CC BY
71
УДК 553.4:351.823
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ГЕНЕРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФЛОТАЦИИ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФИДНЫХ РУД
© Ш.К. Амерханова, З.М. Шарипова, Р.М. Шляпов, А.М. Пудов, М. Каппар
Ключевые слова: переменный ток; постоянный ток; медная руда; флотация; электрофлотация; сточные воды; комплексные соединения; собиратели.
Проведены исследования влияния электрического тока на процесс разделения медной руды в составе водной суспензии. Показано, что переменный ток интенсифицирует реакции образования комплексов собирателей с ионами металлов. Воздействие постоянного тока совместно с магнитным полем в режиме флотации приводит к увеличению содержания металла в концентрате. С другой стороны, постоянный ток может быть использован для очистки сточных вод горно-обогатительных комбинатов от ионов тяжелых металлов.
В настоящее время все большее число исследований направлено на решение проблемы комплексной переработки минерального сырья, очистки сточных вод горно-обогатительных предприятий. В этом плане наиболее перспективными методами являются электрохимические, поскольку позволяют с минимальными энергетическими затратами получить продукты с высоким содержанием полезного компонента [1-2]. В основном это относится к переработке железосодержащих и других руд с высоким и средним значением магнитной восприимчивости. Однако вследствие истощения крупных месторождений железных, медных и других полиметаллических руд возникает необходимость разработки месторождений второго плана, содержание руды в которых ниже среднего значения. С экологической точки зрения наибольшую опасность представляют жидкие отходы горно-перерабатывающего комплекса: промывные и сточные воды цехов рудоподго-товки, сточные воды, образующиеся в хвостохранили-щах, которые содержат большое количество тяжелых токсичных металлов [3]. Например, свинец, который активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, дымом и пылью промышленных предприятий, выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу [4].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Методика электрохимических измерений. В качестве измерительного прибора использовали pH METER-pH 410 с паспортной погрешностью измерений +2,5 мВ [5]. В качестве индикаторного использовался комбинированный стеклянный электрод марки ЭСК-10601/7, электродом сравнения служил хлорсе-ребряный электрод. Исходный раствор сульфата меди (II) (0,001 М) готовили из точной навески соли, раствор дибутилдитиофосфата калия С = 10-3 М путем разбавления концентрированных растворов. Все стандартные растворы содержали фоновый электролит ^аЫ03)
разных концентраций. Константы устойчивости комплексов определены по методу Бьеррума [6].
Методика подготовки руды. Медная руда месторождения Нурказган подвергалась измельчению до крупности 0,074 мм, затем проводилась подготовка пульпы путем смешивания с водой в соотношении Т:Ж, равном 1:1,15 [7].
Методика пробоподготовки к атомно-адсорбционному анализу. Исходная проба руды либо концентрата высушивалась в сушильном шкафу при температуре 100-105 °С до постоянной массы. Навеска руды массой 5 г подвергалась разложению в смеси концентрированных кислот соляной и азотной в соотношении 3:1 соответственно [8]. Полученный раствор разбавлялся до 100 см3 бидистиллированной водой.
Методика атомно-адсорбционного анализа. Атомно-адсорбционный анализ проводился на приборе марки AA 140 Varían (Австралия) [9].
Методика обработки электрическим переменным током. Обработку проводили согласно методике [5], в качестве источника питания использован генератор колебаний ГЗ-112. В исследуемый раствор помещали рабочие электроды, изготовленные из платиновых пластин площадью 1 см2. Продолжительность обработки составляла 60 мин.
Методика проведения электрофлотации. Электрофлотация проводится на установке, состоящей из источника питания, амперметра, электрохимической ячейки со стальным и алюминиевым электродами площадью 48 см2. Растворы, содержащие ионы тяжелых металлов (Ni (II)), подщелачивались путем добавления 3 М раствора NaOH до величины рН 8,5-9,5. Объем добавленного реактива равен 2,5 мл. Раствор в ячейке перемешивается в течение 10-15 с.
После подключения источника питания к сети он прогревается в течение 15 мин., устанавливается необходимое значение силы тока (100 мА), прибор подсоединяют к ячейке и проводят электрофлотацию при варьировании времени контакта согласно матрице планирования эксперимента [10-11].
Методика фотоколориметрических измерений. Измерения оптической плотности проводились на при-
2348
боре марки КФК-3, при максимуме длины волны, толщина кюветы составляла 10 мм [12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
По результатам рН метрических измерений определены константы устойчивости комплексов ионов никеля (II) с дибутилдитиофосфатом натрия в водных растворах при влиянии электрического переменного тока частотой 50 Гц (табл. 1).
Из данных табл. 1 видно, что обработка электрическим переменным током приводит к возрастанию констант устойчивости комплексов ионов никеля (II). Данный факт обусловлен следующими процессами: во-первых, разрушением структуры воды и, соответственно, гидратной сферы молекул реагентов, во-вторых: поляризацией молекул реагентов. Поскольку процессы разрушения структуры воды обусловлены периодическим изменением полярности электродов, то на первый план выходят изменения в стабильности кластеров и их степени ассоциации. Как известно, вода состоит из ассоциатов, содержащих от двух и более кластеров, простейшие из которых имеют 4-8 молекул воды, данные кластеры обусловливают изменение коэффициента вязкости в отрицательную сторону.
Во втором случае поляризация молекул реагентов приводит к возрастанию констант диссоциации, протеканию процессов окисления-восстановления на поверхности электродов, что в целом способствует усилению реакционной способности, а также флотационной активности [13].
Далее были проведены исследования по обработке электрическим и магнитным полем пульпы медной руды месторождения Нурказган. Установлена возможность разделения смеси на компоненты, богатые по металлу, и хвосты, содержание меди в концентрате составляет 303,2 мг/л, следовательно, степень обогащения равна 7.
С другой стороны, область применения постоянного электрического тока не ограничивается электролизом растворов при получении неорганических веществ, органическим синтезом на инертных электродах, что подтверждают данные для растворов сточных вод, содержащие ионы никеля (II). В качестве факторов, воздействующих на процесс электрофлотации, были выбраны сила тока 50-250 мА, время проведения 3090 мин., температура 293-303 К, функцией отклика служила остаточная концентрация ионов никеля (II) в
Таблица 1
Зависимость констант стабильности комплексов никеля (II) с дибутилдитифосфатом натрия от температуры и ионной силы при влиянии переменного электрического тока и при его отсутствии
(C4H9O)2PS2Na
298 К 303 К 308 К 313 К 318 К
0,1 10,54 10,17 9,81 9,48 9,16
0,5 10,59 10,30 10,02 9,76 9,51
0,75 10,62 10,38 10,15 9,93 9,73
(C4H9O)2PS2Na, v = 50 Гц
0,1 13,03 12,70 12,38 12,09 11,80
0,5 11,49 11,31 11,15 10,99 10,85
0,75 10,53 10,45 10,38 10,31 10,25
растворе. В результате обработки экспериментальных данных получено обобщенное математическое уравнение, коэффициент корреляции равен 0,97.
(-0,00048T + 0,018)(-0,00003I + 0,010 )(-0,00026г + 0,013) (1) Ус ~ 0,0077282
Данное уравнение отражает изменение концентрации ионов никеля (II) в процессе извлечения ионов тяжелых металлов при влиянии температуры, плотности тока и времени обработки. Высокие коэффициенты корреляции позволяют использовать указанные модели в анализе реальных объектов.
Таким образом, полученные экспериментальные данные по комплексообразованию, флотации и электрофлотации свидетельствуют о возможности использования постоянного и переменного электрического тока для повышения реакционной способности молекул, ионов, поляризации твердых частиц и коллоидных растворов с целью увеличения эффективности разделения сложных многокомпонентных смесей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов А. А. Флотационные методы обогащения. М.: Недра, 1993. 412 с.
2. Жуков А.И. Методы очистки производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1977. 456 с.
3. Авакян А.Б., Широков В.М. Рациональное использование водных ресурсов. Екатеринбург: Виктор, 1994. 320 с.
4. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. М.: ACADEMA, 2002. 405 с.
5. Каретников Г.С., Козырева Н.А., Кудряшов И.В. Практикум по физической химии. М.: Высш. шк., 1986. 495 с.
6. Шлефер Г.Л. Комплексообразование в растворах / под ред. А.А. Гринберга. Москва; Ленинград: Химия, 1964. 380 с.
7. Аверьянов В.А. Лабораторный практикум по общей химической технологии / под ред. В.С. Бескова. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 279 с.
8. Бок Р. Методы разложения в аналитической химии. М.: Химия, 1984. 432 с.
9. Львов Б.В. Атомно-адсорбционный спектральный анализ. М., 1966. 154 с.
10. Дубкова Е.Б., Зайцев В.А. Лабораторный практикум по курсу Промышленная экология. М.: РХТУ, 2000. 168 с.
11. Малышев В.П. Математическое планирование металлургического и химического эксперимента. Алма-Ата, 1977. 37 с.
12. БулатовМ.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. Л.: Химия, 1986. 432 с.
13. Чернъъх С.И., Рыбакова О.И., Лебедев Н.М., Жирнова Т.И. К вопросу изучения влияния ультразвука, магнитных полей и электрического тока на флотацию золота // Цветная металлургия. 2003. № 6. С. 15-17.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена в рамках гранта Комитета науки МОН РК № 0012РК00674.
Поступила в редакцию 15 мая 2013 г.
Amerkhanova Sh.K., Sharipova Z.M., Shlyapov R.M., Pu-dov A.M., Kappar M. ELECTROCHEMICAL GENERATION OF FLOTATION PROCESSES OF COPPER SULFIDE ORES
The effect of electric current on the process of separation of copper ore into the aqueous suspension was investigated. The aim is to explore the use of alternative current to increase the reactivity of flotation reagents, solid phase in the pulp and hydroxyl ions from wastewater treatment. It is shown that alternative current intensifies the reaction of the formation of complexes with metal ions gatherers. Impact of direct current with magnetic field in a flotation mode leads to an increase of the metal content in the concentrate. On the other hand direct current can be used to treat wastewater mining process of heavy metal ions.
Key words: alternative current; direct current; copper ore; flotation; electroflotation; wastewater; complex compounds; gatherers.
2349
