Оптимальные условия кондиционирования ?Воротных вод при флотации апатито-нефелиновых руд Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98»

МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»

А.А. Абрамов, профессор, д.т.н.

Д.Е. Козлов, студент

Московский государственный горный университет

ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ КОНПИЦИОНИРОВАНИЯ □ВОРОТНЫХ ВОП ПРИ ФЛОТАЦИИ АПАТИТО -НЕФЕЛИНОВЫХ РУП

Введение

В связи с экологическими требованиями большинство предприятий горной промышленности переводятся на оборотное во доснабжение; поэтому актуальными стали проблемы нейтрализации вредного влияния оборотной воды на процесс флотации.

Переход на оборотное водоснабжение без необходимого кондиционирования оборотных вод снижает показатели флотации

[1]. При этом наиболее сильное влияние оказывают растворимые соли, в частности соли Са2+ и Ре2+. Их вредное влияние выражено в связывании собирателя в виде олеа-тов металлов; вредном влиянии Ме012 как шламовых частиц, вызывающих явление «депрессии гидрофобными шламами»; активации минералов породы; нарушении прочности пены.

Показано [4], что флотация апатита при концентрации кальция > 5 мг/л сопровождается связыванием олеата в виде осадка Са012, что вызывает повышение равновесной концентрации олеата примерно на ту же величину, что и при флотации на фабрике. Причем оптимальные условия флотации апатита при применении оборотного водоснабжения определяются не только концентрацией кальция в пульпе, но и концентрацией железа, которая не должна превышать уровня образования олеата железа РеОЬ [7]. Результаты данной работы хорошо коррелируют с результатами исследований, проведенных на АНОФ - 2 [7].

Результаты и обсуждение

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о необходимости кондиционирования оборотных вод при флотации апатито-нефелиновых руд с целью снижения концентраций ионов Са2+ и Ре2* до уровней, не превышающих концентраций образования олеатов металлов.

Загрузка таких реагентов как сода, фосфатные соединения или жидкое стекло позволяет связать ионы кальция и железа и перевести их в осадок.

Расчет необходимой для осаждения ионов кальция и железа концентрации фосфата натрия ИазР04 проводился на основании уравнений (1) - (10 ): для кальция

нро42' = ро43' + н* (1)

К, = [Р043] * [Н+] / [НР042] = 9.55 * 1013 Н2Р04- = НР042' + Н+ (2)

К2 = [НР042] * [Н+] / [Н2Р04'] = 6.61 * 10‘8 Н3Р04 = Н2Р04- + Н+ (3)

К3 = [Н2Р04] * [Н+] / [Н3Р04] = 7.41 * 10'3 Са3(Р04)2 = 3 Са2+ + 2 Р043’ (4)

К4 = [Са2+]3 * [Р043-]2 = 9.35 * 10'31 С0Р = [Р043] + [НР042] + [Н2Р04] + +[Н3Р04] (5)

для железа

НР042' = Р043' + Н+ (6)

Кб = [Р043-] * [Н+] / [НР042] = 9.55 * 10'13 Н2Р04' = НР042' + Н+ (7)

К7 = [НР042] * [Н+] / [Н2Р04 ] = 6.61 * Ю'8 Н3Р04 = Н2Р04- + Н+ (8)

К8 - [Н2РО4'] * [Н+] / [Н3РО4] = 7.41 * 10‘3 Ре3(Р04)2 = 3 Ре2+ + 2 Р043' (9)

К9 = [Ре2+]3 * [Р043]2 = 2.25 * 1(Г95 С„р=[Р043]+[НР042]+[Н2Р04]+[Н3Р04] (10)

Результаты расчетов по уравнениям (1) -

(10) показывают, что при pH = 9.5 (при которой ведется флотация апатита) для поддержания концентрации ионов кальция в пульпе < 5 мг/л необходим расход №3РС>4 > > 3.6 * 10'2 г/м3, для поддержания концентрации ионов железа < 43 мг/л необходим расход фосфата натрия > 1.0 * 10'21 г/м3.

Минимальную необходимую концентрацию соды, необходимую для выделения из пульпы ионов кальция и железа определили из уравнений (11)-(18): для кальция СаС03 = Са2+ + С032 (11)

Кц - [Са2+] * [С032] = 4.54 * 10'9 НС03‘ = С032‘ + Н+ (12)

к12 = [СОз2 ] * [Н+] / [НС03] = 4.68 * Ю'11 Н2С03 = НС03+ Н+ (13)

К13 - [НСОз'] * [Н+] / [Н2СОз] = 4.26 * 10‘7 С0с = [СОз2] +[НС03‘] + [Н2С03] (14) для железа:

РеС03 = Ре2+ + СОз2' (15)

Кн - [Ре2+] * [С032'] = 2.19 * 10-11 НСОз* = С032 + Н+ (16)

К1б = [С032‘] * [Н+] / [НСОз’] = 4.68 * Ю*11 Н2С03 = НСОз' + Н+ (17)

К17 = [НС03] * [Н+] / [Н2СОз] = 4.26 * 10'7 С0С = [С032'] +[НС03'] + [Н2СОз] (18)

Из результатов расчетов по уравнениям

(11) - (18) можно сделать вывод о том, что при pH = 9.5 для поддержания концентраций ионов кальция и железа ниже пределов образования олеатов этих металлов необходим расход Иа2С03 > 29.9 г/м3 и 2.3 * 10'2 г/м3 соответственно.

Как уже указывалось выше, для удаления из оборотной воды ионов кальция и железа предполагается применять кроме СаСОз и Ыа3Р04 также и жидкое стекло ИагБЮз. Минимальную необходимую кон-

центрацию жидкого стекла определили из уравнений (19) - (26):

для кальция:

СаБЮз = Са2+ + &032 '(19)

К,9 = [Са2+] * [БЮз2-] - 2.03 * Ю’10 Ня03' = БЮз2' + Н+ (20)

К20 = [81032 ] * [Н+] / [НБЮЛ = 1.01 * Ю’12 НгБЮз = НБЮз' + Н+ (21)

К21 = [Н8Юз’] * [Н+] / [ВДЮз] = 1.00 * Ю'10 Со8ЮЗ = [8Юз2'] + [ШЮз'] + [Н28Ю3] для железа:

-19

(22)

(23)

РеБЮз = Ре2+ + БЮз К23 = [Ре2 ] * [8Ю32] - 7.79 * 10 НвЮз’ = БЮз2' + Н+ (24)

К24 = [БЮз2’] * [Н+] / [Н8Юз ] = 1.01 * 10 п

Н28Ю3 - НБЮз' + Н+

(25)

К21 = [Ня03‘] * [Н+] / [Н2810з] = 1.00 * 10'1 С0ЗЮЗ = [БЮз2'] + [ШЮ3'] + [Н28Юз] (26) Константы равновесия реакций приняты по данным [3], [5] и [6].

Расчет по уравнениям (19)- (26) показывает, что для поддержания концентраций ионов кальция и железа в необходимых пределах расход жидкого стекла должен быть > 258.8 г/м3 и 1.6 * 10'7 г/м3 соответственно.

Столь значительную разницу в расходах реагентов для осаждения ионов кальция и железа можно объяснить большим различием в растворимости соединений данных металлов с ионами РО43", СО32' и БЮз2’.

Результаты расчетов по уравнениям (1) -(26) представлены на рис. 1. а) „

Л

е

X

£

<0

&

§

Т 76 То г5о "416 п [Р Рис. 1 Зависимость расхода ЫаСО ,, Ыа:<Р04 и Ыа^Ю) от концентрации в оборотной воде ионов кальция и железа

1 - расходЫаСО] 1'-расход ЫаСО< Л

_ для Са3+ 2'- расход ЫоэРОа I для №

2 - расход Ма^О)

3 - расход Ыа^Юз

3' - расход МазЗЮз

Для выбора реагентов для кондиционирования оборотных вод недостаточно только выше приведенных расчетов, он должен осуществляться также на основании экономической оценки применения названных реагентов. На основании расчетов минимальных необходимых концентраций реагентов для осаждения ионов кальция и железа по физико-химическим моделям проведено сравнение стоимостей применения соды, фосфата натрия и жидкого стекла при расходах, показанных на рис. 1.

Соотношение стоимостей при использовании рассмотренных реагентов показано на рис.2. Из него видно, что применение №3Р04 требует наименьших экономических затрат и, следовательно, он наиболее предпочтителен для кондиционирования оборотной воды АНОФ - 2.

*)

J2

е

CJ

О

г

о

о

6

CJ

Рис.2. Соотношение стоимостей при использовании ЫаС03, ЫазР04 и Ма28Ю3 для кондиционирования оборотных вод

Выводы

Таким образом, применение оборотного водоснабжения при флотации апатито-нефе-линовых руд сопровождается увеличением расхода собирателя, вследствии связывания олеата ионами кальция и железа в виде олеатов этих металлов. Это обуславливает необходимость кондиционирования оборотной воды с целью поддержания концентраций ионов кальция и железа ниже пределов образования их олеатов.

Из рассмотренных реагентов, снижающих концентрацию перечисленных ионов

в, пульпе, можно рекомендовать к применению №зР04, как дающий удовлетворительные результаты и требующий наименьших экономических затрат. Как следует из приведенных расчетов, минимальный расход Na^POi должен быть > 3.6 * 10'2 г/л для обеспечения поддержания концентраций Са2+ и Fe2+ в необходимых пределах.

Аннотация

В связи с экологическими требованиями большинство предприятий горной промышленности переводятся на оборотное водоснабжение; поэтому актуальными стали проблемы нейтрализации вредного влияния оборотной воды на процесс флотации.

Переход на оборотное водоснабжение без необходимого кондиционирования оборотных вод снижает показатели флотации. При этом наиболее сильное влияние оказывают растворимые соли, в частности соли Са2+ и Fe2+ . Их вредное влияние выражено в связывании собирателя в виде олеатов металлов; вредном влиянии МеОЬ шламовых частиц, вызывающих явление «депрессии гидрофобными шламами»; активации минералов породы; нарушении прочности пены.

В результате теоретических и экспериментальных исследований было установлено:

- флотация апатита в условиях оборотного водоснабжения при концентрации ионов кальция в пульпе > 5 мг/л сопровождается связыванием олеата в виде осадка Са012, что вызывает повышение равновесной концентрации олеата примерно на ту же величину, что и при флотации на фабрике;

- при повышении концентрации в пульпе ионов железа > 43.0 мг/л флотация апатита сопровождается связыванием олеата в виде осадка Fe012 вследствии чего повышается расход собирателя;

- для кондиционирования оборотной воды с целью поддержания концентраций ионов Са2+ и Fe2+ ниже пределов образования олеатов данных металлов было рассмотрено несколько реагентов: фосфатнатрия Na3

РО4 сода Иа2 С03 и жидкое стекло Na2Ci0з. Из этих реагентов можно рекомендовать к применению ЫазРОд, как дающий удовлетворительные результаты и требующий наименьших экономических затрат. Как следует из приведенных расчетов, минимальный расход №зР04 должен быть > 3 .6 * 10 '2 г/л для обеспечения поддержания концентраций Са+2 и Бе"2 в необходимых пределах.

Таким образом, данной работой подтверждено вредное влияние солей кальция и железа на флотацию апатита, определена оптимальная концентрация этих солей во флотационной пульпе и предложен реагент для кондиционирования оборотных вод.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голованов Г. А., Шифрин С. М., Мырзахметов М. М., Кайтмазов В. А. Бессточная технология обогащения фосфатного сырья. М.: Химия, 1984.

2. Голованов Г. А. Флотация кольских апатигсо-держащихруд. М., Химия, 1976.

3. Богданов О. С., Максимов И. И., Поднек А. К. и др. Теория и технология флотации руд. - М., Недра, 1990.

4. Козлов Д. Е., Абрамов А. А. Причины вредного влияния растворимых солей кальция в оборотных водах на флотируемость апатита из руд. - В сб.: Совершенствование технологии обогащения комплексных полезных ископаемых. - М., МГТУ, 1996, с. 117-121.

5.Латимер В. М. Окисленные состояния элементов и их потенциалы в водных растворах. М., ИЛ, 1954.

6. Гаррелс Р. М., Крайст Ч. Л. Растворы, минералы, равновесия. М., Мир, 1968.

7. Козлов Д. Е., Абрамов А. А. Причины вредного влияния растворимых солей железа в оборотных водах на флотируемость апатита из руд. - В сб.: Совершенствование технологии обогащения комплексных полезных ископаемых,- М., МГТУ, 1998.