Влияние ультразвуковой обработки пульпы на селективность флотации при обогащении карбонатно-флюоритовых руд

© Л.А. Киенко, Л.А. Саматова, О.В. Воронова, 2013

УЛК 622.7

Л.А. Киенко, Л.А. Саматова, О.В. Воронова

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ПУЛЬПЫ НА СЕЛЕКТИВНОСТЬ ФЛОТАЦИИ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ КАРБОНАТНО-ФЛЮОРИТОВЫХ РУД

Приведены результаты исследований влияния ультразвуковой обработки жидкой фазы пульпы на процесс флотации флюоритовых руд. Установлено, что при этом повышается селективность разделения минералов в дово-дочно-перечистных операциях. Количество перечисток при обогащении карбонатно-флюоритовых руд может бьпь сокращено с шести до трёх-четырёх. Извлечение флюорита в концентрат возрастает на 7,9—9,5%. Ключевые слова: флотация, флюорит, ультразвуковая обработка, диспергирование, селективность, адсорбция.

В настоящее время большая часть горнорудных предприятий сталкивается с проблемой снижения качества сырья. В создавшихся условиях остро стоит вопрос совершенствования существующих технологий их обогащения и создания принципиально новых методов, обеспечивающих эффективную переработку низкосортных руд. Наиболее распространённым методом обогащения большей части руд является флотация. Повышение эффективности флотационного процесса возможно при обеспечении условий для селективной адсорбции реагентов на поверхности минеральных частиц. При этом улучшение физико-химического взаимодействия компонентов в процессе флотации в значительной степени обеспечивается определённой конструкций ассоциатов и молекул используемых композиций реагентов в пульпе. Разрушение коллоидных структур, повышение уровня дисперсности реагентов интенсифицирует действие флотореагентов, способствует понижению их расхода. Одним из наиболее перспективных методов диспергирования является ультразвуковая обработка реагентов, среды, либо объектов разделения. Большинство исследователей [1] основную роль в механизме ультразвуковой диспергации отводят навигации и акустическим течениям. Именно поэтому интенсивность ультразвука, его частота,

продолжительность ультразвуковой обработки, наличие в жидкой фазе растворённых ПАВ и газов, а также температура среды и тип используемого устройства являются наиболее существенными факторами, влияющими на диспергирование жидкостей. Известно [2, 3], что использование эмульгированной ультразвуком олеиновой кислоты позволяет значительно сократить расход реагента без снижения технологических показателей процесса и проводить флотацию без подогрева пульпы в зимнее время. Способ ультразвукового эмульгирования реагентов перед флотацией эффективен также для углеводородных масел, синтетических жирных кислот (СЖК) нафтеновых кислот и других соединений.

Диспергирование поверхностных плёнок в акустическом поле происходит в основном под действием кавитации. На процесс разрушения покрытий и плёнок влияют также пульсация, вторичные эффекты, возникающие в жидкости при распространении в ней ультразвуковых волн конечной амплитуды. Снятие различных природных плёнок с минеральных частиц улучшает контакт флотационных реагентов с поверхностью первичного минерала, снижает их расход за счёт улучшения адсорбционных свойств минералов. Возникающие под действием ультразвуковых колебаний дефекты кристаллической решётки с образованием «свежей» минеральной поверхности способствуют повышению скорости, прочности и селективности адсорбции реагентов[1].

Исследование влияния ультразвукового воздействия на жидкую фазу пульпы в процессе флотации проводились на двух пробах флюоритовой руды: пробе, отобранной с конвейера обогатительной фабрики Ярославской горнорудной компании (№ 37), с содержанием СаР2—26,8 %, СаС03—17,85 % и пробе высококарбонатной руды отвала 8А (№ 38) содержанием СаР2—26,6 %, СаС03—25,6 %. На первом этапе исследований был проведён цикл экспериментов без обработки среды ультразвуком. В опытах открытого цикла по схеме с пятью-шестью перечистками пенного продукта основной флотации и использованием стандартного набора реагентов были получены концентраты, содержащие СаР291,95—92,68 %. В оптимальном режиме извлечение флюорита по пробе 37 составляло 60,36 %, по пробе 38—56,7 %.

Для обработки жидкой фазы пульпы использовалось устройство, изготовленное на базе ультразвукового излучателя с

частотой ультразвуковых колебаний до 60 кГц. В табл. 1 приведены результаты флотации руды пробы 37 с обработкой ультразвуком водной среды перед операцией основной флюо-ритовой флотации.

Технологические показатели в головной стадии процесса практически не изменились: содержание СаР2 в черновом концентрате 45,04 % и извлечение флюорита 90,87 % (в экспериментах без ультразвуковой обработки 46,10 % и 91,08 % соответственно). 0днако эффективность перечист-ных операций заметно возросла. 0чевидно, действие ультразвука на дисперсные характеристики составляющих компонентов флотационной пульпы проявилось по истечению определённого времени. В результате извлечение флюорита в концентрат возросло до 62,77 %. Более того, концентрат четвёртой перечистки уже содержал 90,63 % СаР2, то есть соответствовал марке ФФ-90. Извлечение в него флюорита составило 67,3 %.

Более заметно эффективность перечисток возрастает, как показали эксперименты, после ультразвуковой обработки воды, используемой для разбавления пенных продуктов в доводочно-перечистной части технологического процесса. Результаты исследования приведены в табл. 2. При флотации руды с более благоприятным составом (пробы № 37) получены концентраты с содержанием СаР2 выше 90% с сокращённым числом перечисток. Извлечение флюорита в концентрат четвёртой перечистки опыта 76, содержащий 90,03 % СаР2, составило 72,8 %. При флотации руды высококарбонатной пробы (опыт 77) извлечение флюорита в марочный концентрат составило 71,37 %. С увеличением количества перечисток до 5—6 и более, что соответствует их числу в существующей промышленной схеме, достигается повышение содержания СаР2 в концентрате до 92,26— 94,65 %.

На рис. 1А и 1Б графически представлены результаты изменения качественных показателей флотации в ходе перечисток пенных продуктов. Показатели, полученные в опыте с ультразвуковой обработкой существенно выше. Важно отметить, что в ходе перечисток наблюдается заметный рост селективности процесса, что демонстрирует изменение индекса селективности разделения флюорита и кальцита (1С =

= £СаР2/8СаС03).

Таблица 1

Результаты флотации флюоритовой руды с использованием ультразвуковой обработки жидкой фазы перед основной флотацией

№ Наименование Содержание, % Извлечение, %

опыта продукта СаР2 СаСОз СаР2 СаСОз

Концентрат 18,22 92,82 2,97 62,77 3,03

1 промпродукт 26,04 13,39 28,26 12,94 41,15

2 промпродукт 3,78 23,5 46,04 3,29 9,72 Проба № 37

3 промпродукт 2,74 38,77 43,88 3,94 6,72 Основная флотация:

4 промпродукт 1,79 51 36,8 3,39 3,69 обработка ультразвуком —

74 5 промпродукт 1,79 68,28 22,88 4,53 2,29 25 мин.

Хвосты 45,64 5,39 13,09 9,13 33,41 КБТ + Ж.С,- 100 + 200 г/т;

Руда 100,00 26,94 17,88 100,00 100,00 ИаР — 1400 г/т;

Концентрат 4 переч. 20,01 90,63 4,75 67,30 5,31 ЖКТМ — 450 г/т

Концентрат 3 переч. 21,80 87,37 7,38 70,69 9,00

Черновойк-т 54,36 45,04 21,91 90,87 66,59

Таблица 2

Результаты флотации флюоритовой руды с использованием ультразвуковой обработки жидкой фазы в перечистках

№ Наименование Выход, Содержание, % Извлечение, % Условия опыта

опыта продукта % СаР2 СаСОз СаР2 СаСОз

75 Концентрат 1+2 промпродукт 3 промпродукт 4 промпродукт 5 промпрдукт Хвосты 14,53 28,50 4,37 1,57 0,78 50,26 94,65 23,4 42,55 61,79 74,45 5,73 1,06 32,4 24,7 16,62 10,6 14,18 51,48 24,97 6,97 3,62 2,18 10,78 0,86 51,47 6,02 1,45 0,46 39,73 Проба № 37 Основная флотация: ИаР — 1400 г/т; ЖКТМ — 450 г/т. Обработка ультразвуком воды для перечисток — 60 мин.

Руда 100,00 26,71 17,94 100,00 100,00

Концентрат 4 переч. Концентрат 3 переч. Черновой к-т 15,31 16,87 49,74 93,62 90,66 47,90 1,55 2,95 21,73 53,66 57,28 89,22 1,32 2,77 60,27

Продолжение табл.

№ Наименование Выход, Содержание, % Извлечение, % Условия опыта

опыта продукта % СаР2 СаСОз СаР2 СаСОз

Концентрат 20,16 92,26 2,47 69,85 2,85

1+2 промпродукт 23,27 11,58 31,45 10,12 41,82 Проба № 37 Основная флотация: ИаР — 1200 г/т; ЖКТМ — 450 г/т. Обработка ультразвуком воды для перечисток — 40 мин.

76 3 промпродукт 4 промпрод.укт 5 промпрдукт Хвосты 8,64 2,01 1,37 44,55 17,31 35,19 57,27 5,26 30,13 28,56 16,89 14,08 5,62 2,66 2,96 8,80 14,88 3,29 1,33 35,85

Руда 100,00 26,62 17,5 100,00 100,00

Концентрат 4 переч. 21,53 90,03 3,39 72,80 4,17

Концентрат 3 переч. 23,54 85,34 5,54 75,76 7,46

Черновой к-т 55,45 43,79 20,24 91,20 64,15

Концентрат 18,33 93,21 2,1 64,0 1,51

1+2 промпродукт 31,44 10,1 42,89 11,9 52,68

3 промпродукт 7,99 28,35 43 8,48 13,43 Проба № 38

4 промпродукт 1,52 46.24 42,11 2,63 2,50 Основная флотация:

5 промпрдукт 1,45 72.11 33,78 3,92 1,92 ИаР — 1200 г/т;

77 6 промпродукт 1,18 70,96 25,4 2,82 1,17 ЖКТМ — 450 г/т.

Хвосты 38,09 3,89 18,05 6,25 26,79 Обработка ультразвуком

Руда 100,00 26,68 25,59 100 100 воды для перечисток — 40

Концентрат 5 переч. 19,60 91,4 3,50 67,45 2,68 мин.

Концентрат 4 переч. 21,06 90,07 5,59 71,37 4,60

Черновой к-т 62,01 40,54 30,22 93,82 73,21

А

0 2 3 4 5 6

Количество переч исток

вар Ог.СяГ2 Щ Е С 1с

Рис. 1. Качественные показатели флотации флюорита по стадиям перечи-стных операций в стандартной технологии

Так в опыте с ультразвуковой обработкой индекс селективности к 5—6 перечисткам возрастает до 25,17—44,38; в обычном режиме максимальное его значение в конечном продукте составляет 25,12.

При оценке полученных данных с использованием критерия эффективности обогащения (Е) также необходимо отметить существенный рост показателей в экспериментах с применением ультразвука.

Е _ у

а(100-а),

где фа — содержание СаР2 в руде, %; у — выход концентрата, %; в — содержание СаР2 в концентрате, %.

Из возможных механизмов действия ультразвука наряду с изменениями адсорбционных и гидратных слоёв на поверхности минералов может быть рассмотрено разрушение наиболее слабых связей собирателей с поверхностью минералов (например, при молекулярной адсорбции) под действием кавитации.

При использовании ультразвуковой обработки водной среды одновременно и на стадии основной флотации и в перечистках, как показали дальнейшие исследования, наблюдается ещё более заметный рост качества флюоритовых концентратов. Содержание в них СаР2 возрастает до 94,83—95,08% при обогащении руды пробы № 37 и до 93,95% при обогащении высококарбонатной руды

Выводы

1. Обработка жидкой фазы пульпы на стадии основной флотации не обеспечивает прямого эффекта в головной операции технологической схемы. В ходе дальнейших доводочно-перечистных операций наблюдается повышение эффективности обогащения.

2. Применение ультразвука для обработки воды, используемой в процессе разбавления пенных продуктов перечисток, приводит к существенному росту селективности разделения минералов, общей эффективности флотации флюорита. Количество перечистных операций в схеме может сократиться до трёх-четырёх против необходимых в стандартной технологии шести и более.

3. Установлено, что использование ультразвуковой обработки пульпы, в сравнении со стандартной технологией, обеспечивает прирост извлечение флюорита в концентраты с содержанием СаР2 91,59—90,03 % на 7,9—9,5 %.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агранат Б.А. Основы физики и техники ультразвука / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, H.H. Хавский. — Москва, 1987. — 352 с.

2. Ультразвук в обогащении полезных ископаемых / В.А. Глембоцкий [и др.]. — Алма-Ата, 1972. — 136 с.

3. Ерёмин Ю.П. О перспективах использования воздействия вибрационных и акустических колебаний на процессы флотации / Ю.П. Ерёмин, Г.А. Денисов, М.Д. Штерн // Обогащение руд. — 1981. — № 3. — С. 24—28.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Киенко Лидия Андреевна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, kienkola@rambler.ru,

Саматова Луиза Андреевна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией, samatova_luiza@mail.ru, Воронова Ольга Васильевна — научный сотрудник, olya-vo@mail.ru, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.

А