CC BY
43
--© М.Н. Сабанова, И.В. Шадрунова,
H.H. Орехова, O.E. Горлова, 2015
УДК 669.054.82.622.765
М.Н. Сабанова, И.В. Шадрунова, Н.Н. Орехова, О.Е. Горлова
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОД НА ФЛОТАЦИЮ ПИРИТСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ МЕДНОЙ ПЛАВКИ
Представлены результаты исследований влияния способа кондиционирования оборотной воды на флотацию труднообогатимых медных шлаков Уральского региона. Дана характеристика шлаков, раскрыта особенность шлака, определяющая эффективную медную флотацию шлака не в щелочной среде, как принято на предприятиях, а в нейтральном и слабокислом диапазоне рН среды. Установлено влияние способа кондиционирования воды и концентраций ионов металлов в подготовленной воде на показатели флотации.
Ключевые слова: шлак медной плавки, оборотная вода, флотация, кондиционирование, извлечение меди
Флотация медьсодержащих ингредиентов шлака после измельчения до класса минус 0,074 мм традиционно проводится на оборотной воде в щелочной среде, создаваемой известью [3]. Однако, извлечение меди флотацией из труднообо-гатимого плохо раскристализованного шлака медно-серного комбината (ММСК), в среднем не превышает 45-60% из отвального и 76% из конвертерного (оборотного) [2]. При этом массовая доля меди в пенных продуктах не достигает минимального кондиционного значения для медного концентрата, что является следствием низкой селективности процесса (табл. 1).
Задачи повышения извлечения меди и селективности разделения техногенных минеральных образований труднообога-тимого шлака, сохраняют свою актуальность до настоящего времени [4-6,8].
Шлаки разных медеплавильных предприятий существенно отличаются друг от друга [1,2]. Проведенная ранее типизация получаемых на предприятиях Уральского региона медных шлаков позволила выделить три основных технологических типа
Таблица 1
Технологические показатели переработки медного шлака в условиях обогатительной фабрики Сибайского филиала УГОК
Период переработ ки,год Наименование шлака Исходное содержание, % Продукт Содержание,% Извлечение,%
медь цинк медь цинк медь цинк
20102012 Оборотный 1,813,29 2,833,79 Концен-ат 12,2815,38 3,234,82 71,9980,04 12,3419,52
Хвост 0,56-0,8 2,78 19,9628,01 80,4887,66
2011 Отвальный 0,490,54 2,63,0 Концен-ат 4,0-5,52 3,39 58,459,48 7,068,12
Хвост 0,2 2,58 39,5241,6 92,9491,88
шлака: фаялит-ферритовый, фаялит-феррито-магнетитовый и фаялит-магнетито-пиритовый [2, 4]. Медногорский медный шлак отнесен по предложенной нами типизации к фаялит-магнетито-пиритовому типу (третий тип). Предыдущими исследованиями [2, 4, 7, 8] установлено, что медный шлак этого типа состоит из шлакового стекла, фаялита, магнетита, пирита, оксидов железа, алюминия, кремния и силикатов кальция и железа; а так же выделений борнитового раствора с включениями пирита, окислов свинца и железа. Результаты исследований показали, что отвальный и оборотный шлаки одного предприятия можно отнести к одному сорту сырья, имеющего отличие только в количестве ценного компонента. Основная особенность медного шлака ММСК — наличие медистого пирита, причём металлическая медь заключена в пиритную «капсулу».
Для определения влияния параметров оборотной воды на флотируемость медного шлака ММСК: проанализированы показатели его переработки в условиях ОФ в течение шести месяцев; в лабораторных условиях изучена его флотируемость в зависимости от рН и использования технологических вод горнообогатительного предприятия различного происхождения; изучено изменение дзета-потенциала шлака в зависимости от рН.
Фиксированное значение рН кондиционированной оборотной воды достигалось: реагентной подготовкой, которая заключалась в кондиционировании оборотной воды при пода-
че реагентов до заданных значений рН; аэрационной подготовкой кислородом воздуха, которая заключалась в принудительной аэрации оборотной воды в камере работающей фло-томашины; смешением технологических вод горно-обогатительного предприятия в различном соотношении; комбинированной подготовкой, включающей в себя несколько последовательных этапов: 1 этап — аэрационную подготовку оборотной воды; 2 этап — смешение подготовленной оборотной воды с подотвальной водой в определенном соотно-шении;3 этап — подача реагентов в смешенную воду до заданных значений рН.
Изучение флотации медного шлака на технологических водах предприятия проводили на технической, оборотной, по-дотвальной, шахтной, и промливневой воде. Измерения дзета-потенциала шлаков проводилось на электроакустическом спектрометре Dispersion DT-310 (производства США).
Мониторинг параметров и показателей флотации медного шлака в условиях обогатительной фабрики выявил, что увеличение рН оборотной воды и щелочности флотационной пульпы приводит к росту потерь меди с хвостами флотации. Проведенные экспериментальные исследования флотации медных шлаков третьего типа [2, 4, 7, 8] показали, что область рН эффективного извлечения из них меди 5,0-7,5, а максимальные показатели получены при рН = 5,5 (рис. 1), что вероятно является следствием присутствия в шлаке медистого пирита.
Наблюдается видимая корреляция между изменением флотируе-мости шлаков и их дзета-потенциалом (рис. 1, 2). Выявлено, что в сильнощелочной среде оборотной воды тонкоизмель-ченный шлак третьего типа проявляет себя как нестабильная система. Рис. 1. Влияние рН оборотной воды на Усредненный дзета-по-извлечение меди из медного шлака тенциал частиц шлака фаялит-магнетито-пиритового типа (тре- близок к нулю, идет
тий тип) (подкисление раствором сер- процесс неселективной
ной кислоты)
флокуляции частиц, что влечет за собой снижение селективности процессов флотации. Введение в систему подкислителей до достижения слабокислой среды в 6,5-5,5 ед.рН, приводит к резкому увеличению (скачку) _ „ _
Иис. 2. Влияние рН пульпы на электроотрицательного заряда -
1 т л кинетическим потенциал медного шлака
частиц (рис. 2). Идег фаялит-магнетиго-пиритового типа
процесс дефлокуляции
(пептизации) частиц, система переходит в устойчивое состояние. Вероятно в суммарную кривую ^-потенциала частиц медного шлака наибольший вклад вносит ^-потенциал фаялита. Тогда можно предположить, что максимальное извлечение медьсодержащих частиц шлака происходит в области пептизации фаялита, но флокуляции медьсодержащих техногенных минеральных фаз ассоциированных с пиритом (к изоэлектрическому состоянию поверхности пирита стремится при снижении рН менее 6 [9]). Изменению ^-потенциала поверхности фаялита (для условий проведения измерений со снижением рН пульпы подкислением) вероятно способствует десорбция с его поверхности ионов Са2+, адсорбированных фаялитом из оборотной воды.
Пептизация шлака в областях рН максимального извлечения меди подтверждается результатами изучения скорости осаждения шлака в зависимости от рН. Снижение рН суспензии до рН 8 ед. снижает скорость осаждения в пять раз, в нейтральной среде при рН 7 скорость осаждения еще больше замедляется и в слабокислой среде при рН 6,5-5,5 суспензия становиться стабильной. Сдвиг рН в более кислую область, увеличивает скорость осаждения более крупных частиц, но тончайшие хлопьевидные частицы продолжают оставаться во взвешенном состоянии, создавая высокую мутность столба жидкости.
Результат влияния рН на извлечение меди в концентрат воспроизводится при флотации медного шлака третьего типа на различных технологических водах (табл. 2), и выражается в том, что наибольшее извлечение получено при использовании подотвальной воды, имеющей рН 5,5.
Таблица 2
Результаты извлечения меди из шлака флотацией в различных технологических водах
Фаялит — маг- нетито-пиритовый тип шлака Технологическая вола
Оборотная рН 11,0 Техническая рН 7,9 Полот-вальная рН 5,5 Шахтная рН 7,8 Промлив-невая рН 7,9
Извлечение мели в мелный концентрат, %
Оборотный 70% 66 % 74% 62% 60%
Отвальный 50% 36% 52% 32% 29%
Техническая, оборотная и подотвальные воды значимо отличаются не только по рН, но и по содержание в них меди, цинка, железа, сульфатов и жесткости. Нами проведено изучение влияния изменения значений некоторых из этих показателей в оборотной воде на флотацию медного шлака третьего типа при равных значениях рН = 11,0. Результаты эксперимента представлены на рис. 3, а-г.В ходе эксперимента определено, что увеличение концентрации ионов меди с 0,04 до 3,78 мг/дм3 в высокощелочной оборотной воде при рН=11 приводит к увеличению извлечения меди на 3%. Последующее увеличение концентрации ионов меди приводит к снижению выхода медного концентрата и извлечения в него меди, что визуально сопровождается нарушением пено-образования, сворачиванием пены. Увеличение концентрации ионов цинка с 0,032 до 576 мг/дм3 и ионов железа с 0,22 до 134 мг/дм3 в высокощелочной оборотной воде при рН=11 не влияет на извлечение меди в медный концентрат. Увеличение общей жесткости с 30 до 89 приводит к снижению извлечения меди с 75 до 64%.
Основываясь на необходимости снижения рН оборотной воды для флотации медного шлака третьего типа, проведено изучение возможности снижения рН аэрацией. Наибольшее снижение показателя достигнуто за 12 часов аэрации с 12 до 7,5ед. рН. Извлечение меди при флотации с использованием аэрированной оборотной воды повысилось относительно результата на исходной оборотной воде на 2,2%. Результаты влияния на флотацию подкисления вод представлены на рис. 4.
Рис. 3. Влияние концентрации: а - меди, б - цинка, в - железа, г - жесткости в оборотной воде на извлечение меди в концентрат при флотации медного шлака третьего типа
а
в
Результаты показали, что наиболее эффективным является подкисление серной кислотой (прирост по извлечению 3,2%) и сульфатом железа (II) (прирост извлечения 5,1%). Снижение извлечения меди при использовании сульфата меди (II) может быть объяснено слишком высокой концентрацией ионов меди, что, как видно из рис. 3, а, и должно привести к такому результату. Таким образом, кондиционирование воды смешением должно быть ориентировано на повышение концентрации меди до 3-4 мг/дм3, снижению общей жесткости и понижению рН до 7,5. Такого результата можно добиться при комбинированном кондиционировании:
1 этап — аэрационная подготовка оборотной воды до рН 8-8,5 (для снижения расхода реагента — подкислителя); 2 этап — смешение подготовленной проаэрированной оборотной воды с подотвальной водой в определенном соотношении для уменьшения расхода подкислителя и повышения концентрации меди; 3 этап — подача серной кислоты в подготовленную на первых двух этапах воду до заданных значений рН.
Эксперимент подтвердил преимущество комбинированного способа кондиционирования воды для флотации (рис. 5).
Отмечено, что использование кислой подотвальной воды для кондиционирования оборотной по комбинированной схеме ускоряет процесс флотации на 20—30% [2,8], снижает расход реагентов и позволяет увеличить извлечение меди в продукт до 10%
Выводы
Для повышения извлечения меди при флотационной переработке пиритсо-держащих шлаков медной плавки необходимо кондиционирование оборотной воды обогатительной фабрики воды по показателям рН, концентрации меди, жесткости. Кондиционирование воды смешением должно быть ориентировано на повышение концентрации меди до 3-4 мг/дм3, снижение общей жесткости и понижение рН до 7,5. Такого результата можно добиться при комбинированном кондиционировании, включающем аэрационную подготовку оборотной воды до рН 8-8,5, смешение подготовленной проаэрированной оборотной воды с подотвальной водой в соотношении, обусловленном необходимой концентрацией ионов меди в воде, доводку до заданных кислых значений рН серной кислотой. Кроме того, комбинированный способ кондиционирования оборотной воды с вовлечением подот-вальных вод, позволит снизить экологическую нагрузку и минимизировать ущерб предприятия за счет снижения экологических штрафов.
Рис. 4. Влияние способа подкис-пения оборотнойводынаизвлече ние меди в концентрат
Рис. 5. Влияние способа подготовки оборотной воды на извлечение меди
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Санакулов К.С., Хасанов А.С. Переработка шлаков медного произ-водства.Ташкент: Фан. 2007.
2. Сабанова М. Н., Савин A. Г., Шадрунова И. В., Орехова Н. Н. Типизация медных шлаков Уральского региона, практика и перспективы флотационной переработки на действующих обогатительных фабриках // Цветные металлы. 2013. № 8. С. 14-19.
3. Бочаров В.А. Игнаткина В.А., Пунцокова Б.Т. Технологические режимы обогащения техногенного минерального сырья // Журнал Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Выпуск № 9 / 2009 Стр.232-241
4. Сабанова М.Н., Шадрунова И.В., Орехова H.H., Горлова О.Е. Флотация медных шлаков в условиях замкнутого водооборота обогатительной фабрики/ М.Н.Сабанова, И.В. Шадрунова, H.H. Орехова, O.E. Горлова // Цветные металлы. 2014. № 10 (862). С.16-24.
5. Чантурия В.А., Вайсберг Ë.A., Козлов А.П. Приоритетные направления исследований в области переработки минерального сырья // Журнал Обогащения руд № 2 2014 г.3-8
6. Шадрунова И.В., Савин А.Г., Волкова H.A., Горлова О.Е. Технологические, экономические и экологические аспекты переработки техногенного сырья горно-металлургических предприятий Урала Труды Международного конгресса «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов» с.28-31Екатеринбург: 2012
7. Шадрунова И.В., Сабанова М.Н., Орехова H.H. Флотационное обеднение шлака медной плавки в условиях существующего водооборота обогатительной фабрики, перерабатыающей медные и медно-цинковые руды // Труды Международного конгресса «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов» С.391-395 г. Екатеринбург 2012.
8. Сабанова М.Н. Применение селективных собирателей при флотации медных шлаков // Журнал Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) 2015. № 4 С. 415-418
9. Bo Feng Yiping Lu, Xianping Luo/ The effect of quartz on the flotation of pyrite depressed by serpentine//Journal of Materials Research and Technology Volume 4, Issue 1, January-March 2015, Pages 8-13 fï1-7^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Сабанова М.Н. — начальник исследовательской лаборатории, m_sabanova@mail.ru, Сибайский филиал ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат»,
Шадрунова И.В. — доктор технических наук, нач. отдела горной экологии, shadrunova_@mail.ru, Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук,
Орехова Н.Н. — доктор технических наук, доцент, Горлова О.Е. — кандидат технических наук, доцент,
Институт горного дела и транспорта, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова.
UDC 669.054.82.622.765
THE EFFECTIVENESS OF METHODS OF WATER CONDITIONING IN THE FLOTATION OF COPPER SMELTING SLAG
Sabanova M.N., Head of Research Laboratory Sibay branch of JSC «Uchaly Mining and Processing Enterprise», Russia,
ShadrunovaI.V., Academic Secretary, Head of Mining Ecology Department, Institute of Problems of Comprehensive Exploration of Subsoils of Russian Academy of Sciences, Russia,
Orekhova N.N., Assistant Professor of Mineral Processing Chair Mining Engineering and Transport Institute, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia,
Gorlova O.E., Assistant Professor of Mineral Concentration Chair Mining Engineering and Transport Institute, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia.
The article presents the results of studies of the effect of conditioning method of circulating water in the flotation of refractory copper slag in Ural region. The mineralogical characteristics of slag are given, the slag feature which determines the efficiency of the flotation to extract copper from the slag not in the alkaline environment, as it is usually in enterprises, but in the slightly acidic and neutral pH range of the environment is disclosed. The influence of the method of water conditioning and of the concentration of metal ions in the prepared water on the performance of flotation is found.
Key words: copper smelting slag, recycled water, flotation, conditioning-tion, copper recovery.
REFERENCES
1. Sanakulov K.S., Hasanov A.S. Pererabotka shlakov mednogo proizvod-stva (Recycling copper slag production).Tashkent: Fan. 2007.
2. Sabanova M. N., Savin A. G., Shadrunova I. V., Orehova N. N. Tipizacija mednyh shlakov Ural'skogo regiona, praktika i perspektivy flotacionnoj per-erabotki na dejstvujushhih obogatitelnyh fabrikah (Typification copper slag Ural region, practice and prospects flotation processing at existing processing plants) // Cvetnye metally. 2013. No 8. pp. 14-19.
3. Bocharov V.A. Ignatkina V.A., Puncokova B.T. Tehnologicheskie rez-himy obogashhenija tehnogennogo mineral'nogo syr'ja (Technological modes of enrichment of technogenic mineral raw materials) // Zhurnal Gornyj informa-cionno-analiticheskij bjulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal). Vypusk No 9 / 2009. pp.232-241.
4. Sabanova M.N., Shadrunova I.V., Orehova N.N., Gorlova O.E. Flotacija mednyh shlakov v uslovijah zamknutogo vodooborota obogatitelnoj fabriki (Flotation of copper slag in closed water circulation concentrator)/ M.N.Sabanova, I.V. Shadrunova, N.N. Orehova, O.E. Gorlova // Cvetnye metally. 2014. No 10 (862). pp.16-24.
5. Chanturija V.A., Vajsberg L.A., Kozlov A. P. Prioritetnye napravlenija issledovanij v oblasti pererabotki mineral'nogo syrja (Priorities in the field of mineral processing) // Zhurnal Obogashhenija rud No 2, 2014, pp.3-8.
6. Shadrunova I.V., Savin A.G., Volkova N.A., Gorlova O.E. Tehnologicheskie, jekonomicheskie i jekologicheskie aspekty pererabotki tehnogennogo syrja gorno-metallurgicheskih predprijatij Urala Trudy Mezhdu-narodnogo kongressa «Fundamental'nye osnovy tehnologij pererabotki i utilizacii tehnogennyh othodov» (Technological, economic and ecological aspects of industrial raw materials processing of mining and metallurgical enterprises of the Urals proceedings of the International Congress "Fundamental basis of technologies of processing and recycling of industrial waste"). pp.28-31, Ekaterinburg: 2012.
7. Shadrunova I.V., Sabanova M.N., Orehova N.N. Flotacionnoe obednenie shlaka mednoj plavki v uslovijah sushhestvujushhego vodooborota obogatitel'noj fabriki, pererabatyajushhej mednye i medno-cinkovye rudy (Flotation depletion of copper slag smelting in terms of the existing water circulation concentrator, pere-rabatyvayushey copper and copper-zinc ore) // Trudy Mezhdunarodnogo kon-gressa «Fundamental'nye osnovy tehnologij pererabotki i utilizacii tehnogennyh ot-hodov», pp.391-395, Ekaterinburg, 2012.
8. Sabanova M.N. Primenenie selektivnyh sobiratelej pri flotacii mednyh shlakov (The use of selective collectors in flotation of copper slag) // Zhurnal Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal) 2015. No 4, pp. 415-418.
9. Bo Feng Yiping Lu, Xianping Luo/ The effect of quartz on the flotation of pyrite depressed by serpentine (The effect of quartz on the flotation of pyrite depressed by serpentine) //Journal of Materials Research and Technology Volume 4, Issue 1, January-March 2015, pp. 8-13.
