CC BY
5Научная статья УДК 622.765.4
doi:10.37614/2949-1215.2022.13.1.003
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ МОНОАМИДОВ ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ КАК РЕАГЕНТОВ-СОБИРАТЕЛЕЙ ДЛЯ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД
Екатерина Александровна Базарова1, Юлия Сергеевна Каменева2
12Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук, Апатиты, Россия
1e.bazarova@ksc.ru
2dgeremi@mail.ru
Аннотация
Рассмотрены и изучены моноамиды дикарбоновых кислот — еще один класс азотсодержащих производных для флотации медно-никелевых руд. Оценку собирательных свойств рассматриваемых реагентов-собирателей по отношению к сульфидным минералам проводили методом беспенной флотации и путем лабораторных испытаний, а эффективность действия реагентов сравнивали с традиционным собирателем для таких руд — ксантогенатом. Показано, что сохраняется тенденция специфического действия исследуемых реагентов по отношению к никелю, а увеличение доли реагента, замещающего ксантогенат, дает прирост в извлечении никеля. Ключевые слова:
флотация, медно-никелевые руды, комплексообразующие реагенты, азотсодержащие производные дикарбоновых кислот
Original article
THE PERFORMANCE EVALUATION OF DICARBOXYLIC ACID MONOAMIDES AS COLLECTORS FOR COPPER-NICKEL ORE FLOTATION PROCESS
Ekaterina A. Bazarova1, Yuliya S. Kameneva2
12Mining Institute of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Apatity, Russia
1e.bazarova@ksc.ru
2dgeremi@mail.ru
Abstract
The paper considers review and study of dicarboxylic acid monoamides, which is the nitrogen-containing derivatives class for copper-nickel ore flotation process. The collective properties evaluation of the considered collectors about sulfide minerals is carried out by frothless flotation method and laboratory tests, and the performance of the reagents is compared with traditional collector for copper-nickel ores — xanthate. It has been shown that the trend of specific reagent action in relation to nickel is preserved, and the increase in the proportion of the reagent replacing xanthate grows in nickel recovery. Keywords:
flotation, copper-nickel ores, complexing reagents, dicarboxylic acids nitrogen-containing derivatives
Естественное ухудшение сырьевой базы разрабатываемых месторождений цветных металлов, увеличение доли вовлекаемых в переработку тонковкрапленных, сложных по минеральному составу руд определяют необходимость поиска и разработки новых реагентов-собирателей. Увеличение ассортимента и использование новых, более эффективных реагентов может обусловить существенное улучшение показателей при флотационном обогащении руд и сырья, содержащего ценные металлы и минералы.
Традиционными собирателями для сульфидных руд выступают сульфгидрильные реагенты: ксантогенаты (соли ксантогеновых кислот) и аэрофлоты (соли дитиофосфорной кислоты). Основным направлением при создании новых реагентов для сульфидных руд является разработка разнообразных модификаций сульфгидрильных собирателей, что объясняется энергетическим сродством взаимодействующих электронных орбиталей реагента и минерала. Таким образом, круг рассматриваемых реагентов ограничивается серосодержащими соединениями, одним из недостатков которых является токсичность и неустойчивость их водных растворов.
В последнее время область химии собирателей для флотации сульфидных руд динамично развивается, и в качестве альтернативы традиционно используемым серосодержащим собирателям могут выступать комплексообразующие реагенты. Способность образовывать прочные комплексные соединения с ионами цветных и редкоземельных металлов определяет возможность высокой селективности их действия при флотационном процессе.
Органические соединения с азотсодержащими группировками нашли широкое применение в аналитической химии для обнаружения и связывания ионов переходных металлов в растворах. Наличие в кристаллической решетке сульфидных минералов атомов металлов с частично заполненными электронными орбиталями обуславливает их способность к взаимодействию с азотсодержащими лигандами на минеральной поверхности.
Ранее проведенными исследованиями была показана возможность использования гидроксамовых кислот и гидразидов карбоновых кислот при флотации сульфидных медно-никелевых руд вместо реагента аэрофлота [1]. Также было показано, что использование азотсодержащих монопроизводных алкенилянтарной кислоты в сочетании с ксантогенатом обеспечивает получение сравнимых с традиционным реагентным режимом технологических показателей [2]. Введение в молекулу собирателя второй функциональной группировки может обеспечить повышение эффектности флотационного процесса за счет дополнительного специфического взаимодействия с поверхностью минерала, а легкость проведения синтеза и устойчивость водных растворов изучаемых реагентов определяют их потенциальную конкурентоспособность с традиционными серосодержащими собирателями.
В настоящей работе проведена оценка эффективности действия еще одного класса азотсодержащих соединений как реагентов для флотации медно-никелевых руд. В качестве собирателей исследованы бифункциональные соединения, представляющие собой азотсодержащие монопроизводные дикарбоновых кислот: монододециламид фталевой кислоты (С12-ФК) (I) и монодециламид янтарной кислоты (С10-ЯК) (II), синтезированные в процессе исследования действием соответствующего амина на ангидрид дикарбоновой кислоты [3]:
H2C H2C
O
O + CH3(CH2)11NH2
O
C
O
O
+
C
O
O
solvent
(I)
NH
CH3(CH2)ii
монододециламид фталевой кислоты;
C
O
CH3(CH2)9NH2
solvent -►
H2C
H2C
OH
(II)
C
S
\
O
NH
CH3(CH2)9
монодециламид янтарной кислоты.
Оценку эффективности действия рассматриваемых реагентов по отношению к сульфидным минералам проводили методом беспенной флотации в трубке Халимонда на образцах обогащенной пентландитом и пирротином (МН-1) и халькопиритом (МН-2) медно-никелевой руды крупностью - 0,09 ... + 0,063 мм. Химический анализ проб приведен в табл. 1.
Таблица 1
Характеристика проб обогащенной медно-никелевой руды
Образец руды Содержание, % Соотношение Ni / Cu
Си Ni Fe S
МН-1 1,4 5,81 52,64 34,62 1/4,15
МН-2 16,95 3,66 41,55 31,52 4,63/1
Навеску руды 0,5 г агитировали с регулятором среды рН (0,1 %-й раствор №ОН) 1 мин, затем 2 мин с собирателем. Действие исследуемых реагентов проводили в сравнении с традиционным сульфгидрильным собирателем — ксантогенатом (Кх). Время флотации составляло 3 мин при температуре 20 ± 1 °С. Скорость подачи воздуха — 5,3 см3 / мин. Флотацию исследуемыми соединениями проводили при рН ~ 10. Содержание медь- и никельсодержащих минералов в «пенном» продукте флотации оценивали по данным химического анализа.
Использование руды, обогащенной разными минералами, позволило приблизить эксперимент к реальным условиям флотации с взаимным влиянием минералов друг на друга. Действие комплексообразующих реагентов сравнивали с традиционным собирателем — ксантогенатом. Полученные концентрационные зависимости извлечения меди и никеля в «пенный» продукт флотации представлены на рисунках 1, 2.
100,00 90,00 80,00 70,00 £ 60,00 | 50,00 | 40,00 5 30,00 20,00 10,00 0,00 — 0,0001
Рис. 1. Извлечение в «пенный» продукт никеля (а) и меди (б) при флотации в трубке Халимонда руды МН-1 реагентами:
1 — Кх; 2 — Сю-ЯК; 3 — С12-ФК
юо
90 80 £ 70 £ 60 р 50 § 40 Я 30 20 10 0
0,0001
Рис. 2. Извлечение в «пенный» продукт никеля (а) и меди (б) при флотации в трубке Халимонда руды МН-2 реагентами:
1 — Кх; 2 — С10-ЯК; 3 — С12-ФК
Полученные результаты показывают, что реагенты с амидной группировкой — моноамиды дикарбоновых кислот, так же как и изученные ранее моногидразиды и моногидроксиамиды янтарной кислоты, проявляют специфическое действие по отношению к никельсодержащим минералам [4]. При использовании ксантогената извлечение меди в пенный продукт выше по сравнению с извлечением никеля из обоих типов руды. Для исследуемых моноамидов кривые извлечения меди и никеля практически совпадают при флотации из обогащенной никелем руды (см. рис. 1). В случае с рудой, обогащенной халькопиритом, извлечение меди немного превышает извлечение никеля. Полученные данные дают основание предполагать, что рассматриваемые реагенты также будут проявлять специфичность действия по отношению к никельсодержащим минералам при флотации медно-никелевой руды.
Оценку собирательных свойств исследуемого реагента проводили на пробе тонковкрапленной медно-никелевой руды одного из месторождений Печенгского рудного поля с содержанием Ni « 0,5 % и Cu « 0,21 %.
Опыты проводились в открытом цикле с проведением основной и контрольной флотаций. Расход реагентов варьировали в каждом опыте, меняя соотношение Kx : С12-ФК, в то время как расход аэрофлота оставался постоянным (общий расход — 270 г / т) (табл. 2). Необходимое значение рН создавали с помощью кальцинированной соды (Na2CO3), подаваемой в измельчение согласно сложившейся практике обогащения медно-никелевых руд [5]. В качестве активатора сульфидных минералов использовали медный купорос. Расход соды и медного купороса во всех опытах составил 3 кг / т и 30 г / т исходной руды соответственно.
Из полученных результатов видно, что сохраняется тенденция специфического действия комплексообразующих реагентов по отношению к никельсодержащим минералам, а увеличение доли С12-ФК, замещающего ксантогенат, дает прирост в извлечении никеля. Таким образом, класс амидов также можно рассматривать как перспективные реагенты-собиратели для флотации сульфидных руд.
Таблица 2
Показатели обогащения пробы медно-никелевой руды
Продукт Выход, % Содержание, % Извлечение, % Общий расход реагентов, г / т
Ni Cu Ni Cu
Стандартный режим
Черновой концентрат 44,64 0,988 0,427 82,59 87,09 Кх — 175 Af — 95
Хвосты 55,36 0,168 0,051 17,41 12,91
Исходный 100 0,534 0,219 100 100
Kx : С12-ФК = 70 : 30
Черновой концентрат 59,27 0,822 0,335 87,31 90,36 Кх — 120 С12-ФК — 55 Af — 95
Хвосты 40,73 0,174 0,052 12,69 9,64
Исходный 100 0,558 0,220 100 100
Kx : С12-ФК = 50 : 50
Черновой концентрат 64,55 0,737 0,305 88,3 91,31 Кх — 87,5 С12-ФК — 87,5 Af - 95
Хвосты 35,45 0,178 0,053 11,70 8,69
Исходный 100 0,539 0,216 100 100
Kx : С12-ФК = 30 : 70
Черновой концентрат 65,8 0,724 0,305 89,17 91,74 Кх — 55 С12-ФК — 120 Af — 95
Хвосты 34,20 0,169 0,053 10,83 8,26
Исходный 100 0,534 0,219 100 100
Список источников
1. Черноусенко Е. В., Митрофанова Г. В., Каменева Ю. С., Вишнякова И. Оценка действия комплексообразующих реагентов при флотации медно-никелевых руд // Цветные металлы. 2019. № 1. С. 7-12.
2. Митрофанова Г. В., Черноусенко Е. В., Базарова Е. А., Тюкин А. П. Поиск новых комплексообразующих реагентов для флотации медно-никелевых руд // Цветные металлы. 2019. № 11. С. 27-33.
3. Zabicky J. The chemistry of amides. London: Interscience, 1970. 931 p.
4. Базарова Е. А., Черноусенко Е. В., Митрофанова Г. В. Азотсодержащие монопроизводные дикарбоновых кислот как собиратели для флотации руд цветных металлов // Инновационные процессы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения — 2020; Апатиты, 21-26 сентября 2020 г.). Апатиты, 2020. С. 178-180.
5. Блатов И. А. Обогащение медно-никелевых руд. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 1998. 224 с.
References
1. Chernousenko E. V., Mitrofanova G. V., Kameneva Yu. S., Vishnyakova I. Ocenka dejstviya kompleksoobrazuyushchih reagentov pri flotacii medno-nikelevyh rud [Evaluation of the action of complexing reagents in flotation of copper-nickel ores]. Cvetnye metally [Non-ferrous Metals], 2019, no. 1, pp. 7-12. (In Russ.).
2. Mitrofanova G. V., Chernousenko E. V., Bazarova E. A., Tyukin A. P. Poisk novyh kompleksoobrazuyushchih reagentov dlya flotacii medno-nikelevyh rud [Search for new complexing reagents for flotation of copper-nickel ores]. Cvetnye metally [Non-ferrous Metals], 2019, no. 11, pp. 27-33. (In Russ.).
3. Zabicky J. The chemistry of amides. London, Interscience, 1970, 931 p.
4. Bazarova E. A., Chernousenko E. V., Mitrofanova G. V. Azotsoderzhashchie monoproizvodnye dikarbonovyh kislot kak sobirateli dlya flotacii rud cvetnyh metallov [Nitrogen-containing mono derivatives of dicarboxylic acids as collectors for flotation of nonferrous metal ores]. Innovacionnye processy kompleksnoj pererabotki prirodnogo i tekhnogennogo mineral'nogo syr'ya (Plaksinskie chteniya — 2020, Apatity, 21-28 sentyabrya 2020 g.) [Plaksin readings — 2020. Innovative processes of complex processing of natural and anthropogenic mineral raw materials]. Apatity, 2020, pp. 178-180. (In Russ.).
5. Blatov I. A. Obogashchenie medno-nikelevyh rud [Enrichment of copper-nickel ores]. Moscow, Izdatel'skij dom "Ruda i metally", 1998, 224 p. (In Russ.).
Информация об авторах
Е. А. Базарова — технолог I категории;
Ю. С. Каменева — младший научный сотрудник.
Information about the authors
Е. А. Bazarova — First Category Technologist;
Yu. S. Kameneva — Junior Researcher.
Статья поступила в редакцию 01.03.2022; одобрена после рецензирования 04.04.2022; принята к публикации 08.04.2022.
The article was submitted 01.03.2022; approved after reviewing 04.04.2022; accepted for publication 08.04.2022.
