Основные принципы выбора селективных собирателей при флотации минералов с близкими флотационными свойствами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

------------------------------------- © В.А. Игнаткина, В.А. Бочаров,

2006

УДК 622.7

В.А. Игнаткина, В.А. Бочаров

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА СЕЛЕКТИВНЫХ СОБИРАТЕЛЕЙ ПРИ ФЛОТАЦИИ МИНЕРАЛОВ С БЛИЗКИМИ ФЛОТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ*

Семинар № 24

Достаточно хорошо известно, что одним из путей повышения селективности флотации руд, содержащих минералы, обладающие близкими флотационными свойства-ми, является применения сочетания слабого и сильного собирателя [1]. Рассмотрим два разных случая применения сочетания собирателей - для флотации тонковкрапленной шеелит-молибденитовой скарновой руды, в которой близкими флотационными свойствами обладают шеелит, кальцит, апатит и флюорит; и для флотации массивных золотосодержащих колчеданных руд, в которых близкими флотационными свойствами обладают халькопирит, сфалерит, пирит и свободное, либо ассоциированные с этими минералами золото.

На кафедре обогащения МИСиС для повышения селективности флотации шеелита от кальцита предложено применять сочетание оксгидрильного собирателя (олеата натрия) и неиногенного собирателя (эксола-Б, основная часть которого представлена изоспиртами фракции С12-С16) [2]. Изучение флотационных свойств методом беспенной флотации олеатом натрия и изододеци-ловым спиртом на мономинеральных фракциях шеелита, кальцита, апатита и флюорита, показало, что наибольшая

разница в извлечении чистых минералов достигается при применении данного сочетания для шеелита и кальцита. На рис. 1 показано, что наибольший прирост извлечения в концентрат достигается для шеелита (до 30 %) и максимально при мольном соотношении 1,9; для кальцита прирост извлечения составляет не более 10 %.

Для установления механизма взаимодействия данных собирателей с поверхностью шеелита и кальцита были применены: сорбционные исследования, термографические исследования и ИК спектроскопия, а также проведено изучение водных растворов реагентов не-фелометрическим методом и ИК спектроскопией.

Исследованиями установлено, что на единицу удельной поверхности минеральных порошков шеелита и кальцита приходится равное количество молей кальция, поэтому сравнение данных проведено в мг адсорбированного олеа-та на г минерального порошка. ИДС увеличивает на 12-16 % адсорбцию олеата натрия на шеелите (рис. 2 кривые 1 и 3) и снижает на 38-48 % адсорбцию последнего на кальците (рис. 2 кривые 2 и 4). Максимальное увеличение адсорбции на шеелите наблюдается при мольном отношении в смеси 1,9 (олеат на-

*Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ. 334

Рис. 1. Влияние добавки ИДС на извлечение мономинеральных фракций кальцита (а) и шеелита (б)

трия 50 мг/дм3 - спирт 20 мг/дм3 и олеат 100 мг/дм3 и спирт 40 мг/дм3), в то время как снижение адсорбции на кальците продолжается до мольного отношения в смеси 1. Плотность адсорбционных слоев на шеелите и кальците при мольном отношении в составе смеси олеат: спирт 1,9 отличается в 1,75 раза, в то время как без спирта при концентрации олеата 100

мг/дм3 плотность адсорбционного слоя на шеелите всего в 1,07 раза больше, чем на кальците.

Анализ ИК-спектров поверхности минералов, обработанных 200 мг/дм3 олеата натрия показал, что на шеелите присутствует молекулярная (полоса при 1700 см-1) и ионная (1652, 1560, 1540 см-1) формы олеата (рис. 3, спектр 2), а

1,6

1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

О

X

' ------- 2

Концентр эция

V , О! 4 еата натри; мг/дм3 в смеси,

кр —100; 3, pH = 9, ь< =; тность = -К Ю мин, 0+50 мкм

20

40

60

80

100

Концентрация ИДС, мг/дм3

Рис. 2. Влияние дополнительного введения ИДС на величину сорбции олеата натрия на шеелите (1,3) и кальците (2,4) при разной исходной концентрации олеата в смеси

тч

1750,00 1692,00 1634,00 1576,00 1518,00 1460,00

СМ'1

Рис. 3. ИК - спектры шеелита, обработанного: 1 - КаОИ; 2 - 200 мг/дм3 олеата натрия; 3 - 200 мг/дм3 олеата натрия + 100 мг/дм3 ИДС; 4 - 200 мг/дм3 олеата натрия + 400 мг/дм3 ИДС

на кальците - молекулярная (полоса при 1700 см-1) и ионная форма (1570, 1560, 1552 см-1) (рис. 4, спектр г).

Спектры поверхностных соединений на шеелите и кальците существенно отличаются при совместном применении олеата натрия и ИДС. Так на спектре шеелита (рис. 3 спектр 3) зафиксировано проявление сильных водородных связей между олеатом и спиртом по уширению и смещению в длинноволновую область характеристических полос олеата до 40 см-1. На спектрах отражения кальцита смещение характеристических полос олеата не происходит, а наблюдается снижение интенсивности полос ионной формы олеата. При применении

МНПВО зафиксировано уменьшение интенсивности полос ионной формы олеата по глубине проникновения излучения.

Изучение межмолекулярных взаимодействий олеата и ИДС в вытяжках

четыреххлористого углерода указывает на взаимодействия между олеатом натрия (400 мг/дм3) и ИДС посредством водородных связей, причем наибольшая интенсивность взаимодействия наблюдается при мольном отношении 1,9. На рис. 5 приведена зависимость площади характеристической полосы в области 3600-3200 см-1, от доли спирта в смеси. Данные эффекты наблюдаются начиная с концентрации олеата натрия более 100 мг/дм3, т.е. в области существования димеров олеиновой кислоты.

Проведенные термографические исследования по изменению смачиваемости поверхности порошков шеелита и кальцита [3] от способа обработки минералов собирателями показало, что для образца шеелита обработанного олеатом натрия при концентрации 100, 300 и 400 мг/дм3 увеличивается площадь пика на кривой БТО и соот-

Рис. 4. ИК спектры кальцита, обработанного: а) 200 мг/дм3 (5 мин) олеата натрия + 100 мг/дм3 ИДС; б) 200 мг/дм3 олеата натрия + 100 мг/дм3 ИДС; в) 200 мг/дм3 олеата натрия + 400 мг/дм3 ИДС; г) 200 мг/дм3 олеата натрия

Рис. 5. Зависимость интенсивности полосы 3600-3200 см'1 от мольного отношения в смеси олеата натрия (400 мг/дм3) и ИДС

тированных олеат - ионов в адсорбционном слое.

Водородная связь между молекулами спирта и соле-дофильными группами олеа-тов может возникнуть, если последние имеют обратную ориентацию, которая наблюдается только в димерах.

CaWO

N

\\

ветственно относительная гидрофоб-ность снижается. При совместном применении олеата натрия и ИДС наблюдается снижение площади термографического пика, и максимуму пику соответствует меньшая температура, таким образом, относительная гидрофоб-

ность повышается. Повышение гидро-фобности поверхности шеелита при со-адсорбции может быть следствием компенсации молекулами спирта гидрофи-лизирующего действия обратно ориен-

Смешанный адсорбционный слой олеата и изоспирта на поверхности кальцита не значительно повышает степень гидрофобности поверхности кальцита. ИК спектры поверхности кальцита фиксирует на поверхности характеристические полосы ИДС. Сорбционные исследования показали снижение сорбции олеата на кальците в присутствии олеата. Сорбция изоспиртов на поверхности кальцита больше, чем на других кальциевых минералов и возрастает с ростом температуры. Адсорбции спирта на кальците способствует его кристаллическая структура. На кальците ближайшими ионами, выходящими на поверхности спайности являются ионы кислорода; ионы кальция располагаются гипсометрически несколько

к

I

0

1

н

о

ниже. Катионы, примыкающие к поверхности спайности в ближайшей координационной сфере лишены шестого иона кислорода, что снижает их локальную симметрию. Каждый такой ион является дефектом [Сд [Оо)*(-)] , характеризующимся избыточным локально не-скомпенсированным положительным зарядом [4]. Кислород гидроксильной группы является донором электронов.

Переход электронов с высшей занятой орбитали (ВЗМО) кислорода на низшую свободную орбиталь дефекта, имеющего возможность принять именно два электрона, приводит к образованию координационной связи [5]. Возможность такого механизма закрепления молекул спиртов на кальците подтверждается проявлением валентных колебаний ОН группы и смещением и уширением четких полос валентных колебаний углеводородного радикала (2960, 2940, 2872 см-1) до 40 см-1 (рис. 6).

Технологическими исследованиями на шеелитовых рудах Тырнаузского и Восток-2 месторождений и внедрением совместного использования омыленной олеиновой кислоты и Эксола-Б на ТВМК был получен прирост товарного извлечения и качества готового шеели-тового концентрата при более мягких условиях доводки (меньшая концентра-

Рис. 6. ИКС кальцита (1) и шеелита (2), обработанных 400 мг/дм3 ИДС; (3) -валентные колебания ИДС

ция жидкого стекла и время пропарки) [1].

Методом беспенной флотация на мономинеральных фракциях пирита и халькопирита определено, что применение сочетания бутилового ксантогената и изоспиртов не приводит к различию в извлечении минералов в концентрат, наблюдается незначительный прирост и пирита, и халькопирита.

Для сульфидных минералов оптимальным является применение сочетания сульфгидрильных собирателей различных по собирательной способности, а так же продуктов их окисления (дисульфидов).

Исследование различных модифицированных дитиофосфатов, предоставленных институтом Гинцветмет, подтвердило, что повышение селективности действия собирателей заключается в различной степени закрепления на поверхности сульфидных минералов. Результаты работы докладывались на конференциях [6]. Наиболее интересным является полученные данные по термической десорбции бутилового ксантогената и образцов модифицированных дитиофосфатов серии СГМ. Установлено, что реагент СГМ-1 в меньшей степени закрепляется на халькопирите, сфалерите и пирите, по сравнению с ксантогенатом (рис. 7, а), реагент СГМ-5 в большей степени закрепляется на халькопирите, по сравнению, с другими минералами и ксантогенатом (рис.

7, б).

Рис. 7. Доля сорбции реагентов СГМ-1 (а) и СГМ-5 (б) от ксантогената на халькопирите, пирите и сфалерите

Данные по изменению смачиваемости данных собирателей на поверхности халькопирита, пирита и сфалерита при их использовании не показали значительное уменьшение краевого угла смачивания на халькопирите при применении СГМ-5 (рис. 8, б), как можно было ожидать основываясь на данных термической десорбции. Наибольшее различие в краевых углах смачивания при обработке разными собирателями наблюдается на пирите; реагент СГМ-1 повышает смачиваемость поверхности пирита.

Обработанные минеральные порошки исследовались методом ИКС, пока-а)

90

g 80

і

6 70 60:

л

♦ - Кх . шф. .СГМ-1

“ "▼ 1

20

40

60

С, мг/л

в)

so 85 ч 80 Ü 75

СУ

70

зано, что на пирите, обработанного СГМ-1, действительно присутствует значительно меньше полос, не зафиксировано полос дисульфида на пирите. Повышенная сорбция образца СГМ-5, по сравнению с СГМ-1 на халькопирите и пирите, подтверждается ИК спектрами обработанной поверхности минералов.

Технологические результаты, представленные в таблице, подтверждают перспективность использование модифицированных дитиофосфатов серии СГМ для повышения извлечения меди и золота из сульфидных руд.

Выводы

1) Применение сочетания слабого и

г)

Рис. 8. Зависимость величины краевого угла смачивания от концентрации реагентов на пирите (а), халькопирите (б), золотой пластине (в) и сфалерите (г)

С, мг/л

Показатели прироста извлечения металлов с новыми собирателями

Собиратели Содержание в концентрате, % Извлечение металлов, % Прирост извлечения, %

Cu Zn Au Ag Cu Zn Au Ag

ксантогенат 12,4 84,7 78,38 51,9 56,9

СГМ-1 13,5 85,6 82,0 60,0 63,0 +0,9 +3,7 +8,1 +6,1

СГМ-5 15,2 86,6 82,8 59,4 60,0 +1,9 +4,5 +7,5 +3,1

сильного собирателей повышает селективность извлечения при флотации минералов с близкими флотационными свойствами.

2) Для снижения извлечения кальцита в качестве слабого собирателя целесообразно применять неионогенные соединения типа высших алифатических изоспиртов и др., способных к специфическим взаимодействиям.

1. Чантурия В.В. Современное состояние и

основные направления развития флота-

ции//Обогащение руд, 2005, №6, с.13-18.

2. Филиппов Л.О., Шохин В.Н., Енбаева Л.И., Игнаткина В.А. Повышение технологических показателей флотации шеелита с применением сочетания реагентов олеата натрия и эксола-Б//Цветные металлы, 1993, №1, с.60-64.

3. Филиппов Л.О., Игнаткина В.А., Лебедев

В.А. Определение относительной смачиваемости поверхности минеральных порошков термографическим методом//Известия Вузов.

Цветная металлургия, 1996, №1, с. 3-6.

3) Селективность флотации сульфидных минералов повышается применением сульфгидрильных соби-рателей разной «силы».

4) Селективность флотации связаны с различием во взаимодействии с поверхностью разделяемых минералов.

5) Применение сочетаний слабого и сильного собирателя требует изменений в существующих реагентных режимах.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Барский Л.А., Кононов О.В., Ратмирова Л.И. Селективная флотация кальцийсодержащих минералов. - М.: Недра, 1979, 232 с.

5. Филиппов Л.О., Самыгин В.Д., Игнаткина В.А. Реагентные режимы селективной флотации и флокуляции с малополярными неино-генными добавками//Цветные металлы, 2002, №1, с.25-34.

6. Игнаткина В.А., Бочаров В.А., Степанова В.В., Кустова Т.И. Исследование модифицированных дитиофосфатов при флотации сульфидных минералов меди, железа, цинка и золота //Обогащение руд, 2005, №6, с.45-48.

— Коротко об авторах ---------------------------------------

Игнаткина В.А., Бочаров В.А. - Московский институт стали и сплавов.