Исследование модифицированных термоморфных полимеров в качестве селективных собирателей при флотации упорного золотосодержащего минерального сырья

УДК 622.765

И.Г. Зимбовский, А.О. Гапчич

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ТЕРМОМОРФНЫХ ПОЛИМЕРОВ В КАЧЕСТВЕ СЕЛЕКТИВНЫХ СОБИРАТЕЛЕЙ ПРИ ФЛОТАЦИИ УПОРНОГО ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Приведены результаты флотационных испытаний модифицированных термоморфных полимеров (ТМП) на минерале с искусственно нанесенным золотом и упорной золотосодержащей руде. Подготовлен искусственный геоматериал - пирит с нанесенным на его поверхность золотом. Определены химический и минеральный состав руды, установлено оптимальное время измельчения и минералогическое распределение золота упорной золотосодержащий руды. В работе были использованы ТМП, полученные на основе Ы-изопропилакриламида и акрилоксисукцинимида. Для модифицирования полимеров использованы реагенты, взаимодействующие с золотом в нейтральной и щелочной среде - 2-этилтиоэти-ламин и 4-фенил-3-тиосемикарбазид. Проведены исследования эффективности модифицированных термоморфных полимеров на маломышьяковистой сульфидной золотосодержащей руде Тарор-ского месторождения. Флотационные испытания осуществляли в камере флотомашины, помещенной в «водяную баню» с циркулирующей водой. Исследованиями установлена эффективность проведения флотации с использованием сочетания ТМП и бутилового ксантогената, по сравнению с флотацией с использованием одного ксантогената.

Ключевые слова: термоморфные полимеры, модифицирование, пирит, золото, флотация, оптическая микроскопия, электронная микроскопия и рентгенофазовый анализ.

Работа посвящена важной проблеме — повышению технологических показателей флотации упорных золотосодержащих руд. Как показывает отечественная и зарубежная практика добычи и обогащения, упорные золотосодержащие руды делятся на три основных типа: сульфидные, теллуридные и угле-

0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 6. С. 161-170. © 2016. И.Г. Зимбовский, А.О. Гапчич.

родсодержащие. Упорные золотосодержащие руды отличаются крайне сложным составом, тонким прорастанием и ассоциацией минералов между собой и с золотом, разнообразием форм и размеров выделений соединений минералов (от эмульсионной до крупной), наличием сульфидов в рудах. Все это приводит к потерям золота в процессе его обогащения. При флотационном обогащении данного, сложного типа сырья были опробованы и нашли применение собиратели: ксантогенаты (бутиловый, этиловый, изопропиловый), аэрофлоты (диалкилдитиофосфаты) и их сочетания, тиокарбаматы, меркаптаны, дитиофосфинаты, смесь тритиокарбоната с окси-алкилсульфидом и др. [1—5].

Ранее в ИПКОН РАН были проведены исследования взаимодействия модифицированных термоморфных полимеров с поверхностью золотосодержащих минералов. Современными физическими и физико-химическими методами показан механизм сорбции на золотосодержащих сульфидах модифицированных термоморфных полимеров (ТМП) с функциональными группами семикарбазида и аминосульфида [6].

Целью настоящей работы является проведение флотационных испытаний с использованием модифицированных ТМП в качестве собирателей для повышения технологических показателей обогащения упорных золотосодержащих руд.

В работе использовались реагенты-собиратели — термоморф-ные полимеры (ТМП), созданные по разработанной в ИПКОН РАН методике [7]. ТМП состоят из трех главных частей: ^изо-пропилакриламида, который отвечает за термоморфность конечного полимера, содержание его влияет на температуру перехода соединения из растворенного состояния в твердое; акрилокси-сукцинимида — полимера к которому «прививается» функциональная группа; и непосредственно функциональной группы, взаимодействующей с поверхностью частиц золота. В данной работе исследовались ТМПА — термоморфный полимер, содержащий в качестве функциональной группы 2-этилтиоэтиламин и ТМПБ, содержащий 4-фенил-3-тиосемикарбазид [7—11].

Для исследования флотационной активности ТМП по отношению к золоту в работе были использованы минеральные образцы пирита с искусственно нанесенным золотом на его поверхность по методике, разработанной в ИПКОН РАН [12].

Для рудной флотации золота и золотосодержащих минералов была подготовлена маломышьяковистая сульфидная руда Тарорского месторождения (Таджикистан) массой 5 кг крупностью -1+0 мм.

Исследование флотационной активности ТМП методом мономинеральной флотации по выходу концентрата

Флотационные свойства, модифицированных ТМП по отношению к золоту, изучали по ранее разработанной методике сравнительной мономинеральной флотации пирита с нанесенным золотом и природного пирита без золота. С учетом термоморфных свойств полимеров в схеме мономинеральной флотации предусматривался нагрев пульпы. Флотация с ТМП проводилась в щелочной среде, создаваемой известью (рН 9,2) (рис. 1).

Навеску пирита с нанесенным золотом массой 1 г заливали 50 мл известковой воды, стакан ставили на магнитную мешалку с подогревом, добавляли гипосульфит натрия 40 мг/л и термоморфный полимер с концентрацией 0—0,6 мг/л (концентрация реагента в пульпе равная 0,6 мг/л соответствует расходу 30 г/т). Пульпу нагревали до температуры 45—48 °С, переносили в камеру флотомашины, подавали пенообразователь метилизобутилкарбинол (МИБК) (время кондиционирования 0,5 минут) и флотировали 3 минуты. Параллельно проводили опыты на природном пирите при тех же условиях. Результаты флотации приведены на рис. 1. Из рис. 1 следует, что в присутствии ТМП пирит с золотом флотируется несколько лучше, чем чистый пирит, не содержащий золото.

Рис. 1. Результаты мономинеральной флотации пирита с нанесенным золотом и природного пирита в присутствии термоморфных полимеров ТМПБ и ТМПА

Таблица 1

Основные элементы исходной руды Тарорского месторождения

As Ca Fe Mg Mn S Sb Zn Другие

0,645 8,19 0,592 5,88 5,38 0,082 2,79 0,013 0,02 ~76

Исследование ТМП при флотации упорной золотосодержащей руды Тарорского месторождения

Перед проведением флотационных испытаний термоморф-ных полимеров методом рудной флотации, Тарорская руда квар-товалась на навески по 300 г. Содержание золота в руде составило 3,2 г/т. Содержание основных элементов приведено в табл. 1.

Рудные минералы (в т.ч. золото и сульфиды) в данном типе руды составляют до 9%. Остальные нерудные минералы, в состав которых преимущественно входят кальцит, доломит, диоксиды, тальк, составляют большую часть данной рудной формации (около 91%). Подробный минеральный состав маломышьяковистой золотосодержащей руды Тарорского месторождения представлен в табл. 2.

Основная часть золота в руде представлена самородным золотом (76,6%), остальная часть связана с арсенопиритом и (12,3%) и другими минералами (11,1%). Фазовый состав золота представлен в табл. 3.

Таблица 2

Минералогический состав исходной руды Тарорского месторождения

Относительное содержание Рудные минералы 8,9% Нерудные минералы 91,1%

Основные минералы Самородное золото; Самородное серебро; Халькопирит — 2,5%; Пирит - 4,9% Кальцит (первичный), Доломит (вторичный) —25,4% Диопсиды — 20,8% Тальк 13% Тремолит 10,2%

Вторичные минералы Гематит — 1%; Магнетит — 0,3%; Арсенопирит — 0,2% Флогопит — 6,2%; Серпентинит — 7,3%; Кварц — 5,1%; Актинолит — 1,2%; Хлорит — 0,6%; Биотит — 0,5%; Волластонит — 0,5%

Микроэлементы Тетраэдрит, борнит, рутил — <<0,1% Плагиоклаз — 0,2%; Серицит, циркон, сфен <0,1%

Таблица 3

Минералогическое распределение золота руды Тарорского месторождения

Форма золота Распределение, %

Свободное золото 76,6

Золото, связанное с арсенопиритом 12,3

Золото, связанное с другими минералами 11,1

Итого 100

Исходная руда Тарорского месторождения была получена в дробленом виде, при этом содержание класса крупность -0,071+0 мм составило 75%. Однако ввиду того, что минералы благородных металлов в труднообогатимых рудах отличаются тонкой вкрапленностью и слабой раскрываемостью, было решено провести доизмельчение руды перед флотацией.

Условия опытов и порядок их проведения

Измельчение дробленой руды проводили в лабораторной мельнице объемом 1,5 дм3, масса шаровой загрузки — 1,5 кг, вес навески руды — 300 г, объем воды 150 мл. Оптимальное время измельчения для получения продукта крупностью 85% -0,071 мм составило 60 мин.

Рис. 2. Схема проведения флотационных исследований ТМП методом рудной флотации

Исследовательские испытания реагентых режимов флотации с применением термоморфных полимеров проводили на флотационной машине МЕХАНОБР ФМл 1, в камере объемом 1 дм3 (рис. 2) и навесками измельченной руды — 300 г. Камера помещалась на «водяную баню», которая была соединена с термостатом MLM U7C. Агитационные процессы в камере начинались с введения собирателя(-ей) в пульпу при температуре 18 °С, после чего начинали нагрев водяной бани до 50 °С. По достижению температуры пульпы в камере 35 °С нагрев водяной бани отключали и проводили флотацию. Флотационный процесс проводили с получением 3-х концентратов (рис. 2).

Руду, измельченную до крупности 85% класса -0,071 мм, флотировали по схеме прямой флотации с получением концентрата и хвостов, при естественном рН пульпы (рН~8,1). В качестве вспенивателя использовали МИБК при расходе 30 г/т. В качестве собирателя — термоморфные полимеры, бутиловый ксан-тогенат (БКК) или различные сочетания этих реагентов. Время агитации с собирателем — 15 мин., время агитации со вспенива-телем — 1 мин. Порядок подачи реагентов при сочетании собирателей: сначала — термоморфные полимеры, затем ксантоге-нат. Время флотации 5 мин. Проводили по 3 параллельных опыта для каждого реагентного режима с определением среднего значения технологических показателей флотации. Результаты флотационных испытаний и расход собирателей представлены в табл. 4.

В качестве эталонного собирателя, при флотационном обогащении золота из данного типа руд, был выбран реагент — бутиловый ксантогенат калия (БКК). БКК достаточно сильный собиратель как для сульфидных минералов, так и для свободного (самородного) золота. Повышение расхода БКК с 50 до 200 г/т не позволило улучшить показатели флотационного обогащения золота из руды Тарорского месторождения. Содержание золота в концентрате флотации составило 16,15 г/т при расходе БКК 50 г/т, 15,41 г/т Au при расходе 100 г/т, и 14,66 г/т Au в концентрате при расходе БКК 200 г/т. В связи с этим, в качестве более селективных собирателей золота и ассоциированных с ним минералов, были использованы термо-морфные полимеры — ТМПА и ТМПБ.

Флотационные эксперименты с термоморфными полимерами проводились при 50%-ой замене ксантогената на ТМПА и ТМПБ по схеме с 2-я основными и контрольной флотация-ми. Показана возможность повышения технологических пока-

Таблица 4

Результаты флотационных испытаний ТМП на золотосодержащей руде Тарорского месторождения

№ пп Продукт флотации Расход реагентов,г/т Выход, % Содержание Au, г/т Извлечение Au, %

Концентрат 1-ой основной флотации БКК 100 г/т 10,63 15,41 46,73

Концентрат 2-ой основной флотации БКК 100 г/т 5,53 12,30 19,40

1 Концентрат контрольной флотации БКК 50 г/т 4,18 7,45 8,88

Объединенный концентрат 3-х флотаций 20,34 12,93 75,01

Хвосты 79,66 1,10 24,99

Руда 100,00 3,51 100,00

Концентрат 1-ой основной флотации ТМПА 50 г/т, БКК 50 г/т 9,81 18,52 50,57

Концентрат 2-ой основной флотации ТМПА 50 г/т, БКК 50 г/т 4,92 15,80 21,64

2 Концентрат контрольной флотации БКК 50 г/т 2,82 9,10 7,15

Объединенный концентрат 3-х флотаций 17,55 16,24 79,35

Хвосты 82,45 0,90 20,65

Руда 100,00 3,59 100,00

Концентрат 1-ой основной флотации ТМПБ 50 г/т, БКК 50 г/т 9,02 20,09 50,79

Концентрат 2-ой основной флотации ТМПБ 50 г/т, БКК 50 г/т 5,24 14,18 20,82

3 Концентрат контрольной флотации БКК 50 г/т 2,15 13,28 8,00

Объединенный концентрат 3-х флотаций 16,41 17,31 79,62

Хвосты 83,59 0,87 20,38

Руда 100,00 3,57 100,00

зателей при применении термоморфных полимеров в процессе обогащения упорной золотосодержащей руды в сравнении с бутиловым ксантогенатом.

Сочетание ТМПА и БКК повысило содержание золота суммарного концентрата в 1,25 раза с 12,93 г/т до 16,24 г/т при увеличении извлечения золота на 4,34% до 79,35%.

Применение сочетания ТМПБ с БКК также показало возможность повышения извлечения золота. Применение сочетания ТМПБ и БКК позволили повысить извлечение золота в суммарный концентрат с 75,01 до 79,62%, при увеличении содержания в 1,33 раза.

Таким образом, на основании проведенных исследований показана перспективность применения модифицированных термоморфных полимеров для повышения технологических показателей флотационного обогащения упорных золотосодержащих руд и установлена возможность повышения извлечения на 4,34% и содержания золота в концентрате в 1,25 раза при флотационном обогащении золотосодержащей сульфидной руды Тарорского месторождения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Матвеева Т. Н., Недосекина Т. В., Иванова Т. А. Теоретические аспекты селективной флотации золотосодержащих сульфидов // Горный журнал. — 2005. — № 4. — С. 56—59.

2. Бочаров В. А., Игнаткина В. А., Абрютин Д. В. Технология переработки золотосодержащего сырья. — М.: ИД «МИСиС», 2011. — 323 с.

3. Котляр Ю. А., Меретуков М. А., Стрижко Л. С. Металлургия благородных металлов. Учебник в 2-х книгах. Книга 1. — М.: ИД «Руда и металлы». 2005. — 432 с.

4. Недосекина Т. В., Гапчич А. О. Традиционные и новые реагенты для флотации золотосодержащих руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 2. — С. 103—108.

5. Гетман В. В., Гапчич А. О. Исследование взаимодействия диизобу-тилдитиофосфината (ДИФ) с поверхностью сульфидов, содержащих эмульсионную вкрапленность золота // Обогащение руд. — 2013. — № 6. — С. 18—21.

6. Чантурия В. А., Гетман В. В. Экспериментальные исследования взаимодействия модифицированных термоморфных полимеров с золотом и платиной в условиях обогащения труднообогатимых руд благородных металлов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2015. — № 3. — С. 138—144.

7. Чантурия В. А., Недосекина Т. В., Гетман В. В., Гапчич А. О. Новые реагенты для извлечения благородных металлов из труднообогатимых руд и продуктов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2010. — № 1. — С. 78—84.

8. David E. Bergbreiter, Brenda L. Case, Yun-Shan Liu, and John W. Caraway. Poly (N-isopropylacrylamide) Soluble Polymer Supports in Catalysis and Synthesis // Macromolecules. — 1998, 31.

9. David E. Bergbreiter and Yun-Shan Liu. Water-soluble Polymer-bound, Recoverable Palladium (O)-Phosphine Catalysts. Poly (N-isopropylacryla-mide) Soluble Polymer Supports in Catalysis and Synthesis // Tetrahedron Letters - 1997. - Vol. 38, No. 45.

10. Hyakutake T, Navrotskiy A. V., Morita K., Kato J., Sakaue H.,. Nova-kov I.A, Nishide H. // Polymer International. - 2010. V. 59. Is. 10. - P. 14361440.

11. Lena F., MatyjaszewskiK. // Progr. Polym. Sci. 2010. V. 35. Р. 959-1021.

12. Иванова Т. А., Чантурия В. А., Зимбовский И. Г. Новые способы экспериментальной оценки селективности реагентов-собирателей для флотации золота и платины из тонковкрапленных руд благородных металлов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2013. - № 5. - С. 127-137. S233

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Зимбовский Илья Геннадьевич1 - кандидат технических наук, научный сотрудник, e-mail: zimbofff@gmail.com, Гапчич Александр Олегович1 - кандидат технических наук, научный сотрудник, e-mail: cherniivoronok@gmail.com, 1 Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

UDC 622.765

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 6, pp. 161-170. I.G. Zimbovskiy, A.O. Gapchich

RESEARCH THERMOMORPHIC MODIFIED COPOLYMERS AS SELECTIVE COLLECTORS IN THE FLOTATION OF REFRACTORY GOLD MINERAL RAW MATERIALS

This paper presents the results of the flotation tests of thermomorphic modified copolymers (TMP) on minerals artificially coated with gold and refractory gold ore. An artificial geomaterial - pyrite with gold coated on its surface was prepared. The chemical and mineral composition of the ore was determined, the optimal grinding time and mineralogical distribution of gold refractory gold ore was found. TMP, derived from N-isopropylacrylamide and acryloxysuccinimide were used. For modifying polymers that interact with the gold in neutral and alkaline media - etiltioetilamin 2-and 4-phenyl-3-thiosemicarbazide reagents were used. Modified thermomorphic polymers are heat-sensitive reagents, to transfer gold loaded TMP molecules in the solid state, pulp heating to 32 ° is required. Selective action thermomorphic polymers with respect to pyrite artificially coated with gold was established by monomineral flotation method in an alkali medium. The researches on the effectiveness of the modified thermomorphic polymers on low-grade arsenic sulfide gold-bearing ore Tarorsk's deposits were conducted. Flotation tests were carried out in a flotation cell, placed in the «water bath» with the circulating water. The circulation and water heating was provided by connected ther-

mostat. By achieving, an optimum temperature for thermomorphic polymers ore flotation was carried out in an alkaline medium. The researches have established the effectiveness of using a combination of flotation and TMP butyl xanthate, in comparison with using only one xanthate. In the flotation of Tarorsk's ore thermomorphic polymers the possibility of increasing concentrate grade of 1.24 times is shown, while improving the indicators of the gold recovery in the concentrate to more than 4%.

Key words: thermomorphic polymers, modification, gold, pyrite, flotation, optical microscopy, electron microscopy and X-ray analysis.

AUTHORS

Zimbovskiy I.G.1, Candidate of Technical Sciences, Researcher, e-mail: zimbofff@gmail.com,

Gapchich A.O.1, Candidate of Technical Sciences, Researcher, e-mail: cherniivoronok@gmail.com, 1 Institute of Problems of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences, 111020, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Matveeva T. N., Nedosekina T. V., Ivanova T. A. Gornyyzhurnal. 2005, no 4, pp. 56—59.

2. Bocharov V. A., Ignatkina V. A., Abryutin D. V. Tekhnologiya pererabotki zolotosoder-zhashchego syr'ya (Technology for processing of gold-bearing raw materials), Moscow, ID «MISiS», 2011, 323 p.

3. Kotlyar Yu. A., Meretukov M. A., Strizhko L. S. Metallurgiya blagorodnykh metallov. Uchebnik v 2-kh knigakh. Kniga 1 (Metallurgy of precious metals. The tutorial in two books. Book 1), Moscow, ID «Ruda i metally». 2005, 432 p.

4. Nedosekina T. V., Gapchich A. O. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2013, no 2, pp. 103-108.

5. Getman V. V., Gapchich A. O. Obogashchenie rud. 2013, no 6, pp. 18-21.

6. Chanturiya V. A., Getman V. V. Fiziko-tekhnicheskieproblemy razrabotkipoleznykh iskopaemykh. 2015, no 3, pp. 138-144.

7. Chanturiya V. A., Nedosekina T. V., Getman V. V., Gapchich A. O. Fiziko-tekhnich-eskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2010, no 1, pp. 78-84.

8. David E. Bergbreiter, Brenda L. Case, Yun-Shan Liu, and John W. Caraway. Poly (N-isopropylacrylamide) Soluble Polymer Supports in Catalysis and Synthesis. Macromol-ecules. 1998, 31.

9. David E. Bergbreiter and Yun-Shan Liu. Water-soluble Polymer-bound, Recoverable Palladium (0)-Phosphine Catalysts. Poly (N-isopropylacrylamide) Soluble Polymer Supports in Catalysis and Synthesis. Tetrahedron Letters 1997. Vol. 38, No. 45.

10. Hyakutake T., Navrotskiy A. V., Morita K., Kato J., Sakaue H.,. Novakov I.A, Ni-shide H. Polymer International. 2010. V. 59. Is. 10. P. 1436-1440.

11. Lena F., Matyjaszewski K. Progr. Polym. Sci. 2010. V. 35. P. 959-1021.

12. Ivanova T. A., Chanturiya V. A., Zimbovskiy I. G. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2013, no 5, pp. 127-137.