов, протекающих при обратной флотации нефелина; методы измерения электрокинетического потенциала, сорбции, определения критической концентрации мицелл образования, прочности закрепления реагентов, ИК-спектроскопии, беспенной флотации чистых разностей минералов, фазовые и химические методы анализа, прямые флотационные опыты в лабораторных условиях; полупромышленные испытания; анализ и обработка измерений с применением методов прикладной математики и программных средств персонального компьютера.

Основные защищаемые положения:

♦ Ионный состав жидкой фазы пульпы и синергический эффект, полученный за счет взаимодействия сульфонатов и жирнокислотных собирателей с поверхностью темноцветных минералов, определяют эффективность извлечения темноцветных минералов при обратной флотации нефелина.

♦ Повышение качества нефелинового концентрата определяется предварительным выделением темноцветных минералов и активацией поверхности нефелина на стадии прямой флотации солями кальция.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами комплексных исследований, выполненных на большом объеме материала апатито-нефелиновых руд в лабораторных условиях, результатами опытно-промышленных испытаний, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических данных.

Научная новизна работы:

♦ Установлены закономерности флотируемости основных минералов, входящих в состав хвостов апатитового передела, заключающиеся в активации их поверхности катионами Са2+ при флотации высокомолекулярным алкилбензолсульфонатом и жирнокислотным собирателем.

♦ Показано, что избыток катионов кальция в пульпе приводит к активации поверхности нефелина при флотируемости его сочетанием вышеуказанных собирателей за счёт ионного обмена между натрием его кристаллической решетки и кальцием, содержащимся в жидкой фазе пульпы.

♦ Установлено, что при совместном использовании высокомолекулярного алкилбензолсульфоната и жирнокислотного собирателя, последний диспергируется, его критическая концентрация мицеллообразования повышается, что способствует лучшему взаимодействию собирателя с поверхностью минералов.

♦ Разработана технология получения нефелинового концентрата при изменяющемся минералогическом составе хвостов апатитовой флотации, заключающаяся в использовании совместно с жирнокислотным собирателем высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов и регулировании ионного состава жидкой фазы пульпы.

Практическая значимость работы заключается в обосновании и разработке:

♦ способов регулирования ионного состава жидкой фазы пульпы при прямой и обратной флотации нефелина;

♦ технологии получения качественного нефелинового концентрата обратной флотацией с использованием сочетания высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов и жирнокислотных собирателей в условиях сложного минералогического состава;

♦ способа повышения качества нефелинового концентрата прямой флотацией нефелина с применением повышенных расходов хлористого кальция в щелочной среде.

Апробация работы и публикации. Основные результаты и положения диссертационной работы опубликованы в 8-ми работах и докладывались на II научно-технической конференции молодых ученых Горного института Кольского филиала АН СССР (г.Апатиты, 1980 г.), Международной конференции, посвященной 275-летию РАН (г. Апатиты, 1999 г.), III конгрессе обогатителей стран СНГ (г. Москва, 2001 г.), Плаксинских чтениях (г. Чита, 2002 г., г. Петрозаводск, 2003 г).

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка литературы из 118 наименований и содержит 174 страницы компьютерного текста, включающего 40 таблиц; 49 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современное состояние технологии получения нефелинового концентрата из апатито-нефелиновых руд Хибинских месторождений

Как показывает практика работы нефелинового производства обогатительного комплекса ОАО «Апатит», вовлечение в переработку окисленных и бедных руд и, как следствие, изменение минералогического состава перерабатываемого сырья, оказывает значительное негативное влияние на селективность процесса в цикле нефелиновой флотации с использованием жирнокислотных собирателей. При существующей технологической схеме получения нефелинового концентрата для более полного извлечения темноцветных минералов расходы собирателя достигли 2.5-3.0 кг/т концентрата. При таких расходах собирателя значительно возросли потери глинозема с пенными продуктами флотации

темноцветных минералов. Поэтому без повышения селективности выделения темноцветных минералов за счет разработки новых реагентных режимов и внедрения рациональных схем обогащения с использованием современного эффективного оборудования проблема повышения основных технологических показателей нефелиновой флотации не может быть полностью решена.

На основе анализа результатов выполненных ранее исследований (Рундквист В.А., Богданов О.С., Белаш Ф.Н., Алейников Н.А., Ратобыльская Л.Д., Голованов Г.А. и др.) и результатов работы действующего предприятия определены следующие основные задачи диссертационной работы:

♦ Выявление селективности применяемого в ОАО «Апатит» реагентного режима при получении качественного нефелинового концентрата.

♦ Оценка эффективности подготовки питания обратной нефелиновой флотации и его влияние на качество нефелинового концентрата.

♦ Проведение исследований влияния ионного состава оборотных вод на качество нефелинового концентрата.

♦ Сравнительный анализ флотационной активности сульфонатов с целью выбора эффективного собирателя для селективного выделения нефелинового продукта.

♦ Разработка реагентного режима для выделения нефелинового концентрата с применением обратной и прямой флотации, обеспечивающего высокие технологические показатели.

Кристаллохимическая структура и поверхностные свойства исследуемых минералов

Качество хвостов апатитовой флотации по содержанию А12О3 определяется величиной их разубоживания темноцветными минералами и соотношением нефелина и других алюмосиликатов. Причем максимально возможное

удаление темноцветных минералов в цикле обратной нефелиновой флотации является определяющим условием для достижения высоких технологических показателей по качеству нефелинового концентрата и извлечению Al2O3.

В предположении о бериллоподобной кристаллической структуре нефелина, ионы щелочных металлов располагаются в своеобразных "каналах", вытянутых вдоль тройной оси ячейки. Ионы К+ и имеют возможность перемещаться вдоль

подобных "каналов". В водной среде ионы и К+ легко переходят из нефелина в раствор, а решетка нефелина обнаруживает способность к поглощению катионов, то есть к ионному обмену.

Полевые шпаты Хибинских месторождений представлены в основном калиевыми полевыми шпатами с кристаллической структурой, типичной для каркасных силикатов. Ионы находятся в крупных "изолированных" полостях, образованных кремнекислородными тетраэдрами и достаточно прочно удерживаются внутри такого каркаса.

Пироксены Хибинских месторождений относятся к подгруппе моноклинных. Представлены двойными и более сложными соединениями, в кристаллических структурах которых в качестве катионов участвуют в одних случаях Mg и Fe2+, замещающие друг друга, а также Са2+, в других - с

Fe3+ и Al3+.

Для кристаллической структуры сфена характерно, что в одном из положений атомы кислорода не связаны с кремнекислородными группами и могут замещаться группой (ОН, F). В щелочной среде на поверхности сфена следует ожидать преобладание групп ОН, что может способствовать закреплению определенного класса собирателей.

Важную роль в процессах флотации играет растворимость минералов, присутствующих в пульпе. Исследования растворимости нефелина, полевого шпата, сфена,

эгирина проведены на чистых разностях при различных значениях рН.

Выявленные большие содержания натрия в щелочных растворах в присутствии нефелина свидетельствуют о подвижности этого иона и возможности его обмена с другими ионами в соответствии с их ионными радиусами/Данные по растворимости сфена и эгирина показывают, что определенное влияние на их флотируемость должны оказать катионы кальция. В щелочной среде число активных центров, связанных с катионами кальция у сфена и эгирина убывает, что должно снизить их флотируемость в этой области рН.

Проведены измерения электрокинетического потенциала чистых разностей минералов при изменении рН среды. Установлено, что в нейтральной среде все минералы заряжены отрицательно. С повышением щелочности пульпы наблюдается возрастание отрицательного заряда на поверхности всех минералов, но в разной степени для каждого из них. В связи с повышенной растворимостью нефелина и амфотерными свойствами алюминия, увеличение отрицательного значения потенциала на его поверхности происходит наиболее интенсивно. Отрицательные значения ^-потенциала полевого шпата, эгирина и сфена, обладающих малой растворимостью, увеличиваются значительно слабее. В слабокислой среде для полевого шпата и нефелина наблюдается перезарядка поверхности при значениях рН, равных ~6.0, которая объясняется, вероятно, сорбцией водородных ионов, наличием на поверхности раскола минералов соединений алюминия, способных образовывать в слабокислой среде основные соли. В то же время, для эгирина и сфена в этой области рН наблюдается только некоторое уменьшение отрицательных значений потенциала.

Исследование флотационных свойств нефелина, полевого шпата, эгирина, сфена

Недостаточная селективность жирнокислотных

собирателей, используемых для флотационного извлечения темноцветных минералов при выделении обратной флотацией нефелинового концентрата, большие их расходы диктуют необходимость изыскания эффективных и сравнительно дешевых собирателей для флотации темноцветных минералов.

Целесообразность применения в качестве собирателей продуктов нефтяной и синтетической промышленности обусловлена доступностью исходного сырья, общностью большинства их физико-химических свойств с мылами жирных кислот и в то же время рядом выгодно отличающих свойств. В частности, алкиларилсульфонаты натрия, представители подобных соединений, обладают поверхностно-активным действием не только в щелочной, но и в кислой среде.

Из опубликованных работ известно, что в некоторых случаях совместное использование алкиларилсульфонатов и жирнокислотных собирателей позволяет снизить расход последних при значительном улучшении технологических показателей флотации.

В настоящей работе выполнена сравнительная оценка флотационных свойств исследуемых минералов с различными собирателями: алкиларилсульфонатами с различной длиной радикалов и олеатом натрия.

Изучение влияния концентраций собирателей на флотацию исследуемых минералов проводилась при естественных значениях рН, создаваемых минералами, т.е. в областях значений рН, равных 8-9.

По результатам исследований установлено, что олеат натрия по своей собирательной способности превосходит все отдельно взятые сульфонаты. Из исследованных сульфонатов наиболее флотоактивным оказался высокомолекулярный алкилбензолсульфонат (ВАС) нормального строения (алкилбензолы на олефинах фракции 340-500°С с

молекулярным весом 460 и длиной углеводородной цепи 06-

С88).

Лучшая флотируемость рассматриваемых минералов получена при сочетании собирателей ВАС с олеатом натрия, что объясняется диспергированием последнего, вторичной адсорбцией жирнокислотных собирателей по отношению к ВАС. Полученные результаты подтвердили сделанный ранее вывод об очевидном преимуществе совместного использования жирнокислотных собирателей и ВАС.

При изучении влияния рН среды на процесс флотации установлена слабая флотируемость минералов в щелочной среде как с использованием олеата натрия, так и при сочетании собирателей, что связано с экранизацией активных центров минералов, сорбцией групп ОН-, СОз2-, образованием труднорастворимых соединений на их поверхности.

При значениях рН выше 9 флотируемость темноцветных минералов ухудшается как при сочетании собирателей, так и с одним жирнокислотным собирателем. Увеличение флотируемости минералов при снижении значений рН, вероятно, обусловлено уменьшением концентрации гидроксилов и анионов СОз2-.

Флотоактивность сфена и эгирина при совместном использовании собирателей олеата натрия и ВАС в щелочной среде резко повышается уже при небольших концентрациях в пульпе катионов кальция (до 5 мг/л) и практически не меняется при их увеличении. Для активации нефелина и полевого шпата в щелочной среде требуются значительно большие концентрации катионов кальция, причем в большей степени активируется нефелин. При использовании сочетания собирателей флотируемость нефелина повышается до 80% при концентрации катионов кальция выше 20 мг/л, а полевого шпата достигает 58% при концентрации, превышающей 30 мг/л. На основании полученных данных представляет интерес использование разницы во флотоактивности нефелина и

полевого шпата при концентрации катионов кальция в пульпе, равной 20 мг/л, для осуществления доводочной операции по повышению качества нефелинового концентрата.

Таким образом, проведенные опыты показали, что путем изменения концентрации катионов кальция в пульпе можно регулировать флотируемость минералов.

Для исследования прочности закрепления собирателей на поверхности минералов использовался метод отмывок. Минерал обрабатывался собирателем, после чего производились отмывки реагента с поверхности минерала, далее минерал флотировался на установке для беспенной флотации. Установлено, что жирнокислотные собиратели, как в отсутствии, так и в присутствии в пульпе катионов кальция, на поверхности минералов закрепляются непрочно. Совместное применение жирнокислотных собирателей и сульфонатов при предварительной обработке поверхности минералов катионами кальция значительно повышает прочность закрепления собирателей на их поверхности (Рис. 1).

Рис. 1. Прочность закрепления собирателей на поверхности при предварительной обработке солями кальция (рН 10.8)

Исследование механизма взаимодействия реагентов с поверхностью минералов

Снижение флотируемости минералов, входящих в состав апатито-нефелиновых руд, сорбции собирателей в щелочной среде связаны, по нашему мнению, с высоким отрицательным зарядом поверхности минералов, препятствующим адсорбции одноименно заряженных ионов сульфоната и олеата, конкуренцией гидроксильных ионов, анионов СОз2-, АЮ2-.

Анализ результатов выполненных ранее исследований по взаимодействию алкиларилсульфонатов и олеата натрия с поверхностью минералов, растворимости кальциевых солей жирных кислот и сульфокислот в средах с различными величинами рН, данных проведенных нами экспериментов позволили сделать вывод об определяющей положительной роли катионов кальция при флотации исследуемых минералов, способствующих снижению величины отрицательного значения электрокинетического потенциала поверхности минералов, и предложить модель механизма взаимодействия сочетания сульфоната и жирнокислотного собирателя с поверхностью минералов в присутствии в пульпе катионов кальция

Под воздействием катионов кальция поверхность исследуемых минералов активируется, на ней образуются труднорастворимые соединения сульфоната кальция, происходит последующая адсорбция олеата натрия за счет взаимодействия углеводородных радикалов. Причем экранированная поверхность минералов группами СОз2- в щелочной среде способствует сорбции катионов кальция, образованию новых активных центров, последующей адсорбции сульфонатов с соадсорбцией ионов олеата. При совместном действии алкилбензолсульфоната и олеата натрия последний диспергируется, его критическая концентрация мицеллообразования повышается даже при небольших добавках ВАС (Рис. 2), что способствует лучшему взаимодействию собирателя с поверхностью минералов и дает возможность сократить расходы жирнокислотного собирателя.

О 20 40 60 80 100 Концентрация ВАС, мг/л

Рис.2. Изменение ККМ олеата натрия в зависимости от концентрации ВАС

Технология получения нефелинового концентрата из хвостов апатитовой флотации с использованием сульфонатов

С целью повышения эффективности получения нефелинового концентрата с учетом полученных результатов исследований по флотируемости чистых разностей нефелина, сфена, полевого шпата, пироксенов сочетанием собирателей проведена серия опытов по определению необходимого реагентного режима при обратной флотации нефелина из хвостов апатитовой флотации исходной крупности по схеме, включающей основную и контрольную флотации. Установлено, что наиболее оптимальным является совместное применение собирателя мыла сырого таллового масла (МСТМ), используемого на обогатительных фабриках ОАО «Апатит», и алкилбензолсульфоната при их расходе 250 г/т и 400 г/т хвостов апатитовой флотации соответственно.

На действующем предприятии технология получения нефелинового концентрата включает классификацию хвостов апатитовой флотации по классу 0.16 мм с выводом фракции +0.16 мм в отвал.

Оценена возможность повышения извлечения глинозема при флотации доизмельченных до крупности -0.2 мм и обесшламленных по классу -0.02 мм хвостов апатитовой флотации. Показано, что с использованием этих операций может

быть получен нефелиновый концентрат, содержащий 29.3% глинозема при извлечении 46.0% от хвостов апатитовой флотации с использованием в качестве собирателя мыла сырого таллового масла в количестве 1.8 кг/т хвостов апатитовой флотации; нефелиновый концентрат с содержанием 29.45% А12О3 при извлечении 68.0% от хвостов апатитовой флотации при сочетании собирателей мыла сырого таллового масла и ВАС с расходами 300 и 400 г/т хвостов апатитовой флотации соответственно.

С использование выбранного оптимального реагентного режима при сочетании собирателей на опытно-промышленной установке Горного института проведены полупромышленные испытания технологии получения нефелинового концентрата из хвостов апатитовой флотации.

Результаты полупромышленных испытаний полностью подтвердили теоретические выводы и данные лабораторных исследований.

При проведении испытаний на свежей воде и оборотной воде со стабилизацией ее состава путем периодического введения каустической соды, получены нефелиновые концентраты с содержанием глинозема более 29.0% при его извлечении от исходной руды 60-65 % (80-85 % от операции флотации) при сочетании собирателей. В аналогичных условиях с использованием только одного мыла сырого таллового масла на "свежей" воде технологические показатели ниже: получен нефелиновый концентрат с содержанием глинозема 28.6 % при его извлечении от исходной руды 50-55 % (Таблица).

Установлено, что получение высококачественного нефелинового концентрата из ийолит-уртитовых пород Хибинских месторождений, характеризующихся повышенным содержанием темноцветных минералов, возможно только при сочетании собирателей мыла сырого таллового масла и алкилбензолсульфоната. При этом получен нефелиновый

концентрат, содержащий 30% глинозема при его извлечении 62%. Стандартный реагентный режим не обеспечивает получения кондиционного нефелинового концентрата. Содержание глинозема в нем не превышает 26% даже при высоком расходе собирателя (1000 г/т руды).

Испытания показали возможность практической реализации схемы с прямой флотацией нефелина в качестве доводочной операции после предварительного удаления темноцветных минералов, обеспечиваемого применением сочетания собирателей. При этом происходит достаточно эффективное отделение нефелина от вторичных минералов и полевого шпата.

Таблица. Сравнительные результаты полупромышленных испытаний обратной флотации нефелина

Содержание глинозема, % Извлечение глинозема без учета потерь со шламамии магнитной фракцией, % Содержание класса +0.16 мм в хвостах апатитовой флота-ции,% Расход реагентов, г/т хвостов апатитовой флотации

Обес-шлам-ленные хвосты апатитовой флотации Пенный продукт перечистки Нефелиновый концентрат NaOH МСТМ ВАС и га О Примечание

22.31 14.52 28.73 69.41 24.70 260 1206 - 177 Свежая

22.04 8.92 29.16 82.72 23.94 257 361 498 159 вода

21.95 11.38 29.15 77.25 23.23 228 378 380 72 Оборотная вода

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа вещественного состава установлено, что повышенное количество темноцветных минералов в апатито-

нефелиновых рудах оказывает наиболее существенное влияние на разубоживание хвостов апатитовой флотации по содержанию глинозема; менее заметное их разубоживание происходит при увеличении количества полевых шпатов, в которых содержание А12О3 в среднем составляет 20%; одновременно высокое содержание в рудах полевого шпата и темноцветных минералов значительно нарушает состав как исходного продукта цикла нефелиновой флотации, так и нефелинового концентрата.

2. Установлено, что в кристаллической решетке нефелина ионы щелочных металлов могут частично замещаться кальцием, в более плотной кристаллической решетке полевых шпатов ионы К (№ ) прочно удерживаются внутри каркаса, вследствие чего полевые шпаты не проявляют явно выраженных ионообменных свойств. Присутствие катионов кальция в кристаллической решетке сфена создает предпосылки для его флотационной активности. Флотационные и магнитные свойства минералов группы пироксенов, представленных рядом от эгирин-авгита до эгирина, определяются соотношением в них содержаний кальция и железа.

3. Установлено, что несмотря на то, что отдельно взятые сульфонаты не могут конкурировать по своей флотоактивности с олеатом натрия, совместное их использование позволяет в значительной степени улучшить показатели флотации минералов. Показано, что в присутствии в пульпе катионов кальция (до 5 мг/л) флотоактивность темноцветных минералов резко повышается, флотируемость нефелина и полевого шпата значительно возрастает при повышенных концентрациях кальция (более 20 мг/л), причем в большей степени активируется нефелин.

4. Установлено, что жирнокислотные собиратели, как в отсутствии, так и в присутствии в пульпе катионов кальция,

на поверхности минералов закрепляются непрочно. Совместное применение жирнокислотных собирателей и сульфонатов при предварительной обработке поверхности минералов катионами кальция значительно повышает прочность закрепления собирателей.

5. На основе анализа результатов опубликованных исследований и экспериментальных данных изменения заряда поверхности минералов, ИК-спектроскопии, сорбции собирателей в присутствии в пульпе повышенных концентраций катионов С а, флотационных опытов по прочности закрепления собирателей предложен механизм взаимодействия сочетания сульфоната и жирнокислотного собирателя с поверхностью минералов, заключающийся в диспергации жирнокислотного собирателя, синергическом действии сульфоната и олеата натрия и лучшей адсорбции олеата натрия в присутствии сульфоната за счёт взаимодействия углеводородных радикалов.

6. Показано, что для стабильного выделения кондиционного нефелинового концентрата и уменьшения отрицательного влияния шламов на обратную флотацию нефелина грубую фракцию хвостов апатитовой флотации необходимо доизмельчать до крупности -0.2 мм и проводить обесшламливание материала. В лабораторных условиях получен нефелиновый концентрат, содержащий 29.3% А1203 при извлечении 46.0% от хвостов апатитовой флотации с использованием в качестве собирателя мыла сырого таллового масла в количестве 1.8 кг/т хвостов апатитовой флотации; нефелиновый концентрат с содержанием 29.45% А1203 при извлечении 68.0% от хвостов апатитовой флотации при сочетании собирателей мыла сырого таллового масла и ВАС с расходами 300 и 400 г/т хвостов апатитовой флотации соответственно.

7. При полупромышленных испытаниях на свежей и оборотной воде со стабилизацией ее состава получен

нефелиновый концентрат, содержащий 28.6% глинозема при его извлечении 50-55% от исходной руды (65-75% от питания флотации) при использовании в качестве собирателя мыла сырого таллового масла, нефелиновый концентрат с содержанием глинозема более 29% при его извлечении от исходной руды 60-65% (80-85% от операции флотации) - при сочетании жирнокислотного собирателя с сульфонатом. По предварительным расчетам применение реагентного режима с сочетанием собирателей позволит обеспечить экономическую эффективность не менее 5 млн. руб. в год.

8. Результатами полупромышленных испытаний показана возможность практической реализации схемы с прямой флотацией нефелина в качестве доводочной операции после предварительного удаления темноцветных минералов, обеспечиваемого применением сочетания мыла сырого таллового масла и высокомолекулярного

алкилбензолсульфоната.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Андреева А.И. Обогащение апатито-нефелиновой руды с использованием оборотной воды /А.И.Андреева, Н.Г.Гильманова, Т.М.Иванова, Т.Н.Мухина//Комплексное обогащение фосфорсодержащих руд.- Апатиты, 1978.- С. 3145.

2. Мухина Т.Н. Использование водооборота при комплексном обогащении апатито-нефелиновых руд / Т.Н.Мухина, Т.П.Кораблева, Н.Л.Федченко // Совершенствование способов разработки и обогащения руд месторождений Кольского полуострова /Тр.2 науч.-техн. конф. молодых ученых Горного ин-та КФАН СССР, 4-5 дек. 1980.-Апатиты, 1982.-117-122 с.

3. Мухина Т.Н. Особенности флотационных свойств минералов руд Хибин//Проблемы разработки месторождений

полезных ископаемых и освоения пространства Северо-Запада России/Материалы междунар. науч. конф., посвященной 275-летию образования РАН, Апатиты 23-25 марта, 1999.-Ч.З., Апатиты,2001.-С. 128-132.

4. Иванова В.А. Применение полиалкилбензолсульфонатов для флотации апатита и выделения алюмосиликатных минералов/В.А.Иванова, А.Ш.Гершенкоп, Г.А.Шлыкова, Т.Н.Мухина // Проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов Кольского региона и использования подземного пространства для захоронения отходов. - Апатиты, 1999. -С.182-190.

5. Пат. №2152258. Способ комплексного обогащения апатито-нефелиновых руд/В.Г.Голованов, Н.Я.Васильева, АШ.Гершенкоп, П.А.Усачев, ВАИванова, М.Е.Быков, Т.Н. Мухина.-2000.-№19.

6. Мухина Т.Н. Особенности комплексной переработки апатито-нефелиновых руд Хибин / Т.Н. Мухина, Ю.Е. Брыляков, А.Ш. Гершенкоп //Тез. докл. III международ конгр. обогатителей стран СНГ, Москва, 20-23 марта 2001 г.-М.,2001.-С.131-132.

7. Мухина Т.Н., Брыляков Ю.Е. Применение высокомолекулярных сульфонатов при комплексном обогащении апатито-нефелиновых руд //Тез. докл. междунар. совещ. «Плаксинские чтения-2002», Чита, 16-19 сент. 2002. - Чита,М„2002.-С. 118-119.

8. Мухина Т.Н., Гершенкоп А.Ш. О влиянии добавок алкилбензолсульфоната на дисперсность жирнокислотных собирателей//Тез.докл.междунар.совещ. «Плаксинские чтения -2003», Петрозаводск, 16-19 сент. 2003. - М., 2003. -С.66-67.

РИЦ СПГГИ. 20.11.2004.3.528. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

•2519g

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мухина, Татьяна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФЕЛИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ РУД ХИБИНСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

1.1. Краткая минералогическая характеристика и технологические особенности апатито-нефелиновых руд.

1.2. Обзор исследовательских работ по разработке и совершенствованию технологии получения нефелинового концентрата.

1.3. Анализ технологии производства нефелинового концентрата на обогатительных фабриках ОАО «Апатит».

ГЛАВА II. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Получение мономинеральных фракций исследуемых минералов.

2.2. Флотация мономинеральных разностей и руд.

2.2.1. Беспенная флотация.

2.2.2. Флотация руды и хвостов апатитовой флотации.

2.3. Определение электрокинетического потенциала.

2.4. Определение сорбции собирателей.

2.5. Определение критической концентрации мицеллобразования.

ГЛАВА III. КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ИССЛЕДУЕМЫХ МИНЕРАЛОВ.

3.1. Вещественный состав хвостов апатитовой флотации.

3.2. Кристаллическая структура минералов.

3.3. Растворимость минералов.

3.4. Электрическое состояние поверхностей минералов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛОТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕФЕЛИНА, ПОЛЕВОГО ШПАТА, ЭГИРИНА, СФЕНА.

4.1. Реагенты-собиратели, использованные в исследованиях.

4.2. Влияние концентрации собирателей на флотируемость исследуемых минералов.

4.3. Влияние рН на флотируемость минералов.

4.4. Влияние катионов кальция на флотируемость минералов.

4.5. Влияние солей алюминия, железа на флотируемость минералов.

4.6. Исследование прочности закрепления собирателей на поверхности •минералов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА V. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕАГЕНТОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ НЕФЕЛИНА, ПОЛЕВОГО ШПАТА, СФЕНА И ЭГИРИНА.

5.1. Взаимодействие поливалентных катионов с поверхностью нефелина и сопутствующих минералов.

5.2. Влияние добавок алкилбензолсульфоната на дисперсность жирнокислотных собирателей.

5.3. Взаимодействие собирателей с поверхностью исследуемых минералов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА VI. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФЕЛИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ХВОСТОВ АПАТИТОВОЙ ФЛОТАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУЛЬФОНАТОВ

6.1. Лабораторные исследования получения нефелинового концентрата из хвостов апатитовой флотации АНОФ-Н с использованием высокомолекулярного алкилбензолсульфоната.

6.1.1. Обратная флотация нефелина из хвостов апатитовой флотации исходной крупности.

6.1.2. Обра тная флотация нефелина из хвостов апа титовой флотации крупностью -0.2 им.

6.1.3. Обратная флотация нефелина из доизмельченныххвостов апатитовой флотации с предварительным их обесшламливанием.

6.2. Обратная флотация нефелина из пробы ийолит-уртитовых пород Партомчоррского месторождения.

6.3. Полупромышленные испытания технологии получения нефелинового концентрата.

6.3.1. Получение нефелинового концентрата на свежей воде с использованием реагентного режима действующей фабрики АНОФ-П.

6.3.2. Получение нефелинового концентрата на свежей воде с использованием сочетания собирателей мыла сырого таллового масла и высокомолекулярного алкилбензолсульфоната.

6.3.3. Получение нефелинового концентрата на оборотной воде с использованием сочетания собирателей мыла сырого таллового масла и высокомолекулярного алкилбензолсульфоната.

6.3.4. Прямая нефелиновая флотация, как доводочная операция в цикле нефелинового производства.

6.4. Обратная флотация нефелина с применением сочетания собирателей мыла сырого таллового масла и полиалкилбензолсульфоната.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности обратной флотации нефелина при использовании высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов"

Актуальность работы. Кольский полуостров по концентрации полезных ископаемых и их значению в экономике страны является одним из важнейших промышленных районов России. Главное богатство этого геологического региона, принесшее ему мировую известность, - уникальные по запасам и качеству сырья Хибинские месторождения комплексных апатито-нефелиновых руд, освоение которых было начато еще в 20-е годы XX века.

В настоящее время ОАО «Апатит» разрабатывает шесть из девяти детально разведанных Хибинских месторождений апатито-нефелиновых руд, является одним из крупнейших в мире предприятий по добыче и переработке фосфорсодержащих руд и занимает ведущие позиции по качеству вырабатываемого им апатитового концентрата.

Апатито-нефелиновые руды Хибинского массива представляют собой комплексное сырье, из которого могут быть получены также нефелиновый, сфеновый, титаномагнетитовый и эгириновый концентраты.

Ограниченность запасов богатых по содержанию Р2О5 руд в эксплуатируемых и разведанных месторождениях, изменившиеся экономические условия обуславливают необходимость вовлечения в производство бедных руд с существенно отличающимся минеральным составом. Увеличение по этой причине себестоимости апатитового концентрата выдвигает необходимость организации комплексного использования руд с извлечением всех ценных компонентов, что позволит не только снизить себестоимость апатитового концентрата за счет перераспределения затрат, но и дать стране новые источники сырья для различных отраслей промышленности, а также значительно уменьшить количество отходов обогащения, загрязняющих окружающую среду.

Нефелин - второй по значению минерал рудного комплекса. Поэтому первоочередной задачей в решении проблемы комплексного использования апатито-нефелиновых руд является получение высококачественного нефелинового концентрата из отходов апатитового производства.

Нефелин, прежде всего, представляет интерес как исходное сырье для производства дефицитного в стране глинозема, от которого целиком и полностью зависит развитие алюминиевой промышленности.

Глиноземное производство за рубежом базируется на использовании высококачественных бокситов, запасы которых обеспечивают современные объемы производства алюминия на многие десятилетия. В отличие от зарубежной практики алюминиевая промышленность России ориентируется на переработку относительно бедного алюминиевого сырья: бокситов низкого качества, щелочных алюмосиликатов, алунитов. На долю глинозема, производимого из небокситового сырья - нефелинов Кия-Шалтырского и Хибинских апатито-нефелиновых месторождений, приходится до 40% (Табл.1).

В настоящее время ежегодный дефицит глинозема в России составляет 3.54.5 млн. т (примерно 55-60% от потребности), который восполняется за счет импорта бокситов и глинозема.

Как алюминиевое сырье, нефелиновый концентрат впервые в мировой практике начали перерабатывать в 1952 г. на Волховском алюминиевом заводе методом спекания [2]. Его применению благоприятствует наличие в составе нефелина щелочей при относительно высоком содержании А1203, легкая разлагаемость кислотами. При переработке нефелинового концентрата на 1 т глинозема производится 0.75 т кальцинированной соды, 0.3 т поташа и около 10.0 т портландцемента. И если глинозем имеет устойчивый рынок сбыта, емкость которого далеко не исчерпана, то цементная продукция в настоящее время имеет ограниченный сбыт. Однако, по данным Института экономических проблем КНЦ РАН, ситуация уже в ближайшее время может измениться в лучшую сторону, поскольку цемент может быть востребован при освоении газоконденсатных и нефтяных месторождений на шельфе Баренцева моря [3].

Таблица 1

Глиноземные производства в России [1]

Предприятие , Год ввода в действие Ориентировочная производственная мощность, тыс.т/год Вид сырья

Волховский алюминиевый завод (ВАЗ)1 1952 55 Кольский нефелиновый концентрат

Уральский алюминиевый завод (УАЗ) 1939 1000 Бокситы

Богословский алюминиевый завод (УАЗ) 1942 1000 Бокситы

Бокситогорский алюминиевый завод (БАЗ) 1938 200 Бокситы

Пикалевский глиноземный завод 1959 250 Кольский нефелиновый концентрат

Ачинский глиноземный комбинат (АГК) 1970 900 Кия-Шалты рская нефелиновая руда

При переработке нефелина методом спекания с известняком в общей стоимости товарной продукции глинозем занимает -40%, сода и поташ ~30%, цемент ~30%. Причем себестоимость глинозема, полученного из Кольских нефелиновых концентратов, на Пикалевском заводе значительно ниже, чем на предприятиях, перерабатывающих бокситы (Табл.2).

Альтернативой технологии спекания может стать азотнокислотный способ разложения нефелинового концентрата [4]. Эта технология позволяет получать те же продукты, что методом спекания, но без цемента, а также дополнительно калиевую и натриевую селитры и аморфный кремнезем. Этот процесс апробирован на опытной установке «Глинозем» Центральной лаборатории ОАО «Апатит». По результатам апробации выданы данные для ТЭО азотнокислотной переработки нефелина. Расчеты, выполненные рядом

1 глиноземное производство на ВАЗ остановлено в 1995г. институтов, показали, что себестоимость глинозема, получаемого по азотнокислотной технологии, снижается на 15-20 % по сравнению с переработкой нефелина методом спекания.

Таблица 2

Себестоимость кальцинированного глинозема на глиноземных предприятиях России в 1970-1990гг., руб/т[1]

Себестоимость кальцинированного глинозема

Предприятие год

1970 1975 1980 1985 1990

ВАЗ 86 4 90 6 92 6 140 5 209 5

УАЗ 93 3 92 0 102.7 147.9 179 8

БАЗ 89.7 90 6 95 7 138 3 151.6

БГК 106 3 108 0 128.7 173 4 184.1

ПГК 64 4 70 0 70 2 80 6 79 5 '

АГК 408 0 121.3 107.5 106 6 104.2

На сегодняшний день ОАО «Пикалевское объединение Глинозем» является монопольным потребителем нефелинового концентрата, производимого ОАО «Апатит» и перерабатывает ~1 млн. т нефелина в год.

Технология получения нефелинового концентрата, разработанная институтом «Механобр» в начале 30-х годов, вплоть до 70-х годов в целом обеспечивала получение концентрата необходимого качества (29.0% АЬОз) из хвостов апатитовой флотации (ХАФ) с достаточно высоким содержанием глинозема (23.5% и выше). Эта технология разрабатывалась и в дальнейшем усовершенствовалась для неизмененных руд, преимущественно подземной добычи, содержащих 1.0-1.5% полевых шпатов и незначительное количество вторичных по нефелину минералов.

Вовлечение в переработку бедных руд, минеральный состав которых существенным образом отличается от состава ранее добываемых руд, явилось причиной резкого снижения качества вырабатываемого нефелинового концентрата.

Практика работы нефелинового производства обогатительных фабрик ОАО «Апатит», результаты исследовательских работ показывают, что при обогащении таких руд применение жирнокислотных собирателей (мыла сырого таллового масла) в цикле обратной флотации нефелина не обеспечивает получение нефелинового концентрата стабильного качества с удовлетворительным извлечением глинозема.

Перспективы совершенствования технологии флотационного обогащения апатито-нефелиновых руд и снижения себестоимости их переработки связаны с поиском новых реагентов-собирателей и реагентных режимов для повышения селективности процесса нефелиновой флотации и получения качественного нефелинового концентрата, способного удовлетворять требованиям промышленности.

Настоящая работа посвящена вопросам разработки реагентного режима, обеспечивающего повышенную селективность процесса флотации за счет более полного удаления темноцветных минералов из нефелинового концентрата.

Целью работы является повышение технологических показателей обратной нефелиновой флотации при переработке апатито-нефелиновых руд путем совместного использования высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов и жирнокислотного собирателя.

Идея работы заключается в повышении эффективности действия жирнокислотного собирателя при флотации темноцветных минералов в присутствии высокомолекулярного алкилбензолсульфоната.

Методы исследований: анализ и обобщение литературных и патентных данных о закономерностях процессов, протекающих при обратной флотации нефелина; методы измерения электрокинетического потенциала, сорбции по остаточной концентрации реагентов, определения критической концентрации i мицеллобразования, ИК-спектроскопии, беспенной флотации чистых разностей минералов, определения прочности закрепления реагентов, фазовые и I химические методы анализа, а также прямые флотационные опыты в лабораторных условиях и полупромышленные испытания; анализ и обработка измерений с применением методов прикладной математики и программных средств персонального компьютера.

Основные защищаемые положения:

1. Ионный состав жидкой фазы пульпы и синергический эффект, полученный за счет взаимодействия сульфонатов и жирнокислотных собирателей с поверхностью темноцветных минералов, определяют эффективность извлечения темноцветных минералов при обратной флотации нефелина.

2. Повышение качества нефелинового концентрата определяется предварительным выделением темноцветных минералов и активацией поверхности нефелина на стадии прямой флотации солями кальция.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами комплексных исследований, выполненных на большом объеме материала апатито-нефелиновых руд в лабораторных условиях, результатами опытно-промышленных испытаний, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических данных.

Научная новизна работы:

1. Установлены закономерности флотируемости основных минералов, входящих в состав хвостов апатитового передела, заключающиеся в активации их поверхности катионами Са2+ при флотации высокомолекулярным алкилбензолсульфонатом и жирнокислотным собирателем.

2. Показано, что избыток катионов кальция в пульпе приводит к активации поверхности нефелина при флотируемости его сочетанием высокомолекулярного алкилбензолсульфоната и жирнокислотного собирателя # за счёт ионного обмена между натрием его кристаллической решетки и кальцием, содержащимся в жидкой фазе.

3. Установлено, что при совместном использовании высокомолекулярного алкилбензолсульфоната и жирнокислотного собирателя, последний диспергируется, его критическая концентрация мицеллообразования повышается, что способствует лучшему взаимодействию собирателя с поверхностью минералов.

4. Разработана технология получения нефелинового концентрата при изменяющемся минералогическом составе хвостов апатитобой флотации, заключающаяся в использовании совместно с жирнокислотным собирателем высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов и регулировании ионного состава жидкой фазы пульпы.

Практическая значимость работы заключается в обосновании и разработке:

- способов регулирования ионного состава жидкой фазы пульпы при , прямой и обратной флотации нефелина;

- технологии получения качественного нефелинового концентрата обратной флотацией с использованием сочетания высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов и жирнокислотных собирателей в условиях сложного минералогического состава руд;

- способа повышения качества нефелинового концентрата прямой флотацией нефелина с применением повышенных расходов хлористого кальция в щелочной среде.

Лично автором:

- проведен анализ современного состояния проблемы и путей ее решения с использованием различных методов обогащения;

- проведены физико-химические исследования по определению состояния поверхностей исследуемых минералов;

- выполнены лабораторные исследования по прямой и обратной флотации нефелина в различных условиях;

- выполнена обработка экспериментального материала статистическими методами;

- проведены полупромышленные испытания прямой и обратной флотации нефелина с использованием сочетания высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов с жирнокислотным собирателем.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II научно-технической конференции молодых ученых Горного института Кольского филиала АН СССР (г.Апатиты, 1980 г.), Международной конференции, посвященной 275-летию РАН (г. Апатиты, 1999 г.), III конгрессе обогатителей стран СНГ (г. Москва, 2001 г.), Плаксинских чтениях (г. Чита, 2002 г., г. Петрозаводск, 2003 г).

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 8 работах, в том числе в патенте РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка литературы из 118 наименований и содержит 174 страницах компьютерного текста, включающего 40 таблиц, 49 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Мухина, Татьяна Николаевна

Выводы

1. Для стабильного выделения кондиционного нефелинового концентрата необходимо доизмельчать грубую фракцию хвостов апатитовой флотации до крупности -0.2 мм. В лабораторных условиях при доизмельчении грубой фракции хвостов апатитовой флотации и обесшламливании по классу -0.020 мм материала, направляемого на обратную нефелиновую флотацию, получен:

- нефелиновый концентрат, содержащий 29.3 % глинозема при извлечении его 46.0 % от хвостов апатитовой флотации с использованием в качестве собирателя МСТМ в количестве 1.8 кг/т хвостов апатитовой флотации;

- нефелиновый концентрат с содержанием 29.45 % AI2O3 при извлечении 68.0 % при применении сочетания собирателей МСТМ и ВАС с расходами 300 г/т и 400 г/т хвостов апатитовой флотации соответственно.

2. Практический интерес представляет использование полиалкилбензолсульфоната (ПАБС), т.к. его применение в сочетании с МСТМ обеспечивает технологические показатели, сопоставимые с показателями, полученными с использованием высокомолекулярного алкилбензолсульфоната (ВАС).

3. Полупромышленными испытаниями, проведенными на опытно-промышленной установке Горного института КНЦ РАН, при переработке руд текущей добычи АНОФ-Н подтверждены теоретические разработки и результаты лабораторных исследований:

- при проведении полупромышленных испытаний на свежей воде (16 смен) и полного водооборота (20 смен) в нефелиновом цикле получены нефелиновые концентраты с содержанием глинозема более 29.0 % при его извлечении от исходной руды 60-65 % (80-85 от операции флотации) при использовании в качестве собирателей сочетания МСТМ и ВАС. - в аналогичных условиях при использовании одного МСТМ (17 смен) на свежей воде получен нефелиновый концентрат с содержанием глинозема 28.6 % при его извлечении от исходной руды 50-55 %.

4. Полупромышленными испытаниями показана возможность практической реализации схемы с прямой флотацией нефелина в качестве доводочной операции после удаления темноцветных минералов, которая обеспечивается применением сочетания собирателей МСТМ и ВАС. При этом происходит достаточно эффективное отделение нефелина от вторичных по нефелину минералов и частично полевого шпата.

5. Показано, что получение нефелинового концентрата из ийолит-уртитовых пород, характеризующихся повышенным содержанием темноцветных минералов, возможно при использовании сочетания МСТМ и ВАС. При этом получен нефелиновый концентрат, содержащий 30% глинозема при его извлечении 62%. Стандартный реагентный режим не обеспечивает получения кондиционного нефелинового концентрата. Содержание глинозема в концентрате не превышает 26% даже при высоком расходе МСТМ (1000 г/т руды).

6. Комплекс выполненных лабораторных и полупромышленных работ подтвердил эффективность использования сочетания мыла сырого таллового масла и сульфонатов при получении нефелинового концентрата из хвостов апатитовой флотации.

Заключение I

1. На основе анализа вещественного состава установлено, что повышенное количество темноцветных минералов в апатито-нефелиновых рудах оказывает наиболее существенное влияние на разубоживание хвостов апатитовой флотации по содержанию глинозема; менее заметное их разубоживание происходит при увеличении количества полевых шпатов, в которых содержание AI2O3 в среднем составляет 20%; одновременно высокое содержание в рудах полевого шпата и темноцветных минералов значительно нарушает состав как исходного продукта цикла нефелиновой флотации, так и нефелинового концентрата.

2. Установлено, что в кристаллической решетке нефелина ионы щелочных металлов могут частично замещаться кальцием, в более плотной кристаллической решетке полевых шпатов ионы K+(Na+) прочно удерживаются внутри каркаса, вследствие чего полевые шпаты не проявляют явно выраженных ионообменных свойств. Присутствие катионов кальция в кристаллической решетке сфена создает предпосылки для его флотационной активности. Флотационные и магнитные свойства минералов группы пироксенов, представленных рядом от эгирин-авгита до эгирина, определяются соотношением в них содержаний кальция и железа.

3. Установлено, что, несмотря на то, что отдельно взятые сульфонаты не могут конкурировать по своей флотоактивности с олеатом натрия, совместное их использование позволяет в значительной степени улучшить показатели флотации минералов. Показано, что в присутствии в пульпе катионов кальция (до 5 мг/л) флотоактивность темноцветных минералов резко повышается, а флотируемость

- нефелина и полевого шпата значительно возрастает при повышенных концентрациях кальция (более 20 мг/л), причем в большей степени активируется нефелин.

4. Установлено, что жирнокислотные собиратели, как в отсутствии, так и в присутствии в пульпе катионов кальция, на поверхности минералов закрепляются не прочно. Совместное применение жирнокислотных собирателей и сульфонатов при предварительной обработке поверхности минералов катионами кальция значительно повышает прочность закрепления собирателей.

5. На основе анализа результатов опубликованных исследований и экспериментальных данных изменения заряда поверхности минералов, ИК-спектроскопии, сорбции собирателей в присутствии в пульпе повышенных концентраций катионов Са2+, флотационных опытов по прочности закрепления собирателей предложен механизм взаимодействия сочетания собирателей: сульфоната и жирнокислотного собирателя с поверхностью минералов, заключающийся в диспергации жирнокислотного собирателя, синергическом действии сульфоната и олеата натрия и лучшей адсорбции олеата натрия в присутствии сульфоната за счёт взаимодействия углеводородных радикалов.

6. Показано, что для стабильного выделения кондиционного нефелинового концентрата и уменьшения отрицательного влияния шламов на обратную флотацию нефелина грубую фракцию хвостов апатитовой флотации необходимо доизмельчать до крупности -0.2 мм и проводить обесшламливание материала, поступающего на нефелиновую флотацию. В лабораторных условиях получен нефелиновый концентрат, содержащий 29.3% глинозема при извлечении 46.0% от хвостов апатитовой флотации с использованием в качестве собирателя мыла сырого таллового масла в количестве 1.8 кг/т хвостов апатитовой флотации; нефелиновый концентрат с содержанием 29.45% АЬОз при извлечении 68.0% от хвостов апатитовой флотации при сочетании собирателей мыла сырого таллового масла и высокомолекулярного алкилбензолсульфоната с расходами 300 и 400 г/т хвостов апатитовой флотации соответственно.

7. При полупромышленных испытаниях на свежей и оборотной воде со стабилизацией ее состава получен нефелиновый концентрат, содержащий 28.6% глинозема при его извлечении 50-55% от исходной руды (65-75% от питания флотации) при использовании в качестве собирателя мыла сырого таллового масла, нефелиновый концентрат с содержанием глинозема более 29% при его извлечении от исходной руды 60-65% (80-85% от операции флотации) - при сочетании жирнокислотного собирателя с сульфонатом. По предварительным расчетам применение реагентного режима с сочетанием собирателей позволит обеспечить экономическую эффективность не менее 5 млн. руб. в год.

8. Результатами полупромышленных испытаний показана возможность практической реализации схемы с прямой флотацией нефелина в качестве ✓ доводочной операции после предварительного удаления темноцветных минералов, которая обеспечивается применением сочетания мыла сырого таллового масла и высокомолекулярного алкилбензолсульфоната.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мухина, Татьяна Николаевна, Апатиты

1. Тихонов Н. Н. Состояние и возможные перспективы развития Российской глиноземной промышленности // Обогащение руд.-1998.-Ы 5.-С .7-9.

2. Нефелиновые породы комплексное алюминиевое сырье / С .Я. Данциг, Е.Д. Андреева, В.В. Пивоваров и др. - М.: Недра, 1988. - 190 с.

3. Федоров С.Г., Селин B.C., Каретников Е.В., Ларичкин Ф.Д. Перспективы использования нефелина // Цветные металлы. 2000. - N 10-С. 26-30.

4. Брыляков Ю.Е., Васильева Н.Я., Петровский A.A. Перспективы комплексного использования апатит-нефелиновых руд // Горный журнал. -1999.-N9.-С. 42-45.

5. Онохин Ф.М. Хибинские апатит-нефелиновые месторождения // Минеральные месторождения Кольского полуострова. Д.: Наука, 1981. - С. 177-206.

6. Голованов Г.А. Флотация Кольских апатитсодержащих руд. М.: Химия, 1976.-216 с.

7. Богданов О.С., Берлянд Г.Г. Испытание обогатимости хвостов апатитовой флотации с целью получения нефелинового концентрата // Сборник научно-исследовательских работ по теории и практике флотации. Л., М.: ОНТИ, 1938. -С. 126-162.

8. Богданов О.С., Влодавский И.Х. О комплексном обогащении апатито-нефелиновой руды Хибинского месторождения // Обогащение и агломерация полезных ископаемых северо-западных районов СССР.- Л.: Механобр, 1957. Вып. 102. - С. 210-221.

9. Маслов А.Д., Подчайнова Т.С. Влияние среды на флотируемость сфена, эгирина и нефелина различными собирателями // Обогащение руд. — 1966. -N2.-С. 27-31.

10. М.Маслов А.Д., Подчайнова Т.С. Флотируемость хибинских силикатов // Обогащение руд. 1966. - N 6. - С. 20-22.

11. Турылев А.И., Маслов А.Д. Применение двухстадиальных схем флотации для получения нефелинового концентрата из Хибинских апатито-нефелиновых руд // Физико-химические основы обогащения полезных ископаемых. Л.: Наука, 1972. -С. 101-103.

12. Испытания технологии получения нефелинового концентрата из хвостов апатитовой флотации на опытной установке АНОФ-2: Полупромышленная стадия заключительного отчета (этап IV) / Институт «Механобр»;

13. Руководитель Д.Л.Шендеров. Б433332; N ГР 73029494; Инв. N 11213. - Л., 1975, - 70 с. - Исполн. А.А Григорьев, Л.А.Келле и др.; Соиск. об-е «Апатит».

14. П.Богданов О.С., Михайлова Н.С., Янис H.A., Бондаренко О.П., Будникова Н.В. Пути повышения качества нефелинового концентрата на комбинате «Апатит» // Обогащение руд. 1976. - N 4. - С. 8-12.

15. Голованов В.Г. Применение нового реагента ГСТ для получения нефелинового концентрата// Обогащение руд. 1978. -N 1. - С. 30-31.

16. Ратобыльская Л.Д., Кожевников А.О. и др. Селективная флотация нефелина из апатито-нефелиновых руд // Химическая промышленность. 1975. - N 10. - С. 50-52.

17. Недосекин А.Г., Скродский В.Е., Лыгач В.Н, Малинская И.С. и др. Магнитное обогащение хвостов апатитовой флотации АНОФ-2 на роторном высокоинтенсивном сепараторе нового типа // Там же. С.156-160.

18. Лыгач В.Н., Малинская И.С., Недосекин А.Г., Кельник Н.В. и др. Разработка технологии получения концентрата из апатито-нефелиновых руд сложного состава// Там же. С. 97-102.

19. Белаш Ф.Н., Маслов А.Д. Извлечение титаномагнетита и сфена из хвостов Кировской апатито-нефелиновой фабрики // Сб. науч. тр. / Криворожский горнорудный институт. М.: Госгортехиздат, 1961. - Вып. 11. - С. 317-325.

20. Маслов А.Д., Карасева Т.П. Обогащение Хибинских апатито-нефелиновых руд // Новые направления в обогащении руд. М.; JL: Наука. - 1966. - С. 99121.

21. Иванова В.А., Алейников H.A., Марчевская В.И. Флотация титансодержащих минералов эфирами полиолов // Цветные металлы. -1972.-N 8. С. 83-85.

22. Изыскание новых реагентов и реагентных режимов для флотации нефелина и сфена: Отчет (промежуточ.) / АН СССР. Горнометаллургическийинститут; Руководитель Н.А.Алейников. N ГР 72024906. - Апатиты, 1973. - 88 с. - Отв. исполн. В.А Иванова.

23. Долженкова А.Н. Усовершенствованная установка для микрофлотации // Обогащение руд. 1968. - N 3. - 32-33.

24. Жуков И.И. Коллоидная химия: 4.1. Суспензоиды. Л.: ЛГУ, 1949. - 325 с.

25. ЗО.Электрокинетические свойства капиллярных систем / Отв.ред. П.А. Ребиндер. М.; Л.: АН СССР, 1956. - 352 с.

26. Самарцев А.Г., Остроумов В.В. Потенциалы течения на тонкопористых кварцевых диафрагмах // Коллоидный журнал. 1950. - Т. 12, N 2. - С. 136145.

27. Долженкова А.Н. Определение электрокинетического потенциала методом потенциала протекания // Обогащение руд. 1967. - N 1. - С. 35-36.

28. Шевелева О.В., Кушнарева H.H. Определение олеиновой кислоты в промышленных сточных водах // Очистка промышленных сточных вод предприятий цветной металлургии / ЦНИИОлово. Новосибирск: Зап.-сиб. книжное изд-во, 1966. - С. 80-82.

29. Пархомовский B.JL, Талько JI.A., Ильина В.Ф. Определение таллового масла в сточных водах // Обогащение руд. 1972. - N 2. - С. 33-34.

30. Трофимова Э.А., Вигдергауз В.Е. О методах определения карбоксильного собирателя в жидкой фазе флотационной пульпы // Вопросы теории и технологии переработки минерального сырья / Отв. ред. Э.А. Шрадер. М., 1977. - С.126-136.

31. Пешкова В.М., Громова М.И. Практическое руководство по спектрофотометрии и колориметрии. М.: МГУ, 1961. - 173 с.

32. Альберт А., Сержент Б. Константы ионизации кислот и оснований. М., Л.: Химия, 1964. - 179с.

33. Практикум по физической химии / Под.ред. Н.К. Воробьева. М.: Химия, 1975.-368 с.

34. Дудкин О.Б., Козырева Л.В., Померанцева Н.Г. Минералогия апатитовых месторождений Хибинских тундр. М., Л.: Наука, 1964. - 236 с.

35. Ийолит-уртиты Хибинского массива / Т.Н. Иванова, О.Б. Дудкин, J1.B. Козырева, К.И. Поляков. Д.: Наука, 1970. - 179 с.

36. Брэгг У.Л., Кларингбулл Г.Ф. Кристаллическая структура минералов. М.: Мир, 1967.-390 с.

37. Белов Н.В. Структура нефелина // Докл. к III междунар. конгрессу кристаллографов / Тр. ин-та кристаллографии. М.: Изд-во АН СССР. -1954. -Вып.Ю. - С. 15-18.

38. Dolías W.A. Least-squares refinement of the structure of a plutonic nepheline // Z.Krist., 132. 1970. - P. 27-44.

39. Брэгг B.JI. Структура силикатов // Основные идеи геохимии. Л.: ОНТИ, -1937. -Вып.3.- С. 47-131.

40. Шибольд Э. Структура силикатов // Там же. С. 132-306.

41. Поваренных A.C. Кристаллохимическая классификация минеральных видов. Киев.: Наукова Думка, 1966. - 547 с.

42. Эйтель В. Физическая химия силикатов. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1969. -1055 с.

43. Физико-химические основы очистки воды коагуляцией / Л.А. Кульский, А.М.Когановский, И.Т. Гороновский, М.В. Шевченко. Киев: АН УССР, 1950.-104 с.

44. Митрофанов С.И. Селективная флотация (теория и практика). М.: ГНТИ лит-ры по черной и цветной металлургии, 1958. - 726 с.

45. Эйгелес М.А. Основы флотации несульфидных минералов. М.: Недра, 1964.-407 с.

46. Борисов В.М. О влиянии щелочи и соды на флотационные свойства несульфидных минералов // Химическая промышленность. 1955. - N 4. -С. 21-24.

47. Ратобыльская Л.Д., Бойко H.H., Кожевников А.О. Обогащение фосфатных руд. М: Недра, 1979. - 261 с.

48. Горловский С.И. Результаты и основные направления работ в области собирателей и модификаторов // Докл. на IV научно-технической сессии инта «Механобр» / Изд-е отраслевого бюро технич. информации ин-та•' «Механобр».-Л., 1958. С. 1-19.

49. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. М.: Знание, 1961. - 44 с.

50. Ашимов М.А., Мурсалова М.А. и др. Применение алкиларилсульфонатов для флотации алунитовой и баритовой руд // Обогащение руд. 1973. - N 5. -С. 21-23.

51. Алексеев B.C., Чистяков Б.Е., Морозов Г.Г. и др. Флотация кианита высокомолекулярными алкилбензолсульфонатами // Исследование руд цветных металлов на обогатимость. М., 1967. - С. 57-65.

52. Юденич Г.И., Богданова З.С. Флотация руд черных металлов // Горный журнал. 1952. - N 10. - С. 29-3 3.

53. Белаш Ф.Н., Пугина О.В. Реагентный режим флотации хвостов магнитного обогащения ЦГОК // Обогащение руд. 1966. - N 2. - С. 26-27.

54. Чистяков Б.Е. Получение и флотационные свойства высокомолекулярных алкиларилсульфонатов: Автореф. дис. представл. на соиск. ученой степ, канд. техн. наук. М., 1967. - 16 с.

55. Поль-кин С.И. Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов. -М.: Недра, 1987. -431 с.

56. Шубов JI.Я., Алабян И.М. Реагенты во флотационных и рудоподготовительных процессах // Итоги науки и техники / Сер. обогащение пол. ископ. М.: ВИНИТИ, 1985. - Т. 19- 96 с.

57. Плаксин И.Н., Тюрникова В.И., Барский Л.А. Диспергирование жирных кислот поверхностно-активными веществами при флотации // Докл. АН СССР.- 1960.-Т. 131,N6.-С. 1404-1406.

58. Барский Л.А., Плаксин И.Н., Тюрникова В.И. Комплексное обогащение молибденовых руд. -М.: Недра, 1965. 199 с.

59. Белаш Ф.Н. Основные направления и перспективы флотации железистых кварцитов и товарных руд Кривого Рога // Глубокое обогащение железных руд / Криворожский горнорудный институт. М.: Госгортехиздат, 1963. -Вып. 17. - С. 3-23.

60. Теория и технология флотации руд / Под общ. ред. О.С. Богданова. М.: Недра, 1990.-366 с.

61. Сорокин М.М. О влиянии строения углеводородного радикала сульфонатов на их флотационное действие // Исследование действия флотационных реагентов / Ин-т Горного дела им. A.A. Скочинского. М.: Наука, - 1968. -С. 42-49.

62. Чистяков Б.Е., Алейников H.A., Петров A.A. Флотационные свойства высокомолекулярных алкиларил сульфонатов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых / Сиб. Отделение. -Новосибирск.: Наука, 1969. - N 4. - С. 106-110.

63. Чистяков Б.Е., Алейников H.A. Флотационные свойствавысокомолекулярных алкиларилсульфонатов. JL: Наука, 1972. - 80 с.

64. Гейман М.А., Ларин А.Я., Шнеерсон В.Б., Фридман P.A. Соли ароматических сульфокислот (ДС) в применении к добыче нефти // Тр. ин-та нефти/АН СССР. М., 1955. -Т.6. -С. 159-184.

65. Сазерленд К.Л., Уорк И.В. Принципы флотации. М.: Металлургиздат, 1958.-411 с.

66. Рябой В.И. Оксгидрильные реагенты // Физико химические основы теории флотации. -М.: Наука, 1983. - С. 136-167.

67. Долженкова А.Н., Стрельцын Г.С. Исследование электрокинетического потенциала при изучении механизма флотационного процесса // Тр. V научно-технической сессии ин-та Механобр. Л., 1967. - Т.1. - С. 390-405.

68. Найфонов Т.Б. Флотация титановых минералов при обогащении комплексных титансодержащих руд. Л.: Наука, 1979. - 165 с.

69. Михайлова Н.С. Исследования механизма взаимодействия олеата натрия с железными минералами: Тр. // Исследования и проектные работы в области обогащения руд. Л., 1964. - Вып.134. - С. 34-36.

70. Бергер Г.С. Флотируемость минералов. М.: Госгортехиздат, 1962. - 263 с.

71. Еропкин Ю.И., Коваль Э.М. Селективность флотации лопарита, эгирина и нефелина в присутствии многовалентных катионов // Обогащение руд. -1964.-N5.-С. 7-12.

72. Классен В.И., Мокроусов В.А. Введение в теорию флотации. М.: Гос. научно-техн. изд-во лит-ры по горному делу. - 1959. - 636 с.

73. Комплексное обогащение фосфорсодержащих руд // Обогащение руд и iпроблема безотходной технологии / А.Ш. Гершенкоп, А.И. Андреева. JL:

74. Наука, 1980. Гл.2. - С. 24-50.

75. Глембоцкий В.А., Классен В.И. Флотация. М.: Недра, 1973. - 384 с.

76. Вопросы теории и технологии флотации: Тр. ин-та Механобр / Под ред. О.С. Богданова. JL, 1959.- Вып.124. - 392 с.

77. Глембоцкий В.А. Флотация и депрессия кварца // Изв. АН КазахскойССР / . Сер. металлургии, обогащения и огнеупоров. 1960. - Вып.2(8). С. 3-16.

78. Полькин С.И. Флотация руд редких металлов и олова. М.: Гос. НТИ литры по горному делу. - 1960. - 637 с.

79. Никольская Н.И., Скобеев И.К. Влияние солей многовалентных катионов на флотируемость некоторых силикатных минералов // Тр. Иркутского политех. Ин-та / Сер. об-е полезн. ископ. 1967. -Вып.ЗЗ. - С. 135-140.

80. Флотация силикатов и окислов: Тр. ВИМС / Под. ред. М.А. Эйгелеса. М., 1961. -Вып.6. -195 с.

81. Fuerstenau М.С., Rice D.A., Elgillani D.A., Altak S„ and Bhappu R.B. The role of iron in the flotation of some silicates // Trans, of the society of mining engineers. 1966. - vol. 235. - P.321-328.

82. Годэн A.M. Флотация: Пер. с англ. / Под ред. О.С. Богданова и Е.В. Даниловой. М.: Гос. НТИ лит-ры по горному делу. - 1959. - 653 с.

83. Еропкин Ю.И., Коваль Э.М. Влияние щелочных модификаторов на селективную флотацию лопарита, эгирина и нефелина // Обогащение руд. -1964.-N 4.-С. 6-10.

84. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. -М.: Мир, 1965.-216 с.

85. Shofield R. К., Samson H.R. The delloculation of caolinite suspension and the accompanying change over brom positive to negative chloride adsorption // Clay. Min. Bull.2. 1953, p. 45-50.

86. Либау Ф. Структурная химия силикатов: Пер. с англ. П.М. Чукурова / Под. ред. Д.Ю. Пущаровского. М.: Мир. - 1988. - 410 с.

87. Щербина В.В. Основы геохимии. М.: Недра, 1972. - 296 с.

88. Самсонова М.С. Минералы группы нефелина. М.: Наука, 1973. - 140 с.

89. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии: Пер. с англ. / Под ред. В.Н.Измайловой. М.: Мир, 1980. - 597 с.

90. Тюрникова В.И., Наумов М.Е. Повышение эффективности флотации. М.: Недра, 1980.-233 с.

91. Тюрникова В.И. Повышение эффективности действия собирателей при флотации руд. М.: Недра, 1971. - 152 с.

92. Somasundaran P., D.W. Fuerstenau. Mechanisms of Alkyl Sulfonate Adsorption at the Alumina-Water Interface // J. phys.chem., vol.70, N 1, January 14, 1966, p. 90-96.

93. Usoni L., Marabini A. and Beltrany M. Azione collettrice del lauril-benzen-solfonato di sodio suH'ematite // Ric.Sci,, 34(II-A), voi.6, № з? 1964, p.705-712

94. Beltrany M. and Marabini A. Influenza del sistema 'tensioattivo-soluzion' sulla flottabilitta dei minerali ossidati con solfonati // Ric.Sci., 35(II-A), vol.8, № 6, 1965, p.1696-1716

95. Fuerstenau M.C., Miller J.D. The role of the Hydrocarbon chain in Anionic Flotation of calcite // Trans. SME, vol.238, № 2, 1967, p. 153-160

96. Fuerstenau M.C. and Bhappu R.B. Sulfonate Flotation of Beryl // Trans. AIME, vol.226, № 2, June 1963, p. 164-174.

97. Матар X.A., Рудольф К.Ж. Механизм активации и флотации берилла гексадецилсульфонатом натрия // VIII Международный конгресс по обогащению пол.ископ-х. JL, 1968. - С. 1-10.

98. Nutt C.W. and Kemp М. Conditions for the Flotation of Beryl. 2.-Flotation by petroleum sulphonate // Trans. IMM, vol.72,1962-1963, p.806-814.

99. Годэн A.M. Флотация: Пер. с англ. / Под ред. С.П.Александрова, Н.Н. Запрудского, С.Н. Зубарева. -М.; Грозный; Новосибирск: НТИ, 1934.-464 с.

100. Ребиндер П.А. Физикохимия флотационных процессов. М.; JL; Свердловск: ГНТИ по черной и цветной металлургии, 1933. - 227 с.

101. Основы теории и практики применения флотационных реагентов / С.В. Дуденков, ЛЯ.Шубов и др. М.: Недра, 1969. - 390 с.

102. Вайншенкер И.А., Хайнман В.Я. Применение инфракрасной спектроскопии для определения характера взаимодействия флотационных реагентов с минералами // Исследование действия флотационных реагентов / Тр. ин-та Механобр. Л., 1965. - Вып.135. - С. 182-203.

103. Кривелева Э.Д. Изучение механизма активации берилла плавиковой кислотой методом инфракрасной спектроскопии // Вопросы теории и практики обогащения руд. JL: Наука, 1971. - С. 120-130.

104. Алексеев B.C. Теория и практика обогащения кианитовых руд. Л.: Наука, 1976. - 199 с.

105. Flotation (A. Gaudin Memorial Volume), N.Y., Am. Inst, of Min. Metal. and Petrol. Eng., 1976, v.l, 621 p.

106. B. Dobias. Einige physiko-chemische Eigenschaften von Sammlern für nichtsulfidische Minerale//Bergakademie, 17 Johrgong №3, 1965, p. 162-164.

107. Стефановская Л.К. О взаимосвязи между строением, физико-химическими и флотационными свойствами алкилсульфатов: Автореф. дис. канд. тех. наук. -М., 1967.-21 с.

108. Морозов Г.Г. Исследование флотируемости кианита на примере кианитовых руд месторождения «Новая Шуурурта»: Автореф. дис.канд. тех. наук. Л., 1971. - 25 с.

109. Арсентьев В.И., Горловский С.И., Устинов И.Д. Комплексное действие флотационных реагентов. М.: Недра, 1992. - 160 с.

110. Маслов А.Д., Турылев А.Н., Плахин В.Ф., Федченко Н.Л. Влияние крупности флотации на флотируемость минералов и качество нефелинового концентрата // Комплексное обогащение фосфорсодержащего сырья. -Апатиты, 1977.-С. 86-94.

111. A.c. 750826 СССР, МКИ В 03 D 1/2. Способ флотационного обогащения фосфорсодержащих руд / А.И. Андреева, Н.Г. Гильманова, Т.М. Иванова, Т.Н. Мухина, Т.П. Кораблева, Н.Л. Федченко; КФАН СССР. №2455714/223; 3аявл.23.02.77; печати не подлежит.