К проблеме подготовки коллективных концентратов к циклу селекции

© Н.К. Алгебраистова, А.С. Маркова, И.В. Прокопьев, А.В. Развязная, 2016

УДК 622.765.063.2

Н.К. Алгебраистова, А.С. Маркова, И.В. Прокопьев, А.В. Развязная

К ПРОБЛЕМЕ ПОДГОТОВКИ КОЛЛЕКТИВНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ К ЦИКЛУ СЕЛЕКЦИИ

Основная проблема при обогащении полиметаллических руд - это селекция коллективных концентратов, так как от ее эффективности зависят конечные технологические показатели. Для ее решения предлагается: 1. Использование комбинированных гравитационно-флотационных схем: объединение двух концентратов с целью перераспределения остаточных концентраций ПАВ с поверхности флотационного концентрата на поверхность гравитационного. Тем самым создается благоприятное условие для дальнейшей селекции. 2. Применение биотехнологий для обработки поверхности флотационного концентрата перед циклом селекции с целью очистки поверхности сульфидов от коллекторной пленки. Для технологических исследований в лабораторных условиях был проведен отбор требуемых штаммов микроорганизмов. Флотационные исследования показали перспективность использования микробиологических приемов в практике обогащения полиметаллических руд. Предложенные технические решения, по сравнению с традиционными методами, являются экологически безопасными за счет снижения расхода токсичных реагентов, а также характеризуются низкими энергетическими затратами. Ключевые слова: флотационный метод обогащения, свинцово-цинковая руда, медно-молибденовая руда, прямая селективная схема, коллективно-селективная схема, бактерии, деградация собирателей.

Практика обогащения полиметаллических руд свидетельствует о том, что при флотационном обогащении многокомпонентных руд наибольшее распространение получили схемы прямой селективной флотации и коллективной флотации с последующей селекцией коллективного концентрата. По схеме прямой селективной флотации производится последовательное выделение полезных минералов в отдельные концентраты. Такие схемы характеризуются большими энергетическими и материальными затратами, часто возникает трудность осуществления полного водооборота на обогатительной фабрике, а также

встает проблема селективной флотации близких по флотационным свойствам минералов. Отмеченные недостатки схем прямой селективной флотации являются причиной более широкого распространения на практике коллективно-селективных схем. Применение таких схем позволяет:

• снизить затраты на измельчение за счет возможности выделения пустой породы в коллективном цикле флотации при загрубленном измельчении руды;

• сократить фронт флотации за счет сокращения числа циклов флотации, через которые проходит основной поток пульпы;

• снизить эксплуатационные затраты до 30%;

• осуществить полный водооборот в коллективных циклах флотации на обогатительной фабрике, за счет чего сократится расход реагентов [1].

Одним из основных достоинств этих схем является возможность выделения минералов, близких по флотационным свойствам, в отдельные коллективные концентраты и применения для них специальных режимов. Трудности реализации коллективно-селективных схем флотации связаны в основном с подготовкой коллективного концентрата к разделению, включающей в себя операции десорбции собирателя с поверхности минералов коллективного концентрата и доизмельчение его до необходимой крупности.

В данное время основная проблема при обогащении полиметаллических руд — это селекция коллективных концентратов, так как от ее эффективности зависят конечные технологические показатели. Практика обогащения полезных ископаемых свидетельствует о том, что существующие способы подготовки коллективных концентратов к селекции характеризуются громоздким аппаратурным оформлением узла десорбции в промышленных условиях, а также большими энергетическими и материальными затратами [1]. Из-за существенных недостатков традиционных методов десорбции проблема подготовки коллективного концентрата к селекции стоит остро и исследования в этой области актуальны.

Известно, что эффективность селекции полиметаллических руд зависит не только от способа подготовки коллективных концентратов к селекции и применяемых реагентов при разделении, но и от самого цикла коллективной флотации: режима флотации, ассортимента и, самое главное, от количества применяемых реагентов-собирателей. Отсюда и возникает идея данной работы — обеспечение минимального количества ПАВ

на поверхности минералов, получаемых в коллективном цикле флотации.

Для решения данной проблемы предлагается использование комбинированных гравитационно-флотационных схем и применение биотехнологий. Лабораторные испытания осуществлялись современными биологическими, химическими, техническими, математическими, флотационными методами исследований. Объекты исследований — полиметаллические медно-молибденовые и свинцово-цинковые сульфидные руды. При дальнейших исследованиях качественная оценка технологических показателей цикла селекции осуществлялась с помощью индекса селективности, которая рассчитывалась как сумма извлечений ценных компонентов в одноименные концентраты при селекции.

Эффективным подходом к настоящей проблеме является усовершенствование технологий обогащения руд цветных металлов посредством внедрения комбинированной гравитационно-флотационной схемы извлечения сульфидов, которая представлена на рис. 1.

Согласно схеме, первая операция с получением чернового коллективного концентрата (предварительная флотация) реализуется в безреагентном режиме: флотация осуществляется за счет природной гидрофобности молибденита и халькозина. Далее, камерный продукт предварительной флотации поступает на гравитационное обогащение с целью получения чернового гравитационного концентрата, поверхность которого будет реципиентом для остаточных концентраций реагентов флотаци-

И сходный продукт Предварительная флотация

головка

грашггашонньж метод

V

тяжйяыи продул

легкий продукт

коллективная флотация 1

хвосты

цикл селекпш

•V ^

концентрат 1 концентрат 2

Рис. 1. Комбинированная гравитационно-флотационная схема

1 85.00 1 №,00

145.0(1 140.00

0,40

0,60

1.00

Рис. 2. График зависимости функции отклика от доли гравитационного концентрата

онного коллективного концентрата. При объединении флотационного и гравитационного концентратов происходит перераспределение остаточных концентраций ПАВ с поверхности флотационного концентрата на поверхность гравитационного, тем самым создается благоприятное условие для дальнейшей селекции. Использование такой технологии позволит сократить расходы вредных реагентов в процессе селекции и в целом облегчит разделение коллективного концентрата. Исследованиями подтверждена перспективность применения данного метода для выделения агрегатов сульфидов из медно-молиб-деновой руды Сорского месторождения. Доказано, что добавление гравиоконцентрата в процессе селекции благоприятно сказывается на последующем разделении коллективного концентрата [1, 2, 3].

Так, на рис. 2 показана зависимость функции отклика: «индекс селективности» от доли гравитационного концентрата. Из графика видно, что самое высокое значение функции отклика достигается при доле гравиоконцентрата, добавляемого при селекции, равной 0,4 д.е.

В последнее время все более интенсивно исследуются и внедряются в практику методы с применением различных свойств бактерий для интенсификации процессов обогащения, в том числе, для десорбции реагентов. Это обусловлено тем, что биотехнологические способы являются экологически безопасными, низкозатратными, пригодными для переработки трудно-обогатимых бедных и забалансовых руд, сырья техногенного

происхождения, а также дают возможность повысить качество очистки сточных вод [4].

С целью очистки поверхности сульфидов от аполярного собирателя было предложено перед циклом селекции обрабатывать коллективный концентрат бактериальной культурой. Идея использование различных свойств бактерий для биодеградации углеводородсодержащих продуктов не нова. Еще в начале XX века была доказана способность микроорганизмов к окислению нефти или их отдельных компонентов. Бекманом было высказано предположение о возможности использования бактерий для разрушения тяжелых фракций нефти, остающихся в нефтематеринской породе [5].

Для технологических исследований в лабораторных условиях был проведен отбор штаммов микроорганизмов (бактерий) по способности к росту на дизельном топливе. Источником выделения требуемых микроорганизмов послужила аборигенная (автохтонная) микрофлора из мест загрязненных нефтепродуктами (содержащих тяжелые фракции углеводородов нефти), а также коллекция микроорганизмов, хранящиеся в Международном научном центре (МНЦИЭСО) при Президиуме КНЦ СО РАН. В качестве единственного источника углерода использовался гексадекан.

Все выделенные культуры бактерий вносили в жидкую питательную среду, содержащую необходимые минеральные добавки и дизельное топливо. Состав питательной среды выбирали с учетом рекомендаций по выделению углеводородокисляющих микроорганизмов. Рост микроорганизмов контролировался и фиксировался на микрофотографиях посредством наблюдений за живой культурой. Наблюдения показали, что бактериальные

Рис. 3. График зависимости извлечения ценных компонентов в пенный продукт от расхода культуры бактерий

клетки растут непосредственно в каплях дизельного топлива и концентрация бактерий увеличивается со временем. Это свидетельствует о том, что поверхность клеток бактерий, взаимодействующих с дизельным топливом, гидрофобна и подобранные условия благоприятны для роста бактерий. Изучено влияние культуры бактерий на флотационные свойства коллективного свинцово-цинкового концентрата в зависимости от расхода бактерий.

Результаты опытов показали (рис. 3), что загидрофобизи-рованные аполярным собирателем минералы в коллективном цикле с увеличением расхода культуры бактерий резко теряют свои флотационные свойства. Увеличение расхода культуры с 0 до 25 мл приводит к увеличению извлечения в камерный продукт на ~62%.

На основании полученных результатов флотационных исследований предложено использовать культуру бактерий, селективно выделенную из мест, загрязненных нефтепродуктами, для десорбции аполярного собирателя с поверхности коллективного концентрата перед циклом селекции.

В качестве микроорганизмов, десорбирующих ксантогенат с поверхности медно-молибденового коллективного концентрата, предлагается использовать культуру бактерий Pseudomonas Japonica, селективно выделенную из хвостохранилища обогатительной фабрики изучаемого типа руд. Полученные результаты исследований показали способность культуры бактерий гидро-филизировать поверхность медных минералов, что позволяет эффективно использовать их в процессе селекции коллективных концентратов, сократив при этом расход сернистого натрия и тепловой обработки [6].

Исследовалось влияние культуры бактерий на флотационные свойства медных и молибденовых минералов. Результаты показали снижение флотируемости минералов с увеличением расхода микроорганизмов. Причем наибольшее влияние культура бактерий оказывает на флотационные свойства медных минералов. Оптимальным расходом культуры бактерий Pseudomonas Japonica является 10 мл (титром 6107 кл/мл), так как при данном показателе происходит резкая гидрофилизация медных минералов и незначительное снижение флотируемости молибденита.

На последующем этапе изучалось влияние культуры бактерий на флотационные свойства коллективного концентрата в зависимости от времени контакта (рис. 4).

i>; -

и 5 11) Ii 20 25 30 35 40 45 50

!1|ччч i» ^ими.н'ис i ннн с tüKKpHMIIi мин

Рис. 4. Зависимость индекса селективности от времени взаимодействия с культурой бактерий Pseudomonas Japonica

Полученные результаты свидетельствуют об увеличении селективности процесса при времени агитации с бактериями 2 минуты в сравнении с результатами флотации без дозирования микроорганизмов. С увеличением времени взаимодействия индекс селективности снижается.

Исследования методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией и инфракрасной спектроскопией показали снижение количества ксантогената на поверхности медных минералов и молибденита после взаимодействия с культурой бактерий Pseudomonas Japonica [7], что позволяет использовать данные микроорганизмы в цикле селекции медно-молиб-денового концентрата, исключая из технологического процесса сернистый натрий и тепловую обработку.

Технологическими исследованиями показана перспективность применения в практике обогащения предлагаемых способов подготовки коллективных концентратов к циклу селекции. Предложенные технические решения, по сравнению с традиционными методами, являются экологически безопасными за счет снижения расхода токсичных реагентов, а также характеризуются низкими энергетическими затратами, что важно в горно-металлургической отрасли.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения: учебник для вузов. — М.: Изд-во МГУ, изд-во «Горная книга», Мир книги, 2008. — 710 с.

2. Алгебраистова Н.К., Маркова А.С., Развязная А.В. Подготовка коллективных концентратов предприятий цветной металлургии к

циклу селекции / Сборник докладов VII Международного Конгресса «Цветные металлы Сибири», 2015. — С. 136—138.

3. Алгебраистова Н.К., Макшанин А.В., Маркова А.С. Изучение возможности выделения сульфидов меди и молибдена гравитацией / Сборник докладов международного совещания «Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья» (Плаксинские чтения-2014, г. Алматы). -Алматы, 2014. - С. 221-222.

4. Алгебраистова Н.К., Гуревич Ю.Л., Прокопьев И.В., Теремова М.И. Технологические исследования в области деградации аполярного собирателя микроорганизмами / Материалы Международного совещания «Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья» (Плаксинские чтения — 2014) / Под общ. ред. В.А. Чантурия.

5. Beckman J.W. Action of bacteria on mineral oil // Industry Engineer. Chem. - 1926. - V. 4. - № 21. - P. 3-7.

6. Алгебраистова Н.К., Развязная А.В., Гуревич Ю.Л., Теремова М.И. Селекция медно-молибденовых концентратов с использованием микробиологических приемов // Обогащение руд. - 2012. - № 4.

7. Развязная А.В., Алгебраистова Н.К., Гуревич Ю.Л., Теремова М.И., Михлин Ю.Л. Изучение влияния микроорганизмов на поверхность минералов // Журнал СФУ. Техника и технология. -2012. - № 6. - т. 5. -С. 668-672. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Алгебраистова Наталья Константиновна -кандидат технических наук, доцент, Маркова Анна Сергеевна - ассистент, Прокопьев Иван Владимирович - аспирант, Развязная Александра Владимировна -старший преподаватель, Сибирский федеральный университет.

UDC 622.765.063.2

N.K. Algebraistova, A.S. Markova, I.V. Prokopyev, A.V. Razvyaznaya PREPARATION OF BULK CONCENTRATES FOR SELECTION CIRCUIT

The key current problem in complex ore dressing is selection of bulk concentrates as the selection efficiency governs the final performance of beneficiation. Available standard approaches to preparation of bulk concentrates for the follow-up selection feature ponderous industrial equipment and high energy and material inputs.

It is proposed to handle the problem by using:

—Combination gravity-flotation circuits: fusion of the two concentrates in order to redistribute residual concentration of surfactants from the surface of flotation concentrate to the surface of gravity concentrate and creating thereby favorable conditions for the follow-up selection;

—Biotechnologies to treat the surface of flotation concentrate before the selection circuit in order to remove the film of collectors from the surface of sulfides. For proof tests in laboratory conditions, the necessary microbial strains have been sampled. The flotation tests prove usability of microbiological approaches in complex ore dressing.

The proposed technologies as compared with the standard methods are ecology-friendly due to reduced consumption of toxic agents and feature low energy inputs, which is important for the mining and metallurgy industry.

Key words: flotation, lead-zinc ore, copper-molybdenum ore, direct selection circuit, bulk-selective circuit, germs, degradation of collecting agents.

AUTHORS

Algebraistova N.K.1, Candidate of Technical Sciences,

Assistant Professor,

Markova A.S.1, Assistant,

Prokopyev I.V.1, Graduate Student,

Razvyaznaya A.V.1, Senior Lecturer,

1 Siberian Federal University, 660041, Krasnoyarsk, Russia.

REFERENCES

1. Abramov A.A. Flotatsionnye metody obogashcheniya: uchebnik dlya vuzov (Flotation methods: Textbook for high schools), Moscow, Izd-vo MGU, izd-vo «Gornaya kniga», Mir knigi, 2008, 710 p.

2. Algebraistova N.K., Markova A.S., Razvyaznaya A.V. Sbornik dokladov VIIMezh-dunarodnogo Kongressa «Tsvetnye metally Sibiri» (Proceedings of VII International Congress on Ferrous Metals of Siberia), 2015, pp. 136—138.

3. Algebraistova N.K., Makshanin A.V., Markova A.S. Sbornik dokladov mezhdun-arodnogo soveshchaniya «Progressivnye metody obogashcheniya i kompleksnoi pererabotki prirodnogo i tekhnogennogo mineral'nogo syr'ya» (Plaksinskie chteniya-2014, g. Almaty) (Proceedings of International Conference on Advanced Methods of Dressing and Integrated Processing of Minerals and Mining Waste —Plaksin's Lectures-2014), Almaty, 2014, pp. 221—222.

4. Algebraistova N.K., Gurevich Yu.L., Prokop'ev I.V., Teremova M.I. Materialy Mezhdunarodnogo soveshchaniya «Progressivnye metody obogashcheniya i kompleks-noi pererabotki prirodnogo i tekhnogennogo mineral'nogo syr'ya» (Plaksinskie chteniya 2014). Pod red. V.A. Chanturiya (Proceedings of International Conference on Advanced Methods of Dressing and Integrated Processing of Minerals and Mining Waste —Plaksin's Lectures-2014). Chanturiya V.A. (Ed.)).

5. Beckman J.W. Action of bacteria on mineral oil. Industry Engineer. Chem. 1926. V. 4, no 21. P. 3-7.

6. Algebraistova N.K., Razvyaznaya A.V., Gurevich Yu.L., Teremova M.I. Obogash-chenie rud. 2012, no 4.

7. Razvyaznaya A.V., Algebraistova N.K., Gurevich Yu.L., Teremova M.I., Mikh-lin Yu.L. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Tekhnika i tekhnologiya. 2012, no 6, vol. 5, pp. 668-672.

A