Влияние электрохимического потенциала на состояние поверхности при флотации сульфидных минералов

© Н.А. Лубов, О.В. Козлов, 2003

УЛ К 622.7

Н.А. Лубов, О.В. Козлова

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ФЛОТАЦИИ СУЛЬФИЛНЫХ МИНЕРАЛОВ.

В настоящее время в связи с повышением потребностей промышленности в цветных металлах, истощением богатых мономинеральных залежей и переходом к разработке комплексных руд сложного вещественного состава настоятельной необходимостью стало усовершенствование технологии разделения.

В качестве одного из таких методов уже длительное время широко используется электрохимическая технология.

Предварительная электрохимическая обработка рудных пульп позволяет направленно изменять поверхностные свойства минералов без добавления реагентов или со значительным сокращением их расхода. Используя электрохимическую подготовку, можно добиться значительного повышения извлечения ценных компонентов из руды и качества их разделения.

Электрохимические результаты флотации, установленные для халькозина (Си 2 Б) и пирита (РеБ 2 ), представляют собой следующее. Флотация халькозина начинается при потенциале -0.25 В и достигает 100 % при -0.05 В. Флотация пирита начинается при -0.1 В и достигает максимума при значении потенциала + 0.3 В. Создание более высокого потенциала при флотации пирита, согласно термодинамическим расчетам, способствует формированию диксантоге-нида и не снижает извлечения в пенный продукт.

Применение наложенного потенциала увеличивает флотационное извлечение при низкой концентрации собирателя (100 мг/л ИаКХ). Флотационное извлечение ковеллина увеличилось с 35 % до 70 % при наложенном потенциале 445 мВ; извлечение халькопирита повысилось от 30 % до 45 % при потенциале 345 шУ. Дальнейшее увеличение значения приложенного потенциала привело к понижению извлечения. Это объясняется, по-видимому, разложением комплекса Си-ксантогенат при высоких потенциалах с образованием ксантогенат-ионов и гидрофильных соединений.

Для изучения степени воздействия наложенного потенциала на извлечение халькопирита проводились опыты по флотации сульфида, подвергнутого электрохимической поляризации. рН пульпы составил 9,2, потенциал изменяли в пределах -0.6...+0.6 В, в качестве собирателя использовали бутиловый ксантогенат. Опыты проводились двумя сериями: значение потенциала соответствовало флотационному, и значение потенциала было изначально занижено для предотвращения флотации (таким образом были смоделированы условия измельчения в шаровой мельнице со стальными шарами). В первом случае флотация халькопирита начиналась при -0.2

В и достигала максимума (95%) при потенциале +0.2...+0.4 В, что хорошо кореллирует с данными термодинамического расчета, т.к. данные условия соответствует образованию на поверхности сульфида меди диксантогенида, и следовательно, обеспечивается наличие на сульфидной поверхности наличие обеих необходимых форм сорбции собирателя -химической и физической. В случае изначального понижения потенциала флотируемость халькопирита наблюдалась при более высоких значениях потенциала. Начало флотируемости отмечалось при потенциалах, близких к -0.1 В, резкое увеличение флотируемости происходило в диапазоне +0.1 В.+0.2 В (до 80%), максимальное значение извлечения достигалось при +0.5 В. полученные результаты свидетельствуют о том, что изменять результаты флотации можно в том числе и соответствующим выбором измельчающего оборудования.

Результаты экспериментов показали, что флотация халькопирита ухудшается в катодной области потенциалов и активируется в анодной области потенциалов. Минимальное извлечение халькопирита -15,1 % наблюдается при потенциале минус 700 мВ, максимальное извлечение -54,4% достигнуто при +300 мВ. Электрохимическая поляризация галенита не оказывает существенного влияния на флотационную способность данной разности сульфида свинца.

Таким образом, при рН = 9,2 возможна селекция галенита и халькопирита в катодной области потенциалов, когда халькопирит снижает, а галенит сохраняет свою флотоактивность. При рН = 8 селекция галенита и халькозина возможна также и в анодной области потенциалов 250-500 мВ, в которой галенит депрессирован, а халькозин флотирует.

При использовании металлических электродов существенное влияние на флотируемость минералов оказывает материал электродов. Участвуя в процессе флотации, электроды подвергаются коррозии -ионизации металла с последующим переходом в раствор его катионов.

Электрохимическая обработка флотационной пульпы способствует растворению материала электродов, в основном анодов. Переходя в жидкую фазу, ион металла вступает в связь с компонентами пульпы. Жидкости не обладают способностью эффективно блокировать анодную поверхность. По этим причинам при небольших перенапряжениях, как правило, протекают те коррозионные процессы, анодные продукты которых хорошо растворимы, т.е. диссоциируют на ионы.

Свободные ионы, полученные в результате растворения электродов, адсорбируясь или реагируя с минеральной поверхностью, образуют на ней гидрофобные или гидрофильные соединения, либо вещества, способствующие (не способствующие) закреплению собирателя.

Японскими исследователями Нагано и Сайто уже был предложен электрохимический метод направленного регулирования ионного состава пульпы за

счет селективного растворения анодов. Исследования проводились с рудами, содержащими первичные сульфиды меди, свинца, цинка, железа, молибдена, в лабораторных флотомашинах с помещенными внутри пластинчатыми электродами. Схема обогащения включала электрообработку пульпы, по окончании которой подавались реагенты и велась флотация. Селекция сульфидов достигалась соответствующим выбором материала электродов, электролита и режима обработки. В качестве электродных материалов использовали алюминий, железо, медь, цинк, свинец, никель и их сплавы или графит с таким расчетом, чтобы частично переходящие с анода в пульпу ионы способствовали депрессии определенных минералов. Условия обработки выбирали в зависимости от состава пульпы, крупности материала и щелочности среды. Данный метод позволяет расширить область применения флотации при селекции трудноразделяемых компонентов без ввода химических реагентов, что имеет большое экономическое и экологическое значение.

Аналогичные результаты получены болгарскими исследователями, использовавшими алюминиевые электроды для депрессии сульфидных минералов -халькопирита, сфалерита, галенита и пирита. При электрохимической обработке флотационной пульпы происходит анодное растворение алюминиевых электродов с образованием гидроокислов алюминия, обладающих высокой адсорбционной активностью и вытесняющих собиратель с сульфидной поверхности.

Исследования по обработке пульпы с использованием растворимых анодов проводились на чистых минералах сульфидного ряда - халькопирите, сфалерите, галените. При проведении исследований пользовались техническими реагентами и дистиллированной водой.

Методика проведения опытов представляла собой флотацию навески (5 г) сульфидного минерала с применением бутилового ксантогената и Т-80 при рН~9 с предварительной электрохимической поляризацией пульпы. Опыты проводились при изменении напряжения от 10 до 50 В. Время поляризации составляло 1-5 мин.

При флотации сфалерита для поляризации в качестве анода был выбран медный электрод. По экспериментальным данным, наибольшее значение активации сфалерита медными ионами достигалось при напряжении 40 В после обработки в течение 5 мин. Дальнейшее повышение напряжения вело к снижению извлечения по причине повышения в пульпе концентрации медных ионов, вступающих в химическое взаимодействие с ионами ксантогената и снижающими его активную концентрацию. Механизм активации, по-видимому, соответствует активации сфалерита медным купоросом, что позволяет рекомендовать данный метод как альтернативный при флотации природно неактивированных цинковых руд.

Для галенита в качестве анода применялся алюминиевый электрод. В результате растворения алюминия в пульпе образовывались алюминиевые гидроокислы алюминия, обладающие высокой адсорбционной активностью и вытесняющие собиратель с

поверхности минерала. Максимальный эффект наблюдался при напряжении 50 В. Снижение извлечения галенита в пенный продукт составляло 35%.

Разделение цинково-пиритного концентрата требует создания сильнощелочной среды (рН~11) для эффективной депрессии сульфида железа, что на практике приводит к большому расходу извести. Были проведены исследования возможности флотационного разделения сульфидов цинка и пирита в околонейтральной среде. Для предварительной электрохимической обработки применялись загрузки СаС12и обработка с никелевым анодом. Время электрокондиционирования составляло 5 мин, последующая флотация велась при рН = 7.5, с сосновым маслом в качестве пенообразователя (50 г/т) и калиевым этилксантогенатом (120 г/т) в течение 7 мин. наилучшие результаты были получены при значении напряжения обработки 48 В (1.0 А/дм3). Извлечение цинка в цинковый концентрат составило 97,6 % при содержании цинка 52,6% (табл. 1).

Таблица 1

Продукт Масс. % Содержание, % Извлечение, %

7п Ре 7п Ре

Исх. руда 100 45.3 15.2 100 100

Цинк к-т 84.1 52.6 10.2 97.6 56.6

Хвосты 15.9 6.8 41.4 2.4 43.4

Для изучения влияния продуктов растворения электрода на флотируемость халькопирита применялся алюминиевый анод. Флотация проводилась в течение 5 мин при рН=9 с бутиловым ксантогенатом и пенообразователем Т-80. Наибольший эффект от предварительного электрохимического воздействия достигался при поляризации пульпы в течение 3 мин при напряжении 50 В. Снижение извлечения халькопирита в пенный продукт достигало 2%.

Современная практика флотационного разделения медно-свинцового концентрата использует цианиды в качестве депрессоров медных сульфидов или бихроматы в качестве депрессоров сульфидов свинца. Данные реагенты обладают высокой степенью токсичности, в связи с чем их применение в больших количествах нежелательно. С целью подбора оптимального режима электрохимической обработки были проведены опыты по исследованию влияния материала анода на селективность разделения медно-свинцовой руды. Для предварительной электрохимической обработки применялись СН3СООИа (0.3 моль/л) и поляризация с алюминиевым анодом. Время электрокондиционирования составляло 2 мин, последующая флотация велась в течение 7 мин с применением калиевого этилксантогената (80 г/т) и соснового масла (120 г/т). результаты опытов показали, что наибольший эффект достигается при напряжении 44 В при плотности тока 0.8 А/дм3 (табл. 2). Таблица 2_______________________________________

Продукт Масс. % Содержание Извлечение

Исх. руда 1GG 4.З 24.З 1GG 1GG

Концен- 2G.B 1З. 17.7 73. 1ЗЮ

трат 9 6

Хвосты 79.2 1.З 26.3 26. 4 85.0

Проведенные эксперименты показывают, что воздействие на поверхностные свойства электрохимическими методами позволяет в значительной мере изменять степень флотируемости сульфидных минералов. Полученные результаты находятся в качественном соответствии с термодинамическими расчетами состояния поверхностей сульфидов (широко известные диаграммы ЕЬ-рН). Используя диаграммы для выявления областей существования устойчивых комплексов собиратель - металл (или напротив, областей существования устойчивых гидрофильных соединений), и создавая соответствующие значения

окислительно-восстановительного потенциала пульпы, можно получить оптимальные условия для максимального извлечения минерала в пенный продукт флотации (или наоборот, создать условия для наиболее эффективной депрессии минерала в процессе флотации). Подобная технология позволит увеличить качество разделения минералов и в значительной мере сократить расход реагентов собирателей и модификаторов.

При невысоких затратах на оборудование процесса аппаратами для электрохимических воздействий на флотационную пульпу, использование электрохимической технологии в практике работы обогатительной фабрики позволит значительно улучшить технико-экономические показатели обогащения, снизит применение дорогостоящих и весьма токсичных реагентов, снизит вредное влияние на окружающую среду.

1. Авдохин В.М, Абрамов А.А. Окисление сульфидных минералов в процессах обогащения. - М., “Недра”, 1989.

2. Чантурпя В. А, Лунин В. Д. Электрохимические методы интен-

сификации процесса флотации. - М., 1983.

3. Чантурпя В. А, Вигдергауз В.Е. Электрохимия сульфидов. - М., «Наука», l993.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Nagano I, Saitoh K. Electrical preconditioning in a selective flotation of sulfide ores. Patent USA, cl. 209/9 (B03B 1/00).

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------

Дубов Н.А. — аспирант, Московский государственный горный университет. Козлова О.В. - аспирантка, Московский государственный горный университет.

© О.П. Пугач, О.В. Уланова, Е.В. Зелинская, 2003

УЛК 566.3..574

О.П. Пугач, О.В. Уланова, Е.В. Зелинская

ТЕХНОЛОГИИ ЛЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОПУТНЫХ ПОЛЗЕМНЫХ ВОЛ

ля^комплексного решения про-бЬеДы переработки и утилизации подземных вод в ВосточноСибирском регионе необходима разработка ресурсосберегающих технологий нового поколения, позволяющая в большей степени использовать природно-

ресурсный потенциал горнодо-

бывающих районов и уменьшить экологический ущерб.

Воды и рассолы артезианских бассейнов широко используются для добычи поваренной соли, солей калия и кальция, а также для добычи магния, йода и брома во многих странах. Удерживают первое место в мире по производству из гидроминерального

сырья (тыс. т\год): США - лития

- около 16, брома - до 190, оксида магния - до 750, поваренной соли - около 16000; Япония

- йода - до 7; Италия - боратов -около 35. В России из подземных вод в промышленном масштабе организовано производство пока только йода и брома [1]. Попутные воды, поступающие в горные выработки при вскрытии и разработке месторождений полезных ископаемых на сегодняшний день практически не обрабатываютя, в редких слюча-ях они подвергаются дименера-лизации (попутно с опресненной водой получают карбонат кальция, гидроксид магния, сульфат натрия, и хлорид натрия) либо отчистке до норм ПДК.