О способах повышения эффективности обогащения вкрапленных медно-никелевых руд

© И.Ж. Бунин, И.А. Хабарова, Т.В. Недосекина, В.В. Гетман, 2009

И.Ж. Бунин, И.А. Хабарова, Т.В. Недосекина,

В.В. Гетман

О СПОСОБАХ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБОГАЩЕНИЯ ВКРАПЛЕННЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД*

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния наносе-кундных электромагнитных импульсов на изменение поверхностных свойств пирротина, и поиска оптимального сочетания энергетических воздействий и флотационных реагентов, обеспечивающих повышение извлечения металлов из вкрапленных медно-никелевых руд.

Ключевые слова: наносекундные электромагнитные импульсы, вкрапленные медно-никелевые руды, пирротин, пентландит, тионокарбамат, ксантогенат.

~П крапленные медно-никелевые руды Норильского про-

-Я-М мышленного района (НПР), при сложившейся и прогнозируемой конъюнктуре рынка, являются высокоценным сырьем, запасы которого многократно превосходят запасы богатых и медистых руд. В перспективе этот тип руды постепенно станет основным источником производства цветных и, особенно - драгоценных металлов.

Во вкрапленных медно-никелевых рудах Норильского месторождения относительно высокое (по отношению к никелю) содержание металлов платиновой группы (М1II ). Поэтому при постановке исследовательских работ по совершенствованию технологии обогащения данного типа руд, наряду с решением проблем по повышению извлечения цветных металлов (никеля и меди), особое внимание уделяется повышению извлечения металлов платиновой группы. Часть МПГ находится в виде собственных минеральных форм и интерметаллических соединений, обладающих низкой флотационной активностью по сравнению с сульфидами при использовании стандартных реагентов, вследствие чего они теряются в хвостах флотации. Для повышения извлечения МПГ из вкрапленных руд целесообразно как применение собирателей, улучшающих

*Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ «Научная школа акад. В.А. Чантурия» № НШ-4918.2006.5 и РФФИ (грант № 08-05-00244-а).

флотируемость собственно минеральных форм драгоценных металлов, так и режимов, которые способствовали бы наиболее полному извлечению всей совокупности сульфидов, не вызывая нарушений в дальнейшем процессе селекции.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния мощных наносекундных электромагнитных импульсов (МЭМИ) на изменение состава поверхности, физикохимических и флотационных свойств пирротина, и поиска оптимального сочетания энергетических воздействий и флотационных реагентов, обеспечивающих повышение извлечения металлов из вкрапленных медно-никелевых руд.

Для повышения контрастности флотационных свойств сульфидных минералов перспективно применение предварительных энергетических воздействий, вызывающих изменение химического и фазового состава минеральных частиц и формирование поверхностных новообразований.

Новый высокоэффективный метод дезинтеграции и вскрытия упорных благороднометальных руд [1, 2], основанный на использовании нетеплового воздействия мощных наносекундных электромагнитных импульсов (МЭМИ), используется для направленного модифицирования исходной структуры поверхности, изменения химического и фазового состава приповерхностного слоя сульфидов.

В качестве собирателей испытано сочетание неионогенных собирателей класса тионокарбаматов, которые известны как эффективные собиратели медных минералов, селективные по отношению к сульфидам железа, в частности, пирита и пирротина. Однако, установлено, что при использовании сочетания тионокарбамата с ксантогенатом в определенном порядке и пропорции, на 5-15 % возрастает выход, как минерала меди - халькопирита, так и сульфидов железа - пирита пирротина.

Разработанный реагентный режим флотации испытан на пробе вкрапленной медно-никелевой руды после предварительного нано-секундного импульсного воздействия.

Образцы и методики исследований

Экспериментальная часть работы включала:

- изучение влияния наносекундного импульсного воздействия на флотацию сульфидов и вкрапленной медно-никелевой руды Но-

рильского региона, на раскрываемость сростков рудных минералов вкрапленной медно-никелевой руды, а также исследование изменения фазового состава поверхности пирротина и его химической активности методами экстракционно-фотометрического, фотометрического, колориметрического анализа, сканирующей электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа;

- исследование влияния сочетания реагентов-собирателей на флотацию чистых минералов, адсорбцию реагентов и определение их прочности закрепления на минерале и флотацию вкрапленной медно-никелевой руды Норильского региона после предварительного импульсного воздействия.

Исследования изменения физико-химических и флотационных свойств сульфидных минералов в зависимости от условий и параметров высокоимпульсной обработки проводили на порошкообразных образцах пирротина, выделенного из медно-никелевой пирротинсодержащей руды Норильского региона ^е 49,75 %; Си 2,98 %; № 4,4 %), пентландит-пирротиновой пробе ^е 42,9 %; Си 4,7 %; № 16,3 %) и на вкрапленной медно-никелевой руде ^е 11,5 %; Си 0,88 %; № 0,46 %). Порошкообразные навески минералов в сухом и увлажненном состояниях (с различным рН среды) обрабатывали на лабораторной установке в ИПКОН РАН серией наносекундных электромагнитных импульсов с длительностью импульса 1-5 нс, амплитудой напряженности электрической компоненты поля ~ 107 В/м, частотой повторения импульсов 100 Гц, диапазон изменения общего числа импульсов 103 - 104 имп.

Результаты и их обсуждение

С применением современных методов растровой электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа (SEM/EDX) были изучены размеры, морфология, элементный состав новообразований на минеральной поверхности пирротина. Результаты SEM/EDX исследований частиц пирротина свидетельствуют о появлении множественных дефектов и новообразований на минеральной поверхности под воздействием наносекундной электромагнитной импульсной обработки (рис. 1, а, 1, б). На рентгеновском спектре поверхности (рис. 1, в), приуроченном к области локализации таких дефектов, помимо пиков интенсивности, соответствующих Fe, №, Си и S, прослеживается четкий пик, соответствующий кислороду, что может

Рис. 1. Влияние МЭМИ на химический состав поверхности пирротина: новые фазы типа гидроксидов железа, отраженные электроны

свидетельствовать о появлении участков (новообразований) окислов железа и сульфатов. Данные, полученные с помощью рентгеновского микроанализатора, согласуются с результатами, полученными при химическом анализе состава поверхности и исследовании гидрофоб-ности минеральных порошков и их суспензий после воздействия МЭМИ в этом же режиме.

Ранее было установлено [3], что флотоактивность мономине-ральных фракций пирротина зависит от интенсивности предварительного высокоимпульсного воздействия. В области малой интенсивности импульсного воздействия (103 имп) наблюдается снижение флотируемости минерала, что, очевидно, связано с образованием пленки труднорастворимых оксидов железа со сложной морфологией (рис. 1). Образование оксидов железа обусловлено как за счет непосредственного влияния высокоэнергетических воздействий на поверхность сульфида, так и возможного образования и воздействия озона при радиолизе водной фазы. Наиболее существенное повышение флотируемости пирротина наблюдалось после воздействия 104 имп и связано, очевидно, с гидрофобиза-цией поверхности за счет образовавшейся серы. Это важно в процессе коллективной флотации для повышения извлечения сульфидов.

В результате сравнительного анализа флотируемости пирротина и пентландита, обработанных наносекундными импульсами, было установлено [3], что оптимальный режим обработки (103 имп), при котором возможно улучшение флотационного разделения сульфидных минералов.

Повысить извлечение всех сульфидов в коллективный концентрат позволяет применение сочетания тионокарбамата и бутилового ксантогената. Неионогенные собиратели класса тионокарбама-тов (или тиокарбаматов), проявляя высокие собирательные способности по отношению к медным минералам, слабо флотируют сульфиды железа, в частности пирит и пирротин. Ранее [4, 5] было установлено, что при флотации мономинеральных разностей пирита, халькопирита и пирротина при использовании сочетания ИТК (изопропилметилтионокарбамата) с бутиловым ксантогенатом (БКс) проявляется синергетический эффект, заключающийся в существенном повышении извлечения сульфидов по сравнению с флотацией одним ксантогенатом.

Концентрация БКс, мг/л

Рис. 2. Флотируемость мономинеральной разности пирротина бути

Исследования, выполненные с использованием мономине-ральных разностей пирротина и халькопирита, показали, что при контактировании минерала сначала с неионогенным собирателем -ИТК, а затем с ионогенным собирателем - БКс, извлечение пирротина повышается на 25-35 %, а халькопирита на 8 % по сравнению с результатами, полученными при флотации одним ксантогенатом. При одновременной подаче ИТК с БКс и при подаче ИТК после БКс эффект повышения извлечения от использования тионокарба-мата исчезает.

Аналогичный эффект наблюдался при флотации чистого пирротина (рис. 2). В этих опытах минерал сначала контактировали в течение 1 минуты с ИТК при концентрации 2 мг/л, а затем подавали БКс. С увеличением концентрации БКс извлечение пирротина возрастает, причем при всех концентрациях БКс в опытах, где использовали сочетание его с ИТК, выход пирротина был на 25-35 % выше, чем в опытах без ИТК.

Изучение процессов адсорбции собирателей на поверхности пирротина и десорбции их с минералов при промывке водой пока-

зали, что, ИТК, закрепившийся на пирротине в отсутствии ксанто-гената, практически полностью (на 85 %) отмывается водой. Так же легко отмывается тионокарбамат, адсорбировавшийся на пирротине после ксантогената. При перемешивании пирротина с раствором, содержащим одновременно оба собирателя, прочность закрепления ИТК существенно повышается. В этом случае в результате трехкратной промывки десорбируется лишь 34,6 % от первоначально закрепившегося количества ИТК. И совсем не десорбируется тионокарбамат с минерала, обработанного сначала ИТК, а затем ксантогенатом. Очевидно, повышение прочности закрепления тионо-карбамата в этих условиях и является причиной возрастания флоти-руемости сульфидных минералов при сочетании ИТК с ксантогенатом.

Результаты, полученные при флотации мономинеральных разностей минералов, были исследованы при флотации вкрапленной руды Норильского региона после предварительного импульсного воздействия. В качестве собирателей использовали сочетание Z-200 (изопропилэтилтионокарбамат) с БКс, для сравнения проводили флотацию с реагентом ДП-4 (малорастворимый сульфонат кальция). Флотацию проводили методом фракционного съема пенного продукта через определенный промежуток времени как показано на рис. 3.

После воздействия 6-103 импульсов при флотации с ДП-4 и БКс увеличивается извлечение меди в концентрат на 4,2 %. При использовании сочетания Z-200 с БК - увеличивается извлечение меди на 2,6 % и никеля - на 1,7 % по сравнению с опытом без предварительного импульсного воздействия.

После воздействия 3-103 импульсов извлечение никеля при флотации с ДП-4 и БКс снижается на 3,6 %, а при сочетании реагентов Z-200 с БКс увеличивается на 4,1 %.

Оценка раскрытия сростков рудных минералов шихты. Из материала шихты вкрапленных и медистых руд, предварительно обогащенного в тяжелых средах, изготавливали аншлифы для минералогического анализа, которые изучали методом анализа изображений с использованием приборно-аналитического комплекса «Olympus - Analysis».

Результаты измерений приведены на рис. 4. В результате элек-троимпульсного воздействия 3-103 имп и операций «додраблива-ния-измельчения» гранулометрическая характеристика частиц сро-

стков претерпела изменение (рис. 4). Произошло разрушение более крупных сростков на отдельные фрагменты.

Бутиловый аэрофлот 5 г/т Собиратели: Оп. 1 ДП-4 5 г/т, БКх 10 г/т Оп.2 БКх 5 г/т, г-200 2 г/т

МИБК 10 г/т

1-я основная флотация

5 мин

’ ' і концентрат 1

и

2-я основная флотация

Собиратели: Оп. 1 ДП-4 5 г/т

Оп.2 БКх 5 г/т, г-200 2 г/т

МИБК 5 г/т

5 мин

концентрат 2

И

3-я основная флотация

Собиратели: Оп.1 ДП-4 10 г/т

Оп.2 БКх 5 г/т, г-200 2 г/т

МИБК 5 г/т

5 мин

концентрат 3

Рис. 3. Технологическая схема флотации вкрапленной медно-никелевой руды Норильского региона ловьш ксантогенатом

Класс крупности, мм

без МЭМИ

с МЭМИ

Рис. 4. Влияние обработки МЭМИ (3103 имп) и последующего измельчения на гранулометрический состав зерен-сростков в концентрате, выделенного из шихты вкрапленных и медистых руд

Наиболее заметно уменьшение количества сростков класса крупности -0,05+0,07 мм (на 9 %), а также увеличение количества более мелких сростков размером -0,01+0,03 мм (на 12 %). В целом можно отметить, что в образце после электроимпульсной обработки и измельчения уменьшается число сростков с незначительным количеством (до 10 %) и число сростков с преобладающим количеством (70-90 %) сульфидов.

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

Нетепловое воздействие наносекундных МЭМИ является эффективным средством направленной модификации поверхности железосодержащих сульфидов, повышающим контрастность их физико-химических и флотационных свойств. На примере пирротина показано, что при выборе параметров и условий воздействия мощных электромагнитных импульсов на сульфидсодержащее минеральное сырье перед флотационным обогащением необходимо учитывать изменение химического состава, сорбционных свойств, гидрофобности поверхности и флотируе-мости минералов. Выявлен оптимальный режим обработки пир-

ротина и пенландита (103 имп), при котором улучшается флотационное разделение минералов (до 40%).

Применение сочетания ИТК с БКс при флотации чистых минералов способствует повышению выхода пирита на 15%, пирротина

- на 25-30 % и халькопирита - на 7-14% по сравнению с результатами, полученными при флотации с одним БКс.

Предварительное импульсное воздействие на продукты перед флотационным обогащением и применение сочетания тионокарба-мата с бутиловым ксантогенатом может быть эффективным методом повышения показателей обогащения вкрапленных медноникелевых руд. Применение сочетания данных реагентов при флотации вкрапленной медно-никеле-вой руды Норильского региона после предварительного импульсного воздействия позволяет повысить извлечение меди и никеля в коллективный концентрат на 2-3 % при сохранении качества концентрата по сравнению с результатами, полученными по стандартному режиму (с ДП-4).

Авторы выражают свою благодарность академику РАН В.А. Чантурия за полезные замечания.

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

1. Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Лунин В.Д., Бунин И.Ж., Черепенин В.А.. Вдовин В.А., Корженевский А.В. Вскрытие упорных золотосодержащих руд при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Доклады Академии наук. 1999. Том. 366. № 5. С. 680 - 683.

2.Чантурия В.А., Бунин И.Ж. Нетрадиционные высоко-энергетические методы дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов // Физико-технические проблемы обогащения полезных ископаемых. 2007. № 3. C. 107 -128.

3. Чантурия В.А., Иванова Т.А., Хабарова И.А., Рязанцева М.В. Влияние озона при воздействии наносекундными электромагнитными импульсами на физикохимические и флотационные свойства поверхности пирротина // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых, 2007, № 1, С. 91-99.

4.Chanturiya V.A., Nedosekina T.V., Matveyeva T.N., Ivanova T.A. New reagents and reagent modes for flotation of Cu-Ni-Pt ores of Russia. /Proceeding of the XXIII International Mineral Processing Congress. Publishing by PROMED ADVERTISING AGENCY. Istanbul. Turkey. 2006. - Volume 1. - Р.683-688.

5.Недосекина Т.В., Степанова В.В. Изучение флотационного действия сочетания реагентов-собирателей. “Обогащение руд: II Всероссийская школа-семинар молодых ученых, посвященная 75-летию со дня рождения чл.-кор. РАН С.Б. Леонова”. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. - С.40-44. шгЛ

The paper presents the results of experimental investigations of the effect by nanosecond electromagnetic pulses on change of surface properties ofpyrrhotite, and search of optimal combination of energetic treatment andflotation reactants providing increase of metal extraction from disseminated copper-nickel ores.

Key words: nanosecond electromagnetic impulses, disseminated copper-nickel ores, pyrrhotine, pentlandite, thionocarbamate, xanthogenate.

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

Бунин И.Ж. - ведущий научный сотрудник УРАН ИПКОН РАН, bunin_i@mail.ru,

Хабарова И.А. - младший научных сотрудник УРАН ИПКОН РАН, xabosi@mail.ru,

Недосекина Т.В. - старший научный сотрудник УРАН ИПКОН РАН, тел.: (495)3608960, факс (495)3608960,

Гетман В.В. - научных сотрудник УРАН ИПКОН РАН viktoriki. v@gmail. com.