CC BY
42
© Л.А. Саматова, Л.А. Киенко, В.З. Шестовец, О.В. Воронова,
2007
УДК 622.7:553.068.5
Л.А. Саматова, Л.А. Киенко, В.З. Шестовец,
О.В. Воронова
ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ФЛОТАЦИИ ФЛЮОРИТА С ПРИМЕНЕНИЕМ АСПАРАЛА Ф И СОБИРАТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ НА ЕГО ОСНОВЕ В КОМПЛЕКСЕ С МОДИФИКА ТОРОМ
Минерально-сырьевые ресурсы являются одним из определяющих факторов экономического развития Дальнего Востока. В этом отношении Приморье имеет на сегодняшний день далеко не полностью реализованные возможности и практически безграничные перспективы. Однако успешная производственная деятельность горно-обогатительных предприятий края в условиях рыночной экономики и постоянного роста стоимости тепло-энергоресурсов возможна только с применением новых, экономически эффективных и экологичных технологий. Их разработка в свою очередь требует постановки многогранных теоретических и экспериментальных исследований, на основе которых возможно как создание новых, так и совершенствование применяемых технологий.
В настоящее время на предприятии ООО «Русская горнорудная компания» (РГРК) в переработку вовлекаются тонковкрап-ленные карбонатно-флюоритовые руды Пограничного месторождения. Несмотря на непосредственную близость к Вознесенскому месторождению (1 км) и ряд общих черт, морфология Пограничного флюоритового месторождения намного сложнее. Руды представлены двумя типами редкометалльно-флюоритовой формации: слюдисто-флюоритовые и топаз-флюоритовые. Они характеризуются существенным различием качественного состава и текстурноструктурных особенностей, весьма тонкой вкрапленностью, вплоть до эмульсионной, слож-ным срастанием и взаимопрорастанием минералов, характерным для всех типов руд [1].
Традиционная схема переработки сырья была сложна, отличалась разветвлённостью операций и большой тепло-энергоёмкостью в связи с применением двукратного высокотемпературного нагрева, следовательно, высокозатратна. Вопрос о разработке технологии, позволяющей если не исключить высокотемпературный подогрев, то хотя бы снизить температуру пульпы в основной флотации, ставился практически с первых лет работы Ярославского горно-обогатительного комбината (ныне РГРК). Создание такой технологии могло быть основано только на применении новых, высокоселективных собирателей.
В этом направлении известны работы целого ряда научноисследовательских институтов. Наиболее перспективным решением проблемы селективной флотации в режиме низких температур (23-28 °С) были разработки института ЦНИИОлово совместно с лабораторией комбината. В основу технологии было положено применение «кислой» формы флотола 7,9 [2], её внедрение не состоялось из-за проблем с обезвоживанием концентратов. Опираясь на их разработки, нами первоначально была предложена технология с применением в качестве собирателя флотол 7,9, но нейтральной модификации, что решало проблемы с обезвоживанием. Технология обеспечивала получение высоких показателей, однако отсутствие производства флотола 7,9 в стране откладывало перспективу её внедрение на неопределённое время.
В ходе поисковых исследований была выявлена возможность низкотемпературной флотации флюорита (23-28 °С) аспаралом Ф, реагентом класса органических кислот с разветвлёнными функциональными группами, что обеспечивает ему большую селективность с обычными жирными кислотами. Реагент производится отечественной промышленностью (г. Иваново, ОАО «ИВХИМПРОМ»), неагрессивен и нетоксичен (вещество 4 кл. опасности), что способствует улучшению условий труда обслуживающего персонала. Применение фтористого натрия, дозируемого в процесс одновременно с аспаралом Ф, повышает интенсивность механизма взаимодействия собирателя с минеральной поверхностью. Одновременно он действует как депрессор кальцита и снижает объём и устойчивость пены, частично нейтрализуя отрицательное свойство аспара-ла Ф - повышенное пенообразование [3]. На предложенный способ флотации, полностью исключающий высокотемпературный подогрев, получен патент [4].
Технология была отработана на нескольких пробах руды различного качественного состава. В укрупнённых испытаниях из руды с содержанием 38,30 % СаБ2 и 8,12 % СаСО3 были получены концентраты, содержащие 92,73-93,16 % СаБ2 с извлечением 76,9678,38 %. В итоге, к промышленным испытаниям предприятию была предложена перспективная технология, прошедшая тщательную проверку, в том числе с изучением влияния ионного состава технической оборотной воды. Следует отметить, что использование внутреннего водооборота не оказало негативного влияния на результаты флотации. Напротив, при увеличении кратности оборота воды технологические показатели заметно улучшались: содержание флюорита в концентрате незначительно возросло (на 0,43 %), тогда как извлечение СаБ2 увеличилось на 1,42 %.
Техническим советом предприятия низкотемпературная технология была принята к промышленным испытаниям, которые и были проведены на 3-й очереди обогатительной фабрики РГРК в июне-августе 2005 г. При этом технологическая схема, исключающая высокотемпературный нагрев, в остальном мало отличалась от действующей: существенным отличием являлся вывод в отвал первого промпродукта, являющегося накопителем кальцита. По действующей схеме он заворачивался в промпродуктовый сгуститель. После настройки схемы и подготовки оборудования в период стабильной работы из руды с содержанием 41,34 % СаБ2 и 6,22 % СаСО3 по итогам работы 32 смен был получен концентрат, содержащий 90,86 % СаБ2 при технологическом извлечении 69,60 % (с учётом первичных шламов 65,19 %). В заключительном периоде отлаженной работы были получены высокие технологические показатели, близкие к лабораторным: в концентрат с содержанием 90,32 % технологическое извлечение СаБ2 составило75,97 % (72,78 % с учётом первичных шламов.).
Для сравнения полученных результатов работы 3-й очереди в период испытаний низкотемпературной технологии с её работой по традиционной «горячей» технологии (май-июнь 2005 г.) отделом технического контроля предприятия была представлена справка, из которой следовало: на руде близкого качественного состава, содержащей 39 % СаБ2 и около 6 % СаСО3, был получен концентрат качеством 90,62 % СаБ2 при извлечении 62,97 %. Таким образом, новая технология по итогам работы в стабильный период обеспе-
чила получение концентрата практически равнозначного качества (90,86 % СаБ2), но с технологическим извлечением на 3,22 % выше.
Важным моментом в период испытаний низкотемпературной технологии явилась проверка возможности и эффективности операции обезвоживания полученных флотационных концентратов. Проведённый неполный цикл исследований выявил серьёзные недостатки в подготовке схемы обезвоживания и необходимость её доработки, но позволил сделать однозначный вывод о том, что фильтрация произведённых по новой технологии флотационных концентратов проходит удовлетворительно, влажность кеков составляла от 15 до 21 %.
Кроме того, в период испытаний неоднократно осуществлялся переход на выпуск концентратов более высокой марки, что явилось проверкой управляемости низкотемпературной технологии. При переводе схемы на выпуск концентрата марки ФФ-92 по результатам 7 смен было получено технологическое извлечение флюорита в концентрат 52,7 %, что существенно выше результатов аналогичного периода по 4-й очереди фабрики, одновремённо работающей по действующей высокотемпературной технологии.
Результаты проведённых промышленных испытаний при обсуждении на техническом совете предприятия получили положительную оценку и были признаны успешными, а низкотемпературная технология подлежащей внедрению.
Однако новая технология имела существенный недостаток: из-за свойственного аспаралу Ф повышенному пенообразованию флотация сопровождалась большим объёмом устойчивой пены по всем операциям, что требовало реконструкции всей поточнотранспортной системы пенных продуктов. В результате выявилась необходимость дальнейшего совершенствования внедряемой технологии в направлениях снижения повышенного пенообразования и улучшения структуры пены. Важное значение имело также изучение возможности снижения температуры пульпы при флотации и определение её граничных значений.
Исследования, направленные на совершенствование низкотемпературной технологии в указанных направлениях, были начаты практически сразу после окончания проведённых промышленных испытаний 2005 г. Из практики применения аспарала Ф при флотации касситеритовых руд известно, что с целью снижения пе-нообразования в процесс подавались собирательные смеси его с
мылами талового масла различной степени очистки. Традиционная высокотемпературная флотации флюорита на обогатительной фабрике в последнее время была построена на применении технического мыла, являющегося отходом производства пищевых жиров. Поэтому на первом этапе изучения возможности снижения объёма и устойчивости пены было принято решение о постановке исследований на его смеси с аспаралом Ф. Важным аргументом в пользу применения в составе собирательной смеси именно технического мыла было, прежде всего, наличие на предприятии этого реагента и системы его приготовления и подачи в процесс, а также невысокая стоимость.
По технологическому регламенту дозировка технического мыла в процесс флотации осуществлялась в количестве 900-1200 г/т по активному веществу (омыленным жирным кислотам). Средний расход аспарала Ф по результатам промышленных испытаний 2005 г. составил 280-350 г/т. Сравнение расходов указывает на то, что активность аспарала Ф приблизительно в три раза выше, чем активность технического мыла. Исходя из этих данных, была выбрана их общая потребность для процесса в начальной стадии исследований.
В лабораторных исследованиях было изучено влияние как количества, так и пропорций указанных собирателей в смеси на эффективность флотационного процесса и определено их оптимальное соотношение (1:2 до 1:2,5), при этом было отмечено снижение объёма пенных продуктов в 1,5-2 раза, что указывало на возможность решения поставленной задачи. Разработанный режим перед началом промышленных испытаний был проверен и откорректирован в укрупнённых опытах в исследовательской лаборатории РГРК. В связи с тем, что испытания предстояли в зимнее время (январь-февраль), особое внимание в исследованиях было уделено изучению влияния на флотацию температурных параметров. Подогрев пульпы в голове флотации до 25-30 °С рассматривался как условие, необходимое для нормального хода процесса и достижения требуемых технологических показателей. Была изучена возможность снижения температуры пульпы как в основной флотации, так и в перечистных операциях, а также необходимой температуры воды для сопровождения пенных продуктов.
Проведёнными экспериментами было установлено, что при температуре 25-26 °С и подогреве смывной воды в перечистках как
минимум до 10-12 °С, добавка технического мыла в количестве 350-500 г/т к аспаралу Ф при его расходе 200 г/т позволяет получить высокие технологические показатели. При этом удаётся значительно снизить объём пенных продуктов (в 2-2,5 раза) и улучшить структуру пены, что позволит при промышленном внедрении решить все вопросы, связанные с пеногашением и транспортировкой пенных продуктов по операциям. Дальнейшее снижение температуры вело к нарушению технологического процесса. При определившемся соотношении реагентов в смеси был уточнён расход кальцинированной соды, применяемой в качестве регулятора среды, и сложного депрессора силикатных и прочих сопутствующих минералов СД-2А. Лучшие показатели были получены при расходе соды 1000 г/т и СД-2А - 250 г/т: в концентрат с содержанием СаБ2 91,88 % извлечение флюорита составило 68,20 %. Расход фтористого натрия при этом составил 500 г/т, аспарала Ф - 200 г/т, технического мыла - 450 г/т. Оптимальный реагентный режим, разработанный в результате укрупнённых исследований, был положен в основу проведения промышленных испытаний.
Первая попытка испытаний усовершенствованного варианта технологии на 3-ей очереди фабрики (январь 2006 г.) показала, что в промышленном варианте снижение температуры пульпы в основной флотации ниже 30 °С приводит к получению концентратов низкого качества (82-85 % СаБ2 и ниже). Основной причиной, не позволившей вести процесс в необходимом температурном режиме, явилось отсутствие возможности подогрева воды в перечист-ных операциях: на сопровождение пенных продуктов подавалась вода с температурой 1-2 °С.
Промышленные испытания были приостановлены и возобновлены в марте, после организации подогрева воды (установка дополнительных бойлеров). Начало испытаний - 15 марта на 3-й очереди фабрики, с 26 марта по 4 апреля по предложенному варианту технологии работала полностью вся фабрика, далее с 4 по 20 апреля - только 3-я очередь. Флотация проводилась при температуре 25-28 °С в основной операции, температура технической воды для сопровождения пенных продуктов - 9-11 °С. Плотность питания в основной флотации составляла 21-24 % твёрдого. Реагентный режим на начало испытаний: в измельчение сода - 1000 г/т; в основную флотацию СД-2А - 250 г/т, - 600 г/т, аспарала Ф - 200 г/т, техническое мыло - 450 г/т; в 1, 2 перечистки - по 100 г/т СД-2А и
100 г/т №Б. С момента запуска технология обеспечивала получение качественных концентратов, но для достижения удовлетворительных результатов по извлечению потребовалась некоторая регулировка процесса. Уже в третью 12-часовую смену от начала испытаний содержание СаБ2 в хвостах 1 снизилось до 14,67 %, в отходах флотации до 17,04 %, технологическое извлечение СаБ2 в концентрат с содержанием 92,87 % составило 68,60 %, что выше результатов работы фабрики по существующей технологии. Структура и объём пены обеспечивали нормальную проходимость её по всем операциям.
Как и следовало ожидать, в ходе испытаний была установлена высокая степень зависимости эффективности процесса флотации от изменений температурного режима. Снижение температуры до 23-24 °С сопровождалось резким повышением объёма пены, снижением селективности флотации и в итоге приводило к выпуску бракованных концентратов. При повышении температуры до 29-30 °С объём пены значительно уменьшался в основной операции и далее по перечист-кам, в результате чего сокращался выход концентрата и снижалось извлечение флюорита. Другим важным фактором, требующим строгого соблюдения, явилось соотношение аспарала Ф и технического мыла, дозируемых в процесс. Согласно данным лабораторных исследований, увеличение доли аспарала Ф более 40 % приводило к заметному нарушению нормального хода процесса. Поэтому для успешной работы требовалась чёткая и отлаженная работа реагентных питателей, а также регулярное перемешивание раствора аспарала Ф с целью предотвращения его расслаивания.
Все результаты испытаний низкотемпературной технологии с применением собирательной смеси аспарала Ф с техническим мылом были условно разбиты на периоды, в зависимости от характеристики шихты, подаваемой в переработку, переходов на выпуск концентратов более высокой марки, а также работы только 3-й очереди или полностью всей фабрики, стабильности работы оборудования. Показатели обогащения по каждому периоду подсчитаны и представлены отделом технического контроля предприятия. Следует отметить, что 4-я очередь фабрики была переведена на работу по низкотемпературной технологии после очень непродолжительной настройки схемы, тогда как регулировка процесса на ней весьма осложнена. Показатели работы двух параллельных ниток 4-ой очереди в головных операциях существенно отличаются при равных исходных параметрах. Поэтому в процессе испытаний новой
технологии на 4-й очереди фабрики, помимо проблем, возникающих в текущей работе, на результатах отразились различные факторы, связанные с существующей схемой цепи аппаратов. Кроме того, в связи с высоким износом оборудования, в частности шаровых мельниц, в период испытаний на 4-й очереди несколько раз менялась схема измельчения, периодически снижалась производительность, а, следовательно, и нагрузка на флотацию. Испытания на 4-й очереди, имеющей большую производительность, были прекращены в связи с необходимостью ремонта оборудования, и далее не возобновились из-за ограниченных остатков аспарала Ф. Вместе с тем, результаты её работы во втором периоде можно оценить как вполне удовлетворительные: в концентрат с содержанием 90,0 % СаF2 технологическое извлечение составило 66,05 %.
Анализ результатов испытаний показал, что наиболее высокие показатели были получены в первый период на 3-ей очереди фабрики, что объясняется двумя причинами: 1) в стартовый период производительность технологической нитки составляла 35 т/ч, что соответствовало пониженным удельным нагрузкам на чрезвычайно изношенное оборудование, в результате обеспечивалось достаточное время флотации по всем операциям; 2) в начальный период использовались свежеприготовленные растворы аспарала Ф, тогда как в дальнейшем периодически подавался раствор, простоявший в приготовленном виде несколько суток. Вопрос «старения» растворов аспарала изучался нами ранее, и была установлена обратная зависимость его селективных свойств от времени хранения.
Отдельно выделен период испытаний с переходом на выпуск концентрата марки ФФ-92, подтвердивший управляемость низкотемпературной технологии. Из шихты сложного качественного состава на протяжении 7 смен был произведён концентрат со средним содержанием СаF2 92,08 % при невысоком технологическом извлечении - 52,94 %. Однако полученные показатели не ниже результатов работы 4-ой очереди, работавшей в этот период по традиционной технологии с подогревом пульпы: в концентрат с содержанием 92,18 % СаF2 извлечение флюорита составило 52,70 %.
За весь период одновременной работы обеих очередей результаты получены ниже (концентрат 89,41 % СаF2, товарное извлечение 53,24 %), чем в стабильный период испытаний на чистом аспа-рале Ф. Однако следует отметить, что испытания 2005 г. проводились в летнее время, когда температура воды на сопровождение
пенных продуктов в перечистках была не ниже 20-25 °С, и поддержанию оборудования в рабочем состоянии уделялось значительно больше внимания, а также, что крайне важно, шихта была более высокого качества.
Однако из всего периода испытаний можно выделить временные промежутки по несколько смен, когда технология работала эффективно: концентраты содержали не менее 90-91 % СаБ2 при технологическом извлечении до 68-72 %. Кроме того, устранению подлежат такие выявленные чисто практические факторы, как недостаточная степень контакта и интенсивности перемешивания пульпы, неравномерный или несвоевременный нагрев и др., и, как следствие, дестабилизация процесса. По результатам проведённых испытаний для подготовки к последующим (2007 г.) с применением в качестве собирателя ЖКТМ, предприятию выдан ряд рекомендаций, одна из них - необходимость увеличения времени контактирования пульпы с реагентами.
За период испытаний низкотемпературной технологии 2006 г. на основе применения собирательной смеси аспарала Ф с техническим мылом трижды проводилось опробование схемы флотации на 3-й очереди фабрики и один раз - на 4-й. По результатам опробования на 3-й очереди был произведён расчёт качественноколичественной схемы флотации, ниже приводится баланс по конечным продуктам обогащения. Результаты расчёта схемы флотации позволили выполнить анализ её работы по операциям, оценить их эффективность, сделать соответствующие выводы и дать рекомендации.
Таким образом, в результате промышленных испытаний было установлено, что флотация с применением смеси мыла Баланс распределения флюорита по конечным продуктам по результатам опробования схемы флотации в низкотемпературном режиме
Наименование продукта Выход Содержание, % Извлечение, %
% т/ч CaF2 CaCOз CaF2 CaCOз
Концентрат 27,40 10,96 90,43 0,62 67,90 1,87
Хвосты 1 45,90 18,36 12,36 10,96 15,55 55,21
Хвосты 2 10,20 4,08 30,36 15,43 8,49 17,28
Промпродукт1 15,00 6,00 17,00 14,66 6,98 24,14
Слив сгустителя 1,50 0,60 26,25 9,09 1,08 1,50
Отходы общие 72,60 29,04 16,13 12,31 92,10 98,13
технического и аспарала Ф в сочетании с фтористым натрием обеспечивает удовлетворительные показатели флотации флюо-рита в низкотемпературном режиме. Объём пенных продуктов при этом существенно сокращается в сравнении с технологией флотации, базирующейся на использовании в качестве собирателя аспарала Ф без добавок.
Выводы
1. Промышленные испытания технологии на основе применении собирательной смеси технического мыла с аспаралом Ф в сочетании с фтористым натрием показали, что флотация может успешно осуществляться в зимнее время при температуре основной флотации 25-28 °С и температуре воды для сопровождения пенных продуктов - 10-12 °С. При этом снижается объём и существенно улучшается структура пенных продуктов, что обеспечивает их транспортировку по всем операциям схемы без затруднений.
2. В лучшие периоды испытаний на 3-й очереди фабрики РГРК из руды с содержанием 39,46-36,33 % СаF2 и 6,25-9,02 % СаСО3 получены концентраты, содержащие 89,37-90,49 % СаF2 при технологическом извлечении флюорита 68,29-69,99 %.
3. После непродолжительной настройки сложной схемы цепи аппаратов 4-й очереди фабрики в стабильный период работы был получен концентрат с содержанием СаF2 90,0% при технологическом извлечении флюорита 66,05 %.
4. Подсчёт товарного баланса по результатам одновременной стабильной работы 3-й и 4-й очереди фабрики в непродолжительный период испытаний показал, что товарное извлечение флюорита в концентрат с содержанием 89 % СаF2 составило 58,69 %. Эти результаты нельзя оценить как высокие, однако при сравнительном анализе с результатами действующей технологии установлено, что в аналогичный период из руды, близкой по качеству, получены практически равнозначные показатели.
5. В результате проведённых испытаний технологии на основе применения собирательной смеси технического мыла с аспаралом Ф установлено, что по технологическим показателям она уступает флотации с применением аспарала Ф в чистом виде. Частично снижение показателей обусловлено работой в зимних условиях, более низким качеством руды, увеличенными нагрузками на обо-
рудование. Вместе с тем, по таким критериям, как селективность и стабильность, первоначальный вариант технологии может обеспечить более высокий результат. Оба варианта технологии обеспечивают большой экономический эффект за счёт исключения двукратной высокотемпературной обработки пульпы.
---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. РязанцеваМ.Д., Шкурко Э.И. Флюорит Приморья. - М.: Недра, 1992. - 156
с.
2. Помазов В.Д, Котляровский И.С., Шестовец В.З. и др. Разработка и внедрение новой технологии флотации флюоритовых руд Вознесенского месторождения Ярославского ГОКа с применением реагента «Флотол 7,9»: Отчёт ЦНИИО-лово, Института химической кинетики и горения, Ярославского ГОКа. - Новосибирск, 1981.
3. Киенко Л.А., Саматова Л.А., Воронова О.В., Плюснина Л.Н. Энергосберегающая технология флотации тонковкрапленных карбонатно-флюо-ритовых руд и её совершенствование // Роль горной науки в освоении минерального сырья Дальневосточного федерального округа. - Хабаровск: ДВО РАН, Приамурское географическое общество. - 2003. - С 153-161.
4. Патент № 2286850.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------
Саматова Л.А. - кандидат технических наук, зав. лабораторией,
Киенко Л.А. - старший научный сотрудник,
Институт горного дела ДВО РАН,
Шестовец В.З. кандидат технических наук, главный инженер, ООО «Русская горно-рудная компания»
Воронова О.В. - научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН.
