СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ПИРРОТИНСОДЕРЖАЩИХ РУД
METHOD OF PYRRHOTITE-BEARING ORES FLOTATION

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработке минерального сырья, содержащего пирротин.
При обогащении медных, медно-цинковых и медно-никелевых руд, а также техногенного сырья, содержащих пирротин, возникает необходимость флотационного отделения сульфидов меди и цинка от вредной примеси - пирротина.
Пирротин, как и другие сульфиды железа (пирит и марказит), флотируется в присутствии сульфгидрильных собирателей. Активатором флотации пирротина является наличие в пульпе ионов меди [1].
Известна способность пирротина интенсивно поглощать кислород из жидкой фазы пульпы, связанная с окислением поверхности минерала, а также к образованию шламов при измельчении.
Резкое падение содержания кислорода в пульпе приводит, во-первых, к замедлению окисления сульфидов меди и цинка до стадии, необходимой для их флотации, а во-вторых, в пульпе образуется значительное количество водорастворимого закисного железа и низших окислов серы, которые являются депрессорами медных и цинковых минералов. Для удаления закисного железа его необходимо окислить в щелочной среде [1, 2].
Поэтому, при флотационном обогащении руд и техногенного сырья, содержащих пирротин, для депрессии последнего и активации медных и цинковых минералов используется аэрация пульпы в высокощелочной среде с большим количеством воздуха или водяного пара [3-5]. Аэрация осуществляется в контактных чанах или рабочих камерах флотомашин в условиях раздельной подачи пульпы и воздуха (или пара). Образующиеся в процессе аэрации на поверхности пирротина продукты окисления создают плотную пленку, предотвращающую взаимодействие поверхности минерала как с собирателем, так и с активатором. Известно, что степень окисления и пассивации поверхности пирротина возрастает при увеличении длительности аэрации [1].
Известен способ обогащения медно-молибденовых, медно-никелевых и других биметальных руд по схеме, включающей измельчение руды и коллективную флотацию в открытом цикле двух и более металлов в щелочной среде, создаваемой известью, перечистку доизмельченного чернового концентрата. Исходное питание поступает в цикл рудоподготовки, включающий измельчение и классификацию, подготовленный материал поступает в I основную флотацию. Пенный продукт 1 основной флотации поступает в цикл десорбции, включающий операцию десорбции, операцию отмывки и операцию сгущения, далее материал поступает в цикл измельчения и классификации, включающий операцию классификации, операцию доизмельчения и операцию механохимической активации, далее материал подвергается обработке реагентами, включающей операции агитации с подогревом в присутствии депрессора, далее продукт поступает в цикл перечистных операций, включающий перечистную операцию или цикл перечистных операций, проводимых в присутствии сульфгидрильного собирателя и вспенивателя с получением 1-го коллективного концентрата и хвостов, которые совместно с камерным продуктом I основной флотации направляют в цикл рудоподготовки, включающий операцию классификации, измельчения и агитации перед II основной флотацией. II основную флотацию проводят в присутствии сульфгидрильного собирателя и вспенивателя с получением коллективного концентрата II основной флотации и хвостов. Хвосты II основной флотации поступают в цикл рудоподготовки, включающий операции классификации и измельчения. Измельченный продукт поступает в цикл операций обработки реагентами, включающий операции контактирования с реагентами: диспергатором и депрессором и поступают на III основную флотацию, проводимую в присутствии сульфгидрильного собирателя и вспенивателя с получением коллективного концентрата III основной флотации и отвальных хвостов. Объединенный пенный продукт II и III основной флотации поступает в цикл десорбции, включающий операции десорбции, отмывки и сгущения. Далее продукт поступает в цикл измельчения и классификации, включающий операции классификации и доизмельчения песков классификации до класса не менее 90% класса - 74 мкм. Далее продукт поступает в цикл обработки реагентами, включающий операции механохимической активации измельченного продукта, операции агитации с подогревом в присутствии диспергатора и депрессора. После подогрева материал поступает в цикл перечистных операций, проводимых в присутствии сульфгидрильного собирателя и вспенивателя с получением 2-го коллективного концентрата [6].
Наиболее близким по технической сущности является способ флотационного обогащения сульфидных медно-никелевых руд по схеме, включающей измельчение материала, его кондиционирование в присутствии реагентов-регуляторов с аэрацией пульпы кислородсодержащим газом, селективную флотацию минералов меди в одноименный концентрат с использованием сульфгидрильного собирателя, с последующим выделением из пульпы минералов никеля в пенный продукт, а минералов пустой породы в отвальные хвосты [7].
Недостатком известного способа обогащения является то, что при высоком содержании пирротина в исходной руде (30-40% и более) операции аэрации пульпы в высокощелочной среде с воздухом или водяным паром имеют низкую эффективность с точки зрения окисления пирротина и требуют значительных энергозатрат.
Указанный недостаток иллюстрируется на примере обогащения медно-цинковой руды Тарньерского месторождения с высоким (до 40%) содержанием пирротина.
3
Обогащение указанной руды проводили по коллективно-селективной схеме, включающей: измельчение исходной руды до 85% класса - 74 мкм, аэрацию пульпы с паром оптимальной продолжительностью 15 мин при температуре пульпы 40°С в высокощелочной среде, создаваемой известью (до 1300 г-экв./м св. СаО), цикл коллективной медно-цинковой флотации, включающий основную, контрольную и перечистную операции, а также флотацию промпродуктов, доизмельчение коллективного концентрата до 90% класса - 44 мкм, отмывку коллективного концентрата и десорбцию реагентов, цикл флотационного разделения коллективного концентрата на медный и цинковый концентраты, включающий основную, контрольную и две перечистные медные флотации. Пенный продукт второй перечистной медной флотации является готовым медным концентратом, а камерный продукт контрольной медной флотации - готовым цинковым концентратом. Полученные результаты обогащения приведены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели обогащения медно-цинковой руды, с высоким содержанием пирротина при применении известного способа подавления его флотационных свойств.
№ п.п.
Наименование показателя
Значение
Цикл коллективной флотации
1
Содержание меди в коллективном концентрате, %
6,79
2
Содержание цинка в коллективном концентрате, %
21,32
3
Содержание меди в отвальных хвостах, %
0,30
4
Содержание цинка в отвальных хвостах, %
0,88
5
Извлечение меди в коллективный концентрат, %
82,98
6
Извлечение цинка в коллективный концентрат, %
83,95
Цикл разделительной флотации
7
Содержание меди в медном к-те, %
14,31
8
Содержание цинка в цинковом к-те, %
36,78
9
Извлечение меди в медный к-т, %
76,67
10
Извлечение цинка в цинковый к-т, %
81,33
Показатели обогащения, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что, при применении известного способа подавления пирротина - подогрев и аэрацию с паром пульпы в высокощелочной среде, не удалось полностью окислить пирротин и предотвратить депрессию медных и цинковых минералов в цикле коллективной флотации. Низкое качество коллективного концентрата и потери металлов в хвостах коллективного цикла обуславливают низкие содержания и извлечения металлов в готовые одноименные концентраты.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности флотационного обогащения пирротинсодержащих руд, за счет полного окисления и пассивации поверхности пирротина.
Указанный результат достигается тем, что в способе флотационного обогащения пирротинсодержащих руд, включающем измельчение материала, кондиционирование кислородосодержащим газом с последующим выделением из пульпы пенного продукта, кондиционирование кислородосодержащим газом осуществляют в эжектирующем устройстве колонной флотомашины, причем расход газа определяется из зависимости:
газа
руды
пирротина
V=k·Q·β/100, где:
газа
3
V - оптимальный расход газа в эжектирующее устройство колонной флотомашины, м/час;
k - Эмпирический коэффициент для определения расхода газа в эжектирующее устройство колонной флотомашины, например серии КФМ, выбран от 4,0 до 7,0;
руды
Q - количество поступающей руды, т/час;
пирротина
β - содержание пирротина в руде, %.
В схемах обогащения пирротинсодержащих руд вместо аэрации с воздухом или паром в контактных чанах и рабочих камерах механических или пневмомеханических флотомашин и последующей флотации пульпы в этих флотомашинах, используется эффект окисления пирротина в эжектирующих устройствах колонной флотомашины, например серии КФМ [8], с последующей флотацией в них. Конструкция эжектирующих устройств (Приложение, рис.1) в колонных флотомашинах серии КФМ предусматривает подачу пульпы под давлением 2,5 и более атм, что предопределяет высокую (10 и более м/с) скорость истечения пульпы из сопла эжектора и эффект засасывания газа из окружающей среды.
3
3
Для усиления газового насыщения пульпы в эжектор дополнительно подается до 1,5 м воздуха или пара на 1 м пульпы, что в 1,5 раза выше, чем в известных конструкциях аэрационных узлов механических и пневмомеханических флотомашин [9]. При этом высокая скорость движения пульпы обеспечивает эффективную диспергацию газа на мелкие пузырьки со средним диаметром 0,05 мм в ограниченном пространстве зоны «интенсивного окисления». Для сравнения, в аэрационных узлах механических и пневмомеханических флотомашин средний диаметр газовых пузырьков составляет не менее 1 мм.
Зона «интенсивного окисления» обуславливает процесс, при котором, каждый из микропузырьков вступает в контакт с поверхностью минеральной частицы. Согласно расчетам, площадь поверхности газовых пузырьков, образующихся в эжектирующем устройстве колонной флотомашины серии КФМ, приведенная к объему поступающей пульпы, в 30 раз превышает аналогичный показатель аэрационных узлов механических и пневмомеханических флотомашин (таблица 2).
Таблица 2
Сравнение суммарной поверхности пузырьков газа, приведенной к объему поступающей пульпы.
№ п.п.
Наименование показателя
Эжектор колонной флотомашины серии КФМ
Аэрационный узел механических флотомашин
1
Объем поступающей пульпы, м<sup>3</sup>
1
1
2
Объем поступающего газа, м<sup>3</sup>
1,5
1
3
Средний размер пузырька, мм
0,05
1,0
4
Расчетное количество пузырьков, шт.на 1 м<sup>3</sup> пульпы
2,29·10<sup>13</sup>
1,92·10<sup>9</sup>
5
Расчетная суммарная площадь поверхности пузырьков, мм<sup>2</sup> на 1 м<sup>3 </sup>пульпы
1,80·10<sup>11</sup>
6,03·10<sup>9</sup>
Образование в пульпе большого количества газовых микропузырьков с развитой поверхностью дополнительно ускоряет процессы окисления поверхности минеральных частиц. Поэтому, при обогащении руд с высоким содержанием пирротина, применение эжектирующих устройств колонных флотомашин позволяет полностью окислить пирротин и подавить его флотационные свойства.
Оптимальный расход газа (воздуха или пара) в эжектирующие устройства колонной флотомашины установлен экспериментально (таблица 3) и определяется приведенной выше зависимостью.
В таблице 3 приведены результаты сравнительных исследований по флотации медных и цинковых минералов из пирротинсодержащей руды в зависимости от расхода воздуха в эжектирующие устройства колонной флотомашины и аэрационные устройства пневмомеханической флотомашины, приведенного к количеству пирротина в исходной руде. Опыты в пневмомеханической машине ставились при оптимальных значениях длительности аэрации (15 мин) и температуры пульпы (40°С). Эффективность операции окисления пирротина оценивалась по извлечению медных и цинковых минералов в коллективный концентрат.
3
Результаты таблицы 3 убедительно свидетельствуют о том, что процесс подавления пирротина в эжектирующем устройстве колонной флотомашины проходит значительно эффективнее, чем в аэрационном устройстве пневмомеханической флотомашины (или контактном чане), причем оптимальный расход воздуха в эжекторы составляет от 4 до 7 м/тонну пирротина в руде.
Заявляемый способ подавления пирротина в эжектирующих устройствах колонных флотомашин и последующей флотации в них был испытан при обогащении труднообогатимой медно-цинковой руды с высоким (до 40%) содержанием пирротина на примере руды Тарньерского месторождения. Указанные испытания проводили по коллективно-селективной схеме, включающей измельчение исходной руды до 85% класса - 74 мкм, окисление пирротина в эжектирующих устройствах колонной флотомашины серии КФМ, цикл коллективной медно-цинковой флотации, включающий основную флотацию в лабораторной модели колонной флотомашины серии КФМ, контрольную и перечистную операции, а также флотацию промпродуктов, доизмельчение коллективного концентрата до 90% класса - 44 мкм, отмывку коллективного концентрата и десорбцию реагентов, цикл флотационного разделения коллективного концентрата на медный и цинковый концентраты, включающий основную, контрольную и две перечистные медные флотации. Пенный продукт второй перечистной медной флотации является готовым медным концентратом, а камерный продукт контрольной медной флотации - готовым цинковым концентратом.
Полученные результаты обогащения приведены в таблице 4, а сравнение показателей готовых одноименных концентратов - в таблице 5.
Таблица 3
Показатели флотации медных и цинкованных минералов из пирротинсодержащей руды в зависимости от расхода воздуха в аэрационные устройства пневмомеханической флотомашины (ПМФЛ) и эжектирующие устройства колонной флотомашины (КФМ)
Расход воздуха, м<sup>3</sup>/тонну пирротина в руде
Массовая доля в коллективном концентрате, %
Извлечение в коллективный концентрат, %
меди
цинка
меди
цинка
ПМФЛ
КФМ
ПМФЛ
КФМ
ПМФЛ
КФМ
ПМФЛ
КФМ
ПМФЛ
КФМ
2,0
2,0
6,79
8,15
21,32
24,43
82,98
83,59
83,95
84,96
3,0
3,0
6,56
8,45
20,79
25,77
83,06
87,63
84,83
88,02
4,0
4,0
6,33
9,70
19,92
30,55
84,55
93,21
85,23
93,75
7,0
7,0
5,92
9,64
19,35
30,88
85,15
93,76
86,46
94,13
10,0
10,0
5,23
9,55
18,79
30,34
85,78
93,55
86,98
93,92
Таблица 4
Показатели обогащения медно-цинковой руды с высоким содержанием пирротина при применении подавления его флотационных свойств в эжектирующих устройствах колонной флотомашины.
№ п.п.
Наименование показателя
Значение
Цикл коллективной флотации
1
Содержание меди в коллективном концентрате, %
9,86
2
Содержание цинка в коллективном концентрате, %
30,89
3
Содержание меди в отвальных хвостах, %
0,10
4
Содержание цинка в отвальных хвостах, %
0,26
5
Извлечение меди в коллективный концентрат, %
94,04
6
Извлечение цинка в коллективный концентрат, %
94,93
Цикл разделительной флотации
7
Содержание меди в медном к-те, %
19,52
8
Содержание цинка в цинковом к-те, %
51,46
9
Извлечение меди в медный к-т, %
83,01
10
Извлечение цинка в цинковый к-т, %
87,72
Таблица 5
Сравнение результатов обогащения медно-цинковой руды при применении известного и заявляемого способа подавления флотационных свойств пирротина.
№ п.п.
Наименование показателя
Способ
Заявляемый
Известный
1
Содержание меди в медном к-те, %
19,52
14,31
2
Содержание цинка в цинковом к-те, %
51,46
36,78
3
Извлечение меди в медный к-т, %
83,01
76,67
4
Извлечение цинка в цинковый к-т, %
87,72
81,33
Результаты таблицы 5 свидетельствуют о том, что заявляемый способ при обогащении пирротинсодержащей медно-цинковой руды на примере руды Тарньерского месторождения за счет полного подавления флотационных свойств пирротина позволяет одновременно повысить содержание меди в медном концентрате на 5,2%, извлечение меди в медный концентрат - на 6,3%, содержание цинка в цинковом концентрате - на 14,7%, извлечение цинка в цинковый концентрат - на 6,4%.
Список литературы
1. А.А.Абрамов. Технология переработки и обогащения руд цветных металлов. М., МГГУ, книга 2, том 3, 2005, с.277-279.
2. С.И.Митрофанов. Селективная флотация. М., Металлургиздат, 1958, с.302-303.
3. О.Б.Клебанов, Л.Я.Шубов, Н.К.Щеглова. Справочник технолога по обогащению руд цветных металлов. М., Недра, 1974, с.311.
4. И.А.Абдрахманов, Р.А.Ягудин, А.В.Зимин и др. Повышение технологических показателей цинкового цикла на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК». Горный журнал, 2010, №10, с.47-51.
5. С.И.Полькин, Э.В.Адамов, К.П.Ковачев, Н.И.Семков. Технология обогащения руд цветных металлов. М., Недра, 1979, с.180.
6. Способ флотационного обогащения сульфидных руд. Патент РФ на изобретение №2397816, 2009.
7. Способ флотационного обогащения сульфидных медно-никелевых медистых руд. Заявка на изобретение РФ №97115430, 1999.
8. Флотационная колонная пневматическая машина. Патент РФ на изобретение №2281169, 2004.
9. Справочник по обогащению руд. Основные процессы / Под редакцией О.С.Богданова, В.И.Ревнивцева. - 2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, с.296-310.