CC BY
92
© Е.Л. Чантурия, С.Р. Гзогян, 2010
УДК 622.765.063.5
Е.Л. Чантурия, С.Р. Гзогян
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПРИ ДООБОГАЩЕНИИ МАГНЕТИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
В лабораторных условиях детально изучены и установлены оптимальные пара-метры подготовки пульпы перед дообогащением при получении высококачественного железорудного концентрата. Исследованы кинетические особенности про-цесса с применением реагента-пептизатора.
Ключевые слова: параметры процесса, реагент-пептизатор, эффективность разделения, магнетитовый концентрат, диоксид кремния.
Семинар № 4
А ктуальными проблемами пере-
Ул. работки железных руд и кварцитов остаются повышение металлургической ценности концентрата, снижение потерь металла и затрат при производстве товарной продукции.
Практически на всех железорудных предприятиях России и стран СНГ, перерабатывающих такие руды, применяют мокрую магнитную сепарацию. Технологические схемы переработки включают двух- или трехстадиальное измельчение руды, две-три стадии дешла-мации и три-пять стадий магнитной сепарации.
Основным недостатком существующих магнитных схем являются высокие удельные расходы на производство при сравнительно низкой селективности процесса мокрой магнитной сепарации. Даже при использовании развитых схемах, концентраты засоряются сростками и механически захваченными частицами нерудных минералов и массовая доля вредных примесей в них достаточно высока. Повышенная физико-химическая активность в совокупности с пьезоэффектом измельченного материала, вызывает появление зарядов на поверхности частиц
кварца, что приводит к их закреплению на поверхности частиц магнетита и снижению контрастности разделительных признаков, что в последствии затрудняет процесс получения высококачественного магнетитового концентрата. Минералогооптическое изучение магнетитовых концентратов показывает, что все концентраты состоят в основном из свободных рудных зерен. Присутствуют и сростки: рудных сростков значительно меньше, чем нерудных. Кроме того, наблюдаются и свободные нерудные, которые, как и сростки, имеют примерно одинаковые размеры (от микронников до 0.105 мм). В процессе магнитной флокуляции образуются не плотные, рыхлые флокулы и процесс носит комовый характер, что способствует захвату не только сростков, но и свободных нерудных зерен (рис. 1). Просмотр образцов на электронном микроскопе показал, что зерна магнетита покрыты шламами и присыпками из нерудных минералов и зерна магнетита находятся в них как в "рубашке" (рис. 2, а).
Авторами в лабораторных условиях изучены основные физико-химические факторы, влияющие на процесс
*>• *.*
- ч
■*’ ^ ^ •.* тшШ< V - *«
.4
*?;Л
Шс- ■+
і г
Рис. 1. Крупная флоккула из частиц магнетита (белое) и кварца (светло серое), фракция плюс 0.45 мм. Отраженный свет, уве-лич. 132
получения высококачественного магнетитового концентрата, пригодного для металлизации и разработаны оптимальные параметры его получения.
Методика проведения экспериментов
На процесс дезактивации частиц твердой фазы пульпы при обогащении влияет целый ряд факторов. Знание и понимание этих факторов позволит правильно выбрать реагент-пептизатор, определить его оптимальную дозировку.
На процесс дезактивации влияют следующие физико-химические факторы: концентрация реагента-пептизатора, величина рН, условия перемешивания пульпы с реагентом, массовая доля твердой фазы в пульпе, минералогический состав твердой фазы, свойства жидкой фазы, технологическая схема процесса.
Для проведения исследований использовалась усредненная технологическая проба рядового магнетитового концентрата с массовой долей диоксида кремния 4.60, свободного 3.75 и железа общего 68.5%; массовой долей класса минус 0.045 мм -94%, причем на долю класса минус 0.02 мм приходилось 29.0%, а на минус 0.005 мм -8%.
Проба на 92% представлена магнетитом, на гидрооксиды железа и железистые силикаты приходится 4.5 и 1.4% соответственно. Минералами - примесями являются кварц, нерудные силикаты и карбонаты, минералы сульфидного комплекса. Исходная навеска перед проведением опытов предварительно замачивалась на 12 часов, после чего переносилась в камеру дезактиватора (рис.
3).
В связи с использованием в техноло-
Рис. 2. Магнетитовый концентрат, фракция плюс 0.045 мм: а) адгезия кварца (светлое) на поверхности зерна магнетита (темное), увел. 1200; б) - то же после дезактивации, увел. 1000
рядовой концентрат
^ реагент-пептизатор
дезактивация
Т
магнитная сепарация
Г
магнитная сепарация
Г
высококачественный магнетитовый концентрат
отвальные хвосты
Рис. 3 Схема проведения опытов
гическом процессе замкнутого водообо-рота, опыты проводились как на водопроводной, так и на технической воде. Массовая доля твердого в технической воде составила 100 мг/л, общая жесткость 5.35 мгэкв/л.
В качестве реагента-пептизатора авторами выбран один из аминов с 10 - 14 атомами углерода, углеводородная группа, которого заключена в катионе и жидкое стекло.
При определении оптимальных условий применен методологический подход («принцип аддитивности»), согласно которому изменение одного из факторов не влияет на действие других. Оставляя все иные факторы постоянными, производился выбор только одного (изменяемого) параметра, считая его в дальнейшем постоянным. Такой условный принцип применялся для предварительного режима дезактивации и дальнейшей многократной проверки оптимальности выбранных условий, основанных на общетеоретических положениях и
выявленных в процессе исследования закономерностях. Наиболее выгодными считались те, при которых достигается максимальное снижение диоксида кремния и увеличение извлечения металла в магнети-товом продукте.
Для оценки эффективности глубокого обогащения использовался показатель эффективности обогащения (Е) с учетом массовой доли диоксида кремния по формуле Хенкока - Луйкена:
Е = у(ан - Рн)/ан- (1-ан), где у - выход концентрата, %; ан и Рн -массовая доля диоксида кремния в исходном продукте и в концентрате.
Число опытов (Р) определялось по формуле:
Р = ^ • о2 / А2,
где t2 - коэффициент доверительной вероятности при нормальном законе распределения (доверительная вероятность 95%), t =1.96; о2 - среднеквадратическое отклонение по массовой доле железа общего в продукте; А2 - предел погрешности измерений диоксида кремния в продукте.
При электронно-микроскопичес-ких исследованиях наблюдаемые частицы магнетита подбирались сходными по структуре и исследовалось не менее трех участков каждого образца.
Определившись с общими тенденциями в поведении всех исследуемых реагентов-пептизаторов и их расходом, последовательно исследовалось влияние отдельных факторов на течение процесса дезактивации.
Влияние разбавления реагента-пептизатора
Концентрация реагента-пептиза-тора в сложном комплексе факторов, определяющих конечные результаты процесса дезактивации, является наиболее важной. Учитывая [1], что количество реагента адсорбированного на поверхности минерала зависит от концентрации последнего в растворе, раствор реагента подавался в дезактиватор двумя способами в виде:
- 1% раствора мерной пипеткой;
- 100% раствор по каплям из специального дозатора в период агитации (такая подача занимала в среднем 15 - 20 сек от времени агитации одна мин).
При подаче реагента-пептизатора в виде 1% раствора в хвосты был выделен продукт с массовой долей железа общего менее 16%.
Подача 100% раствора реагента-пептизатора обеспечила получение в хвосты продукта с массовой долей железа общего 22.6%.
Очевидно, прирост массовой доли железа общего в хвостах на 6.6% выше при подаче 100% раствора в сравнении с использованием 1% раствора.
Энергетические и геометрические неоднородности поверхности зерен минералов влекут за собой неравномерное, «пятнистое» распределение пептизатора на его поверхности и, как следствие, не-
равномерность адсорбции реагента, что и сказалось на технологических показателях процесса. Чем ниже концентрация раствора реагента-пептизатора, тем легче и быстрее распределяется реагент в объеме пульпы, что приводит к улучшению дезактивации.
Таким образом, концентрация рабочего раствора реагента-пептиза-тора является одним из важных факторов, влияющих на дезактивацию, в дальнейшем принято реагент-пепти-затор в процесс подавать в виде 1% раствора.
Выбор времени дезактивации пульпы
После того, как реагент добавлен к пульпе, требуется перемешивание для более равномерного распределения пеп-тизатора по всему объему пульпы. При дезактивации пульпы в аппарате непрерывного действия время пребывания материала в дезактиваторе - случайная величина, распределение которой характеризуется нулевой дисперсией, при увеличении времени пребывания пульпы в аппарате извлечение полезного компонента снижается. Всегда должен соблюдаться баланс между распределением реагента-пептизатора по всему объему пульпы и разрушением сфлоку-лированных магнетитовых тонких частиц.
Манипулируя временем дезактивации от 1-й до 20-ти минут и используя время агитации пульпы с реагентом-пептизатором одну минуту, лучшие качественные характеристики магнетитового продукта и параметры после последующего обогащения (эффективность обогащения) получены при оптимальном времени дезактивации пульпы, равном две минуты (табл. 1).
Следует отметить отрицательное влияние длительной дезактивации пульпы на показатели разделения.
Таблица 1
Влияние времени дезактивации на технологические показатели магнетитового продукта
Условия опыта Массовая
время, мин расход Мас.доля твер- доля 8Ю2, %
дезактивации агитации реагента, г/т дого, %
1 1 60 60 3.34
2 1 60 60 4.05
3 1 60 60 4.20
Таблица 2
Влияние времени агитации с реагентом-пептизатором на показатели магнетитового продукта
расход время агитации, Мас.доля 8Ю2. % Мас.доля 8Ю2, %
реагента, г/т мин Массовая доля тве рдого в питании, %
50 60
1 3.63 3.40
90 2 4.77 4.04
3 4.85 4.17
1 3.75 3.67
80 2 4.36 4.29
3 4.61 4.96
Таблица 3
Зависимость технологических параметров магнетитового продукта от скорости вращения импеллера дезактиватора
Параметры, %
Скорость вращения, об/мин
1900 1750 1400
массовая доля: железа 69.7 69.79 69.63
общего диоксида крем- 4.06 3.39 4.10
ния
Влияние времени агитации реагента с пульпой.
Время агитации в основном определяется гидродинамическими условиями. Исследования показали, что увеличение времени агитации с 1-й до 3-х минут способствует ухудшению качества магнетитового продукта (табл. 2). Лучшие результаты получены при агитации пульпы с пептизатором в течение одной минуты.
Влияние скорости вращения импеллера дезактиватора.
Необходимо выбрать интенсивность (скорость вращения импеллера) дезактивации и условия, обеспечивающие максимальную селективность процесса. Скорость вращения импеллера дезактиватора изменяли от 1400 до 1900 об/мин.
На основе анализа полученных результатов (табл. 3) средняя скорость вращения импеллера дезактиватора выбрана 1750 об/мин (табл. 3).
Влияние плотности пульпы.
Плотность пульпы при контакте с реагентом-пептизатором имеет существенное значение по двум причинам: при более плотной пульпе концентрация пептизатора на поверхности минерала при данном расходе резко повышается, что способствует более энергичному протеканию поверхностных реакций и при более плотной пульпе происходит более интенсивная оттирка непрочно закрепленных шламистых соединений с поверхности минералов. Установлено [2], что в плотной пульпе физически ад-
сорбированная пленка реагента на некоторых минералах оттирается и реагент концентрируется на тех минералах, на которых пленка закрепляется более прочно (хемосорбционно).
Кондиционирование реагента-
пептизатора с пульпой осуществлялось при массовой доле твердого 40, 50, 60 и 70 %, последующая магнитная концентрация при 50%.
Увеличение интенсивности дезактивации с реагентом в плотной пульпе до некоторого предела улучшало результаты разделения, как за счет ускорения диффузионных процессов, так и за счет повышения оттирки и перераспределения реагента между минералами железа и пустой породы.
Как видно из анализа данных табл. 2, лучшим результатом можно считать показатели, полученные при массовой доле твердого в питании 60 %. При этом более правильным является дозирование реагента-пептизатора, исходя из количества твердого, а не на 1 м3 пульпы.
Влияние величины рН среды
Весьма существенно на дезактивацию влияет состав жидкой фазы, в которой осуществляется процесс. Имеется большое количество исследований [1-4], свидетельствующих о значительной активации кварца ионами, входящими в состав воды. Установлено [3], что поверхность кварца не только адсорбирует ионы железа, но и химически с ним взаимодействует, а закрепленные катионы являются связующим звеном между его поверхностью и реагентом. Дезактивация нерудных минералов наиболее благоприятна в щелочной среде и обеспечивает высокие результаты при рН более 8 [3]. Значение рН пульпы играет важную роль и при выборе реагента-пептизатора, так как влияет не только на его химический состав, но и на его реологию.
Опыты проводились в диапазоне рН от 8 до 11.5, регулирование осуществлялось раствором едкого натра при времени агитации 2 мин. Учитывая [2], что магнетит и гематит, помещенные в дистиллированную воду, снижают ее рН, замер щелочности производился после агитации пульпы с пептизатором. Повышение щелочности привело к резкому снижению массовой доли железа в получаемом продукте (68 при рН=11.5 против 69.9% при рН=9.5).
Из полученных результатов следует, что в изученном диапазоне рН при изменении массовой доли диоксида кремния в концентрате от 3.77 до 4.64%, наилучшая селекция рудных и нерудных минералов была достигнута в области рН=9.5.
Минералогический анализ продуктов разделения по технологии без дезактивации показал, что магнитный продукт представлен на 94.5% чистыми изомет-ричными зернами магнетита, размером от 0.05 до 0.02 мм. Из вредных примесей в основном присутствует диоксид кремния (до 2.85%) и сера (до 0.06%), следует особо отметить присутствие свободного диоксида кремния (до 2.3%).
После выбора оптимальных параметров подготовки пульпы к магнитной сепарации, были проведены лабораторные опыты. Комплекс контрольных опытов был проведен при агитации 1% раствора реагента-пептизатора при расходе 60 г/т в течение одной минуты, массовой доле твердого 60%, рН=9.5, температуре пульпы 18 °С и скорости вращения импеллера дезактиватора 1750 об/мин, процесс магнитного обогащения - при массовой доле твердого 50% (рис. 3). Контроль параметров осуществлялся постоянно, регулирование рН - раствором едкого натра.
Таблица 4
Распределение железа и диоксида кремния по классам крупности магнетитового продукта до и после дезактивации
Магнети- товый концен- трат Чис ло опы тов Класс крупности, мм Итого
+0.045 - 0.045 Feобщ, % SiO2/ /SiO2 своб, % Е, %
Выход, % Feобщ, % SiO2, % Выход, % Feобщ, % SiO2, %
Рядовой (исходный) 5.0 4б.49 22.б1 95.0 б9.55 3.40 б8.4 4.35/3.75
Рядовой после перечистки 10 5.2 51.2 21.53 94.8 б9.б7 2.89 б8.7 3.8б/3.52 12.40
Дезактивация без пептиза-тора 10 4.7 49.53 20.71 95.3 б9.9 2.49 б8.9 3.35/3.09 29.41
Дезактивация с пептизато-ром 10 4.б 52.94 15.72 95.4 б9.9 2.37 б9.1 3.00/1.83 44.2б
Анализ результатов свидетельствует о возможности совершенствования технологии получения высококачественного магнетитового концентрата нейтрализацией поверхностных сил, вызывающих адгезионную флокуляцию и снижения свободного диоксида кремния до 1.83%, повышение эффективности процесса до 29.41 - 44.26% (табл. 4), что подтверждается и просмотром поверхности частиц магнетита на электронном микроскопе (рис. 2, б).
Выводы
На основании выполненного комплекса лабораторных исследований вы-
1. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Глазунов ЛА. и др. Основы теории и практика применения флотационных реагентов. М., Недра,1969.
2. Глембоцкий В.А. Основы физико-химии флотационных процессов. М., Недра, 1980.
3. Абрамов А.А. Флотационные методы
браны условия оптимальной подготовки пульпы к доводке железорудного концентрата.
Анализ полученных результатов свидетельствует о правильности выбранных режимов и возможности получения высококачественного магнетитового концентрата с массовой долей диоксида кремния не более 3.0%.
Разработанные авторами оптимальные условия подготовки пульпы к сепарации не являются единственно возможными, близкие результаты могут быть получены при различных комбинациях отдельных факторов.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
обогащения. М.: изд-во МГГУ, 2008.
4. Зимон А. Д. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973.
5. Молчанов В.И., Юсупов Т.С. Физические и химические свойства тонкодисперсных минералов. М.: Недра, 1981. ШИН
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------
Чантурия Е.Л. - профессор кафедры «Обогащение полезных ископаемых» государственного горного университета (г. Москва), доктор технических наук,
E-mail: [email protected]
Гзогян С.Р. - старший научный сотрудник ФГУП ВИОГЕМ, г. Белгород,
E mail: [email protected]
