Испытание нового реагентного режима при флотации золото-баритовой руды Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 662.765:622.34 Гудвилл Максим Николаевич,

с. н. с., аспирант Иркутского института редких и благородных металлов и алмазов,

тел.: 89025665357, e-mail: Goodwill79@mail.ru Богидаев Сергей Александрович д-р техн. наук, профессор кафедры «Управление качеством», ИрГУПС тел.: 89025770382, e-mail: Fluorit2001@mail.ru

ИСПЫТАНИЕ НОВОГО РЕАГЕНТНОГО РЕЖИМА ПРИ ФЛОТАЦИИ ЗОЛОТО-БАРИТОВОЙ РУДЫ

M.N. Goodwill, S.A. Bogidaev

TRIAL OF THE NEW REAGENT REGIME FOR GOLD-BARITE ORES' FLOTATION

Аннотация. Исследованы особенности взаимодействия жирнокислотного собирателя с поверхностью барита. Проведено моделирование данного процесса путем квантово-химического расчета.

Ключевые слова: флотация, обогащение, барит, извлечение, квантовая химия.

Abstract. Fatty-acid collector's interaction features with the surface of barite are studied. The modelling of this process using quantum-chemical calculations is carried out.

Keywords: flotation, concentration, barite, recovery, quantum chemistry.

Баритовые руды относятся к числу сравнительно хорошо флотируемых, которые могут обогащаться оксгидрильными собирателями, например жирными кислотами. В то же время в присутствии пустой породы, представленной кальцитом, доломитом, кварцем, известняком, близкими по их флотационным свойствам к бариту, селективная флотация барита является сложным объектом флотационного передела. Поэтому проблема выделения барита из руд с различной по составу вмещающей породой встает особенно остро, и работы, направленные на поиск высокоэффективных, малотоксичных, селективных, доступных и дешевых реагентов, обретают

особую актуальность. Авторами настоящего сообщения в качестве основного собирателя при флотации баритсодержащих руд использовалось техническое мыло «Фомол». «Фомол» представляет собой маслянистую жидкость от светло-желтого до желто-коричневого цвета с различными оттенками. Основными его компонентами являются натриевые соли природных растительных жирных кислот

с примесью смоляных веществ и неомыляемых компонентов, получаемых в процессе переработки древесины. Исходным сырьем при обогащении руды СГОКа являлась проба золото-кварц-баритовой руды месторождения «Кварцитовая Сопка» [1]. В разработанных режимах флотации проведены опыты в замкнутом цикле по представленной ниже схеме. В результате проведенных исследований получены показатели, представленные в табл. 1.

После проведения экспериментов для выявления типа взаимодействия данного собирателя с баритом был проведен квантово-химический расчет. Математическое моделирование процессов взаимодействия молекул извлекаемого при флотации целевого компонента и собирателя далеко неоднозначно и зависит от выбора начальных условий (рис. 1). Особую значимость при теоретических исследованиях сорбционных про-

Таблица 1

Результаты, полученные по схеме флотационного обогащения в замкнутом цикле с использованием «Фомола»

(по пятой навеске)

Наименование продуктов Выход, % Массовая доля BaSO4, % Извлечение барита, %

К-т основной баритовый 35,31 92,28 95,61

Хвосты 62,25 1,11 2,03

Слив промпродукта 1,98 40,8 2,37

Итого 100 34,08 100

Современные технологии. Механика и машиностроение

ш

Исходная руда

К-т

Основная сульфидная флотация_ Пром.

" ^ продукт

Контроттьняя сульфидная

I флотопер£чистка

сульфидная_

^Пром.

продукт

II флотоперечистка сульфидная

-^ Пром.

продукт

К-т

Шф

тР

ая

Хвосты

К-т1

I

I Основна баритовая флотация

К-т

£

II Основная»

баритовая флотация

К-т

I баритовая перечистка

Пром. продукт

К-т

Г

Контрольная ^ баритовая флотация

К-т

Хвосты в отвал

Г

II баритовая перечистка

К-т

Пром. продукт

Рис. 1. Схема проведения опытов по флотации в замкнутом цикле

цессов приобретает учет влияния сольватного окружения.

Как показывает анализ литературных данных, это воздействие может приводить к инверсии газофазных результатов. Так, энтальпия реакции замещения в водном растворе хлорид-иона на бромид-ион в Au[Cl2]- составляет -46 кДж/моль [1] , однако энергия связи Au - О выше энергии связи Au - Br, т. е. замещение Она Br- в газовой фазе не должно иметь места, и то, что эта реакция все же идет, можно объяснить только эффектами гидратации. В связи с вышеизложенным особую значимость для построения адекватных моделей процессов флотации приобретают квантово-хими-ческие исследования структурных и электронных характеристик компонентов системы. Методом квантово-химических полуэмпирических расчетов CNDO [2] была рассчитана энергия взаимодействия системы «фомол - барит». Хотя используемый метод достаточно устарел и редко используется в чистом виде, применение его

в настоящей работе оправдано. Во-первых, кристаллическая структура барита представлена ромбической сингонией, таким образом, приходится включать в состав модели кристаллической структуры барита минимум восемь молекул BaSO4. Учитывая, что молекула олеата натрия также включает большое число атомов и, в конечном итоге, атомных и молекулярных орбиталей, сле-

дует ожидать трудностей при расчете энергии этой системы современными методами abinitio. Во-вторых, метод CNDO использовался в качестве предварительного расчета, и в точке энергетического минимума был использован уже метод abinitio, при этом осуществлялись оптимизация структуры системы «фомол - барит», энергии и расстояния между компонентами системы. Подобный подход позволяет решающим образом сократить время расчета. При расчете полуэмпирическим методом компоненты системы сближались, начиная с расстояния ~ 6 А с шагом 0,4 А.

По данным предварительных расчетов, именно с расстояния порядка 6 А начинается значимое невалентное взаимодействие объемных молекул. На каждом шаге выполнялись расчет энергии взаимодействия и оптимизация геометрии. Результаты расчета приведены в табл. 2.

•ч

Ч

>У

Рис. 2. Модель элементарной ячейки поверхности барита

ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения

Таблица 2 Результаты предварительного расчета

Расстояние между компонентами системы, А Энергия взаимодействия, AE, КДж/моль

2,4 7,5

2,8 -10,3

3 -21,5

3,2 -16,1

3,6 -4,5

4 7,2

4,4 9,1

4,8 4,9

5,2 1,8

5,6 0,5

6 0

6,4 0

Таблица Результаты расчета значения энергии

3

В этом случае минимальная энергия на рассматриваемом интервале равна 19,8 кДж/моль. Далее мы будем считать истинным именно это значение, хотя значение, полученное методом CNDO (21,5 кДж/моль) отличается непринципиально.

Электронную конфигурацию внешней электронной оболочки бария можно представить как 4S24P0, кислорода - 1s22s22p4.

Расчеты выполнены с использованием программного комплекса Gaussian-94 [9], в приближении гибридного функционала плотности D3LIP. Все структуры были полность оптимизированы в базисе LAN2DZ [3]. Учет влияния сольватного окружения проводиился в рамках метода самосогласованного реактивного поля SCRF [2], базирующегося на континуальной модели Кирквуда -Онзагера. Этот метод позволяет на уровне расчетов abinitio оценить вклад электростатических эффектов в сольватацию анионов растворителем. Растворитель - вода характеризуется только диэлектрической постоянной (диэлектрическая проницаемость воды в ~ 80). При расстояниях между компонентами системы в интервале от 3 до 3,2 А, при котором наблюдается энергетический минимум на кривой, полученной методом CNDO, рассчитывались значения энергии уже по методу ab-initio. Результаты расчетов приведены в табл. 3.

Расстояние между компонентами системы, А Энергия взаимодействия, AE, КДж/моль

3,00 -17,00

3,05 -19,80

3,01 -19,00

3,15 -16,00

3,20 -10,00

Рис. 3. Структурная формула барита

В составе барита Ba имеет формальную степень окисления +2.

Однако расчет показывает, что на 4S-op6^ тали находится заряд 0,34(e). Более того, и на 4Р-орбитали также имеется заряд 0,12(e). Таким образом, P-орбитали бария также принимают участие в образовании связи, которая не является чисто ионной.

При подходе олеата натрия к бариту на расстояние, соответствующее минимуму энергии (3,05 А), заряд на атоме кислорода в группе COO-Na уменьшается на 0,23(e) по сравнению с исходным состоянием. При этом заряд на 4S-орбитали бария увеличивается на 0,14(e) и на 4P- на 0,4(e). Остальные 0,5(e), по-видимому, распределяются по атомам серы.

Таким образом, можно говорить, что химизм минеральной поверхности барита и реагента собирателя обусловлен взаимодействием электронных оболочек Ва и кислорода группы COONa.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гудвилл М. Н. Технологический регламент для разработки проекта реконструкции фабрик по переработке руды месторождения «Кварцито-вая сопка». - Иркутск : Иргиредмет, 2006. - 266 с.

2. Паддефет Р. Химия золота. - М. : Мир, 1982. -С. 260

3. Wong H. W., Frish M. J., Wiberg K. B. // J. Am. Chem. Sos. - 1991. - Vol. 113. - № 13. - P. 4776 - 4782.

4. Acta / Roulet R., Lan N. Q., Mason W. R., Fenske G. P. // Helv. Chim. - 1973. - № 56. - 2405.