Флотационная технология глубокого обогащения хвостов редкометального производства Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»

МОСКВА. МГГУ. 3.02 97 - 7.02.97 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»

A.B.Курков,

B.В.Шаталов,

Р.И.Глазунова

Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии

ФЛОТАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ГЛУБОКОГО ОБОГАЩЕНИЯ ХВОСТОВ РЕДКОМЕТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

Разработаны флотационные процессы получения литиевого концентрата, калиевого полевого пшата и всего спектра попутной продукции в условиях полного оборота воды из хвостов переработки редкометальных руд, представляющих собой очень бедное забалансовое сырьё. В качестве основного инструмента решения технологических задач использован поиск и применение небольших добавок дополнительных реагентов различных химических классов, позволяющих повысить избирательность процессов флотации и резко сократить общий расход флотационных реагентов.

1. ВВЕДЕНИЕ

Хвосты редкометальных производств, представленные слюдами, кварцем и полевыми шпатами, редко вовлекаются в дальнейшую переработку из-за отсутствия надежных технологий выделения наиболее ценного компонента - калиевого полевого шпата при соотношении в них КгО/ЫагО менее 1,0. Создание технологий глубокого обогащения такого сырья создает мощный источник получения дополнительной продукции без вовлечения в переработку новых месторождений. Такие технологии служат основой рационального использования недр и следования требованиям защиты окру-

жающей среды в условиях роста потребления минерального сырья.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ

11ри переработке редкометальных амазонитовых гранитов Этыкинского массива [1] по комплексной технологии, позволяющей получать Та, ЫЬ и Sn продукцию, образуются отвальные флотационные хвосты. составляющие 90% рудной массы, поступающей на обогащение. Минеральный состав хвостов следующий, %: альбит -59,9, микроклин - 20,1, кварц - 16,5, литиевые слюды - 3,0, прочие минералы ( топаз, апатит, сульфиды и др.) - 0,5. Данные по химическому составу хвостов и основных минералов, их составляющих, приведены в табл.1.

Характерной особенностью минералов в данном продукте является сниженное содержание компонентов, определяющих их товарную ценность, а также их неоднородность за счет наличия микровключений других минералов. Слюды представлены литийсодержащими разновидностями изоморфного ряда: циннвальдит - криофиллит -лепидолит. Вместе с тем, состав минералов не препятствует получению на их основе кондиционной товарной продукции.

Химический состав хвостов и основных ¡минералов.

Таблица I

Содержание, %

Компонент Минералы

Хвосты Микроклин Альбит Кварц Лепидолит Цинннальііит

ЬьО 0.14 0.005 0.007 0.003 4.95 4.0

ЯЫО 0.19 0.68 0.008 0.004 0.85 2.45

Сб^О 0.004 0.004 (1003 0.003 0.026 0.028

К,О 3.52 14.8 0.38 0.30 9.12 8.28

Ыа,0 6.60 0.86 10.40 0.46 1.23 1.5!

ЭЮ, 72.0 65.6 68.5 96.9 50.92 49.27

АІ2О3 15.9 17.8 19.2 1.1 17.6 20.4

Ре20з 0.35 0.06 0.08 0.05 0.89 5.6

їїеО 0.16 - - - 3.88 5.91

тю2 0.04 0.05 0.04 0.03 0.02 0.02

СаО 0.37 0.28 0.45 0.10 0.78 0.67

МпО 0.03 0.004 0.005 0.006 0.53 1.15

3. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ АСПЕКТОВ ФЛОТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ: ПОРОДООБРАЗУЮЩИЙ МИНЕРАЛ - КАТИОННЫЙ СОБИРАТЕЛЬ

3.1. Особенности сорбции собирателя в системе микроклин-кварц.

Влияние ряда факторов: pH, фторид-бифторида аммония (БФА) и полиакриламида (ПАЛ) на флотационную систему породообразующий минерал - катионный собиратель было определено снятием инфракрасных спектров диффузного отражения [2] образцов минералов после их соответствующей обработки реагентами и сушки до воздушно-сухого состояния. Катионным собирателем служил первичный амин ЯМИзНО, где Я=С12-С|4 (АНП-2). Сорбцию собирателя оценивали по приросту (Э) оп-

тической плотности полосы 2920 см'1 (валентные колебания С-Н) в дифференциальных спектрах по отношению к исходным минералам. Наиболее интересные данные получены в кислой среде.

Из полученных данных следует, что максимальная сорбция собирателя на микроклине обеспечивается обработкой поверхности БФА и наличием в системе ПАА. В исследованном диапазоне концентраций (БФА 0-750 мг/л; ПАА 0-150 мг/л) максимальный эффект достигается при концентрации БФА 300 мг/л и ПАА 30 мг/л в исходном растворе. В этих же условиях наблюдается минимальная сорбция на кварце и максимальная разница оптических плотностей сорбционных слоев на микроклине и кварце.

Таблица 2

Оптическая плотность полосы 2920 см 1 дифференциальных спектров минералов.

БФА , мг/л II

Собиратель, 0 300 500

мг./л Микроклин Кварц Микроклин Кварц Микроклин Кварц

ПАА-30 0 0 0 0.02 0.02 0.02

АНП-150 0.05 0.12 0.11 0.08 0.11 0.06

АНП-150+ ПАА-30 0.11 0.07 0.15 0.06 0.10 “ 1

3.2. Электрокннетическне свойства нерудных минералов.

В проведенных экспериментах использовали методику измерения потенциала

Таблица 3

Величины дзета-потенциала минералов

при pH 2, мВ

Условия обработки поверхно сти, мг/л ДЗДта-пбтбнциал

Микро- клин Альбит Кварц

• -37.5 24.0 -39.8

БФА-500 -26.7 -10.6 -17.8

БФА-500 К2504- 1500 -8.8 -34.7 -9.6

БФА-500 К2504-1500 КТ-100 2.0 20.2 3.2

БФА-500 К:504- 5000 АНП-150 -13.4 5.1 12.4

БФА-500 к2$о4- 5000 КТ-50 АНП-150 -19,9 3.0 -8.4

БФА-500 К2804- 1500 КТ-50 АНП-150 -21.8 3.8 -6.9

БФА-500 КзБОг 1500 КТ-100 АНП-150 -53.1 -23.2 -3.5

Из полученных данных следует, что обработка поверхности минералов фторид-бифторидом аммония уменьшает абсолютную величину дзета-потенциала всех минералов. При этом происходит перезарядка поверхности альбита.

Растворы сульфата калия осуществляют дальнейшее снижение абсолютной величины дзета-потенциала на микроклине

протекания, для создания условий приближенных к реальной флотационной системе. Результаты проведенных измерений обобщены в табл.З.

и кварце, прежде всего за счет сжатия диффузного слоя. На альбите происходят процессы иного характера: абсолютная величина потенциала растет в отрицательной области. С увеличением концентрации соли величина воздействия уменьшается, что указывает на наличие оптимальной концентрации для изменения свойств поверхностен минералов.

При обработке поверхностей растворами КТ (сульфонаты) при их относительно низкой концентрации происходит снижение абсолютной величины дзета-потенциала всех минералов с перезарядкой поверхности амазонита и альбита. Это указывает на резкое воздействие небольших концентраций КТ на флотационную систему.

В присутствии катионного собирателя (АНИ) абсолютные величины дзета -потенциалов микроклина и кварца имеют более высокие значения в сравнении с величинами, приобретенными под воздействием регуляторов, в то же время на альбите абсолютная величина дзета-потенциала приобретает минимальное значение. Повышение концентрации КТ до 100 мг/л существенно повышает величину дзета-потенциала альбита, что указывает на возможность использования только небольших концентраций этого реагента.

Анализируя полученные данные, можно заключить, что все используемые в данной флотационной системе флотационные реагенты оказывают большое воздействие на электрокинетические свойства минералов, что характеризуется существенным сдвигом величины дзета-потенциала, в ряде случаев сопровождающимся перезарядкой поверхности. Это говорит о процессах, протекающих как во внешней, так и внутрен-

ней обкладках двойного электрического слоя. Влияние отдельного фактора на величину дзета-потенциала минерала трудно связать с его флотационным поведением. Но, на наш взгляд, имеется возможность такой оценки но влиянию того или иного фактора (вида регулятора, собирателя и их концентраций) в совокупности со всеми другими на абсолютную величину дзета-потенциала в конечной стадии подготовки поверхности к флотации (непосредстснно перед контактом с воздушным пузырьком). Рост абсолютной величины дзета-потенциала в этих условиях будет указывать на депрессирование минерала вследствие усиления его гидратированности, в то

время как приближение к изоэлектрическо-му состоянию - на улучшение его флоти-руемости.

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТИЕВОЙ И СОПУТСТВУЮЩЕЙ ПРОДУКЦИИ

Литийсодержащие слюды, с которыми связано более 95% оксида лития, на 93% переходят в хвосты основного производства с содержанием 0.12-0.15% LÍ2O. В результате проведенных исследований разработана схема и технологический режим получения слюдяного литиевого концентрата (рис. 1).

Хвосты основного производства

95% класса -0.15 мм

содержание тв. -16%

4-------------------

NaOH- 0.5 кг/т

1'

Обработка

Обесшламливание

шламы

АНП- 0.5кг/т

Оке -0.1 кг/т

Обработка

1-

Хвостохранилище основного производства

І

Осадок

Основная Li-флотацня * NaOH -0.5кг/т

Оборотная вода щелочных операций флотации

I

1 Перечистка

NaOH- 0.3кг/т

I1-1V Перечистки

і

і'

Сгущение

шламы

Li-слюдяной концентрат

Известково-гипсовая переработка

Хвосты на дальнейшую переработку

Карбонат

рубидия

Смесь сульфатов натрия

Карбонат лнтия^

Г идрокеид лития

Рис. 1. Технологическая схема получения литиевой продукции

+

калия и Твердые отходы

на производство жущих

вя-

Использование в процессе флотации дополнительного реагента Окс-Ь ( калилие-вая соль эфира фосфорной кислоты) повышает селективность литиевой флотации без снижения извлечения лития в концентрат и стабилизирует процесс. В табл.4 приведены результаты, полученные с использованием полного оборота воды после её предварительного осветления.

Рост общего солесодержания в оборотной воде в основном определяется ростом концентраций сульфатов и карбонатов натрия, состав оборотной воды стабилизируется на 15 цикле. Из данных табл. 4 следует, что в условиях полного оборота воды

извлечение лития резко снижается, оставаясь, тем не менее, на приемлемом уровне. Введение в редкометальный цикл флотации специального модификатора МКД ( соединение из класса аминов) в количестве до 100 г/т наряду с повышением извлечения Та-МЬ-8п в данном цикле оказывает дополнительный эффект в виде восстановления извлечения лития в последующем узле литиевой флотации на фоне полного оборота воды до уровня, достигаемого со свежей водой. Механизм этого явления не ясен и требует проведения специальных исследований.

Таблица 4

Показатели литиевой флотации,%

Продукты Выход у2о Условия

Содержание Извлечение

У- концентрат 4.5 2.700 87.5 свежая вода

Хвосты 91.3 0.013 8.8

Шламы 4.2 0.120 3.7

Исходный продукт 100.0 0.136 100.0

У-концентрат 3.5 2.700 69.7 оборотная вода - 50 цик-

Хвосты 92.3 0.039 26.6 лов

Шламы 4.2 0.120 3.7

Исходный продукт 100.0 0.136 100.0

1 У-концентрат 4.8 2.500 88.3 Модификатор - МКД

Хвосты 91.0 0.012 8.0 оборотная вода - 85 цик-

Шламы 4.2 0.120 3.7 лов

Исходный продукт 100.0 0.136 100.0

Полученный слюдяной литиевый концентрат, содержащий, %: П20 -2.5; ЯЬ20 - 0.7; С520 - 0.015; 8Ю2 - 58.72; А1203 -19.62; Ке20з -4.86, успешно перерабатывается по известково-гипсовой технологии с получением литиевой и попутной дополнительной продукции ( рис.1).

5. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОВАРНОЙ ПОЛЕВОШПАТОВОЙ И КВАРЦЕВОЙ ПРОДУКЦИИ

Хвосты основного производства после выделения слюд отвечают требованиям на низкомодульное кварц-полевошпаговое

сырье (соотношение К20/Ыа20 = 0.5), возможности сбыта которого ограничены. В тоже время имеется острый дефицит на высококалиевые и калиевые полевые шпаты, получение которых предполагает решение проблемы разделения калиевых и натриевых полевых шпатов при преобладающем содержании последних и, соответственно, получения всего спектра попутной продукции. Разработанная технологическая схема такого производства представлена на рис. 2.

С точки зрения дальнейшего разделения основных минералов хвостов (альбита, микроклина, кварца) необходимо обеспечить минимальное содержание клас-

са + 0.15 мм, в котором минералы присутствуют в сростках. Решение этой задачи удалось достигнуть флотационным путем. Проводится одностадиальная флотация с АНГ1 и кремнефтористым аммонием в щелочной среде с выводом сростков в камерный продукт (рис.2.).

В узле коллективной полевошпатовой флотации обеспечивается разделение полевых шпатов и кварца. При этом в полном соответствии с данными

ИК-спектроскопии введение в процесс небольших количеств ПАА улучшает разделение кварца и полевых шпатов при сокращении расхода БФА в два раза [3]. Данные электрокинетических измерений и практический опыт указывают на необходимость предварительного глубокого выделения кварца для последующего получения качественного микроклинового концентрата. Поэтому целесообразно иметь открытую

технологическую схему узла разделения кварца и полевых шпатов с получением промежуточного кварц-полевошпатового продукта, который может являться товарным (рис.2).

Па завершающей стадии технологической схемы - в узле разделения полевых шпатов на индивидуальные концентраты наилучшие результаты достигаются с комбинацией реагентов, обеспечивающих минимальную абсолютную величину дзета-потенциала альбита в конечной стадии обработки с реагентами при соответственно высоком значении дзета-потенциала микроклина (табл.З). Также в соответствии с данными электрокинетических измерений небольшие добавки КТ позволяют сократить расход сульфата калия более чем в 3 раза.

Результаты глубокого обогащения хвостов основного производства представлены в габл.5.

Таблица 5

Суммарные показатели обогащения хвостов, %

Продукты Выход Содержание

и2о к2о N320 8Ю2 Л1,(>, Рсг03

1 ¡-концентрат 4.8 2.500 6.5 3.4 58.7 19 6 4.86

Микроклиновый концентрат 11.5 0.005 10.4 3.4 64.9 17.5 0.08

Альбитовый концентрат 44.0 0.008 2.3 10.2 67.8 19.3 0.10

Кварцевый концентрат 15.0 0.004 0.4 0.4 93.2 1.5 0.06

Кварц-полевошпато- вый продукт 8.6 0.008 4.5 5.2 76.5 13.6 0.08

| Хвосты-камерный продукт очистной флотации 7.1 0.010 3.2 6.5 69.7 14.5 0.26

Шламы 9.0 0.120 3.2 6.5 68.3 13.9 0.52

Итого: хвосты основ-ного производства 100.0 ■ *" 0.137 3.5 6.6 71.8 15.1 0.37

Совокупность разработанных операций и сочетаний флотационных реагентов позволяет получить микроклиновый концентрат с КгО/ИагО = 3 из некондиционного сырья при существенно более низком общем расходе флотореагентов (примерно в 3 раза) в сравнении с классической технологией разделения полевых шпатов с приме-

нением плавиковой кислоты и хлорида калия на кондиционном сырье [4]. По разработанной технологической схеме с организацией поциклового оборота воды более 85% хвостов основного производста может быть реализовано в виде дополнительной товарной продукции.

Хвосты Ьі-флотацни

(Ш^іРб -0.2 кг/т і

Обработка АНП-0.15 кг/т ^

Очистная флотация

Н2504 -1.5 кг/т ІІАА -0.02 кг/т

pH 9.0 1 БФА- 0.75 кг/т

камерный

І

Обработка

1

Хвостохранилише основного производства

Н2804 -.2 кг/т

1-11 Перечистки

Коллективная полевошпатовая флотация__________,

і АНП-0.02 кг/т pH 2.0 ” Т

Сгущение + фильтрация

Сгущение

т

І

Сгущение + фильтрация

Кварцевый Оборотная вода коллектив-

концентрат ного цикла флотации поле-

вых шпагов

Н2Я04.2 кг/т БФА-1.75 кг/т КТ-0.05 кг/т К2504.7 кг/т

Кварц-полсвошпато-вый продукт

Обработка

і

, Разделение полевых шпатов

1 pH 2.0

І-ІІ Перечистки

| камерный і

Сгущение

1 Н2804.0.5кг/т

Сгущение+фильт- БФА-0.25кг/т

рания К2504. 1.0 кг/т

А.тьбнтовый

концентрат

Обработка

Iі

Контрольная флотация

1'

Сгущение + фильтрация

Микроклнновый

концентрат

І

1

Оборотная вода цикла разделения полевых шпатов

Рис. 2. Флотационная технологическая схема глубокого разделения низкомодульного кварц-полевошпатового сырья.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного комплекса исследований разработана технология глубокого обогащения хвостов переработки редкометальных руд, позволяющая создать малоотходное производство при переработке комплексных бруд. Технология обеспечивает получение литиевого слюдяного концентрата и высококачественного калие-

вого нолевого шпата, несмотря на очень низкое содержание оксида лития и микроклина в данном виде сырья. Главной особенностью предлагаемых технологических решений является использование небольших добавок дополнительных реагентов самых разных классов на соответствующих стадиях технологического процесса. Расходы этих реагентов невелики, в сравнении с традиционными собирателями и модифика-

торами. В тоже время они позволяют резко сократить общий расход флотореагентов и повысить селективность операций флотации, в том числе и на фоне полного оборота воды. Для некоторых из них показано, что они усиливают контрастность свойств поверхностей разделяемых минералов. Но, тем не менее, нет достаточно четкого понимания механизма их действия. В практическом плане можно с полной уверенностью утверждать, что поиск, изучение и применение таких дополнительных реагентов является одним из наиболее эффективных резервов совершенствования флотационных процессов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 С.М.Бескин и др.: Этыкинское редкометальное рудное поле в Восточном Забайкалье (Восточная Сибирь); Геология рудных месторождений, 36, 4, 310-325, 1994.

2 В.А.Иванова, О.Д.Хорозова, А.В.Курков и И А.Молодкина; Изучение сорбции флотореагентов на поверхности минералов методом ИК-спектроскопии диффузного отражения; Цветные металлы, 9, 73-75, 1992.

3 А.В.Курков и др.: Способ обогащения полевошпатовых кварцсодсржащих пегматитов и гранитов; Авторское свидетельство СССР 799821, Бюллетень открытия и изобретения, 4, 1981.

4 В.И.Ревнивцев: Обогащение полевых шпатов и кварца. Недра. Москва 1970.

©А.В.Курков, В.В.Шаталов, .И.Глазунова

НОВЫЕ КНИГИ ИЗДАТЕЛЬСТВА 1У1ГГУ |

МОНОГРАФИИ

В. А. А трушкеви ч

Научные основы, конструирование и прогноз геомеханических параметров интенсивной технологии подземной гидромеханизированной разработки крупных угольных пластов с открытых горных выработок. - 153 с.

В монографии обобщены результаты исследований, посвященных разработке научных основ и вариантов интенсивной технологии подземной гидромеханизированной добычи угля с открытых горных выработок. Приведены оригинальных разработки автора, обеспечивающие возможность эффективной и конкурентоспособной отработки крутонаклонных и крутых угольных пластов.

Л.А.Пучков, В.Д.Аюров

Синергетика горнотехнологических процессов. -264 с.

Обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований горнотехнологических процессов. Предложена синергетическая концепция управления диссипативными системами из горнотехнологических процессов. Установлены закономерности информационного обеспечения и взаимосогласования управляющих подсистем. Описаны методы контроля, анализа и управления горнотехнологическими процессами.

Л.Х.Гитис

Современное университетское издательство. - 235 с.

Изложен опыт создания малого издатсльско-поли! рафического комплекса в МГТУ, предназначенного для выпуска научно-технической литературы: учебников, монографий, справочников. Обобщены проблемы, с которыми сталкиваются начинающие издатели в вузах, методы их решения.

М.А.Вирула

Конкуренция и конкурентоспособность угледобывающих предприятий. - 124 с.

На основе изучения международного опыта, прогнозного спроса на уголь и становления рыночных отношений в угледобывающей отрасли России выделены основные факторы, влияющие на уровень конкурентоспособности угледобывающих предприятий и их продукции.