Исследование и оптимизация процесса флотационного обогащения апатит-штаффелитовой руды Ковдорского месторождения Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

© A.B. Туголуков, И.С. Бармнн, B.B. Морозов, B.B. Поливанская 2012

УДК 622.71 (06)

А.В. Туголуков, И.С. Бармин, В.В. Морозов, В.В. Поливанская ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ АПАТИТ-ШТАФФЕЛИТОВОЙ РУДЫ КОВДОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Представлены результаты исследований особенностей технологических свойств и обогатимости апатит-штафелитовых руд. Исследованы закономерности измельчения, флокуляции и флотации смеси плотных и рыхлых апатит-штафелитовых руд в соотношении 1:2. Определены основные схемно-технологические параметры ру-доподготовки и обогащения, включающие двухстадиальное измельчение с разделением на песковую и шламовую фракцию, флотацию объединенного пескового и шламового продукта после операции флокуляции с применением реагентов DB-45 и АККФ. Разработанная оптимизированная схема обогащения апатит-штафелитовых руд позволяет повысить извлечение и содержание пятиокиси фосфора в концентрате.

Ключевые слова: флотация, флокуляция, апатит-штафелитовые руды, схемы обогащения, реагенты флотационные.

Ковдорские апатит-штафели-товые руды (АШР) являются весьма перспективным источником сырья для получения апатитового и баделитового концентратов [1]. Однако, эти руды характеризуются трудной обогатимостью. Особенностью минерального состава является то, что основные фосфорсодержащие минералы (апатит и франколит) существенно отличаются по механическим и технологическим свойствам. Другой особенностью месторождения апатит-штафелитовых руд является наличие участков с существенно отличающейся степенью метаморфизма. Третьей особенностью является весьма неравномерное содержание в руде пяти-окиси фосфора.

По физико-механическим свойствам руды подразделяются на преимущественно плотные, и преимущественно рыхлые. Плотные АШР имеют среднюю плотность 2,6 т/м3, коэф-

фициент крепости по Протодъяконову 4—6 и естественную влажность 7 %. Рыхлые АШР имеют среднюю плотность 2,3 т/м3, и естественную влажность 12 %. Проведенными минералогическими исследованиями не выявлено существенных отличий в строении основных фосфоросодержащих минералов в выделенных типах руд.

При невозможности посортовой переработки выделенных типов руд был выбран регламент горных работ, предусматривающий технологическое усреднение руды и подачу смеси плотных и рыхлых руд на переработку в соотношении 1:2.

Первоначально предложенная схема измельчения апатит-штафелитовых руд включала стадиальное дробление руды, промывку руды с получением первичных шламов, измельчение и классификацию руды с получением вторичных шламов и песковой фракции, направляемой на флотационное

обогащение. Однако высокий выход вторичных шламов при значительной массовой доли пятиокиси фосфора делает такую схему недостаточно рентабельной для эксплуатации. Задачей настоящих исследований был выбор оптимальной схемы и режима измельчения и классификации руд, а также принципиальной схемы флотационного обогащения зернистой и шламовых фракций.

Наиболее важным параметром процесса рудоподготовки является выбор режима измельчения. Результаты проведенных ранее исследований показали преимущество двухстади-альной схемы измельчения перед од-ностадиальной и трехстадиальной [1].

Результаты исследований показали, что при продолжительности измельчения 18 мин достигается максимум выхода «продуктивного класса» (рис. 1, кривая 3), и в этой же области достигается

100

10 13 16 19 22 25 Время измельчения, мин

Рис. 1. Изменение гранулометрических характеристик апатит-штафелитовой руды при варьировании продолжительности измельчения в шаровой мельнице:

1 - выход класса +0,15 мм; 2 — выход класса -0,04 мм; 3 — выход класса +0,02 -0,15 мм; 4 — выход класса -0,074 мм; 5 -извлечение пятиокиси фосфора в концентрат флотации

максимальное извлечение фосфатов в концентрат флотации (рис.1, кривая 5), чем обеспечиваются наилучшие технологические показатели флотации апатит-штафелитовой руды. Учитывая, что продолжительность измельчения не может быть использована в виде параметра процесса, в качестве критерия оптимизации был использован классический параметр содержания класса -74 мкм. Результаты измерений показали, что оптимальная крупность измельчения руды при таком режиме составляет приблизительно 55 %о класса - 74 мкм (рис.1, кривая 4).

Данная крупность измельчения была рекомендована в качестве базовой при проведении опытно-промышленных испытаний. Результаты опытно-промышленных испытаний показали, что при крупности измельчения 5456 % наблюдается максимум извлечения пятиокиси фосфора и максимум качества получаемого концентрата.

Другой важной задачей является выбор параметров процесса обогащения шламовых фракций. Первичные шламы представляют собой тонкие минеральные частицы, образовавшиеся в период формирования месторождения. В основном это глинистые включения, первичные окислы, относительно хрупкие минералы. Гранулометрическая характеристика и химический состав первичных шла-мов представлен в табл. 1. Результаты экспериментов показали, что при их флотационном обогащении не удается получить кондиционных концентратов [3].

Отличительной особенностью вторичных шламов является повышенное содержание Р2О5 (22,0-24,0 %). Образовавшиеся в процессе рудоподго-товки вторичные шламы по первоначальной проектной схеме теряются со сливом гидроциклонов.

Эффективное обогащение шламовых фракций флотацией возможно с использованием процесса флокуля-ции шламов. При использовании процесса флокуляции удается получить осаждением сгущенный материал относительно высокой плотности с наиболее крупными классами твердой фазы. Весьма важной задачей является проведение процесса флокуляции с максимальным связыванием зерен фосфатных минералов.

Для исследования физико-химических процессов коагуляции и фло-куляции шламов применялась лабораторная установка с одновременным механическим перемешиванием пульпы в 6 стаканах. Объем пульпы в каждом стакане составлял 650 мл, количество твердого (шламов) 5 г. Пульпу перемешивали в течение 1 минуты одновременно в 6 стаканах с разными расходами реагента — флокулянта. После окончания агитации и остановки мешалок визуально определяли степень осаждения. В качестве реагентов — флокулянтов исследовали: железный купорос (РеБО4*7Н2О), АККФ (алю-мокремниевый коагулянт-флокулянт), флокулянты ФО 4440 и ЭБ-45 французской фирмы «БЫР РЮЕНСЕН» и анионный флокулянт «РгаеэЪок

Анализ выполненных исследований показал, что оптимальные расходы флокулянтов для формирования осадка составили: ФО — 4440 50 -100 г/т; железного купороса — 1500 -3000 г/т; АККФ — 600-700 г/т; Ргаеэ1о1 — 25-50 г/т; ЭБ 45 — 150300 г/т. Выраженная зона осветления наблюдалась через 8 минут при добавлении в пульпу флокулянтов ФО 4440, Ргаеэ1о1 и АККФ.

На основании опытов по определению эффективности осаждения шламов с различными расходами флокулянта, были проведены исследования по изучению скорости осаж-

дения шламов АШР при оптимальных расходах реагентов-флокулянтов. Анализ результатов исследований (рис.3) показал, что в течение 6-и минут осаждения (динамический режим) наибольшая высота осветленного слоя (235 мм) наблюдается при добавлении флокулянта ЭБ-45. При ведении процесса сгущения при времи отстаивания 20 мин, наибольшая высота осветленного слоя (275 мм) наблюдается при добавлении флокулянта АККФ. К 28-ой минутевзона осветления во всех цилиндрах стабилизируется, за исключением опытов с железным купоросом. Полученные результаты позволяют рекомендовать использовать флокулянты ЭБ-45 и АККФ для процесса сгущения вторичных шламовых фракций как в динамическом, так ив статическом режиме осаждения.

Исследования обогатимости апа-тит-штафелитовой руды производились по схеме магнитно-флотационного обогащения. Лабораторные опыты по флотации проводились в открытом цикле, в машинах механического типа при Т:Ж = 1:5 в основной и в перечистных операциях при температуре 20±2°С. После выбора оптимального ассортимента реагентов и режимных параметров флотацию осуществляли по схеме замкнутого цикла.

При проведении замкнутых опытов были испытаны три схемы рудоподго-товки и флотации. Исходная проба апатит-штафелитовой руды была подготовлена путем смешивания плотной и рыхлой фракций в соотношении 1:2. По первой схеме на флотацию направлялась измельченная необес-шламленная руда (рис. 4, а). По второй схеме измельченная руда подвергалась обесшламливанию, шламовый продукт сгущался с применением реагентов — флокулянтов и направлялся

Классификация 1

Измельчение 2

Флотация

Концентрат

1» 30 30 411 И ЕЮ Время отстаивании, мин

Рис. 3. Зависимость высоты осветленной зоны при отстаивании первичных шламов от времени отстаивания при использовании флокулянтов: 1 -

РгавБЫ; 2 - ФО - 4440; 3 - АККФ; 4 -Железный купорос; 5 - ОБ-45; С1 - динамический режим сгущения; С2 - обычный режим сгущения

на шламовую флотацию (рис. 4, б). По третьей схеме (рис.4в) шламовый продукт после сгущения с применением реагентов - флокулянтов направлялся на флотацию вместе с зернистой фракцией измельченной руды (песками классификации).

В качестве реагентов-регуляторов среды использовали кальцинированную или каустическую соду и жидкое стекло. В качестве собирателя применяли мыло дистиллированного тал-лового масла и мыло таллового масла из хвойных пород.

Результаты укрупненных лабораторных флотационных опытов, представленные в табл. 2, показали большую эффективность третьей технологической схемы, которая позволяет получить как более богатый концентрат, так и достичь большего извлечения в него пятиокиси фосфора.

При переходе к полупромышленным исследованиям наблюдалось значительное снижение технологических показателей флотации, связанное в первую очередь с нерегулируемым пенооб-разованием, приводящим к нарушению

Флокулянт

Классификация 1

Измельчение 2

Обесшламливание

Флотация (песк) Флотация (шл)

I-1 I-

1

Концентрат

Концентрат

Классификация 1

Измельчение 2

Классификация 2

N

Флотация

1

Сгущение

Рис. 4. Принципиальные схемы измельчения и флотации апатит-штафелито-вых руд: а — с флотацией необесшлам-ленного материала; б — с раздельной песковой и шламовой флотацией; в — с совмещенной флотацией песков и сгущеного шламового продукта

плотностных режимов перечистных операций и, как следствие, к увеличенным потерям ценных компонентов. Поэтому дальнейшие исследования было связаны с применением реагентов регуляторов процесса пенообразования.

Результаты полупромышленных исследований показали, что флотация объединенной песковой и шламовой фракций с использованием реагента М-246 устойчиво протекает при малом объеме пены, которая быстро разрушается и легко транспортируется. Получаемый фосфатный концентрат со-

А

Б

слив

Таблица 2

Результаты укрупненных лабораторных исследований по обогащению смеси руд с применением различных схем отделения и обогащения шламовых фракций

№ Схема измельчения и флотации Извлечение Р205 в концентрат (от операции/ от питания), % Содержание Р205 в концентрате, %

1 С флотацией необесшламленного материала 87,25/67,5 36,2

2 С раздельной песковой и шламовой флотацией 89,27/69,2 36,4

3 С совмещенной флотацией песков и сгущенного шламового продукта 92,55/72,5 37,6

держит от 35,3 % до 36,5 % Р2О5 при извлечении Р2О5 89,2 от 90,5 % (от операции). Оптимальный расход М-246 составляет 0,25 - 0,5 кг/т.

Таким образом, выполненные предварительные исследования показали принципиальную целесообразность применения технологической схемы, предусматривающей использование в операции сгущения шламовых фракций реагентов-флокулянтов и совместную флотацию песков гидро-циклонирования и сгущенной шламовой фракции.

В результате проведения опытно-промышленных испытаний в условиях действующей обогатительной фабрики ОАО «Ковдорский ГОК» было показано, что оптимизированная схема

1. Лыгач В.Н., Ладыгина Г.В., Самору-кова В.Д., Косьмина А.Н., Бармин И.С. Особенности вещественного состава и обо-гатимости бедных апатит-штаффелитовых руд спецотвала Ковдорского ГОКа // ГИАБ. — № 5. -2007. С.384-388.

2. Ганбаатар 3., Авдохин В.М. Повышение эффективности раскрытия минеральных комплексов в процессах рудоподготовки

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

и технологический режим рудоподго-товки и флотации позволяют получить апатит-штаффелитовый концентрат с содержанием 37,9 % Р205 при извлечении 72,5 % от исходного питания и железорудный концентрат с содержанием 64-65 % Реобш с извлечением 60,5 %. Получаемый апатит-штаффелитовый концентрат является кондиционным фосфатным сырьем как для получения экстракционной фосфорной кислоты, так и для производства высококачественных фос-форсодержаших удобрений.

Достигнутый уровень извлечения пятиокиси фосфора и железа позволяет реализовать разработанную технологию обогашения АШР с высокими технико-экономическими показателями.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

медно-молибденовых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2003. -№1. - С.55-57.

3. Захарова И.Б. Белобородое В.И. Андронов Г.П. Филимонова Н.М. Флотация апа-тито-штаффелитовой руды с повышенным содержанием шламов при использовании анионного флокулянта // Тезисы Конгресса обогатителей стран СНГ. - 2007. - С. 78-81. S3S

Туголуков A.B. — аспирант, ОАО «Минерально-химическая компания «ЕвроХим»», e-mail: [email protected];

Бармин И.С. — ОАО «Минерально-химическая компания «ЕвроХим»», e-mail: [email protected]; Морозов B.B. — Московский государственный горный университет, e-mail: [email protected]; Поливанкая B.B. — Московский государственный горный университет, e-mail: [email protected].