Флотационные свойства оливина Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

1993

ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОРНОГО ИНСТИТУТА

СЕРИЯ: ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

ВЫП. 4

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.725

И. Г. Тарчевская ФЛОТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ОЛИВИНА

К роду оливина относятся (минералы с общей формулой М^БЮ«]. Главными катионами в них выступают (форстерит), Ре2+ (фая-

лит) и реже Мп2+ (тефроит). Минералы, содержащие все три компонента в большом количестве, редки. Обычно встречаются представители ряда форстерит — фаялит.

Оливин — типичный породообразующий минерал магматических пород основного или ультраосновного состава. Плотность минерала находится в пределах от 3,2 до 4,4 г/см3. Он парамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость для образца с содержанием Мп = =0,07 % и Ре=8 % равна 18- Ю-6 см3/г и линейно зависит от суммарного содержания этих элементов.

Оливиновые породы используются в качестве строительного камня и как сырье для производства технического стекла. Учитывая высокую температуру плавления (например, для форстерита ¿п.,=|1890±5°С), оливин может быть иопользован как термостойкий материал.

Кроме того, оливиновые породы являются основными источниками образующихся по ним .крупных месторождений талька, асбеста, никеля, кобальта, марганца, вермикулита. Следовательно, при флотационном обогащении руд или переработке отвалов может появиться проблема отделения оливина от ценных компонентов или ,получения оли-виновых концентратов в качестве товарной продукции. Учитывая вышесказанное и практическое отсутствие данных о флотируемости оливина, было выполнено данное исследование, объектом которого явился оливин следующего химического состава: ЭЮг — 39,5%; Ре203 — 3,5 %; РеО —7,8%; МяО —0,32 %; Мё0-40.9%; А1203—1,3 %; ТЮ2 -0,09 %; СаО- 1,8%.

Флотацию 'проводили в лабораторной машине механического тила с объемом камеры 250 см3 при числе оборотов 5700 мин-1. Масса навески составила 50 г при крупности материала —0,2 мм. Щелочная среда создавалась с помощью добавления в днстнллированную воду едкого натрия, а кислая — серной кислоты.

Флотируемость оливина катионнымн собирателями АНП и ГИПХ зависит от рН пульпы (рис. 1). Лучше всего он флотируется в нейтральной среде.

Для изучения сорбции реагентов на поверхности оливина был использован суспензионный эффект [1], который заключается в том, что рН осадка и выделенного из него фильтрата неодинаковы. Если суспензия состоит из отрицательно заряженных частиц, то рН суспензии

(осадка) ниже, чем рН фильтрата. Положительно заряженные частицы дают обратный эффект — рН суспензии в этом случае выше, чем рН фильтрата. В общем случае знак заряда частиц соответствует знаку суспензионного эффекта, определяемого как разность рН суспензии и рН фильтрата. Абсолютная величина суспензионного эффекта линейно зависит от концентрации суспензии.

В процессе исследования навескн оливина массой 20 г перемешивали с 50 см3 раствора реагента-регулятора среды в течение 5 мин. Затем добавляли раствор катионного собирателя АНП и после перемешивания в течение 5 мин суспензия отстаивалась до полного осветления верхнего слоя (15 мин). После этого определяли рН осветленного слоя и осевшей суспензии.

В результате выполненных замеров установлено, что суспензионный эффект оливина зависит от рН среды (рис. 2). Изоэлектрическая точка равна 10,7 и при значениях рН, меньших этой величины, минерал оказывается заряженным положительно, что создает препятствие для закрепления на поверхности оливина катионов собирателя. В связи с этим для получения удовлетворительных показателей флотации требуются высокие расходы катионного собирателя (5—6 кг/т). Снижение расхода АНП до 2,5 кг/т вызывает падение извлечения оливина до 50 % даже в области рН, обеспечивающей максимум извлечения.

&рН

Р"

Рис. 2. Зависимость суспензионного эффекта оливина от рН

Широкая область положительных значений суспензионного эффекта обусловлена особенностями кристаллической структуры оливина, тогда как многие другие силикаты и алюмосиликаты, а также кварц в слабокислой, нейтральной и щелочной средах заряжены отрицательно и в связи с этим создаются более благоприятные условия для закрепления катионов амина, а необходимые для их флотации расходы кати-онных собирателей на порядок ниже [1, 2, 3, 4].

Рис. 1. Зависимость извлечения оливина при расходе ГИПХ 3 кг/т (/) 6 кг/т (2), АНП 6 кг/т (3) от рН

Л

V т \ \ -600 Чкг/г

* без ю/т л 1

) \ \

3 ч в 7 6 9 <А /Л \\ */

V V

Добавление катионного собирателя АНП вызывает увеличение положительных значений суспензионного эффекта в области рН=2,5... 10,7 или перезарядку поверхности оливина (рН = 10,7... 11,7), т.е. при рН пульпы выше 2, но ниже 12, происходит потенциалопределяющая сорбция катионов амина. При дальнейшем увеличении щелочности среды сорбция катионов амина падает (см. рис. 2). Это вызвано, во-

Рис. 3. Зависимость извлечения оливина от рН при раз личных расходах олеата натрия

первых, уменьшением заряда поверхности минерала за счет сжатия двойного электрического слоя в условиях высокой концентрации анионов щелочи, а во-вторых, снижением концентрации .в растворе флото-активной катионной формы амина [5]. Флотируемость оливина в этих условиях падает (при расходе АНП 6 кг/т) или прекращается при более низких концентрациях собирателя.

Флотация силикатов жирными кислотами и их щелочными мылами определяется химическим составам и строением минералов [5]. Предыдущими исследованиями [2] было отказано, что олеат натрия является слабым собирателем для днопсида. Даже при очень высоких расходах собирателя (6 кг/т) в отсутствии активаторов извлечение минерала не превышало 30 %. В случае же оливина с учетом положительного заряда поверхности в широком диапазоне рН, а также того, что при раскалывании минерала на образующихся плоскостях обнажаются не только катионы магния, но и двух- и трехвалентного железа, можно предположить возможность флотации, анионным собирателем.

Опыты показали, что флотация оливина олеатом натрия определяется величиной рН ¡пульпы (рис. 3). Наиболее высокие результаты флотации получены при рН=10. Извлечение минерала в этих условиях достигает 95,6 % при расходе собирателя 7 кг/т. Повышение расхода олеата натрия до 9 кг/т вызвало снижение флотации минерала, что можно объяснить мицеллообразованием в растворе реагента. При этом концентрация олеата натрия составила 1,4 г/л, в то время как критическая концентрация мицеллообразования этого соединения равна 0,64 г/л.

При расходах олеата натрия, превышающих 3 ,кг/т, наблюдаются два максимума флотации: при рН, близком к 6, и при рН = 10. Первый максимум флотации можно объяснить тем, что в условиях преобладания собирателя в активной протонированной форме заряд поверхности имеет максимальное положительное значение. Второй максимум флотируемостн оливина можно объяснить тем, что при рН, близком к 10, катионы двухвалентного железа окисляются до трехвалентных,

способных образовать с анионами олеиновой кислоты весьма прочные гидрофобные соединения. Например, произведение растворимости олеата трехвалентного железа равно 10_34>2, тогда как эта же величина для двухвалентного железа равна Ю-15''4. Кроме того, в случае высоких концентраций олеат-ионов на поверхности оливина образуется олеат магния, произведение растворимости которого 10~13'8, что способствует повышению флотируемости минерала.

При рН менее 6 флотация оливина снижается за счет того, что основная часть олеата сорбируется в этих условиях в молекулярной форме, непрочно закрепляясь на его поверхности. Падение флотации минерала в сильнощелочной среде возможно за счет конкуренции олеат-ионов с гндроксил-ионами.

Как было установлено флотационными опытами и подтверждено методами ИК-спектроскопии, катионы щелочноземельных и тяжелых металлов активируют кварц и другие силикаты при их флотации жир-нокислотными собирателями [2,5]. Последние закрепляются преимущественно хемосорбционно с образованием солей соответствующих металлов.

Для изучения влияния добавок хлорида кальция и железа на извлечение оливина в пенные продукты были лроведены опыты, в которых навеску оливина перемешивали 4 мин с раствором едкого натрия при рН = 10, 11, 12. После этого добавляли 1 %-ный раствор хлорида железа или хлористого кальция из расчета 50, 100, 200, 300 г/т и после их минутной агитации вводили раствор олеата натрия из расчета 5 кг/т. Добавление в пульпу катионов кальция и трехвалентного железа сопровождалось снижением флотации оливина и, особенно резко, в случае использования хлористого кальция. Например, при рН = 12, расходе олеата натрия 5 кг/т и добавлении хлористого кальция из расчета 50 г/т флотация оливина отсутствует. В этих же условиях добавление хлорида железа (300 г/т) снижает извлечение исследуемого минерала в пенный продукт на 10 %.

Выявленное отрицательное влияние катионов металлов на флотацию оливина можно объяснить тем, что катионы кальция, не являясь изоморфными по отношению к кристаллической решетке минерала, связывают олеат-ионы в растворе в нерастворимые соединения, тем самым выводят анионы собирателя из флотационной системы. Тот же процесс может происходить и в случае избытка катионов трехвалентного железа в жидкой фазе флотационной пульпы.

В процессе выполнения флотационных опытов была установлена необходимость порционной подачи анионного собирателя.

Проведенные исследования позволили предложить условия селективной флотации оливина и доводки черновых оливиновых концентратов. полученных методом магнитной сепарации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Тарчевская И. Г., Жаворонкова В. В., Келина И. М. Изучение сорбции флотационных реагентов вермикулитами различных месторождений // Изв. вузов. Горный журнал— 1987.—№ 12,— 6. 106—109.

2. Тарчевская И. Г. Флотационные свойства диопсида // Изв. вузов. Горный журнал— 1990 — № 1.—С. 120—122.

3. Тарчевская И. Г., Жаворонкова В. В., Келина И. М. Флотационные особенности граната // Изв. вузов. Горный журнал,— 1982.— № 5.— С. 119—122.

4. Тарчевская И. Г., Келина И. М. Использование суспензионного эффекта при изучении флотируемости мусковита и кварца//Обогащение неметаллических полезных ископаемых,—Свердловск, 1931, вып. 4.—С. 10—15.

5. Теория и технология флотации руд/Под общ. ред. О. С. Богданова.— М.: Недэа, 1980.—С. 150—221.