Разработка и совершенствование технологии переработки тонковкрапленных карбонатно-флюоритовых руд месторождений Приморьях Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

© Л.А. Киенко, Л.А. Саматова, О.В. Воронова, Л.Н. Плюснина,

2007

УДК 622.7:553.068.5

Л.А. Киенко, Л.А. Саматова, О.В. Воронова, Л.Н. Плюснина

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ТОНКОВКРАПЛЕННЫХ КАРБОНА ТНО-ФЛЮОРИТОВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИМОРЬЯ

1[Эознесенское и Пограничное месторождения флюорита

М.М Приморского края, представляющие Вознесенский рудный район, уникальны по своим масштабам. На их долю приходится более 50 % всех разведанных в России запасов руд собственно плавикошпатовых месторождений и около 70 % запасов месторождений страны, эксплуатируемых в настоящее время. Других столь крупных разведанных месторождений флюорита в мире неизвестно. Они являются надёжной минерально-сырьевой базой Русской горно-рудной компании (РГРК), в прошлом - Ярославского горнообогатительного комбината. Руды месторождений относятся к разряду труднообогатимого сырья: для них характерно многообразие типов, весьма тонкая вкрапленность минеральных компонентов, а также наличие в их составе двух кальцийсодержащих минералов, флюорита и кальцита, имеющих близкие флотационные свойства, что существенно осложняет получение достаточно чистых флотационных концентратов. Поэтому с самого начала эксплуатации месторождения была выбрана довольно сложная и очень энергоёмкая схема обогащения, включающая в себя:

- двух-трёхстадиальную схему измельчения, обеспечивающую необходимый помол (90-95 % класса -0,044 мм);

- флотацию флюорита с подогревом пульпы до 50-70 °С в голове и до 70-85 °С после второй-третьей перечистки с подачей депрессоров, обеспечивающих необходимую селекцию флюорита и кальцита.

Огромный расход теплоэнергии, необходимой для двукратного нагрева пульпы и её высокая стоимость, поставили предприятие в разряд убыточных. В зимнее время затраты на производство флюоритового концентрата не окупались общими доходами от его реализации. Единственным выходом из создавшейся ситуации для предприятия был переход на менее тепло-энергоёмкую технологию Исследования, направленные на снижение температуры флотации, проводились практически с первых лет работы предприятия [1, 2, 3]. По нашим оценкам заслуживали внимания работы института ЦНИИОлово [4], по результатам которых к внедрению была предложена технология, основанная на применении в качестве собирателя реагента флотол 7,9 «кислой» модификации, позволяющего вести процесс флотации в условиях температур 23-25 °С. Внедрение этой технологии не состоялось по причине её недоработки в части обезвоживания концентратов.

В результате исследований, проводимых с 1998 года, нами было найдено несколько решений, позволяющих проводить флотацию флюорита в условиях комнатных температур. На первом этапе проводились исследования с применением флотола 7,9, активной частью которого являются дифосфоновые кислоты. В отличие от технологии ЦНИИОлова нами был предложен к применению флотол 7,9 нейтральной модификации, менее реакционно-активный и обладающий более слабыми коллоидными свойствами. В дальнейшем, с целью повышения технологических показателей, была разработана технология, основанная на применении флотола 7,9 в сочетании с фтористым натрием, являющимся модификатором процесса. Укрупнённые лабораторные испытания этой технологии в условиях производственной лаборатории с использованием системы внутреннего водооборота дали довольно высокие результаты. Однако промышленные испытания её были отложены на неопределённое время в связи с тем, что в России и ближнем зарубежье отсутствовало производство одного из исходных компонентов для синтеза флотола 7,9.

В ходе дальнейших исследований нами был предложен вариант технологии, основанный на использовании сочетания уже найденного модификатора с реагентом-собирателем аспарал Ф [5], активная часть которого представлена тетранатриевой солью N октадецил-К-сульфосукциноиласпарагиновой ки-

слоты. Реагент нетоксичен, относится к четвёртой группе опасности, выпускается отечественной промышленностью. Довольно высокая селективность действия его по отношению к флюориту была отмечена нами ранее, при изучении характеристик разделения кальцийсодержащих минералов на их монофракциях. Дополнительный эффект был обеспечен за счёт применения фтористого натрия. Механизм его действия, по нашему мнению, заключается в том, что при наличии в пульпе в достаточном количестве анионов фтора и контакте их с поверхностью минеральных частиц происходит поляризация флюорита, выражающаяся в смещении катиона кальция в сторону жидкой фазы за счёт притяжения противоположно заряженных ионов. При этом на анион фтора минерала, напротив, действуют силы отталкивания, способствующие некоторому смещению его вглубь кристаллической решётки. В результате поверхность частицы флюорита приобретает положительную поляризацию. Взаимодействие такой поляризованной минеральной частицы с молекулой собирателя ускоряется, и процесс флотации активизируется. На поверхности кальцита происходят противоположные процессы: свободные связи катиона кальция захватываются анионом фтора, отличающимся гораздо более высокой активностью по сравнению с анионом СО32- кристаллической решётки, поверхность минерала при этом нейтрализуется. В результате анион фтора оказывает выраженное депрессирующее действие на кальцит. Результатами экспериментальных исследований эта гипотеза полностью подтвердилась. В лабораторных условиях в опытах открытого цикла из руды с содержанием СаF2 37,5 % и СаСО3 - 6,8 % удалось получить концентраты с содержанием СаF2 92,00-94,26 % при извлечении флюорита до 65,40%. В схемах замкнутого цикла с использованием воды внутреннего водооборота были получены концентраты с содержанием СаF2 92,73-93,16 % при извлечении флюорита 76,96-78,65 %.

Необходимо отметить, что обогащение руд подобного качества в промышленных условиях на текущий момент по действующей технологии высокотемпературной флотации обеспечивало получение концентратов с содержанием 90-91 % СаF2 при извлечении флюорита 63-65 %. Таким образом, предлагаемый вариант имеет достаточный резерв по показателям для промышленного освоения. Промышленные испытания флотации флюорита в условиях комнатных температур, без подогрева, основанной на применении в

качестве собирателя аспарала Ф в сочетании с фтористым натрием состоялись в июне-августе 2005 года на третьей очереди обогатительной фабрики РГРК. После отладки схемы, реконструкции поточно-транспортной системы и приведения её в соответствие с потребностями новой технологии получены высокие технологические показатели: из руды с содержанием 40,60 % СаF2 и 5,75 % СаСО3 был выделен концентрат, содержащий 90,31 % СаF2 при извлечении в него флюорита 72,78 %. Полученные по новой технологии показатели были выше, чем обеспечивала традиционная высокотемпературная технология, по которой одновременно работала четвёртая очередь фабрики. Вместе с тем испытания показали, что новая технология имеет ряд существенных недостатков, связанных с повышенными пенообразующими свойствами аспарала Ф. В целях сокращения объёма пены в желобах были установлены пеногасители эжекторного типа, для улучшения транспортировки пенных продуктов расширены приёмные желоба, смонтированы дополнительные блокнасосы. Принятые меры позволили успешно транспортировать пенные продукты, однако вопрос о необходимости совершенствования технологии, улучшении структуры пенных продуктов был очевиден.

Изучение возможности совершенствования технология в направлении снижения устойчивости пены и улучшения её структуры были начаты практически сразу после окончания промышленных испытаний. Известно, что молекулы пенообразователей имеют гетерополярную структуру. При адсорбции на границе раздела газ-жидкость углеводородный радикал ориентируется в воздушную фазу, а полярная группа взаимодействует с диполями воды и затрудняет коалесценцию воздушных пузырьков. С увеличением длины углеводородного радикала повышается устойчивость к удержанию пенообразователей в граничном слое [6]. Аспарал Ф, имеющий в своей формуле довольно длинный углеводородный радикал (С18Н37) с одной стороны, и разветвлённую полярную часть, состоящую из четырёх функциональных групп с другой, может обеспечивать высокую устойчивость воздушных пузырьков к разрушению [7]. Понижение устойчивости пенных пузырьков возможно при изменении системы взаимодействия молекул аспарала Ф между собой, а также с диполями воды, либо при изменении ориентации молекул реагента на границе раздела газ-жидкость, либо при общем снижении концентрации реагента.

Одним из возможных способов снижения пенообразующих свойств реагента может быть дополнительная подача в процесс второго собирателя. При этом рассредоточение разнородных молекул в поверхностном слое вполне может дезориентировать систему их взаимодействия, а также снизить общую концентрацию аспара-ла Ф на границе газ-жидкость. С другой стороны, дополнительно вводимый реагент не должен снижать селективных характеристик процесса.

Проведёнными исследованиями было установлено, что подача в процесс низкотемпературной флотации дополнительно к аспара-лу Ф технического мыла, применяемого на предприятии в традиционной технологии, или жирных кислот талового масла (ЖКТМ), являющихся побочным продуктом деревообрабатывающей промышленности, существенно снижает объём пенных продуктов. Результаты флотации при этом могут быть достаточно высокими, однако эффективность процесса находится в тесной зависимости от соотношения подаваемых в процесс аспарала Ф и дополнительного собирателя, и может изменяться в довольно широких пределах. При небольших дозировках технического мыла (до 200 г/т) получение качественных концентратов затруднено: так из руды с содержанием 37,5-38,5 % СаF2 и 7,5-8,0 % СаСО3 был получен концентрат с содержанием СаF2 86 %. При увеличении расхода технического мыла до 300-500 г/т получены концентраты с содержанием 90,20-92,02 % с извлечением в них флюорита 69,1-78,3 % в опытах открытого цикла. Температура основной флотации в экспериментах поддерживалась на уровне 24-26 °С, а температура воды для разбавления пенных продуктов в перечистках +10 °С (опыты проводились в зимнее время). Объём пенных продуктов основной флотации сократился в 2-2,5 раза, в перечистных операциях пена была также весьма умеренной, легко разрушалась. Полученные результаты позволили считать проблему повышенного пенообразования при флотации флюорита в условиях низких температур вполне разрешимой.

Эксперименты с использованием в качестве собирателя смеси аспарала Ф и ЖКТМ также дали положительные результаты. При расходе ЖКТМ от 140 до 300 г/т и соотношении аспарала Ф и ЖКТМ от 1:0,7 до 1:1,5 процесс проходит стабильно, с умеренным пенообразованием. Из пробы руды с содержанием СаF2 - 37,7 % и СаСО3 - 9,3 % были получены концентраты, содержащие 91,2-93,4

% СаF2 с извлечением в них флюорита до 62-70 %. В замкнутом цикле флотации извлечение возрастает до 76-78 %.

Таким образом, результаты исследований флотации флюорита с использованием смесей аспарала Ф с техническим мылом или ЖKTМ показали возможность проведения технологического процесса без подогрева пульпы с умеренным пенообразованием. Показатели обогащения при этом равнозначны с результатами флотации на основе применения аспарала Ф в чистом виде без добавок. Предложенный вариант технологии был одобрен техническим руководством РГРK и рекомендован к промышленным испытаниям.

---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голов В.М., Самсонов Н.Г., Стрельцова В.Е. и др. Усовершенствование технологической схемы обогащения карбонатно-бериллиево-флюорито-вых руд Вознесенского месторождения. - М.: ВНИИХТ, 1964.

2. Фёдоров П.Н. Исследования по флотационному обогащению тонковкрап-ленных слюдисто-флюоритовых руд: Труды ВИМС. Выпуск 18. - Москва, 1967.

3. Голов В.М., Недорезов А.Н., Егоров Н.В. Технология обогащения флюори-товых руд, составляющих сырьевую базу Ярославского ГО^: Аналитический обзор. - М., 1980.

4. Помазов В.Д, Котляровский И.С., Шестовец В.З. и др. Разработка и внедрение новой технологии флотации флюоритовых руд Вознесенского месторождения Ярославского ГО^ с применением реагента «Флотол 7,9»: Отчёт ЦНИИО-лово, Института химической кинетики и горения, Ярославского ГО^. Новосибирск, 1981.

5. Патент № 2286850.

6. Богданов О.С. Теория и технология флотации руд. - М.: Недра, 1990.

7. Переработка труднообогатимых руд (Теория и практика). - М.: Наука,

1987.

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

Киенко Л.А. - старший научный сотрудник,

Саматова Л.А. - кандидат технических наук, зав. лабораторией, Воронова О.В. - научный сотрудник,

Плюснина Л.Н. - ведущий инженер,

Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.