CC BY
23ИЗУЧЕНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ ПРИ ФЛОТАЦИОННОМ ОБОГАЩЕНИИ РУД
М. Е. Мишарева
ТГТУ
АННОТАЦИЯ
Современная действительность такова, что содержание ценных компонентов в руде снижается, качество извлекаемых руд ухудшается, поэтому извлечение металлов из руд усложняется. Основной задачей, которая стоит перед учеными-обогатителями современности является поддержание качества конечных концентратов на должном уровне. Одним из основных способов является использование во время флотационного обогащения местных реагентов, себестоимость, которых во много раз дешевле импортных. Исследования по применению полимеров в процессе флотации, в качестве реагентов-собирателей является основной тематикой данных исследований и приведенной ниже статьи.
Ключевые слова: флотация, флотореагенты, минерально - сырьевая база, омыленные жирные кислоты, дисперстность растворов, полимер.
STUDY OF THE APPLICATION OF WATER-SOLUBLE POLYMERS IN
FLOTATION ORE PROCESSING
ABSTRACT
The current reality is that the content of valuable components in the ore decreases, the quality of the extracted ores deteriorates, and therefore the extraction of metals from ores becomes more difficult. The main task facing modern-day enrichment scientists is to maintain the quality of the final concentrates at the proper level. One of the main methods is the use of local reagents during flotation enrichment, the cost of which is many times cheaper than imported ones. Research on the use of polymers in the flotation process as collecting reagents is the main topic of these studies and the article below.
Keywords: flotation, flotation reagents, mineral - raw material base, saponified fatty acids, dispersion of solutions, polymer.
Узбекистан занимает одно из ведущих мест в мире по добыче и переработке минерального сырья. За годы независимости была создана прочная минерально -сырьевая база, которая является основой для развития многих отраслей нашей экономики и промышленности.
Добыча руд и производство цветных, благородных и редких металлов с каждым годом возрастают. В то же время качество перерабатываемых руд и содержание в них металлов непрерывно снижаются.
Руды цветных, благородных и редких металлов отличаются сложностью минерального состава. В большинстве своем они являются комплексными, полиметаллическими, содержащими несколько металлов в виде минералов, совместное присутствие которых затрудняет или исключает применение металлургических процессов без предварительного разделения их методами обогащения.
Флотация применяется как один из методов обогащения полезных ископаемых, основанный на различии физико-химических свойств поверхности минералов, их способности минералов смачиваться водой. Одни минералы в тонкоизмельченном состоянии в водной среде под действием флотационных реагентов не смачиваются водой, прилипают к пузырькам воздуха, всплывая на поверхность пульпы, и отделяются от других минералов, поверхность которых смачивается водой и которые не прилипают к пузырькам. Флотация осуществляется с применением различных реагентов - химических веществ, которые действуют избирательно на минеральные поверхности, увеличивая или снижая их гидрофильные и гидрофобные свойства.
При флотации руд одно из направлений практического использования теоретических положений связано с воздействием различных факторов на флотореагенты в растворе с целью повышения эффективности их действия.
Повышение дисперсности растворов сульфгидрильных и оксигидрильных собирателей, применение добавок поверхностно-активных веществ ПАВ, различных регуляторов среды в ряде случаев позволяет добиться определенного технологического эффекта. В последнее время нашло обоснование совместное использование разнородных органических реагентов при флотации: предварительное омыление жирных кислот в присутствии поверхностно-активных добавок, очередность подачи реагентов в пульпу.
Эффективность собирательного действия реагентов определяется характером их взаимодействия с минералом и формой нахождения в пульпе. Ионная, молекулярная, коллоидно-молекулярная или эмульсионная форма нахождения органического реагента в пульпе не только определяет его химическую активность и эффективность использования как собирателя или пенообразователя, но и влияет на форму закрепления реагента после его адсорбции на поверхности минеральных частиц. Форма нахождения реагента может регулироваться физико-химическими методами (поверхностно-активные добавки), химическими (изменение рН среды, окислительно-восстановительного
потенциала пульпы и т.п.), механическими (действие ультразвука, интенсивное либо наоборот замедленное перемешивание пульпы с реагентом и т.п.).
При флотации природногидрофобных минералов широко используется совместное применение собирателей, состоящих из дифильных и аполярных молекул (например, олеиновой кислоты и керосина). В последнее время такое сочетание начинает применяться и при флотации сульфидных минералов.
С целью повышения селективности действия собирателей возможно применение полимеров, как один из методов улучшения технологических показателей флотации руд.
Изучение процессов взаимодействия полимеров с минералами усложняется полидисперсностью полимеров, наличием в каждой из молекул значительного числа функциональных групп, влиянием многих факторов на форму находящихся в растворе молекул полимера и т.д. [1].
Все полимеры обладают растворимостью в воде, что обусловлено наличием в их молекулах большого количества способных к гидратации полярных групп. Характер действия полимеров в значительной степени определяется свойствами их полярных групп [2].
В работе [3] с целью повышения извлечения металлов из шламистой медно-молибденовой руды испытывались флокулянты с различным молекулярным весом, степенью гидролиза и растворимостью в воде. Лучшие результаты получены с - сополимером амида и акрилатов. Молекулярный вес - 5х106, удельный вес - 1020 - 1030 кг/м , рН водного раствора 7 - 8,5, кинетическая вязкость водного раствора не менее 10 сст.
Были проведены сравнительные опыты флотации с добавками и без добавок водорастворимых полимеров (ВРП). Оптимальный расход ВРП - 5 г/т. Для обеспечения эффективного действия ВРП его необходимо подавать в виде сильно разбавленного раствора концентрацией 0,1%. Установлено, что применение ВРП на основе сополимера амида и акрилатов повышает извлечение труднофлотируемых тонких сульфидных частиц за счет их селективной флокуляции: меди на 2,62%, молибдена на 1,3%.
Для повышения извлечения металлов также применялись олигомеры акриловой кислоты и ее сополимеры Д1, Д2, и Д3. Эти реагенты по отношению к шеелитовой руде проявляют диспергирующие свойства [4]. Диспергатор Д1 при расходах 7-30 г/т способствовал повышению содержания шеелита в черновом концентрате с 2,6 до 3,99, однако снижал его извлечение с 59,5 до 45%.
Реагент Д2 при расходе 10 г/т повышал не только качество концентрата с 2,4 до 2,86% но и извлечение WO3 с 60,7 до 61,8%.
Реагент Д3, являющийся низкомолекулярным сополимером акриловой кислоты при подаче его в процесс после основного собирателя, с расходом 5 г/т
повышает извлечение WOз на 1,5% при сохранении качества концентрата на прежнем уровне [13].
Для медно-молибденовых руд были синтезированы высокомолекулярные соединения, содержащие карбоновую и ксантогеновую группировки (30%). Реагенты различались молекулярной массой и количеством функциональных групп.
Таблица 1
Результаты флотации медно-молибденовой руды при использовании полимерных модификаторов флотации
Реаге Содер Молек Расход Массовая Массовая Извлечен Эффектив
нт жани улярн реаген доля в доля в ие в ность
е ая та, г/т черновом хвостах, черновой обогащен
функ масса концентрат % концентр ия, %
циона е, % ат
льны х Си Мо Си Мо Си Мо Си Мо
групп
, %
Стан - - - 4,08 0,035 0,07 0,00 86,3 63,1 76,5 53,3
дарт 22 1
ный
режи
м
ПВК 95 1-105 5 2,98 - 0,07 - 86,7 - 73,4 -
ПВК 5 -//- 10 3,15 0,033 0,04 0,00 91,0 73,4 77,4 59,7
-5 20 3,49 0,042 9 19 7 73,5 76,8 61,8
40 4,14 0,050 0,06 0,00 88,4 71,0 78,1 61,8
0,06 20 8 6
2 0,00 87,8
22 3
ПВК 20 4,12 - 0,06 - 86,6 - 77,0 -
-15 30 4,14 - 8 - 0 - 77,6 -
0,06 87,4
4 0
ПВК 30 -//- 10 3,86 0,038 0,05 0,00 88,9 66,0 78,0 55
-30 20 3,95 0,046 9 24 1 1 78,6 60,8
0,05 0,00 89,2 71,5
7 22 9 5
КЦК 30 3-105 10 4,07 0,036 0,06 0,00 87,9 64,8 77,8 54,7
20 4,18 0,05 3 0,06 8 22 0,00 27 1 87,0 66,8 77,2 57,0
СТС 100 3Т04 60 3,96 0,044 0,05 6 0,00 22 89,5 0 70,7 78,7 60,0
ПТС 100 6102 10 40 2,95 4,25 0,045 0,041 0,06 6 0,06 1 0,00 17 0,00 17 86,2 88,1 0 74,4 6 71,9 76,9 78,5 64,5 62,3
СТС-1 100 8Т04 40 4,13 0,043 0,05 8 0,00 19 88,7 8 71,7 78,8 61,7
В табл.1 приведены результаты флотационных опытов с применением этих реагентов. Из табл. 1 видно, что при флотации медно-молибденовых руд все испытанные реагенты повышают извлечение меди и молибдена по сравнению со стандартным режимом. Четкой зависимости между параметрами флотации и физико-химическими свойствами реагентов (молекулярной массой, количеством функциональных групп) не наблюдается. Вместе с тем следует отметить высокую собирательную способность испытанных высокомолекулярных реагентов по отношению к молибдениту и медным минералам [14]. При сохранении качества концентрата использование полимеров повышает извлечение меди на 1,5 - 3,7%, молибдена - на 1,7 - 10%.
Лучшие результаты получены при использовании флокулянта ПВК-30: извлечение меди повышено на 2% по сравнению со стандартным режимом, снижены потери меди в хвостах доводки. Повышение извлечения молибдена в концентрат составило от 3 до 8,4%.
Применение диспергатора ПТС повысило извлечение меди в коллективный медно-молибденовый концентрат на 2,48%, прирост извлечения молибдена составил 6,74%.
Волжским отделением НИИ химполимер предложен в качестве флокулянта реагент КД-40, представляющий собой полимер катионного типа с молекулярной массой 106 и содержанием функциональных групп 35%. При использовании этого реагента прирост извлечения меди в черновой концентрат составил 1,6 - 2,8% при снижении содержания меди в нем на 0,2 - 0,25% по сравнению со стандартным режимом. Извлечение молибдена возросло на 7%. Прирост извлечения металлов по данным автора [4] достигнут в основном за счет снижения потерь в тонких и средних классах крупности.
При флотации калийных солей для флотационного извлечения глинистых шламов предложено применение сополимера диметил - аминоэтилметакрилата и
акриловой кислоты [5], что позволяет получить более высокие технологические показатели шламовой и сильвиновой флотации по сравнению с показателями, которые получаются при использовании применяемого базового объекта ПАА [812]. Преимущество предлагаемого реагента состоит также в том, что он дает возможность проводить сильвиновую флотацию без предварительной депрессии неотфлотированного шламового продукта, т.е. исключает необходимость применения реагента депрессора КМЦ.
Также ведутся исследования по применению водорастворимых полимеров [6] по изучению характера поведения водорастворимого сополимера акриловой кислоты (активированный отход предприятия «Навои - Азот») с полиакриламидом при флотации золотосодержащих руд. Изучаемый реагент СД-1 относится к амфотерным полимерам и содержит как катионные полярные группы - NH2, так и анионные - COONa.
В табл. 2 приведены результаты флотации руд месторождений Рабинжан и Кызылалма при совместном применении БКК и СД-1. Для сравнения сначала показаны результаты флотации с одним БКК, а затем при совместной загрузке СД-1 и БКК, расход которого сокращен вдвое. Опыты проводились по принципу непрерывного процесса по схеме, включающей измельчение руды до крупности 85% кл. - 0, 074мм, основную и контрольную флотации, две перечистки концентрата. Промпродукты заворачивались в предыдущие операции.
Как видно из табл. 2, подача смеси реагентов при соотношении БКК:СД-1 -10:1 приводит к получению практически одинаковых результатов, несмотря на то, что расход БКК сокращен на 50%, а загрузка СД-1 минимальна.
Таблица 2
Результаты сравнительных опытов флотации БКК и СД-1 по принципу
непрерывного процесса
Содержание, %, г/т Извлечение, % Наименование
Продукты обогащения Выход, % Cu Au Ag Cu Au Ag и расход собирателя в осн. и контр. флотации, г/т
Месторождение Рабинжан
Концентрат 4,5 9,72 11,78 921,3 40,95 63,8 75,83 БКК - 160+80
Хвосты 94,5 0,67 0,32 14,9 59,05 36,2 24,67
Руда 100,0 1,08 0,84 55,65 100,0 100,0 100,0
Концентрат 4,6 8,66 11,96 930,0 40,5 63,1 74,5 БКК - 80+40
Хвосты 95,5 0,6 0,33 15,0 59,5 36,9 25,5 СД-1 - 8+4
Руда 100,0 0,96 0,85 56,1 100,0 100,0 100,0
Uzbekistan www.scientificpr02ress.uz Page 884
Месторождение Кызылалма
Концентрат 6,8 75,4 644,7 91,5 83,5 БКК - 80+40
Хвосты 93,2 0,51 9,3 8,5 16,5
Руда 100,0 5,6 52,5 100,0 100,0
Концентрат 6,3 81,08 725,7 92,8 85,3 БКК - 40+20 СД-1 - 8+4
Хвосты 93,7 0,43 8,4 7,2 14,7
Руда 100,0 5,55 53,6 100,0 100,0
Можно ожидать, что закрепление СД-1 на минералах будет обусловливаться в основном водородной связью и дисперсионным взаимодействием.
Закрепление на поверхности минералов катионной группы полимера - NH2 может быть обусловлено электростатическими силами, водородной связью.
Полимеры, закрепившиеся на поверхности минералов, практически не снижают сорбцию ксантогената. Как анионные, так и катионные полимеры не вытесняют сорбированные ранее на поверхности минералов низкомолекулярные анионные собиратели.
Водорастворимые полимеры могут образовывать прочные соединения с некоторыми ионами, находящимися как в жидкой фазе пульпы, так и на поверхности минералов. При этом наблюдается не депрессирующее, а активирующее действие полимеров [2]. Полимеры могут связывать катионы в объеме раствора и таким образом снижать непроизводительный расход ксантогената. При этом повышается извлечение сульфидов в концентрат, как это наблюдается в случае применения СД-1 при флотации.
На поверхности сульфидов могут закрепляться не только молекулы, но и в значительной степени ассоциаты молекул высокомолекулярного реагента.
С ростом концентрации гидроксильных ионов сорбция полимера увеличивается и достигает максимума в области рН=8-10, снижается при рН>11[7].
Эффективность действия полимера определяется рядом параметров, которые связаны с двумя основными факторами: природой активных групп полимеров и степенью их ионизации.
Наличие в составе СД-1 значительного количества функциональных групп, нитевидное строение частиц, значительный заряд и хорошая растворимость в воде дают основание предположить, что СД-1 будет способствовать флокуляции сульфидов при флотации. Обрабатывая минералы ксантогенатом совместно с СД-1, последний не препятствует закреплению на сульфидах ксантогената, а даже возможно увеличение сорбции собирателя. Поэтому наблюдается улучшение флотируемости халькопирита, пирита и арсенопирита.
Естественно, что при флотации аэрофлокул требуется меньше собирателя, чем при флотации отдельных зерен. Образующиеся ассоциаты типа «собиратель - молекулы воды - полимер» являются носителями значительного количества ионов гетерополярного поверхностноактивного вещества. Вероятно, в момент адсорбции ассоциат частично разрушается, так как энергия взаимодействия молекул собирателя с катионами минеральной поверхности больше энергии водородной связи их в ассоциате. Не исключена возможность, что СД-1 удерживается на поверхности минералов не только за счет взаимодействия с поверхностью (водородная связь функциональных групп), но и за счет сил ван-дер-ваальсового взаимодействия между аполярными концами частиц собирателя.
Таким образом, одним из перспективных методов повышения эффективности действия собирателей при флотации могут служить добавки полимеров к собирателям и их совместное применение.
REFERENCES
[1] Богданов О.С. и др. Теория и технология флотации руд. - М.: Недра. 1990. -363с.
[2] Горловский С.И., Хайнман В.Я. Об особенностях действия высокомолекулярных флокулянтов. Обогащение руд. 1961, №4.
[3] Голгер Ю.Я. и др. Новые методы повышения эффективности обогащения полезных ископаемых.- М.: Наука. 1968. - 95с.
[4] Абрамов А.А. О механизме действия ксантогената и диксантогенида при флотации пирита. Цветные металлы, 1966, №10, с.10.
[5] Каримов И.А. «Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана». - Ташкент 2010.
[6] Попов Е.Л., Ахмедов Х., Цой С.С., Хайдаров А.А. Новые импортозамещающие реагенты для флотации руд Узбекистана. Узбекистон республикаси минерал хом-ашё базасини ривожлантиришнинг. Илмий-амалий конференция маърузаларининг тезислари. Тошкент , 2001, с.258-259.
[7] Горловский С.И. Основные особенности высокомолекулярных органических депрессоров. Л., Труды Механобр, вып. 135., 1965, с. 157-181.
[8] Мишарева, М. Е. (2015). Взаимодействие полимеров с сульфидами. In Reproduce of the resources, low-waste and environmental technology exploitation of mineral resources (pp. 185-186).
[9] Aminjanova, S. I., Muratova, M. I., Mirzajonova, S. B., Karimova, T. P., & Saidova, M. S. Research of Sulfuric Acid Leaching of Copper Off-Balance Ores.
[10] Аминжанова, С. И. (2015). Повышение эффективности действия собирателя при флотации. In Reproduce of the resources, low-waste and environmental technology exploitation of mineral resources (pp. 199-201).
[11] Умарова, И. К., Аминжанова, С. И., Салижанова, Г. К., & Каландаров, К. С. (2020). Технологические исследования на обогатимость полиметаллической руды месторождения Хандиза. Известия высших учебных заведений. Горный журнал, (4), 70-79.
[12] UMAROVA, I., AMINJANOVA, S., & IBRAGIMOV, J. (2020). THE STUDY OF THE FEATURES OF THE SUBSTANTIAL COMPOSITION OF COPPER-MOLYBDENUM ORE KALMAKYR DEPOSITS. INNOVATIVE DEVELOPMENT OF RESOURCE-SAVING TECHNOLOGIES AND SUSTAINABLE USE OF NATURAL RESOURCES, 144.
[13] Umarova, I. K., Salijanova, G. K., & Aminjanova, S. I. (2018). Study on the enrichment of polymetallic ores of the deposit Handiza. Recommended for publication by the Scientific Research Council of the Uni-versity of Petrosani, 05.03. 2019 Recommended for publication by the Academic Board of the Kryvyi Rih National University, Minutes № 7, 26.02. 2019, 286.
[14] Khayitov, O. G., Salizhanova, G. K., Mutalova, M. A., Aminzhanova, S. I., & Mishareva, M. Y. (2021). Oil and Gas Potential in the Territory of the South-Eastern Part of the Bukhara-Khiva Region. REVISTA GEINTEC-GESTAO INOVACAO E TECNOLOGIAS, 11(4), 4699-4708.
