CC BY
113
ОБ ЭФФЕКТЕ ИНТЕНСИФИЦИРУЮЩИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТРУДНООБОГАТИМОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Виктор Иванович Ростовцев
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, тел. (383)217-02-80, e-mail: [email protected]
Приведены результаты экспериментальных исследований по интенсификации процессов рудоподготовки и обогащения минерального сырья путем использования энергетических воздействий. Показаны роль и особенности электрохимических и радиационных воздействий. Установлено, что обработка ускоренными электронами разупрочняет минеральное сырье, изменяет его флотационные свойства, а при наличии железосодержащих сульфидов - усиливает магнитные свойства. Прирост извлечения металлов достигает 27%, производительность процесса увеличивается в 2.2 раза.
Ключевые слова: минеральное сырье, энергетические воздействия, рудоподготовка, обогащение, технологическая и экономическая эффективность.
STIMULATING ENERGY EFFECT
ON THE REBELLIOUS MINERAL PROCESSING
Victor I. Rostovtsev
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Dr Eng, Leading Researcher, Mineral Beneficiation and Process Ecology Laboratory, tel. (383)217-02-80, e-mail: [email protected]
The author describes experimental research findings on stimulation of ore preparation and concentration by energy treatment. The role and features of electrochemical and radiation treatment are shown. It is found that accelerated electron treatment softens mineral raw material, alters its flotation capacity and, if the mineral contains iron sulfides, amplifies its magnetic properties. The metal recovery growth reaches 27%, the processing efficiency increases 2.2 times.
Key words: mineral raw material, energy treatment, ore preparation, beneficiation, processing and economic efficiency.
Минерально-сырьевой сектор России обеспечивает более 30% внутреннего валового продукта и около 70% валютных поступлений в бюджет страны. Эти данные убедительно подтверждают, что экономическое благополучие страны в значительной степени зависит от состояния и эффективности использования минерально-сырьевой базы.
В настоящее время в переработку вовлекаются труднообогатимые руды сложного вещественного состава, характеризующиеся низким содержанием ценных компонентов, тонкой вкрапленностью и близкими свойствами минералов. Степень извлечения ценных компонентов при обогащении таких
руд не превышает 50%. При этом, как известно, 35-40% потерь связано со сростками и 30-35% - с тонкими частицами размером менее 40 мкм. Потери, вероятно, в будущем возрастут вследствие увеличения добычи низкокачественных руд.
В этих условиях создание высокоэффективных, экологически безопасных технологий приобретает первостепенное значение. Следует отметить, что выдающийся российский ученый, член-корреспондент АН СССР И.Н. Плаксин считал, что одним из важнейших направлений при обогащении минерального сырья является поиск таких энергетических воздействий, которые существенно повысят полноту и комплексность использования минерального сырья. Он одним из первых обосновал эффективность использования внешних воздействий в процессах обогащения полезных ископаемых [1].
Подготовка рудного сырья, включающая его измельчение и вскрытие тонковкрапленных минеральных комплексов, имеет первостепенное значение для достижения максимально высокого извлечения металлов из труднообогатимого минерального сырья. В ряде работ [2-4] показана перспективность использования нетрадиционных немеханических способов подготовки минерального сырья для селективной его дезинтеграции по межфазным границам за счет образования микротрещин и каналов пробоя в результате энергетических воздействий при электрохимической, СВЧ-, электроимпульсной, электрогидродинамической, электроплазменной, магнитно-импульсной обработке, при воздействии потоком ускоренных электронов, сверхмощными гиперударными волнами, мощными наносекундными электромагнитными импульсами.
В настоящей работе приведены результаты выполненных автором в ИГД СО РАН исследований по развитию научных основ использования энергетических воздействий - электрохимических и радиационных - в процессах обогащения минерального сырья. Достоинством рассмотренных воздействий является наличие стандартного оборудования и комплектующих для реализации, при этом не требуется значительно изменять технологические схемы и оборудование обогатительных фабрик.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Электрохимическая обработка (ЭХО) - это способ эффективного воздействия на водные и гетерогенные системы электрическим током, позволяющий направленно регулировать физико-химические свойства поверхности минералов, химическое состояние реагентов, а также ионный состав природных и технических вод, в том числе жидкой фазы пульпы. Одним из примеров реализации ЭХО является создание и реализация под руководством академика РАН В.А. Чантурия электрохимической технологии водоподготовки в операциях пенной и липкостной сепарации обогащения алмазосодержащих кимберлитов в АК «АЛРОСА», что позволило существенно повысить извлечение алмазов.
В ИГД СО РАН также изучалась роль электрохимических воздействий для направленного изменения свойств минералов в гетерогенных системах применительно к процессам обогащения различного минерального сырья, а также к процессам очистки природных и сточных вод от тонкодисперсных примесей и солей жесткости. На рис. 1 показаны основные направления исследований и возможного использования электрохимических воздействий.
Рис. 1. Области применения электрохимических воздействий
Установлено, что с использованием ЭХО можно не только изменять рН и окислительно-восстановительный потенциал пульпы, но и получать высокоактивные оксигидраты металлов. В работе [5], показано, что полученный с использованием ЭХО оксигидрат железа характеризуется высокой степенью дисперсности, дефектностью структуры, высокой интенсивностью движения атомов и другими факторами, являющимися причиной их повышенной активности. Особенности оксигидратов железа послужили основой интенсификации целого ряда технологических процессов, в том числе процесса седиментации. За счет активной коагуляции в десятки раз увеличивается скорость осаждения твердой фазы и существенно возрастает эффективность процесса сгущения, в результате уменьшаются потери ценных компонентов со сливами сгустителей [6]. Особенности электрохимически полученных оксигидратов цинка (рис. 2) изучены в ряде работ [7, 8].
Рис. 2. ИК-спектры (слева) и рентгенограммы (справа) оксигидратов цинка, полученных химическим способом (А) и электрохимическим (Б, В, Г) при плотностях тока 0.3; 0.7 и 1 А/дм
В [9-10] показано, что использование электрохимически полученных оксигидратов цинка при переработки полиметаллических руд позволяет не только отказаться частично или полностью от использования раствора сульфата цинка - экологический аспект, но и получить технологические преимущества, заключающиеся в интенсификации флотационного процесса с одновременным улучшением качества медно-свинцового концентрата и повышением извлечения цинка (до 4.7%) в конечный цинковый концентрат.
ВОЗДЕЙСТВИЯ УСКОРЕННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ
В ряде работ [11-14], в том числе и автором показано, что предварительная - перед измельчением - обработка руд или продуктов их обогащения высокоэнергетическими электронами является эффективным средством направленного изменения механических и физико-химических свойств минералов и руд. Впервые обнаружены явления существенной активации физико-химических процессов на поверхности и в объеме минералов и руд под действием ускоренных электронов, приводящие к разупрочнению минерального сырья, изменению его флотационных свойств, а при наличии железосодержащих сульфидов - к усилению магнитных свойств [12].
Важными являются установленные возможности разупрочнения руд и минералов и сокращение в 2 и более раза времени измельчения до заданной крупности с одновременным повышением селективности раскрытия сростков и связанным с этим приростом извлечения в концентрат до 20% и более теряемых ранее полезных минералов (таблица).
Таблица
Результаты исследований по интенсификации процессов рудоподготовки и обогащения руд ускоренными электронами
Тип руды Доза, кГр Расход электроэнергии, кВт-ч/т Увеличение производительности измельчения, % отн. Прирост извлечения металлов, %
Оловосодержащая 2.0 0.56 не определяли 5 - 7
Железная 4.0 1.12 130 - 220 2.5 - 4
Медно -цинковая 2.0 0.56 15 - 20 5 - 10
Полиметаллическая 4.0 1.12 не определяли 13 - 16
Свинцово-цинковая 4.0 1.12 150 - 200 17 - 20
Медно-никелевая 4.0 1.12 - 20 - 27
Таким образом, в работе показана технологическая эффективность применения энергетических воздействий (электрохимических и обработки потоком ускоренных электронов) в процессах обогащения полезных ископаемых. Выполненными технико-экономическими расчетами [14-15] установлено, что технологии на основе указанных энергетических воздействий экономически выгодны, так как выполняются основные условия их эффективности: чистый дисконтированный доход (ЧДД) > 0, индекс
доходности (ИД) > 1.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Плаксин И. Н., Шафеев Р. Ш., Чантурия В. А., Якушкин В. П. О влиянии ионизирующих излучений на флотационные свойства некоторых минералов / И. Н. Плаксин Обогащение полезных ископаемых. Избранные труды. - М.: Наука, 1970. - С. 292 - 300.
2. Чантурия В.А., Трубецкой К.Н., Викторов С.Д., Бунин И.Ж. Наночастицы в процессах разрушения и вскрытия геоматериалов. - М.: ИПКОН РАН, 2006. - 216 с.
3. Чантурия В.А., Бунин И.Ж. Нетрадиционные высокоэнергетические методы дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов // ФТПРПИ. - 2007. -№ 3. - С. 107-128.
4. Чантурия В.А., Бунин И.Ж. Нетрадиционные энергетические методы селективной дезинтеграции тонкодисперсных минеральных комплексов благородных металлов / Новые технологии в науке о Земле и горном деле. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2012. - С. 143-148.
5. Бочкарев Г.Р., Лебедев В.Ф., Ногин Н.М. О некоторых структурных особенностях оксигидрата железа, полученного электрохимическим путем // ФТПРПИ. - 1977. - № 1.
6. Кондратьев С. А., Ростовцев В. И. Интенсификация процессов обогащения минерального сырья с использованием электрохимических воздействий /IX Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения». Чита.- 29-30 ноября 2009 г.
7. Ростовцев В.И. Электрохимические воздействия и их роль при обогащении труднообогатимого минерального сырья / VII Конгресс обогатителей стран СНГ [Электронный ресурс] - М.: МИСиС, 2009. Гидрометаллургические процессы.
8. Патент РФ № 2349389. Способ флотационного разделения коллективного сульфидного цинксодержащего концентрата (варианты) / Кондратьев С.А., Ростовцев В.И. -БИМП. - М., 2009. - № 8 (III ч).
9. Ростовцев В.И. Теоретические и практические основы использования энергетических воздействий в процессах горнообогатительного производства. / Материалы 7-ой международной научно-практической конференции Прогрессивные технологии и оборудование для обогащения рудных и нерудных материалов. - Новосибирск: Сибпринт, 2010. - С. 123-134.
10. Бочкарев Г.Р., Ростовцев В.И., Потапов Г.П., Белоусов Ю.В., Даниленко А.А., Буренко З.М. Интенсификация процесса флотации полиметаллической руды // Цветная металлургия. — 1988. — № 1. — С. 6 - 8.
11. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е. Научные основы и перспективы промышленного использования энергии ускоренных электронов в обогатительных процессах // Горн. журн. -1995. - № 7. - C. 53 - 57.
12. Кондратьев С.А., Бочкарев Г. Р., Ростовцев В.И. Интенсификация процессов рудоподготовки и обогащения минерального сырья с использованием радиационных энергетических воздействий. VIII Всероссийская научно-практическая конференция «КУЛАГИНСКИЕ ЧТЕНИЯ». 27-28 ноября 2008 г. г. Чита.
13. Bochkarev G.R., et. al. Prospects of electron accelerators used for realizing effective low-cost technologies of mineral processing // Proceedinds of the XX International Mineral Processing Congress: 21-26 September 1997, Aachen, Germany / Clausthal-Zellerfeld, GDMB, 1997, Vol.1, pp.231-243.
14. Ростовцев В.И. Научное обоснование и разработка интенсифицирующих методов энергетических воздействий на твердую и жидкую фазы труднообогатимого минерального сырья: авторефер. дис. ... д-ра техн. наук. - Чита. - 2012. - 40 с.
15. Ростовцев В.И. О технологической и экономической эффективности использования немеханических энергетических воздействий при переработке труднообогатимого минерального сырья // ФТПРПИ. - 2013. - № 4. - С. 145-155.
© В. И. Ростовцев, 2014
