CC BY
108
ХИМИЯ
Вестн. Ом. ун-та. 2016. № 3. С. 49-53.
УДК 553.4:351.823
Ш.К. Амерханова, Р.М. Шляпов, А.С. Уали, Н.М. Курбаналиев
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО РУДНОГО МАТЕРИАЛА С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЛОТОРЕАГЕНТА
Проведены опытно-лабораторные испытания с целью исследования процесса мокрого магнитного обогащения железосодержащего рудного материала в отсутствии и присутствии флотореагента. Предположено, что под действием постоянного электрического тока в пульпе происходит процесс электролиза растворителя, т. е. воды, продукты которого по-разному влияют на процесс мокрой магнитной сепарации. Использование в процессе электромагнитного обогащения флотореагента приводит к существенному повышению выхода концентрата и извлечения металла в концентрат. По-видимому, это можно объяснить тем, что в результате электролиза водного раствора дибутилдитиофосфата натрия происходит образование дисульфидов, которые в потоке пульпы сорбируются на частицах минералов, увеличивая их магнитную восприимчивость, что приводит к увеличению количества железа в продукте. Более низкие значения степени концентрации металла в концентрате, полученном в присутствии флотореагента, связаны с избирательным закреплением органического собирателя и продуктов его электролиза на поверхности минералов, причем частицы на поверхности которых образовались комплексы ионов железа с дибутилдитиофос-фат-ионом, имеют более низкую магнитную восприимчивость и удаляются из реактора в слив, тогда как другие, с закрепленным на поверхности дисульфидом, проявляют парамагнитные свойства и концентрируются в приемнике. По разработанной электромагнитной технологии можно получить суммарный железорудный концентрат с общим выходом 2,59 % со средним содержанием 5,09 % Реобщ при извлечении в него 65,88 %, тогда как применение флотореагента позволяет получить гематитовый концентрат с общим выходом 22,99 % со средним содержанием 0,61 % Беобщ при извлечении в него 90,39 %.
Ключевые слова: окисленные железные руды, отходы, электромагнитное обогащение, магнитная восприимчивость, флотореагент, гематитовый концентрат.
Введение
На территории СНГ расположены значительные ресурсы окисленных железных руд, которые не вовлекаются в переработку по причине малоэф-фективности разработанных технологий как по технологическим, так и по экономическим показателям [1-2].
Известно, что экономичность горнометаллургического производства во многом определяется эффективностью процессов первичного обогащения полезных ископаемых - процессов непосредственной переработки минерального сырья, результатом которых является получение промышленного концентрата добываемого минерала. Прорыв в области переработки минерального сырья возможен только на основе использования последних достижений таких фундаментальных наук, как физика твердого тела, физика высоких энергий, физическая и органическая химия. Анализ литера-рутрных данных показал, что в последнее время наблюдается увеличение количества публикаций, посвященных исследованию и разработке новых высокоэффективных методов разрушения и обогащения на основе использования мощных энергетических воздействий [3-7].
© Амерханова Ш.К., Шляпов Р.М., Уали А.С., Курбаналиев Н.М., 2016
Целью данной работы являлась разработка способа электромагнитного обогащения окисленных железных руд с использованием флотореагента.
Экспериментальная часть
В качестве объекта исследования были использованы общие отходы железных руд рудника «Западный Каражал» (Центральный Казахстан) со средним размером частиц 0,074 мм.
Пульпа состояла из измельченной руды заданной крупности, воды в массовом соотношении (Т:Ж) 1:1,15 с общей массой 857 г.
В случае использования флотореагента (дибутилдитиофосфат натрия) концентрация составляла 50 г/т (0,043 г/л) с концентрацией активного вещества 74,30 %.
Пульпа движется по трубе из полимерного материала, расположенной под углом в 5° к горизонтальной плоскости, во внутреннюю часть которой по периметру установлены медный (катод) и угольный (анод) электроды шириной 0,4 см, для наложения внешнего постоянного электрического поля, которые расположены до и после катушки индуктивности, создающей постоянное магнитное поле, продвигающее пульпу дальше. Скорость движения пульпы по трубе составила 130 мл/мин, продолжительность электромагнитной обработки 3,3 мин. Параметры электромагнитного поля: напряжение на электродах 6 В, напряженность электрического поля 0,067 В/м, напряженность магнитного поля 14,97 кА/м (187 Э). Подробное описание способа электромагнитной переработки руд приведено в [8]. На рис. 1 представлена схема установки по электромагнитному обогащению.
Источник постоянного тока
Рис. 1. Установка по электромагнитному обогащению полиметаллических руд: I - Труба из полимерного материала с пульпой, встроенная в катушку; I - направление движения
пульпы; I направление движения заряженных
частиц в магнитном поле соленоида; \ - электроды (+,--); 1 - загрузка; 2 - выход для фракции 1; 3 - выход для фракции 2; 4 - выгрузка хвостов
В данном случае отбор проб производился из двух точек: фракция 1, фракция 2.
Определение количественного содержания железа в рудном материале проводили путем атомно-абсорбционного анализа (АА 140 Varían), а также электрохимически путем прямой потенциометрии с использованием в качестве ионоселективного электрода FeS2 [9].
Съемка рентгеновских дифрактограмм была выполнена на порошковом рентгеновском дифрактометре D8 Advance, фирмы "Bruker" (Германия) в Cu-ka излучении (длина волны 0.15406 нм) с использованием позици-онно-чувствительного детектора Lynxeye.
Расчет технологических параметров проводили по стандартным формулам:
Выход концентрата ук = 100(а — в)/(Р — в)
Выход хвостов ухв = 100(Р — a)/(fi — в)
Извлечение металла в концентрат
£к = ("%)
Извлечение металла в хвосты £хв = 100 — £к
Степень сокращения R = 100/ук
Степень концентрации К = Р/а, где а - количественное содержание металла в исходной руде, р - количественное содержание металла в концентрате, в - количественное содержание металла в хвостах.
Проведена статистическая обработка результатов, для нахождения величины доверительного интервала использована малая выборка по 5 параллельным опытам.
Результаты и обсуждение
Результаты атомно-абсорбционного анализа руд показали, что общее количество железа (Fe^^ в исследуемом объекте составляет 0,058 %. Из литературных данных [10] известно, что основными минералами, определяющими промышленную ценность исследуемой железной руды, являются оксиды железа: гематит и магнетит. Количественные соотношения главных минералов в железных рудах составляют: гематит - 56-65 %, магнетит - 515 %, сидерит - 3,3 %, хлорит и стильпноме-лан - 1,7 %, кварц -15 %, кальцит - 4 %.
В нашем случае, рентгенографический анализ объекта исследования (рис. 2) показал, что железо представлено в составе руды гематитом (Fe2O3) и гидроксидом железа, близким по структуре к соединению Fe1.833(OH)o.5O2.5.
Таким образом, исследуемый объект можно отнести к слабомагниным материалам. Результаты электромагнитного обогащения железосодержащей руды приведены в таблице 1.
Исследования по изучению действия поляризации на процесс мокрой магнитной сепарации показали, что под действием постоянного электрического тока в пульпе происходит процесс электролиза растворителя, т. е. воды, продукты которого по разному влияют на процесс мокрой магнитной сепарации [4].
2-Theta - Scale
ElFile: l.raw - Start: 5.000 ° - End: 79.995 ° - Step: 0.019 ° - Step time: 384. s - Anode: Cu - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA Operations: Import
ElFile: l.raw - Start: 5.000 ° - End: 79.995 ° - Step: 0.019 ° - Step time: 384. s - Anode: Cu - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA Operations: Background 0.031,1.000 | Import
HD01-076-0182 (I) - Iron Hydroxide Oxide - Fe1.833(0H)0.502.5 - Rhombo.H.axes - a 5.03400 - b 5.03400 - c 13.75000 - WL: 1.5406 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive Щ]01-087-1164 (*) - Hematite - Fe203 - Rhombo.H.axes - a 5.03530 - b 5.03530 - c 13.74950 - WL: 1.5406 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - 6 - 301.904
00-046-1045 (*) - Quartz, syn - Si02 - Hexagonal - a 4.91344 - b 4.91344 - c 5.40524 - WL: 1.5406 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113.010 Q^01-089-1306 (*) - Magnesium Calcium Carbonate - (Mg0.06Ca0.94)(C03) - Rhombo.H.axes - a 4.95200 - b 4.95200 - c 16.92000 - WL: 1.5406 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000
Рис. 2. Дифрактограмма исходной руды и идентифицированный фазовый состав
Таблица 1
Результаты опытно-лабораторных исследований электромагнитного обогащения железосодержащей руды
(n = 5) в отсутствии флотореагента
- R-3c (167) - 6 - 301.759
- Primitive - R-3c (167) - 6 - 35
Технологические показатели Фракция 1 Фракция 2 Общая
а, 10-3% 0,058±0,0045
в, 10-3% 7,38±0,0077 2,80±0,0065 5,09±0,0071
9, 10-3% 0,0206±0,0040
Уконц, % 1,71 ±0,0018 3,40±0,0020 2,59±0,0022
Ухв, % 87,56±0,0020
£конц, % 65,57±0,3142 66,19±0,4658 65,88±0,3622
£хв, % 30,67±0,4658
Степень сокращения 192,63±0,5637 72,87±0,8221 38,55±0,4578
Степень концентрации 177,56±1,7458 101,87±1,9803 139,71 ±1,8112
В катодной области возникает избыток гидроксил-ионов, которые приводят к образованию гидрата окиси железа КеО(ОН) (ге-тит); тогда как в анодной области возникший избыток ионов водорода приводит к образованию гидратов оксидов железа Ке2Оз-3Н2О (лимонит) на поверхности минерала.
Образованный на поверхности основного минерала лимонит, магнитная восприм-чивость которого (110-140)-10-6 сГс близко к значению магнитной восприимчивости гематита (200-1000)-10-6 сГс, это хорошо иллюстрируют технологические показатели обогащения.
Далее были проведены эксперименты по электромагнитному обогащению исследуемого объекта с участием флотореагента. Результаты опытно-лабораторных исследова-
ний электромагнитного обогащения гемати-товой руды (п=5) в присутствии флотореагента приведены в таблице 2.
Сравнение технологических параметров для фракций 1 и 2 показало, что использование в процессе электромагнитного обогащения исследуемой руды флотореагента - дибу-тилдитиофосфата натрия приводит к существенному повышению выхода концентрата и извлечения металла в концентрат. По-видимому, это можно объяснить тем, что в результате электролиза водного раствора дибу-тилдитиофосфата натрия происходит образование дисульфидов, которые в потоке пульпы сорбируются на частицах минералов, увеличивая их магнитную восприимчивость, что приводит к увеличению количества железа в продукте.
Таблица 2
Результаты опытно-лабораторных исследований электромагнитного обогащения железосодержащей руды (п = 5) в присутствии флотореагента
Технологические показатели Фракция 1 Фракция 2 Общая
а, % 0,058±0,0038
в, % 0,42±0,0045 0,81 ±0,0078 0,61 ±0,0056
9, % 0,0073±0,0046
Укоиц, % 29,75±0,0056 16,17±0,0017 22,99±0,0039
Ухв, % 82,72±0,0063
£конц, % 91,23±0,3624 89,54±0,5621 90,39±0,3711
£хв, % 10,31 ±0,4411
Степень сокращения 3,36±0,5252 6,18±0,7665 4,35±0,6545
Степень концентрации 11,05±1,6514 21,79±1,8615 16,42±1,7223
Более низкие значения степени концентрации металла в концентрате, полученном в присутствии флотореагента, связаны с избирательным закреплением органического собирателя и продуктов его электролиза на поверхности минералов. Причем частицы, на поверхности которых образовались комплексы ионов железа с дибутилдитиофосфат-ионом, имеют более низкую магнитную восприимчивость и удаляются из реактора в слив, тогда как другие с закрепленным на поверхности дисульфидом проявляют парамагнитные свойства концентрируются в приемнике. Однако в целом это способствует увеличению селективности действия магнитного поля на частицы обладающие слабой и низкой магнитной восприимчивостью, последние, находящиеся в катионной форме (Кеп+) отделяются в виде диамагнитных комплексов с флотореагентом, подвергаются воздействию электростатического поля и попадают в приемник 2, что исключает агрегацию с частицами пустой породы и выталкиваются магнитным полем в приемник 2.
В результате это позволяет получить ге-матитовый железорудный концентрат с общим выходом 22,99 % со средним содержанием 0,61 % Кеобщ при извлечении в него металла 90,39 %. Сравнение с литературными данными показало, что этот показатель относительно высокий по сравнению с СВЧ-обра-боткой, магнитным облучением, плазменной магнетизацией [4].
Возрастание выхода магнитного концентрата при использовании флотореагента связано с вовлечением в концентрат помимо оксидов железа, минералов марганца за счет сорбции дисульфида, а снижение содержания железа в магнитном концентрате обусловлено разбавлением за счет прироста массы.
Эффект применения флотореагента заключается в образовании на поверхности частиц руды комплексов с ионами металла и дисульфидов, которые имеют различную магнитную восприимчивость. Данные приведенные в таблицах являются усредненными по технологическим характеристикам процесса электромагнитного обогащения,
однако при усреднениии теряется количественная взаимосвязь между показателями, с сохранением качественных признаков и в целом иллюстрирует влияние флотореагента на процесс обогащения. Заключение
Таким образом, по разработанной электромагнитной технологии можно получить суммарный железорудный концентрат с общим выходом 2,59 % со средним содержанием 5,09 % Кеобщ при извлечении в него 65,88 %, тогда как применение флотореа-гента позволяет получить гематитовый концентрат с общим выходом 22,99 % со средним содержанием 0,61 % Кеобщ при извлечении в него 90,39 %.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Бызов В.Ф., Воробьев Н.К. Разработка технологии комбинированного обогащения оккислен-ных железных руд // Горная промышленность. -2007. Т. 74. № 4. С. 30-34.
[2] Рахимова Г. М., Тажибаева Д. М., Икишева А. О., Дадиева М. К., Дивак Л. А., Иманова М. А. Песок и щебень из отходов обогащения железной руды для мелкозернистого бетона // Фундаментальные исследования. 2013. № 10. С. 2445-2449.
[3] Чантурия В. А., Бунин И. Ж., Иванова Т. А., Хатькова А. Н., Дутов В. В. Влияние мощных наносекундных импульсов на технологические свойства упорных золотосодержащих продуктов и железистых кварцитов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2006. № 8. С. 365-373.
[4] Гзогян Т. Н. Интенсификация процессов рудо-подготовки и обогащения железистых квраци-тов на основе энергетических воздействий // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2001. № 11. С. 41 -53.
[5] Чантурия В. А., Бунин И. Ж., Иванова Т. А., Хатькова А. Н., Дутов В.В. Влияние мощных электромагнитных импульсных воздействий на интенсификацию процессов обогащения цео-литсодержащих пород Восточного Забайкалья // Горный информацинно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2009. № 12. С. 397-404.
[6] Дядин В. И., Латкин А. С. Обогащение немагнитных дисперсных смесей электромагнитными
методами // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2004. № 2. С. 100-104.
[7] Мезенин А. О., Андреев Е. Е., Дмитриев С. В. Электромагнитный сепаратор для экологически безопасного сухого обогащения слабомагнитных тонковкрапленных руд черных металлов // Обогащение руд. 2011. № 3. С. 31-34.
[8] Амерханова Ш. К., Пудов А. М, Пудов И. М, Шляпов Р. М., Уали А. С. Способ электромаг-
нитного обогащения полиметаллических вкрапленных руд. Инновационный патент на изобретение РК № 29726 (2015).
[9] Амерханова Ш. К., Серикпаева Д. С. Термодинамическое исследование аминокислотных комплексов меди (II) и железа (II) с использованием халькогенидных электродов // Журнал физической химии. 2003. Т. 77. № 2. С. 376-378.
[10] Мотовилов И.Ю., Безгинова Л.И., Телков Ш.А. Обогащение смешанных гематит-магнетитовых руд с использованием процесса крупнокусковой отсадки // Вестник КазНТУ. 2010. № 11. С. 2-6.
