CC BY
18DOI: 10.24411/2619-0761-2019-10038 УДК 549.01
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ ОТХОДЫ-ФЛОТОРЕАГЕНТ
Щекина Анастасия Юрьевна - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры городского кадастра и инженерных изысканий, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, aus2016aus@yandex.ru
Азиати Комлава Мауко - доктор экономических наук, ректор, Институт финансов и международного управления, республика Мали, Simon@ilci.fr
Черкасов Роман Андреевич - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, roman.r359942@yandex.ru
Аннотация: сегодня процесс обогащения железных руд является одной из важнейших технологических операций в процессе их переработки.
В процессе флотации железных руд, как правило, образуется огромное количество отходов, содержащих ряд полезных веществ для других отраслей, в частности, для отрасли строительного материаловедения. От качества процесса флотации во многом зависит количество извлеченной рудной полезной породы, а также возможность использования отходов флотации в других отраслях. Так в работе представлены исследования некоторых коллоидно -химических процессов на границе раздела фаз отходов железистых кварцитов Михайловского горно-обогатительного комбината и флотореагентов, на основании которых сделаны выводы о пластифицирующих свойствах отходов флотации.
Ключевые слова: флотореагенты, отходы флотации, горно-обогатительный комбинат, флотация, железистые кварциты, адсорбция.
Ф
Введение.
из
лотация - это один наиболее эффективных способов извлечения полезной породы при обогащении немагнитных рудных металлов. На Михайловском горно-обогатительном комбинате (МГОКе) применяют обратную катионную флотацию. Многочисленными исследованиями [1...3] доказано, что наибольшую эффективность при флотации железных руд показывают флотореагенты импортный РА-14 и Российский аналог ФЛОН, разработанный учеными БГТУ им. В.Г. Шухова. В последние годы ФЛОН постепенно внедряется на МГОКе, а также непрерывно совершенствуется учеными БГТУ им. В.Г. Шухова и на его базе разрабатываются новые флотореа-генты для других видов металлов [1...4]. При этом наблюдается огромное скопление отходов флотации в хвостохранилищах МГОКа, образовавшихся в результате флотации гематитовой фракции железистых
кварцитов. Так, исследования коллоидно-химических характеристик на границе раздела фаз позволят выявить особенности отходов флотации с РА-14.
Основная часть. РА-14 - поверхностно-активное вещество (ПАВ), адсорбируется на поверхности отходов в процессе флотации. Концентрация его в составе суспензии при флотации на МГОК составляет 250 г/т. РА-14 также способен адсорбироваться на железе. Поэтому, для препятствия перехода гематита в пенный продукт в пульпу добавляют гидролизованный крахмал [5]. Гидро-лизованный крахмал практически не адсорбируется на поверхности пенного продукта. Отсюда следует, что после флотации на пенном продукте остается некоторое количество РА-14, способного придавать отходам некоторые специфические свойства, предположительно - пластифицирующее действие на цементные системы [1...6].
Определен химический состав отходов флотации взятых для исследований с
© ®
Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0. Любое дальнейшее распространение этой работы должно содержать указание на автора (ов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.
была взята усреднённая проба отходов флотации гематитовой фракции железистых кварцитов, а пробы отбирались в течение 3 месяцев, %: $Ю2 = 65...70, Fe2Oз = 16...20, MgO = 2,5...3,5, СаЮ = 0,9...1,5, АЮз = 0,1...0,5, Ш2Ю = 0,3...0,5, К2Ю = 1...2,5, 8Юз = 0,1...0,2, СО2 = 0,1...0,2, прочее 1,1. 3.
На основании этого нами составлена модельная система отходов флотации:
оксид кремния - 8Ю2................74;
оксид железа (III) - Fe2O3.............22;
оксид магния - MgO..................4.
Для исследования использовались компоненты модельной системы по отдельности, отходы флотации и модельная система отходов. Выполнены исследования дзета-потенциала частиц исследуемых материалов при рН =10, при различной концентрации РА-14 и адсорбции РА-14 на различных материалах. Результаты исследований приведены на рис. 1...5.
Равновесные концентрации, мг/дм-Рис. 1. Изотермы адсорбции РА-14 на поверхностях оксида железа (III) и оксида магния днокснд кремния / адсорбция ■ десорбция
Рис. 4. Зависимости дзета-потенциала частиц составляющих отходы от концентрации РА-14
Равновесные конценграцин: мг/дм3 Рис. 2. Изотермы адсорбции (рН = 10) и десорбции (рН = 12) РА-14 на отходах флотации
Р яе но е ее ные ко нцентр а цни. мг/дм3 Рис. 3. Изотермы адсорбции (рН = 10) и десорбции (рН = 12) РА-14 на модельной системе
Рис. 5. Зависимости дзета-потенциала частиц отходов флотации и модельной системы от концентрации РА-14
По результатам исследований можно сделать вывод, что адсорбция носит физический характер преимущественно и протекает за счет донорно-акцепторных взаимодействий между аминогруппами РА-14, имеющими положительный заряд частично диссоциированными в щелочной среде цементной суспензии и силанольными группами кварца, приобретающими отрицательный заряд активных центров.
Рассматривая результаты исследований электрокинетического потенциала, можно сделать вывод о наличии электростатических взаимодействий на границах раздела фаз, изменение знака заряда поверхности наблюдается при концентрации РА-14 = 150 г/т, значительно меньшей, чем в пульпе при флотации, а стабильность системы наблюдается уже при концентрации РА-14 = 250 г/т.
Результаты исследований угла смачивания показали, что РА-14 снижает поверхностное натяжение воды и обладает гидро-фобизирующим действием на поверхности исследуемых материалов (рис. 6).
На следующем этапе работы нами составлены вяжущие композиции на основе цемента и отходов флотации, полученных при разных концентрациях РА-14 и модельной системы. Вяжущие композиции получены совместным помолом компонентов в
в вибрационной мельнице в течение 30 мин. Количество наполнителей составляет 30 %. Результаты определения эффективной вязкости композиций приведены на рис. 7.
Концентрация ]
Рис. 6. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации РА-14
Рис. 7. Изменение эффективной вязкости суспензий вяжущих композиций
На основании выполненных исследований предложен механизм пластифицирующего действия флотореагента РА-14 ( рис. 8).
Рис. 8. Схема действия флотореагента РА-14
Таким образом, значительная адсорбция флотореагента РА-14 на силикатной составляющей отходов флотации (количество адсорбированного РА-14 составляет 20,3 мг/г-10-3) приводит к блокированию отрицательного заряда активных центров кварца и одновременно замедляет структу-рообразование за счет их взаимодействия с положительно заряженными активными центрами гематита. Всё это обеспечивает в
цементной системе синергетический эффект отталкивания одноименных положительных зарядов.
На данном этапе выполняется подготовка к выполнению исследований отходов флотации горно-добывающих производств республики Мали, содержащих большее количество силикатной составляющей, чем отходы флотации Российских производств в связи с геологическими особенностями.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шаповалов Н.А., Загороднюк Л.Х., Бушуева Н.П., Щекина А.Ю., Панова О.А. Флотационное обогащение железистых кварцитов и использование отходов флотации в производстве стройматериалов. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2014. 226 с.
2. Кретов С.И., Губин С.Л., Игнатова Т.В., Сентемова В.А., Безногова Ю.С. Испытания технологии получения гематитовых концентратов из хвостов обогатительной фабрики ОАО «Михайловский ГОК» // Обогащение руд. 2007. № 6. С. 20-24.
3. Лесовик Р.В. Мелкозернистые бетоны на к омпозиционных вяжущих и техногенных песках: дис. ... д-ра техн. наук: 05.23.05: защищена 08.05.09 / Лесовик Руслан Валерьевич. Белгород, 2009. 496 с.
4. Рахимбаев Ш.М., Яшуркаева Л.И. Отходы мокрой магнитной сепарации Михайловского ГОКА - сырье для производства белитового цемента // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2005. № 10. С. 258260.
5. Kouji O. Thomas A. Bier. Investigation into relations among technological properties, hydration kinetics and early age hydration of self-leveling underlayments // Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40. №7. P. 1034-1040.
6. Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Чулкова И.Л. Закон сродства структур в материаловедении // Фундаментальные исследования. 2014. № 3. Ч. 2. С. 267-271.
7. Айлер Р. Химия кремнезема. М.: Мир? 1982. 410 с.
REFERENCES
1. Shapovalov N.A., Zagorodnyuk L.H., Bu shueva N.P . , Shchekina A.Yu., Panova O.A. Flotacionnoe obogashchenie zhelezistyh kvarci-
tov i ispol'zovanie othodov flotacii v proizvod-stve strojmaterialov. Belgorod: Izd-vo BGTU im. V.G. Shuhova, 2014. 226 s.
2. Kretov S.I., Gubin S.L., Ignatova T.V., Sentemova V.A., Beznogova Yu.S. Ispytaniya tekhnologii polucheniya gematitovyh koncen-tratov iz hvostov obogatitel'noj fabriki OAO «Mihajlovskij GOK» // Obogashchenie rud. 2007. № 6. S. 20-24.
3. Lesovik R.V. Melkozernistye betony na kompozicionnyh vyazhushchih i tekhnogennyh peskah: dis. ... d-ra tekhn. nauk: 05.23.05: zashchishchena 08.05.09 / Lesovik Ruslan Valer'evich. Belgorod, 2009. 496 s.
4. Rahimbaev Sh.M., Yashurkaeva L.I. Othody mokroj magnitnoj separacii Mihajlovskogo GOKA - syr'e dlya proizvod-stva belitovogo cementa // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2005. № 10. S. 258-260.
5. Kouji O. Thomas A. Bier. Investigation into relations among technological properties, hydration kinetics and early age hydration of self-leveling underlayments // Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40. №7. P. 1034-1040.
6. Lesovik V.S., Zagorodnyuk L.H., Chulkova I.L. Zakon srodstva struktur v materi-alovedenii // Fundamental'nye issledovaniya. 2014. № 3. CH. 2. S. 267-271.
7. Ajler R. Himiya kremnezema. M.: Mir? 1982. 410 s.
RESEARCH OF COLLOID-CHEMICAL PROCESSES ON THE BORDER OF THE PHASES SECTION WASTE-FLOTO REAGENT
Schekina A. Yu, AziatiKomlava Mawuko, Cherkasov R.A.
Annotation: today, the process of iron ore beneficiation is one of the most important technological operations in the process of processing iron ore.
In the process of flotation of iron ores, as a rule, a huge amount of flotation waste is generated, containing a number of useful substances for other industries, in particular for the building materials industry. The quantity of extracted ore useful rock, as well as the possibility of using flotation waste in other industries, largely depends on the quality of the flotation process. So, the work presents studies of some colloidal chemical processes on the phase boundary of waste from ferruginous quartzite's of the Mikhailovsky Mining and Processing Plant and flotation reagents, based on which conclusions are made about the plasticizing properties of flotation waste.
Key words: flotation reagents, flotation waste, mining and processing plant, flotation, ferruginous quartzite, adsorption.
© Щекина А.Ю., Азиати Комлава Мауко, Черкасов Р.А., 2019
Щекина А.Ю., Азиати Комлава Мауко, Черкасов Р.А. Исследование коллоидно-химических процессов на границе раздела фаз отходы-флотореагент // Вектор ГеоНаук. 2019. Т.2. №4. С. 5-8.
Schekina A.Yu., Aziati Komlava Mawuko, Cherkasov R.A., 2019. Research of colloid-chemical processes on the border of the phases section waste-floto reagent. Vector of Geosciences. 2(4): 5-8.
