Повышение эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов на основе электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии

Чернышева, Елена Николаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Повышение эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов на основе электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии
ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов на основе электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии"

На правах рукописи

ЧЕРНЫШЕВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯЖЕЛОСРЕДНОГО ОБОГАЩЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ КИМБЕРЛИТОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ФЕРРОСИЛИЦИЕВОЙ СУСПЕНЗИИ

Специальность 25.00.13 - "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003488226

Москва 2009

003488226

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» (МГГУ)

Научный руководитель

доктор технических наук Чантурия Елена Леонидовна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Морозов Валерий Валентинович

кандидат технических наук Матвеева Тамара Николаевна

Ведущая организация ФГУП . Центральный научно-исследова-

тельский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (ФГУП ЦНИГРИ. г. Москва)

Защита состоится декабря 2009 г. в /3 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.128.08 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП-1, Ленинский проспект, 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ Автореферат разослан" ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Шек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных технологий первичного обогащения алмазного сырья за рубежом и в России стал в последние годы процесс тяжелосредного обогащения. Это обусловлено тем, что данный процесс эффективнее отсадки, поскольку характеризуется высоким коэффициентом обогащения и более точным регулированием разделительного признака - плотности рабочей суспензии, однако. В условиях оборотного водоснабжения процесс тяжелосредного обогащения характеризуется повышенными потерями алмазов и значительным расходом утяжелителя — ферросилиция.

Вследствие этого важным направлением повышения эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов с применением ферросилициевой суспензии является повышение извлечения алмазов и уменьшение непроизводительного расхода применяемого утяжелителя.

Перспективным путем решения поставленной задачи является применение современных способов воздействия на тяжелую среду, обеспечивающих снижение интенсивности процессов окисления и износа утяжелителя. Для решения поставленной задачи предложено использование технологии электрохимического кондиционирования, не предполагающей использования токсичных или дорогих реагентов, дефицитного или энергоемкого оборудования.

Основной научной задачей являлись расширение знаний о процессах, протекающих на поверхности ферросилициевого утяжелителя, и выбор условий наиболее эффективного применения электрохимического кондиционирования для предотвращения или ослабления деструктивных окислительных процессов. Решение поставленной задачи требует использования накопленных знаний и проведения новых исследований механизма окислительно-восстановительных и фазообразующих процессов на границе раздела минерал - раствор.

Цель работы. Повышение эффективности тяжелосредной сепарации алмазосодержащих кимберлитов за счет поддержания реологических свойств суспензии и магнитных свойств утяжелителя посредством снижения интенсивности окисления ферросилиция с применением электрохимического кондиционирования оборотной воды.

Идея работы. Применение катодного продукта диафрагменной обработки оборотной воды для регулирования окисления поверхности ферросилиция и интенсификации образования на ней пленок магнетита, обладающих отрицательным электрокинетическим потенциалом и значительной магнитной восприимчивостью, обеспечивающих высокую агрегативную устойчивость суспензии и регенерационнуга способность ферросилиция.

Методы исследований. В работе использованы методы термодинамических расчетов окислительно-восстановительных систем,

потенциометрических, потенциодинамических, электрокинетических и магнитометрических исследований дисперсных систем, лабораторных и промышленных технологических исследований, математического планирования и обработки результатов экспериментов.

Научные положения, разработанные соискателем, и их новизна

1. У становлены причины и механизм интенсивного окисления утяжелителя суспензии - ферросилиция в оборотной воде (рН=7,4; ОВП = 344 мВ; [02] = 9 мг/л), заключающийся в том, что под воздействием оборотной воды на поверхности ферросилиция образуется оксид железа Ре203, а в жидкой фазе - гидроксид железа Ре(ОН)з по реакциям: 2Ре + 3/202 + 2Н20 -» Ре203; 2Ре + 3/202 + ЗН20 2Ре(ОН)3. Кремниевая составляющая ферросилиция переходит в форму гидратированного оксида по реакции: + т02 + пН20 -» {тЗЮ2 пН20}.

2. Научно обоснован и экспериментально подтвержден механизм электрохимического воздействия католита на ферросилиций с целью улучшения его технологических свойств, заключающийся в образовании на его поверхности оксида железа Ре304 по реакции ЗРе + 202 + Ре304, и переходе гидратированных соединений кремния в кристаллическую форму по реакции: {тЭЮг пНгО} -> тБЮ2 + пН20.

3. Установлен интервал значений физико-химических параметров электрохимического кондиционирования суспензии, приготовленной с использованием католита (рН = 9,5-10,5, Ефс < -300 мВ, ОВП < -320 мВ, [02] = 0-2 мг/л), обеспечивающих протекание процесса окисления ферросилиция с малой скоростью и образование магнитовосприимчивых окислов железа типа Ре304, обеспечивающих высокую агрегативную устойчивость суспензии и ее способность к эффективной регенерации.

4. Обоснована технологическая схема тяжелосредной сепарации алмазосодержащих кимберлитов, предполагающая использование в цикле регенерации суспензии катодного продукта диафрагменной электрохимической обработки оборотной воды с целью поддержания оптимальных условий эксплуатации ферросилициевой суспензии и повышения технико-экономических показателей обогащения.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально измеренных значений параметров процесса (коэффициент детерминированности В2=0,85-0,96), соответствием результатов лабораторных, опытно-промышленных и промышленных испытаний, положительными результатами внедрения в производство.

Научное значение заключается в установлении закономерностей влияния продуктов электрохимического кондиционирования технической воды на фазовый

состав, электрохимические, магнитные свойства ферросилициевого утяжелителя и реологические свойства суспензии в процессе тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов.

Практическое значение работы заключается в разработке технологической схемы тяжелосредной сепарации, обеспечивающей повышение эффективности обогащения алмазосодержащих кимберлитов, что выражается в росте извлечения алмазов на 1,5% и сокращении расхода ферросилициевого утяжелителя на 43%.

Реализация результатов работы. Разработанная схема тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов с применением катодного продукта диафрагменной электрохимической обработки оборотной воды прошла опытно-промышленные испытания и рекомендована к внедрению на обогатительных фабриках АК «AJ1POCA» с экономическим эффектом 2,5 млн. руб. в год.

Апробация работы. Основные . положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2003-2009), Международной научно-практической конференции «Плаксинские чтения», Чита, 2008 г., Международном конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, МИСиС, 2009), семинарах кафедры "Обогащение полезных ископаемых" МГГУ (2008-2009).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах, в ■ т.ч. три статьи - из перечня ВАК.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 113 наименований, содержит 31 рисунок и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Процесс тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов на фабриках АК «АЛРОСА» в условиях применения оборотного водоснабжения характеризуется повышенными потерями алмазов и значительным расходом применяемого утяжелителя - ферросилиция. Снижение технико-экономических показателей тяжело средного обогащения обусловлено интенсивным протеканием процесса окисления ферросилиция, вызывающего ухудшение реологических свойств суспензии и ее способности к регенерации.

Для повышения эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов было выбрано применение электрохимической технологии, доказавшей свою универсальность при решении задач направленного изменения свойств дисперсных минеральных систем. Значительный вклад в развитие данного направления внесли: В.А. Чантурия, В.М. Авдохин, В.Е. Вигдергауз, В.Е. Горячев, Г.П. Двойченкова, В.Д. Лунин, В.В. Морозов, Г.Н. Назарова, Э.А. Трофимова, Е.Л. Чантурия и другие российские и зарубежные ученые.

Выбор и обоснование способа регулирования свойств' ферросилициевой суспензии в процессе обогащения алмазосодержащих кимберлитов

Для установления причин интенсивного окисления ферросилиция был исследован ионный состав жидкой фазы суспензии в процессе обогащения алмазосодержащих кимберлитов при использовании как свежей, так и оборотной технической воды. В результате проведенных исследований установлено, что оборотная вода фабрик по ионному составу и электрохимическим характеристикам резко отличается от чистой технической воды. Так, при использовании в процессе тяжелосредной сепарации оборотной воды в жидкой фазе суспензии наблюдается большая концентрация хлоридных ионов (в 2 раза), бикарбонатных и сульфатных ионов (в 1,7 раза), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) жидкой фазы смещен в сторону более положительных значений (на 54 мВ), чем при ведении процесса на свежей технической воде (табл.1).

Таблица 1

Характеристики параметров жидкой фазы суспензии в операции тяжелосредного обогащения при использовании свежей и оборотной воды

Параметр состава Ед. Интервал варьирования Изменение

измер. параметров параметров при

с исп. свеж. с исп. обор. исп. оборот.

воды воды воды, абс. / %

Щелочность среды ед рН 6,3-7.2 6,83 6,4 - 8,3 7,43 +0.6 +9,6

ОВП среды (отн. н.в.э.) мВ 235-326 290 255 - 396 344 +54 +17

Концентрация хлорид-ионов мг/л 75-134 91,4 150-232 181,3 +89,9 +98,5

Концентрация бикарбонат-ионов мг/л 156-198 176,9 266-295 279,9 +103,0 +71,8

Концентрация сульфат-ионов мг/л 73-123 93,2 150-235 195,0 +101,8 +109

Концентрация ионов кальция мг/л 115-148 131,5 130 -187 148,5 +17,0 +13

Концентрация ионов магния мг/л 24-45 34,4 34-61 46,2 +11,8 34,3

Концентрация кислорода мг/л 3,1-5,5 3.8 3,9 - 5,9 4,9 +1,1 +28,9

Обусловленное повышенной минерализацией жидкой фазы оборотной воды увеличение ионной силы раствора и особенно концентрации хлоридных ионов, вызывает увеличение скорости окислительных процессов на поверхности ферросилиция за счет деполяризации анодных реакций окисления железа в составе ферросилиция. Анализ результатов потенциодинамических исследований (рис.1)

показал, что сила тока реакции анодного окисления ферросилиция в области потенциалов от 0 до -200 мВ при переходе от свежей (кривая 1) на оборотную воду (кривая 2) возрастает на 18-20%.

3,5

о 2

о н л н о

1 I-

о с с

2,5

1,5

0,5

/ у

У I

|\ ■ 2 У

ГЧ "

V.....

- -«-2

-0,8 -0,6 -0,4 -0,20 0,2 0,4 0,6 Рис.1. Поляризационные кривые ферросилициевого электрода: 1- в свежей технической воде; 2- в оборотной воде; 3- в католите. |_| - измеренные потенциалы ферросилиция

Обусловленное повышенным содержанием кислорода более положительное значение ОВП оборотной воды относительно свежей технической воды также является причиной интенсификации окисления ферросилиция. Увеличение окислительно-восстановительного потенциала на 54 мВ приводит к увеличению электродного потенциала ферросилиция на 25 мВ, что увеличивает скорость анодных реакций окисления минерала.

Анализ результатов исследования причин повышения скорости окисления ферросилиция в оборотной воде показал, что для снижения интенсивности коррозионных процессов следует создать жидкую среду с высокой щелочностью, смещенным в область более отрицательных значений окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП), низким соле- и кислородосодержанием.

Для создания жидкой среды, обеспечивающей стабилизацию свойств ферросилиция, была выбрана электрохимическая технология, характеризующаяся эффективным воздействием на поверхностные свойства различных минералов в дисперсных системах. Обоснованием возможности применения продуктов электрохимической обработки для регулирования интенсивности окислительных процессов явились результаты потенциодинамических измерений (см. рис.1),

показавшие, что сипа тока реакции анодного окисления ферросилиция в области потенциалов от 0 до -200 мВ при переходе от оборотной воды (кривая 2) на католит (кривая 3) уменьшается на 45-48%.

Электрохимическое кондиционирование жидких сред в аппаратах диафрагменного типа сопровождается насыщением прианодного и прикатодного пространств продуктами электролиза жидкой среды и обеспечивает задачу получения жидких сред с заданными концентрациями ионно-молекулярных компонентов. При бездиафрагменной обработке изменение ионного состава обусловлено протеканием необратимых процессов электролиза. Анализ результатов измерений ионно-молекулярного состава продуктов электрохимической обработки оборотной воды в электролизере диафрагменного типа (табл. 2) показывает, что в католите, по сравнению с исходной оборотной водой, закономерно снижается концентрация анионных остатков кислот, в том числе ионов хлора и концентрация кислорода, а рН жидкой среды растет. Значение потенциала поверхности ферросилиция в католите смещается в более отрицательную область на 320 мВ (с -100 до -420 мВ). Этими изменениями ионного состава объясняется установленная потенциодинамическими измерениями закономерность снижения скорости окисления ферросилиция в католите по сравнению с оборотной водой.

Таблица 2

Состав продуктов электрохимического кондиционирования оборотной воды и физико-химические параметры ферросилиция

№ п/п Физико-химическая характеристика водных систем Потенциал ферросилиция Плотн. тока в обл. пассив. мА/смг Скорость осаждения суспензии мм/мин

РН ЕЬ, мв Компоненты мг/л мВ ЕфС, мВ

СГ БО^" НСОз"! о2

1 Исходная оборотная вода

7,4 +290 181 195 176,9 5,0 -0,56 -100 2,09 0,93

2 Анолит

2,2 И ЮС 241,4 321 н/обн. 21,2 -0,24 -250 4,45 . 0,91

3 Католит

11,6 -870 60,4 126 11,80 1,0 -1,08 -420 1,25 0,84

4 Продукт бездиафрагменной эл.-хим. обработки

5,96 -360 11,5 183 48,8 8,9 -0,60 -230 1,75 0,86

Интенсивное окисление ферросилиция влечет за собой снижение его магнитной восприимчивости, что является одной из основных причин потерь ферросилициевого утяжелителя в цикле его регенерации.

С целью выявить влияние католита на магнитные свойства ферросилиция были проведены магнитометрические измерения, результаты которых показали, что

использование католита обеспечивает лучшее сохранение магнитной восприимчивости ферросилиция. Так, при применении католита уровень относительного снижения магнитной восприимчивости через 24 часа (18,9%) на 20,3% меньше, чем при использовании оборотной воды (39,2%, рис.2).

3 7

2 5

о ш

01 □ 2 дз

0 6 12 18 24 Время контакта, час

Рис. 2. Изменение магнитных свойств ферросилиция во времени: 1 - в обороткой воде; 2 - в технической воде; 3 - в католите

На показатели процесса тяжелосредного обогащения существенно влияют реологические свойства суспензии, которые в свою очередь определяются значением дзета-потенциала поверхности зерен ферросилиция. Смещение дзета-потенциала ферросилиция в положительную область приводит к интенсивному протеканию процессов селективной и неселективной флокуляции зерен ферросилиция и породы.

Результаты измерений дзета-потенциала ферросилиция методом измерения потенциала протекания показали, что в католите абсолютное значение дзета-потенциала ферросилиция увеличивается в 2 раза (с -0,56 до -1,08 мВ), величина дзета-потенциала смещается в область отрицательных значений (см^ табл.2).

Результаты измерения скорости осаждения ферросилиция в различных жидких средах показали, что наибольшую агрегативную устойчивость зерна ферросилиция приобретают в католите, при этом скорость осаждения ферросилиция в католите по сравнению с исходной оборотной водой снижается на 11% (с 0,94 до 0,84 мм/с, см. табл.2)

Таким образом, интенсивное окисление ферросилиция при использовании оборотной воды вызывает снижение его магнитной восприимчивости и уменьшение электрокинетического потенциала (дзета-потенциала) его поверхности. Применение в качестве реагента-регулятора физико-химических параметров жидкой среды (рН, ОВП, ионный состав) катодного продукта диафрагменной электрохимической обработки воды (католита) обеспечивает снижение скорости окисления утяжелителя, сохранение его магнитной восприимчивости и стабилизацию реологических свойств ферросилициевой суспензии.

Исследование механизма окисления ферросилиция и действия католита в процессе тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов

Термодинамический анализ процессов окисления железа показывает, что содержащимся в жидкой фазе кислородом железо ферросилиция окисляется до оксидов и гидроксидов железа (+2.+3). В нейтральной и слабощелочной среде ионы железа гидролизуются с образованием гидроксидов железа (Ре(ОН)2, Ре(ОН)3), которые в дальнейшем кристаллизуются и переходят в оксиды железа. Прямая реакция окисления железа с непосредственным образованием сплошной пленки оксидов железа (электрохимической пассивацией) протекает в щелочной среде (рН > 8) в отсутствие заметных концентраций ионов - деполяризаторов (СГ, НСОз")-

Суммарные реакции окисления железа растворенным в жидкой фазе кислородом имеют следующий вид:

а) в щелочной среде при положительных значениях Ефс:

2Ре3Б1 + 1Ю2 + 2Н20 -> 6Ре2Оэ + 2ЭЮ2 Н20; (1)

2Ре381 + 13/2С>2 + 11Н20 -> 6Ре(ОН)3 + 28Ю2Н20; (1')

б) в щелочной среде при отрицательных значениях ЕфС:

Ре35|' + 302 + Н20 Ре304 + ЭЮ2 Н20; (2)

в) в кислой и нейтральной среде:

Резв! + 6Н+ + 4Н20 -> ЗРе2+ + 8Ю2Н20 + Н2. (3)

Реакция окисления кремния в составе ферросилиция сопровождается переходом в форму гидратированного оксида {тЭЮг пНгО}:

тБ! + т02 + пН20 -> + {т8Ю2-пН20}. (4)

В щелочной среде процесс окисления сопровождается переходом гидратированных соединений кремния в кристаллическую форму по реакции

{тБЮг-пНгО} mSi02+nH20.

Соотношением скоростей реакций 1(11) и 2 определяется степень отрицательного влияния окисления ферросилиция на технологические свойства суспензии.

Поддержание условий, способствующих преимущественному протеканию реакции 2, обеспечит снижение интенсивности реакции окисления ферросилиция за счет пассивации его поверхности, сохранение магнитных свойств зерен ферросилиция, поддержание отрицательного электрокинетического потенциала.

Для выбора оптимальных условий кондиционирования была построена диаграмма стабильности соединений железа в водной среде в присутствии кислорода, в которой в качестве продуктов окисления были рассмотрены все возможные соединения железа, образующиеся в результате окислительного процесса (рис.3).

Рис.3. Диаграмма стабильности продуктов окисления ферросилиция в исходной и электрохимически модифицированной водной среде:

1 ' область рН и Ефс в суспензии при использовании оборотной воды;

•г. г,-.

Ъ- - область рН и Ефо в суспензии при использовании анолита;

область рН и Ефс в суспензии при использовании катопита;

4' область рН и Ефс в суспензии при использовании продукта бездиафрагменной обработки оборотной воды

Область 1 на диаграмме термодинамической стабильности ферросилиция в окислительных условиях (см. рис. 3) соответствует значениям рН и ЕЙ, устанавливающимся в суспензии ферросилиция при ведении технологического процесса на оборотной воде. Области 2, 3, 4 соответствуют значениям рН и ЕЙ, устанавливающимся в суспензии ферросилиция при ведении технологического процесса с использованием соответственно: анолита, католита и продукта бездиафрагменной обработки оборотной воды. Сопоставление достигаемых значений рН и ЕфС с областями преобладания продуктов окисления ферросилиция (см. рис. 3) показывает, что при применении католита минерал окисляется по реакциям 2 и 4 в сторону образования магнетита и твердого БЮг, что способствует снижению скорости его окисления, сохранению магнитных свойств и отрицательного дзета-потенциала.

Оптимизация параметров электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии

Для выбора оптимальных параметров подготовки оборотной воды были исследованы влияние рН католита на реологические свойства суспензии и способность ферросилиция к магнитной регенерации. Изменение рН суспензии достигалось варьированием количества добавляемого в нее католита.

Результаты измерений потенциала протекания показали, что дзета-потенциал ферросилиция непрерывно смещается в область отрицательных значений при увеличении количества добавляемого католита до значений рН - 10,5-10,8 (рис.4А). Дальнейшее увеличение рН среды свыше 10,8 ведет к снижению абсолютного значения дзета-потенциала ферросилиция (смещению в область положительных значений).

Анализ зависимости скорости осаждения суспензии от щелочности суспензии показал, что добавление католита в количестве, обеспечивающем поддержание рН от 10,3 до 10,5, обеспечивает максимальный рост ее агрегативной устойчивости (рис.4Б). Увеличение рН более 10,5 уменьшает устойчивость суспензии. Резкое снижение устойчивости суспензии при увеличении рН свыше 10,5 совпадает с характером зависимости дзета-потенциала ферросилиция от рН и обусловлено увеличением ионной силы раствора и вырождением диффузной части двойного электрического слоя на поверхности зерен ферросилиция.

Таким образом, поддержание рН суспензии ферросилиция в интервале от 9,5 до 10,5 путем добавления в нее католита является оптимальным условием обеспечения максимальной агрегативной устойчивости суспензии.

Рис.4. Изменение дзета-потенциала частиц ферросилиция (А) и скорости их осаждения (Б) от величины щелочности католита

При оптимизации условий электрохимического кондиционирования суспензии определялись интервалы ОВП и Ефс, при которых достигается сохранение магнитных свойств ферросилиция. Исходной задачей применения католита было снижение ОВП и ЕфС для изменения скоростей протекания реакций 1 и 2 в сторону образования магнетита.

Результаты потенциометрических измерений показали, что при добавлении католита до значений рН 9,5 достигаются значения ОВП отрицательнее -300 мВ. При этом электродный потенциал ферросилиция снижается до -320 мВ (рис.5) и становится более отрицательным, чем равновесный для перехода Ре20з в Рез04 (-300 мВ, см. рис.3). Во всей области рН более 9,5 электродный потенциал ферросилиция лежит в интервале значений, соответствующих условиям протекания реакции окисления ферросилиция с образованием магнетита.

Обоснованность выбранного режима электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии подтверждается данными на рис.6. Увеличение рН суспензии от 7,6 до 11,0 приводит к стабилизации магнитных свойств ферросилиция на срок до 8 часов и меньшим на 30-40% потерям ферросилиция при его магнитной регенерации. Д апьнейшее увеличение рН до 11,6 не приводит к существенному положительному результату как по продолжительности сохранения магнитных свойств, так и улучшению показателей магнитной регенерации (рис.6).

600

400

200

ш £

2-200

-400

-600

-800

О-. >

—о -е -1 N -2

8 9 10 11 Щелочность среды, рН

100

& 85 ■&

>5 § 80

г\ -в-2 -&-3

\ \

-€>- -О

10 20 Время контакта, час

Рис. 5. Смещение ОВП (1) и электродного потенциала ферросилиция (2) при изменении рН среды путем добавки католита, полученного при диафрагменной обработке технической воды

Рис. 6. Выход магнитной фракции при

регенерации суспензии: 1 - без католита (рН = 7,6, ОВП = 480 мВ, <Рфс= -80 мВ);

2-е католитом (рН = 10,0, ОВП = -460 мВ, Ф4,с = -260 мВ);

3 -с католитом (рН 11,0, ОВП = -560 мВ, ффе = -320 мВ);

4 - с католитом (рН 11,6, ОВП = -680 мВ, ффс = -420 мВ)

Для разработки технологического регламента применения оборотной воды определялась доля общего потока оборотной воды, подлежащего кондиционированию в паспортном режиме применяемого электролизера. Проведенные исследования показали, что для величин рН, ОВП и ЕфС в условиях смешивания католита с необработанной оборотной водой существует закономерная связь (рис.7), позволяющая определить требуемую степень разбавления оборотной воды католитом (доли обработанной воды).

Результаты проведенного регрессионного анализа показали, что полученные математические уравнения с высокой достоверностью (коэффициент детерминированности И2 = 0,95-0,98) позволяют рассчитать значения рН, ЕЙ, ЕфС (табл.3). Характеристики связей между отдельными параметрами ионного состава суспензии могут быть использованы при выборе технологического режима процесса сепарации для поддержания заданных параметров тяжелой среды.

Su 0> 1 '

&10 -O

2 9

J. 8

7 6

/ R

: . -

п/

> V /

20 40 60 80 Доля обработанной воды,%

100

20 40 60 80 Доля обработанной воды,%

Рис.7. Влияние доли обработанной воды (католита) на рН (1), ОВП (2) и ЕфС (3) в ферросилициевой суспензии:

■ область оптимальных значений рН, ОВП и Ефс

Таблица 3

Статистические характеристики связей между параметрами ионного состава суспензии при использовании католита

№№ X Y Корреляционное соотношение Коэфф. детермин. R2

1 ДОВ рН Y = 4E-06XJ - О.ОО^Х* + 0,119Х + 7,44 0,985

2 ДОВ ОВП Y = -0,0002XJ + 0,069X¿ - 9.396Х - 58,4 0,982

3 ДОВ Ефс Y = -0,0012Х3 + 0,345Х2 - 35,8Х + 540,8 0,980

4 рН ОВП Y = 6,26XJ -176,бХ2 + 1339,6X -2247,3 0,975

5 рН Ефс Y = 3.57X3- 109,5X* + 1011,9X- 3014,6 0,967

6 ОВП Ефс Y = -ЗЕ-08Х3 - O.OOOIX* + 0.297X -198,3 0,955

ДОВ - доля обработанной воды

Использование расчетных регрессионных зависимостей позволяет определить оптимальную долю обработанной воды (католита) в общем водообороте суспензии в интервале от 24 до 37% (см. рис.7). При этом обеспечивается поддержание рН в интервале 9,5 -10,5 и ЕфСв интервале от -320 до -440 мВ).

Таким образом, в результате проведенных исследований был обоснован и экспериментально подтвержден интервал значений параметров электрохимического кондиционирования суспензии (рН = 9,5-10,5), Ефс < -300 мВ, ОВП < -320 мВ) и

интервал доли обработанной воды (24-37%), обеспечивающих протекание процесса окисления ферросилиция с малой скоростью и образованием магнитовосприимчивых оксидов железа типа Ре304, обеспечивающих высокую агрегативную устойчивость суспензии и ее способность к эффективной регенерации магнитными способами.

Обоснование схемы тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов с использованием диафрагменной обработки оборотной воды

С целью определения возможности применения электрохимически обработанных водных систем для предотвращения коррозии ферросилиция были проведены лабораторные исследования по схеме тяжелосредного обогащения, предусматривающей использование для снижения окисления ферросилиция католита - продукта диафрагменной обработки технической воды (рис.8).

Обезвоживание Магн. сепарация /■—

Руда

Немаги, продукт

Магн.продукт

Разубоживание

Свежий ферросилиций

тяжелосредная сепарация

Концентрат

Технич.(1 вода+ «атопит

Разубоживание

Хвосты

Дренирование суспензии Дренирование суспензии

Концентрат

Хвосты

Рис. 8. Схема цикла тяжелосредного обогащения кимберлитов с линиями подачи кондиционированной технической воды в операции

Согласно разработанной методике подача католита осуществлялась по схеме в следующие точки процесса тяжелосредной сепарации (ТСС):

1 - в бак технической воды отделения ТСС;

2 - в цикл отмывки продуктов ТСС на грохотах;

3 - в операцию приготовления свежей суспензии;

4 - в операцию разубоживания ферросилиция перед регенерацией на магнитном сепараторе.

В процессе испытаний измерялись щелочность и окислительно-восстановительный потенциал (рН, ЕЙ) исследуемых водных систем и продуктов электролиза, электродный потенциал ферросилиция (Ефс), массовая доля магнитной фракции, реологические характеристики суспензии и ее технологичесая эффективность - извлечение трассеров, имитирующих поведение алмазов в обогатительном процессе. В результате проведенных исследований было установлено, что выбранные четыре варианта кондиционирования ферросилициевой суспензии в разной степени позволяют достичь поставленной цели. Так, добавление католита в общий бак технической воды оказалось наименее эффективным (табл.4). Подача католита в операцию приготовления свежей суспензии заметно увеличивает извлечение трассеров, однако в меньшей степени обеспечивает сохранность ферросилиция. Подача католита в операцию отмывки существенно увеличивает извлечение трассеров но незначительно сокращает потери утяжелителя. Подача католита в операцию регенерации ферросилиция существенно повышает извлечение трассеров и в наибольшей мере обеспечивает сохранность ферросилиция.

Таблица 4

Результаты тяжелосредной сепарации кимберлитов с применением католита в различных операциях технологического процесса

Точка подачи католита РН ЕЙ, мВ Ефс, мВ Масс, доля магнитной фракции,% Скорость осаждения, мм/мин Извлечение трассеров, %

Без подачи католита 7,6 +230 -120 83 0,93 97,5

В общий бак технической воды 9,7 -130 -164 85 0,86 98,0

В операцию отмывки продуктов ТСС 8,5 -190 -178 87 0,90 99,0

В операцию приготовления суспензии 9,9 -184 -175 85,5 0,84 98,0

В операцию регенерации ферросилиция 10,5 -360 -280 93,2 0,85 98,5

Сравнительный анализ результатов тяжелосредной сепарации с подачей католита в различные операции позволил рекомендовать схему обогащения кимберлитов, предполагающую использование катодного продукта диафрагменной обработки технической воды , в операциях приготовления суспензии и магнитной регенерации ферросилиция.

Для оценки ожидаемой эффективности разработанной схемы процесса тяжелосредной сепарации кимберлитов были проведены испытания на

сертифицированной стендовой установке. Для кондиционирования технической воды использовался промышленный диафрагменный электролизер ЭКВД-100, разработанный в УРАН ИПКОН РАН, обеспечивающий получение католита с заданными свойствами (рН = 11,8, ОВП = -680, Ефс = -420) с соблюдением норм охраны труда и техники безопасности.

При проведении полупромышленных испытаний использовалась технологическая схема, соответствовавшая схеме переработки кимберлитов на обогатительной фабрике №3 корпорации «АЛРОСА» (рис.9).

Подача католита производилась в операции приготовления и промывки суспензии.

Рис.9. Принципиальная схема стендовой установки с указанием точек подачи

католита:

1 - электролизер ЭКВД-100; 2 - грохот подготовки-питания; 3 - емкость смешивания; 4 - зумпф готовой среды; 5 - тяжелосредный циклон; 6 -грохот выделения тяжелой фракции; 7 - грохот выделения легкой фракции; 8 - зумпф разбавленной тяжелой среды; 9 - циклон сгущения, 10 - магнитный сепаратор; 11 - хвостовой насос; 12 - трубчатый сгуститель

Результаты опытно-промышленных испытаний показали, что применение разработанной схемы тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов

с использованием операции диафрагменного кондиционирования оборотной воды и подачи реагента в операции разбавления суспензии и промывки отработанной суспензии позволяет за счет повышения технологических свойств суспензии повысить извлечение ценных компонентов на 1,5% и за счет повышения степени регенерации ферросилиция сократить его расход на 43% с ожидаемым экономическим эффектом 2,5 млн. рублей на 1 млн. т. переработанной руды.

Таблица 6

Технико-экономические показатели обогащения алмазосодержащих кимберлитов,

(классы -36 +6; -6 +1 мм)

показатель Размер- По исходной По схеме с

ность схеме применением католита

Извлечение алмазов % 97,5 99,0

Расход свежего ферросилиция г/т 300,0 -,170,0

Расход электроэнергии кВтч/т 5 5,3

Стоимость дополнит, оборудования млн. руб - 5,4

Дополнительные эксплуатационные млн. руб - 1,4

расходы

Экономическая эффективность (от млн. руб - +2,5 млн. руб

сокращения расхода суспензии)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов на основе электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии, обеспечивающего улучшение технологических показателей за счет повышения извлечения алмазов и сокращения расхода утяжелителя.

Основные выводы по работе

2. Вскрыт механизм окисления утяжелителя суспензии - ферросилиция в оборотной воде (рН = 7,4; ОВП = -344 мВ; [02] = 9 мг/л), заключающийся в том, что под воздействием содержащегося в оборотной воде кислорода на поверхности ферросилиция преимущественно образуется оксид железа Ре203, а в жидкой фазе - гидроксид железа Ре(ОН)3 по реакциям: 2Ре + 3/202 + 2Н20 -» Ре203; 2Ре +

3/20г + 3H20 -» 2Fe(OH)3 Кремниевая составляющая ферросилиция переходит в форму гидратированного оксида по реакции: mSi + m02 + пН20 -» {тЭЮг пНгО}.

3. Научно обоснован и экспериментально подтвержден механизм электрохимического воздействия на поверхность ферросилиция католита, заключающийся в смещении направлений окислительных реакций в сторону образования на его поверхности структурированного магнитовосприимчивого оксида железа Fe304 по реакции 3Fe + 202 + -» Fe304, и переходе гидратированных соединений кремния в кристаллическую форму по реакции {mSi02nH20}-> mSi02 + пН20. Максимальный эффект достигается при рН суспензии 9,5 -10,5.

4. Определены значения ОВП суспензии (< -300 мВ) и электродного потенциала ферросилиция (< - 320 мВ), при которых на поверхности ферросилиция в качестве продуктов окисления образуются пленки магнетита (Fe304) с высокой магнитной восприимчивостью и отрицательным электрокинетическим потенциалом, обеспечивающие высокую регенерационную способность и агрегативную устойчивость суспензии.

5. Выбрана конструкция аппарата и обоснована технологическая схема тяжелосредной сепарации алмазосодержащих кимберлитов, предполагающая использование в цикле регенерации суспензии катодного продукта диафрагменной электрохимической обработки оборотной воды, обеспечивающего поддержание оптимальных условий эксплуатации ферросилициевой суспензии и повышение технико-экономических показателей обогащения.

6. Опытно-промышленные испытания разработанной схемы показали, что использование электрохимической технологии в цикле регенерации ферросилициевой суспензии позволяет повысить извлечение алмазов на 1,5% и сократить расход утяжелителя на 43% с экономическим эффектом 2,5 млн. рублей в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных трудах:

1. Авдохин В.М., Чернышева E.H. Сокращение потерь ферросилиция в процессе тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья Н Горный информационно-аналитический бюллетень . -2003. -№4. -С 241-244.

2. Богачев В.И., Чернышева E.H., Двойченкова Г.П., Кубапов Б.Б. Влияние продуктов электрохимической обработки воды на магнитные и электроповерхностные свойства ферросилиция II Горный информационно-аналитический бюллетень. -2003. -№7. -С.185-186.

3. Чернышева E.H., Чантурия Е.Л. Повышение эффективности тяжелосредного обогащения кимберлитов с использованием технологии электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии // Рукопись депонирована в Горный информационно-аналитический бюллетень 04.09.2009.

4. Двойченкова Г.П., Чернышева E.H., Савицкий Л.В., Воронцов B.C. Интенсификация процессов рудоподготовки и тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья трубки «Нюрбинская» // Горный журнал. -2009. -№10. -С.73-74.

5. Миненко В.Г:, Богачев В.И., Чернышева E.H., Бычкова Г.М. Интенсификация процесса тяжелосредной сепарации для технологии ОФ № 15 Нюрбинского ГОКа II Сборник материалов 5-го конгресса обогатителей стран СНГ, 2005. -т.1. -С. 68-71.

6. Богачев В.И., Трофимова Э.А. Чернышева E.H. Стабилизация поверхностных свойств ферросилиция при использовании э/х обработанных водных систем в процессе тяжелосредной сепарации // Сборник материалов 5-го конгресса обогатителей стран СНГ, 2005. -т.1. -С. 98-101.

Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, состоял в разработке методик исследований, организации и непосредственном участии в выполнении исследований и испытаний, промышленном внедрении, анализе и обобщении полученных результатов, разработке рекомендаций.

Подписано в печать$.11.2009 Формат60x90/16 Объем 1 п.л. Тираж 100 зкз. Заказ

Отдел печати МГГУ, Москва, Ленинский просп., 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Чернышева, Елена Николаевна

Раздел Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЯЖЕЛОСРЕДНОГО ОБОГАЩЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВ

1.1. Технологические схемы тяжелосредного обогащения кимберлитов

1.2. Характеристика ферросилиция и анализ причин его потерь в процессах тяжелосредного обогащения

1.3. Физико-химические способы повышения устойчивости суспензий для тяжелосредного обогащения

1.4. Применение электрохимических методов регулирования состояния дисперсных физико-химических систем

Выводы к главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ЛАБОРАТОРНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Электрохимические исследования поверхностных процессов на ферросилиции

2.2. Исследование магнитных и реологических свойств ферросилициевой суспензии

2.3. Лабораторные исследования процесса тяжелосредной сепарации кимберлитов

Выводы к главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ ФЕРРОСИЛИЦИЯ В ПРОЦЕССАХ ТЯЖЕЛОСРЕДНОГО ОБОГАЩЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВ

3.1. Исследование изменения параметров жидкой фазы ферросилициевой суспензии при использовании технической воды

3.2. Исследование изменения электрохимических характеристик ферросилиция при использовании технической воды

3.3. Исследование изменения технологических характеристик ферросилиция при использовании технической воды

Выводы к главе 3.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ОКИСЛЕНИЯ ФЕРРОСИЛИЦИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

КАТОЛИТА ПРИ ТЯЖЕЛОСРЕДНОМ ОБОГАЩЕНИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ КИМБЕРЛИТОВ

4.1. Термодинамическое моделирование окислительно-восстановительных процессов

4.2. Исследование механизма процессов окисления ферросилиция в тяжелой суспензии

4.3. Обоснование применения продуктов электрохимического кондиционирования оборотной воды для оптимизации свойств суспензии

Выводы к главе

ГЛАВА 5. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ФЕРРОСИЛИЦИЕВОЙ СУСПЕНЗИИ

5.1. Выбор режима электрохимического кондиционирования для эффективной магнитной регенерации ферросилиция

5.2. Выбор режима электрохимического кондиционирования для поддержания агрегативной устойчивости суспензии

5.3. Исследования закономерностей воздействия католита на электрохимические свойства ферросилициевой суспензии.

Выводы к главе

ГЛАВА 6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБОГАЩЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ Э/Х КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

6.1. Выбор оборудования и параметров процесса электрохимического кондиционирования оборотной воды

6.2. Стендовые испытания процесса тяжелосредного обогащения с применением электрохимического кондиционирования оборотной воды

6.3. Опытно-промышленные испытания процесса тяжелосредного обогащения с применением электрохимического кондиционирования оборотной воды

Выводы к главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов на основе электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии"

Одной из основных технологий первичного обогащения алмазного сырья в России и за рубежом стал в последние годы процесс тяжелосредного обогащения. Это обусловлено тем, что данный процесс значительно эффективнее отсадки, т.к. характеризуется более высоким коэффициентом обогащения. К достоинствам этого процесса относится возможность точного и плавного регулирования разделительного признака - плотности рабочей суспензии.

Важным направлением повышения эффективности тяжелосредного обогащения является повышение технологических свойств суспензии и уменьшение непроизводительного расхода применяемого утяжелителя. Особенно актуальна данная задача для процессов обогащения алмазосодержащих кимберлитов с применением ферросилициевой суспензии.

Потери ферросилиция в технологическом процессе и процессе его регенерации на магнитных сепараторах обусловлены его коррозией. Качество оборотной воды оказывает прямое воздействие на проявление различных видов коррозии, приводящих к разрушению ферросилиция, снижению устойчивости суспензии и росту потерь утяжелителя в цикле регенерации.

Перспективным путем решения поставленной задачи является применение современных способов воздействия на жидкую фазу суспензии и, в конечном итоге, на тяжелую среду, обеспечивающих снижение интенсивности процессов окисления и износа утяжелителя. Для решения поставленной задачи предложено использование электрохимической технологии, не предполагающей использование токсичных или дорогих реагентов, дефицитного или не эргономичного оборудования.

Основной научной задачей, решаемой в работе, являлось расширение знаний о процессах, протекающих на поверхности ферросилициевого утяжелителя и выбор условий наиболее эффективного применения электрохимического кондиционирования для предотвращения или ослабления деструктивных окислительных процессов. Методической основой работы являлись накопленные знания о механизме окислительно-восстановительных процессов на границе раздела фаз минерал - раствор.

Для повышения эффективности тяжелосредного обогащения кимберлитов было выбрано применение электрохимической технологии, доказавшей свою универсальность при решении задач направленного изменения свойств дисперсных минеральных систем. Значительный вклад в развитие данного направления внесли: В.А. Чантурия, В.М. Авдохин, В.Е. Вигдергауз, Б.Е. Горячев, Г.П. Двойченкова, В.Д. Лунин, В.В. Морозов, Г.Н. Назарова, Э.А. Трофимова, E.JI. Чантурия и другие российские и зарубежные ученые.

Цель работы. Повышение эффективности тяжелосредной сепарации алмазосодержащих кимберлитов путем поддержания реологических свойств суспензии и магнитных свойств утяжелителя путем снижения интенсивности окисления ферросилиция с применением электрохимического кондиционирования оборотной воды.

Идея работы. Применение катодного продукта диафрагменной обработки оборотной воды для интенсификации образования на поверхности ферросилиция магнетита, обладающего отрицательным электрокинетическим потенциалом и значительной магнитной восприимчивостью, обеспечивающими высокую агрегативную устойчивость суспензии и регенерационную способность ферросилиция.

Методы исследований. В работе использованы методы термодинамических расчетов окислительно-восстановительных систем, потенциометрических, потенциодинамических, электрокинетических и магнитометрических исследований дисперсных систем, лабораторных и промышленных технологических исследований, математического планирования и обработки результатов экспериментов.

Научные положения, разработанные соискателем, и их новизна.

1. Установлены причины и механизм интенсивного окисления утяжелителя суспензии - ферросилиция в оборотной воде (рН=7,4; ОВП = 344 мВ; [02] — 9 мг/л), заключающийся в том, что под воздействием оборотной воды на поверхности ферросилиция образуется оксид железа Fe203, а в жидкой фазе - гидроксид железа Fe(OH)3 по реакциям: 2Fe + 3/202 + 2Н20 -> Fe203; 2Fe + 3/202 + ЗН20 -» 2Fe(OH)3. Кремниевая составляющая ферросилиция переходит в форму гидратированного оксида по реакции: mSi + m02 + пН20 -» {mSi02-nH20}.

2. Научно обоснован и экспериментально подтвержден механизм электрохимического воздействия католита на ферросилиций с целью повышения его технологических свойств, заключающийся в образовании на его поверхности оксида железа Fe304 по реакции 3Fe + 202 + —> Fe304, и переходе гидратированных соединений кремния в кристаллическую форму по реакции: {mSi02-nH20}—> mSi02+nH20.

3. Установлен интервал значений физико-химических параметров электрохимического кондиционирования суспензии, приготовленной с использованием католита (рН = 9,5-10,5, Ефс < -300 мВ, ОВП < -320 мВ, [02] = 0-2 мг/л), обеспечивающих протекание процесса окисления ферросилиция с малой скоростью и образование магнитовосприимчивых окислов железа типа Fe3C>4, обеспечивающих высокую агрегативную устойчивость суспензии и ее способность к эффективной регенерации.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально измеренных значений параметров процесса (коэффициент детерминированности R2=0,85-0,96), соответствием результатов лабораторных, опытно-промышленных и промышленных испытаний, положительными результатами внедрения в производство.

Научное значение заключается в установлении закономерностей влияния продуктов электрохимического кондиционирования технической воды на фазовый состав, электрохимические, магнитные свойства ферросилициевого утяжелителя и реологические свойства суспензии в процессе тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов.

Реализация результатов работы. Разработанная схема тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов с применением катодного продукта диафрагменной электрохимической обработки оборотной воды прошла опытно-промышленные испытания и рекомендована к внедрению на обогатительных фабриках АК «АЛРОСА» с экономическим эффектом 2,5 млн. руб. в год.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2003-2009), Международной научно-практической конференции «Плаксинские чтения», 2008 г., Международном конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, МИСиС, 2009), семинарах кафедры "Обогащение полезных ископаемых" МГГУ (2008-2009).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах, в т.ч. три статьи - из перечня ВАК.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Чернышева, Елена Николаевна

Основные выводы по работе

1. Установлено, что при ведении процесса обогащения в оборотной воде, характеризующейся повышенным солесодержанием и концентрацией кислорода, интенсифицируются процессы окисления ферросилиция, вызывающие снижение агрегативной устойчивости суспензии и увеличение потерь утяжелителя вследствие существенного снижения электрокинетического потенциала поверхности и уменьшения магнитной восприимчивости зерен ферросилиция.

2. Установлен механизм окисления утяжелителя суспензии -ферросилиция в оборотной воде (рН = 7,4; ОВП = -344 мВ; [02] = 9 мг/л), заключающийся в том, что под воздействием содержащегося в оборотной воде кислорода на поверхности ферросилиция преимущественно образуется оксид железа Fe203, а в жидкой фазе - гидроксид железа Fe(OH)3 по реакциям: 2Fe + 3/202 + 2Н20 Fe203; 2Fe + 3/202 + ЗН20 -> 2Fe(OH)3 Кремниевая составляющая ферросилиция переходит в форму гидратированного оксида по реакции: mSi + m02 + пН20 -» {mSi02-nH20}

3. Научно обоснован и экспериментально подтвержден механизм электрохимического воздействия на поверхность ферросилиция с целью улучшения его технологических свойств католита, заключающийся в смещении направлений окислительных реакций в сторону образования на его поверхности структурированного магнитовосприимчивого оксида железа Fe304 по реакции 3Fe + 202 + —> Fe304, и переходе гидратированных соединений кремния в кристаллическую форму по реакции {mSi02-nH20} -> mSi02+nH20.

4. Установлен достигаемый добавками католита интервал рН суспензии (9,5 - 10,5), в котором окисление ферросилиция сопровождается образованием пленкообразующих нерастворимых и малорастворимых соединений, препятствующих доступу окислителя к минералу и уменьшающих скорость коррозионных процессов.

5. Установлены значения ОВП суспензии (< -300 мВ) и электродного потенциала ферросилиция (< - 320 мВ), при которых на поверхности ферросилиция в качестве продуктов окисления образуется магнетит (Fe304) с высокой магнитной восприимчивостью и отрицательным электрокинетическим потенциалом, обеспечивающими высокую регенерационную способность и агрегативную устойчивость суспензии.

6. Выбрана конструкция аппарата и определены технологические параметры диафрагменной электрохимической обработки оборотной технической воды, обеспечивающие получение католита с заданными свойствами.

7. Обоснована технологическая схема тяжелосредной сепарации алмазосодержащих кимберлитов, предполагающая использование в цикле регенерации суспензии катодного продукта диафрагменной электрохимической обработки оборотной воды, обеспечивающего поддержание оптимальных условий эксплуатации ферросилициевой суспензии и повышение технико-экономических показателей обогащения.

8. Проведенными опытно-промышленными испытаниями разработанной схемы показано, что использование электрохимической технологии в цикле регенерации ферросилициевой суспензии позволяет повысить извлечение алмазов на 1,5% и сократить расход утяжелителя на 43% с экономическим эффектом 2,5 млн. рублей в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Чернышева, Елена Николаевна, Москва

1. Абрамов А. А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых // М.: изд. МГГУ. -2004г. -510 с.

2. Авдохин В.М., Морозов В.В. Николаева Т.С. Закономерности изменения ионного состава жидкой фазы пульпы при диафрагменной обработке //Теория и технология обогащения полезных ископаемых.-Сб.науч. трудов МГИ, М.: МГИ, 1987. с. 15-23

3. Авдохин В.М., Чернышева Е.Н. Сокращение потерь ферросилиция в процессе тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень № 4, МГГУ, М., 2003 -С.240-244 .

4. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. -430 с.

5. Айлер Р.К. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. Госстройиздат, М., 1959.

6. Айлер Р.К. Химия кремнезема (в 2-х частях). Мир, М., 1982.

7. Алмазные обогатительные фабрики компании Dowding Reynard. Mining J., 1995,325, N 8345, с. 216.

8. Белых З.П. Исследование свойств тяжелых суспензий из гранулированного ферросилиция применительно к обогащению несульфидной руды, Автореферат кандидатской диссертации, М.,1966.

9. Берт P.O. Технология гравитационного обогащения (пер. с англ.). Москва.: Недра, 1990, 574 с.

10. Богачев В.И., Чернышева Е.Н., Двойченкова Г.П., Кубалов Б.Б. Влияние продуктов электрохимической обработки воды на магнитные иэлектроповерхностные свойства ферросилиция. Горный информационно-аналитический бюллетень № 7, МГГУ, М., 2003, с. 185 — 186.

11. Богданович А.В. и Овод Н.А. Исследование влияния реологических свойств структурированных суспензий на процесс обогащения. Сб.трудов ВНИИцветмета «Новое в добыче и переработке свинцово-цинкового сырья», Изд. «Наука», Алма-Ата, 1975.

12. Богданович А.В. Особенности разделения руд в тяжелой суспензии высокой плотности // Юбилейные чтения: «Развитие идей Плаксина в области обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии». Тез.докл. М., 2000, с.61-62.

13. Булах А.Г. Общая минералогия. Изд. С-П Ун-та. 1999. 354 с.

14. Вигдергауз В.Е. Теоретическое обоснование и разработка методов повышения контрастности физико-химических и флотационных свойств сульфидов на основе оптимизации окислительных процессов: Автореф.дис.д-ра техн. наук. М.,1991.-33 с.

15. Влияние некоторых факторов на вязко-пластичные свойства ферросилициевых суспензий. Мясников Н.Ф. "Тр. н.-и. и проектно-конструкт. ин-та по добыче полезн. ископаемых открытым способом", 1965, вып. 4, 403-410.

16. Влияние различных факторов на свойства глинистых суспензий. Шантер Ю.А., Киселева Ф.Н. "Научи, тр. Укр. проектноконструкт. и н.-и. ин-т по обогащению и брикетир. углей", 1964, 3, 101-110.

17. Внедрение технологии рудоподготовки на основе самоизмельчения и обогащения в тяжелой суспензии, освоение циклов обогащения зернистыхи шламовых продуктов на Депутатской ЦОФ. Без отчета/ЦНИИОлово; рук. Долматович Е.И., сб. НИР 14-89-ГР 01880071167.

18. Гаррелс P.M., Крайст 4.JI. Растворы, минералы, равновесия. Мир, -М., 1968.

19. Годэн A.M. Флотация. Гос.Научно-техническое издательство литературы по горному делу. М., 1 1959, -653 с.

20. Голосницкая В.А., Кутырев И.М. Анализ природных и сточных вод. -Новочеркасск.-1988. -88 с.

21. Горячев Б.Е. Влияние некоторых характеристик суспензии на показатели сепарации в тяжелых средах алмазоносных руд кимберлитовой трубки «Катока» // сб. материалов 5-конгресса обогатителей стран СНГ, 2005 г. т.1. -С.58-60.

22. Горячев Б.Е., Чекушина Т.В. Современные методы оценки технологических свойств труднообогатимого и нетрадиционного минерального сырья благородных металлов и алмазов // Цветные металлы, 2005, №1

23. Дамаскин Б.Б. Принципы современных методов изучения электрохимических реакций.- М.: МГУ, 1965.- 47 е.

24. Делахей П. Двойной слой и кинетика электродных процессов / Под ред. А.Н. Фрумкина. М.: Мир, 1967.

25. Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел, М., Наука, 1973, -279с.

26. Добыча алмазов в Намибии Myrray Roger. Mining J., 1997, 329, N 8446, с. 89.

27. Духин. С. С. Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем. Киев: Н. Думка, 1975. -375 с.

28. Елисеев Н.И., Чантурия В.А., Борисков Ф.Ф., Свалов С.А. Об интенсификации измельчения сульфидных руд //Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1982, №5. -С.36-39.

29. Захаров М.С., Захарчук Н.Ф. Электрохимические методы анализа природных и сточных вод. -Новосибирск.: Наука. 1985.- 221 с.

30. Иванов М.П. Методы измерения физических величин (магнитные измерения):- Уфа: изд. Уфимского ордена Ленина авиационного института им. Серго Орджоникидзе, 1984. 60 с

31. Изучение возможности применения тяжелосредной и радиометрической сепараций для обогащения крупнокусковой руды Ждановского месторождения. Отчет о НИР № гос. per. 01840051444 /Механобр; рук. Кротков М.И. -124 с.

32. Испытание технологии тяжелосредного обогащения карбонатной марганцевой руды в трехпродуктовом гидроциклоне. Отчет о НИР № гос. per. 0140021972 /Механобрчермет; рук. Ивченко К.Д. 98 с.

33. Исследование действия реагента-пептизатора для улучшения физико-механических свойств магнетитовых суспензий при обогащении

34. Карагандинских углей. Нехороший И.Х., Лупанова И.В. "Тр. Инт-та горючих ископаемых М-ва угольной пром-сти СССР", 1969, №4. -С.19-27.

35. Исследование по тяжелосредному обогащению фосфоритных руд. Отчет о НИР № гос. per. 01810077370 /Гос.НИИ горнохим. сырья; рук. Шохин В.Н. -143 с.

36. Исследование свойств суспензий-растворов как среды для гравитационного обогащения полезных ископаемых. Савенков М.И. "Научн.тр. Харьковск. горн, ин-т", 1962, 11. -С. 61-69.

37. Исследование свойств ферромагнитнитных дисперсных систем с целью интенсификации гравитационных процессов разделения в зернистых суспензиях. Давыдов Ю.В. Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. КТН, Москва, Ротапринт ИФЗ АН СССР, 1976. -С.20.

38. К вопросу измерения вязкости пульп и суспензий вискозиметрами истечения. Дубовец А.Н., Карпенко Т.Г. "Тр. Гос. проектно-конструкт. и н.-и. ин-та по автоматиз. угольн. пром-сти", 1969, вып. 4, -С. 106-113.

39. Калинников В.Т., Ракитин Ю.В. Введение в магнетохимию. М.: Наука, 1980. -302 с.

40. Карапетьянц М.Х.Введение в теорию химических процессов. М.: Высшая школа, 1981. -333 с.

41. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ.-М.:Химия,1968.-467 с.

42. Карлин П. Магнетохимия. М.: Мир, 1989. 399 с.

43. Классен В.И., Литовко В.И. Реологические свойства ферросилициевых суспензий и методы их измерения М. «Недра», 1972.

44. Классен В.И., Литовко В.И., Краснов Г.Д. Методы улучшения физико-механических свойств структурированных суспензий М. «Наука», 1968. -65 с.

45. Краснов К.С., Воробьев Н.К., Годнев И.Н. Электрохимия. Химическая кинетика и катализ. -2-е изд., перераб. и доп. -М.:Высш.шк., 1995.-275 с/

46. Котова О.Б. Поверхностные процессы в тонкодисперсных минеральных системах. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 194 с.

47. Кр аснов Г.Д., Струков В.Б. Интенсификация разделения минералов в тяжелых суспензиях. — М. «Недра», 1980. -57 с.

48. Лабораторные технологические исследования обогатимости двух проб карбонатных (родохрозитовых) руд Новой Земли. Отчет о НИР № гос. per. 01840082319 /Уралмеханобр, рук. Томчук B.C. -87 с.

49. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа сточных вод. -М.: Химия, 1973.- 352 с.

50. Лопатин А.Г. Гравитационное обогащение золотосодержащих руд в коротко-конусных гидроциклонах // Обогащение руд. -СпБ. -3, 1973. С. 34-37.

51. Лютин Л.Б. Стабилизация минеральных суспензий. Геологолитиздат, М., 1947. -45 с.

52. Магнитные и структурно-механические свойства ферромагнитных суспензий. Усачев П.А., Давыдов Ю.В. В сб. "Процессы и аппараты в магнитн. поле". Апатиты, 1974. -С. 5-45.

53. Мельник Ю.П. Физико-химические условия образования докембрийских железистых кварцитов. Наукова думка, Киев, 1973. -75 с.

54. Методы обогащения руд с применением тяжелых сред. Мураока Тэцусукэ, Ито Нобуо. (Сумитоио Кикай когё кабусики кайся). Японск. кат., кл. 9 С525, №2602, заявл. 9.08.55, опубл. 12.04.58.

55. Морозов В.В. Николаева Т.С. Основные закономерности формирования ионно-молекулярного состава жидкой фазы при диафрагменной электрообработке пульпы // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2000. -№ 9. С. 205-208.

56. Найфонов Т.Б., Морозов Г.Г., Захарова И.Б. Применение переменного тока для электрохимической обработки пульпы при флотации руд // Известия ВУЗов. Цветная металлургия.- 1982.- N 2.- С. 10-13.

57. Направленное изменение физико-химических свойств минералов в процессах обогащения полезных ископаемых. // Плаксин. чтения. М.: Альтекс, 2003. 145 с.

58. Новая технология тяжелосредного обогащения. Ind.Miner., Gr.Brit., 1992 N 297. -С.73-75.

59. О возможности улучшения обогащения в тяжелых суспензиях с помощью вибрации. Классен В.И., Краснов Г.Д. "Горный ж.", 1964, №10. -С. 64-66.

60. Обогащение алмазов. World Mining Equip., 1997, 21, N 9, с. 3.

61. Ожогина Е.Г. Технологическая минералогия труднообогатимых марганцевых руд России. // Автореф. докт. дис. М: ВИМС. 2002. 50 с.

62. Оптимизация параметров технологии обогащения магнезитов Саткинского месторождения в тяжелых суспензиях / Уралмеханобр; отчет № гос. per. 01830067174 рук. Рудных Т.Г., -78 с.

63. Освоение технологии переработки скарнированных мраморов с предварительным обогащением в тяжелых суспензиях. Отчет о НИР №гос.рег. 01890002834 /Механобр; рук. Бадеев Ю.С. -135 с.

64. Остащенко Б. А. Направленное изменение технологических свойств минералов. // Автореф. докт. дис. Сыктывкар: ИГ Коми науч. Центра УрО РАН. 1998. 43 с.

65. Отчет о результатах командировки группы советских специалистов в НРА по вопросу сотрудничества в освоении кимберлитовых месторождений Анголы. Ин-т Якутнипроалмаз, Мирный, 1980, -С. 80, 135-137.

66. Отчет по командировке в ЮАР и Намибию специалистов АК «Алмазы России Саха». Ин-т Якутнипроалмаз, Мирный, 1996. -С. 411,18-21.

67. Пирогов Б.И., Поротов Г.С., Холошин И.В., Тарасенко В.Н. Технологическая минералогия железных руд. Л.: Наука, 1988. 304 с.

68. Пирогов Б.И., Холошин И.В. Инфракрасные спектры поглощения магнетита и их прикладное значение. // Минералогии, журн. 1989, № 2. -С. 73-80.

69. Проведение патентно-лицензионной работы для оценки технического уровня проводимых НИР. Тяжелосредное обогащение руд. Отчет о НИР. Мирный , 2001. -57 с.

70. Проведение технологических исследований фосфоритов Раквереской площади Эстонской ССР. Отчет о НИР /ГосНИИ горнохим. сырья; рук. Татарский А.Е. -87 с.

71. Разработка технологии обогащения в тяжелых суспензиях руд новых месторождений Белогорского ГОКа. Отчет о НИР (закл.)/ВНИИЦветмет; №гос. per. 001860037369 рук. Полякова О.М. -98 с.

72. Разработка TJI3 реконструкции ДОФ-1 Донского ГОКа на производительность по исходной руде 1,5 млн. т. Отчет № гос. per. 01880061554 /Уралмеханобр, рук. Ехлакова Г.П. 67 с.

73. Ребиндер П.А. Исследование по физико-химии технических суспензий. ГИТИ, М.,1933. -45 с.

74. Ревнивцев В.И. Рудоподготовка как новое направление горных наук . // Основные направления развития техники и технологии обогащения ПИ. Л., 1983. С. 3-22.

75. Селвуд П. Магнетохимия. М.: ИЛ, 1958. - 458 с.

76. Садименко А.П., Духнина Т.П., Глуз Е.Б. Экспериментальные методы коллоидной химии. Ростов-на-Дону: РГУ, 1988. -276 с.

77. Создание опытной установки тяжелосредного обогащения для грубоизмельченных руд. Отчет о НИР № гос. per. 01880056 /ГосНИИ горнохим. сырья; рук. Никитин Е.Н.

78. Справочник по обогащению руд. Основные процессы. / Под ред. О.С. Богданова, 2-е изд. М.: Недра, 1983. 381 с.

79. Тяжелосредное обогащение ракушечных фосфоритов Кингисеппского месторождения. Отчет о НИР № гос. per. 01890019891 /ГосНИИ горнохим. сырья; рук. Рябов Ю.В. 245 с.

80. Улучшение свойств суспензий и процесса обогащения добавлением реагентов-пептизаторов. Классен В.И., Литовко В.И., Благова З.С. и др. // В сб. "Обогащение углей гравитационными методами". М., "Наука", 1965. С. 80-87.

81. Фишман М.А., Зеленов В.И. Извлечение золота и алмазов из руд и россыпей. Недра, М., 1967. -356 с.

82. Фиштик И.Ф. Термодинамика сложных химических равновесий. -Кишинев.:Штиинца.-1989.-315 с.

83. Фрумкин А.Н. Потенциалы нулевого заряда. М.: Наука, 1982. -354 с.

84. Чантурия В.А., Дмитриева Г.М., Трофимова Э.А. Интенсификация обогащения железных руд сложного вещественного состава. Наука, М., 1988. -142 с.

85. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е. Электрохимия сульфидов. М.: Наука, -1993.-206 с.

86. Чантурия В.А. Горячев Б.Е. Обогащение алмазосодержащих кимберлитов // В сб. Прогрессивные технологии комплексной переработки минерального сырья. ИПКОН РАН Р и М, 2008. С.151-163

87. Чантурия В.А., Назарова Г.Н. Электрохимическая технология в обогатительно-гидрометаллургических процессах.- М.: Наука, 1977.- 185 с.

88. Чантурия Е.Л. Теоретические аспекты электрохимического метода водоподготовки в условиях флотации редкометального сырья /В сб.: Комплексная переработка минерального сырья, М., Наука, 1992, с.165-174.

89. Чантурия Е.Л. Изучение влияния католита на процессы окисления мелющих тел и раскрытия минералов при мокром измельчении редкометалльных, оловянных и вольфрамовых руд.-Обогащение руд.-2004,- 4.-С. 23-27.

90. Шохин В.Н. Новое в теории и технологии обогащения руд в суспензиях. — М. «Недра», 1977. -121 с.

91. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. Недра, М., 1993. -298 с.

92. Юргенсон Г.А. Проблемы минералогии геотехногенеза. // Роль минералог, исслед в решении эколог. Проблем (теория, практика, перспективы развития). СПб.: Мин. об-во при РАН, 2002. С. 200-203.

93. Юшкин Н.П. Теория и методы минералогии. Л.: 1977. 291 с.

94. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды.-Л.: -Стройиздат.-1987. -312с.

95. Ямагути Иосиаки. Электрический метод наблюдения характеристик осаждения тяжелых магнетитовых суспензий в стеклянной трубке. J. Mining Inst. Hokkaido», 1962, 18, №2. -С. 44-51

96. Awadalla F.J., Kumar A. Oportunities for membrane technologies in the treatment of mining and mineral process streams and effluens // Separ. sci. and technologies 1994.-29.-N 10. -Pp. 1231 -1249.

97. Baeckmann W., Schwenk W. Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes. Verlag Chemie, Weinheim, 1980. -132 p.

98. Dunglison, M., Napier-Munn, T.J., and Shi, F.N. The rheology of ferrosilicon dense medium suspensions // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 20 (1-3). -2000. -Pp.45-49

99. Firm Kluff starts to carry out the project of processing of diamonds in Copeton. Mining Mag., 1990, 163, N 1. -Pp. 62-68.

100. Hochman R.A. New development in wastewater treatment technologies // Pollut. prew.rev. -1992-1993,3.-N1. Pp.113-115.

101. Keast-Jones R. Smitham J.В., Horroks K.R. Continuous management in dividing density in heavymedium hydrocyclone // 18 Int. mining Congress, Sydney, Parkwille. 1993. - Pp. 349-356.

102. Michal Lesko and Milan Bugel. Viscosity of the ferrosilicon suspension as a function of the solid phase parameters // Acta Montanistica Slovaca Ronnik 2. -1997, 4. Pp.319-322203 p.

103. Tri-Flo: Multistadian highly effective process of separation in the heavy environment and its new application. Miner and Met. Process., 1994, 11, N 2. -Pp.63-73.

104. V. Chanturiya, V. Zuev, E. Trofimova, Y. Dikov, V. Bogachev, G. Dvoichenkova. Surface properties of diamonds in kimberlites processing // Proceeding of the XXI International mineral processing congress. Rome, 2000. -Pp. 9-16.

105. Pazhianur R., Richardson P.E., Yoon R.-Н/ Reducing corrosive wear of liners by cathodic protection. XX International Mineral Processing Congress, Published by GDMB, Clausthal Zellerfeld, Germany, 1997, v.2, p.229-240.

106. M.G. Rasul, V. Rudolph, F.Y. Wang. Particles separation using fluidization techniques // Int. J. Mineral Processing, Vol.60, no.3-4. -2000. -Pp. 67-72.

107. Srivastava.P.J, Pathak P.N. Pre-concentration: a necessary step for upgrading tungsten ore. // Int. J. Mineral Processing, Vol.60, no.l, -2000. -Pp.12-18.

108. Tarjian I., Bohm J., Csoke B. Management of separation process in the heavy medium by means of measurement and regulation reological characteristics // 17 Int. mineral Proc. Congress. Dresden. -Sept. 23-28. -1991. Pp. 91-93.

Информация о работе

Чернышева, Елена Николаевна
кандидата технических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.13

Диссертация

Повышение эффективности тяжелосредного обогащения алмазосодержащих кимберлитов на основе электрохимического кондиционирования ферросилициевой суспензии - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы