УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ
IMPROVED EXTRACTION OF VALUABLE METALS

Настоящее изобретение относится к способу улучшения извлечения ценных металлов из содержащих железо сульфидов в рудах и концентратах.
Во многих частях земного шара ценные металлы, такие как золото, никель и металлы платиновой группы, встречаются в содержащих железо сульфидах, таких как пентландит, пирротин и арсенопирит. Указанные минералы селективно извлекают из руд флотацией.
Несмотря на то что флотация является эффективным способом, как правило, одним из ее самых существенных ограничений относительно содержащих железо сульфидов является тот факт, что мелкие частицы извлекаются неэффективно и большое количество мелких ценных сульфидов пропадает в отходах.
В патенте США 6170669 (Senior et al.) описан способ флотации для руд, включающих содержащие железо сульфиды, основанный на открытии того, что основная причина плохой флотации мелких частиц (т.е. размером менее 130 микрон), содержащих железо сульфидов, заключается в том, что их поверхность покрыта пленкой из гидроксида железа. Такая пленка препятствует адсорбции коллектора и делает частицы содержащих железо сульфидов гидрофильными и плохо флотируемыми при использовании традиционных реагентов для флотации сульфидов.
Авторы указанного патента США полагают, что пленки из гидроксида железа, присутствующие в содержащих железо сульфидах, состоят из гидроксида железа (3). Основой способа флотации, описанного в указанном патенте США, является удаление поверхностной пленки в течение времени, достаточного для того, чтобы дать возможность коллекторам адсорбироваться на мелких частицах.
Конкретно, в указанном патенте США описан способ флотации содержащих железо сульфидов в рудах, включающий добавление восстановителя, такого как оксисерное соединение (предпочтительно, дитионит), к водной пульпе руды, включающей содержащие железо сульфиды, при рН 7-10. Добавление восстановителя снижает потенциал пульпы и тем самым уменьшает и солюбилизирует пленку из гидроксида железа на поверхности содержащих железо сульфидов. Данный способ флотации также включает добавление к пульпе коллектора, а затем аэрацию пульпы с целью повышения ее потенциала до уровня, достаточного для обеспечения адсорбции коллектора сульфидами, и последующую флотацию содержащих железо сульфидов. Затем флотированные содержащие железо сульфиды могут быть подвергнуты нужной обработке с целью извлечения ценных металлов, таких как золото, никель или металлы платиновой группы.
Способ флотации, описанный в указанном патенте США, основан на лабораторном испытании флотации, осуществляемой периодическим способом.
Заявитель осуществил исследование и разработку способа флотации, описанного в указанном патенте США, с целью разработки способа для промышленного извлечения никеля из содержащих железо сульфидных руд.
Результатом дополнительных исследований и разработки явился непрерывный способ кондиционирования и устройство для осуществления способа кондиционирования для последующей флотации.
Настоящее изобретение относится к непрерывному способу флотации содержащих железо сульфидов в рудах с целью облегчения извлечения ценных металлов из содержащих железо сульфидов.
Данный способ включает непрерывное кондиционирование и флотацию водной рудной пульпы, включающей содержащие железо сульфиды.
В общих чертах способ включает следующую последовательность стадий обработки водной пульпы руд или концентратов руд:
(а) доведение рН пульпы до уровня 6,5-8,5;
(b) добавление восстановителя для модификации пленки из гидроксида железа на поверхности содержащих железо сульфидов в рудах для обеспечения адсорбции коллектора на содержащих железо сульфидах;
(с) добавление коллектора к пульпе до, во время или после добавления восстановителя на стадии (b); и
(d) аэрацию пульпы для повышения потенциала пульпы до уровня, достаточного для обеспечения адсорбции коллектора на содержащих железо сульфидах; и
(е) барботирование газа через пульпу, и тем самым подвергая водную пульпу пенной флотации для получения пены, содержащей указанные содержащие сульфиды минералы.
Стадии (а)-(d) представляют собой стадии кондиционирования, и стадия (е) представляет собой традиционную стадию флотации.
Способ также включает одну или обе следующие стадии.
Одна стадия представляет собой контроль добавления восстановителя на стадии (b) с учетом изменений потенциала пульпы при добавлении восстановителя.
Другая стадия представляет собой добавление комплексообразователя к пульпе до или во время стадии (b) добавления восстановителя для взаимодействия с восстановленным железом, получаемым на стадии (b) для того, чтобы свести к минимуму количество гидроксида железа, повторно образующего пленку на содержащих железо сульфидах.
Предпочтительно содержащие железо сульфиды включают один или несколько ценных металлов, выбранных из группы, содержащей никель, золото или металлы платиновой группы.
Предпочтительно стадия (а) включает доведение рН водной пульпы до 7,0-8,0.
Предпочтительно стадия (а) включает доведение рН водной пульпы до 7,1-7,5.
Более предпочтительно стадия (а) включает доведение рН водной пульпы до 7,3.
Предпочтительно стадия (а) включает доведение рН пульпы путем добавления к ней кислоты.
Предпочтительно кислота представляет собой серную кислоту.
Предпочтительно стадия (а) включает доведение рН пульпы при ее движении через первый резервуар.
Более предпочтительно стадия (а) включает контроль потока пульпы через первый резервуар в поршневом режиме.
Предпочтительно стадия (b) включает контроль добавления восстановителя путем добавления восстановителя к пульпе для снижения потенциала пульпы по меньшей мере на 150 мВ.
Предпочтительно стадия (b) включает контроль добавления восстановителя путем его добавления к пульпе для снижения потенциала пульпы по меньшей мере на 200 мВ.
Предпочтительно стадия (b) включает контроль добавления восстановителя путем его добавления к пульпе для снижения потенциала пульпы не более чем на 350 мВ.
Предпочтительно стадия (b) включает интенсивное перемешивание пульпы при добавлении восстановителя.
Предпочтительно стадия (b) включает добавление восстановителя к пульпе при движении пульпы через второй резервуар.
Предпочтительно восстановитель представляет собой оксисерное соединение, которое диссоциирует в водной среде с образованием оксисерных ионов, имеющих общую формулу:
S
O
,
n
y
z-
где n имеет значение более 1; y имеет значение более 2; z представляет собой валентность иона.
Предпочтительно оксисерное соединение представляет собой дитионит.
Предпочтительно комплексообразователь выбирают из группы, включающей лимонную кислоту и щавелевую кислоту.
Более предпочтительно комплексообразователь представляет собой лимонную кислоту.
Предпочтительно способ включает добавление комплексообразователя к пульпе во время стадии (b) добавления восстановителя к пульпе.
Более предпочтительно способ включает добавление комплексообразователя к пульпе во время стадии (b) добавления восстановителя к пульпе при движении пульпы через второй резервуар.
Предпочтительно стадия (с) включает добавление коллектора, выбранного из группы, включающей ксантаты, диксантоген, сложные эфиры ксантатов, дитиофосфаты, дитиокарбаматы, тионокарбаматы и меркаптаны.
Наиболее предпочтительно коллектор представляет собой ксантат.
Предпочтительно стадия (с) включает добавление коллектора к пульпе во время стадии (b) добавления восстановителя к пульпе.
Более предпочтительно стадия (с) включает добавление коллектора к пульпе во время стадии (b) добавления восстановителя к пульпе при движении пульпы через второй резервуар.
Предпочтительно способ включает контроль его осуществления таким образом, что среднее время пребывания пульпы, движущейся через второй резервуар, составляет менее 45 секунд.
Более предпочтительно способ включает контроль его осуществления таким образом, что среднее время пребывания пульпы, движущейся через второй резервуар, составляет приблизительно 30 секунд.
Предпочтительно способ включает контроль движения пульпы через второй резервуар в поршневом режиме.
Предпочтительно стадия (d) включает аэрацию нисходящего потока пульпы второго резервуара.
Предпочтительно стадия (е) включает отделение пены флотированных содержащих железо сульфидов от пульпы и затем извлечение ценных металлов из пены.
В соответствии с настоящим изобретением также предлагается устройство для непрерывного кондиционирования содержащих железо сульфидов в рудах с целью облегчения извлечения ценных металлов из флотируемых содержащих железо сульфидов, включающее:
(а) первый резервуар для доведения рН водной пульпы руд, включающих содержащие железо сульфиды, при движении пульпы через резервуар, при этом первый резервуар имеет входное отверстие для приема (входа) потока пульпы и выходное отверстие для выхода потока пульпы с доведенным значением рН;
(b) второй резервуар для добавления восстановителя и коллектора к пульпе с доведенным значением рН при движении пульпы через резервуар, при этом второй резервуар имеет входное отверстие для приема (входа) потока пульпы с доведенным значением рН, из первого резервуара, выходное отверстие для выхода потока обработанной пульпы из второго резервуара, средства для добавления восстановителя во второй резервуар, средства для добавления коллектора во второй резервуар и средства для интенсивного перемешивания пульпы в резервуаре; и
(с) средства для аэрации обработанной пульпы из второго резервуара, обеспечивающие адсорбцию коллектора на поверхность содержащих железо сульфидов.
Предпочтительно второй резервуар также включает средства для добавления комплексообразователя во второй резервуар.
Предпочтительно входное отверстие для пульпы с доведенным значением рН расположено в нижней части второго резервуара, а выходное отверстие для обработанной пульпы расположено в верхней части второго резервуара.
В таком устройстве второй резервуар предпочтительно включает перегородку, разделяющую резервуар на нижнюю камеру и верхнюю камеру, и перегородка имеет центральное отверстие, позволяющее движение пульпы между камерами. Назначением перегородки является обеспечение поршневого режима поднимающегося вверх во втором резервуаре потока пульпы.
Предпочтительно средства для добавления восстановителя, коллектора и комплексообразователя во второй резервуар приспособлены для добавления указанных реагентов в нижнюю камеру, посредством чего в нижней камере происходит тщательное перемешивание пульпы и указанных реагентов, а также поршневой режим движения потока пульпы и реагентов вверх через камеры.
Предпочтительно первый резервуар включает средства для вентиляции в нем воздуха.
Предпочтительно средство для аэрации пульпы из второго резервуара включает желоб, снабженный экраном для аэрации, расположенный на выходе из второго резервуара.
Настоящее изобретение описано далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму предпочтительного варианта флотационного устройства в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 представляет собой график зависимости извлечения никеля от потенциала пульпы в испытаниях, проведенных заявителем;
Фиг.3 представляет собой график, иллюстрирующий контроль потенциала (измеряемый в виде Eh) и дифференциала рН в испытаниях, проведенных заявителем; и
Фиг.4 представляет собой график зависимости качества от извлечения в испытаниях, проведенных заявителем.
Как указывалось выше, способ и устройство настоящего изобретения созданы в ходе исследований и разработки, проведенных Заявителем.
Целью работы было улучшить извлечение никеля из потоков мелких частиц и шламовых потоков на установке для флотации, включающих железо никельсодержащих руд.
В данной разработке исследовалось потенциальное применение лабораторных открытий, описанных в указанном патенте США, на флотационной установке.
Было установлено, что способ флотации, описанный в указанном патенте США:
(а) может обеспечивать улучшенное извлечение никеля из целевых потоков мелких частиц и шламовых потоков на флотационной установке; и
(b) может быть упрощен, обеспечивая улучшенную эффективность производственного процесса, снижение стоимости реагентов, повышение периода действия и возможность его непрерывного осуществления.
Было установлено, что существенные факторы при осуществлении непрерывного процесса флотации включают:
(а) использование изменения потенциала пульпы в качестве параметра для контроля добавления восстановителя (такого как дитионит), что коренным образом отличается от использования абсолютного потенциала пульпы, предложенного в указанном патенте США;
(b) добавление лимонной кислоты, приводящее к повышенной эффективности извлечения и увеличивающее длительное действие способа;
(с) использование специфической конструкции устройства на основе двух отдельных резервуаров с целью снижения расхода реагентов в результате минимизации захваченного воздуха, поглощающего восстановитель, участков с низким рН, разлагающих восстановитель, и повышения контроля над процессом в результате снижения путей циркуляции пульпы.
Конкретный вариант разработанного устройства в соответствии с данным изобретением представлен на фиг.1.
Устройство включает первый резервуар 3 и второй резервуар 5, связанные передающей трубой 7, соединяющей нижние части резервуаров 3 и 5.
Первый резервуар 3 включает входное отверстие 15 для водной суспензии пульпы, обрабатываемой в верхней части резервуара 3, и второй резервуар включает выпускное отверстие для пульпы, обработанной в верхней части второго резервуара 5. Выпускное отверстие имеет форму сливного желоба 17.
Как можно видеть на фиг.1, пульпа, подаваемая на входное отверстие 15 первого резервуара 3, течет вниз через резервуар 3 и из резервуара 3 по передающей трубе 7 в нижнюю часть второго резервуара 5. Затем пульпа течет вверх через второй резервуар 5 и из резервуара 5 через сливной желоб 17.
Второй резервуар 5 разделен на нижнюю камеру 21 и верхнюю камеру 23 при помощи горизонтальной перегородки 25, имеющей центральное отверстие, обеспечивающее движение пульпы между камерами.
Второй резервуар 4 дополнительно включает турбину 9, обеспечивающую турбулентное смешивание пульпы в нижней камере 21, и крыльчатый импеллер 11, обеспечивающий дополнительное смешивание пульпы в нижней части верхней камеры 23.
Второй резервуар дополнительно включает отражательные перегородки 18, сводящие к минимуму образование вихря и последующий захват воздуха в резервуар, что может привести к разложению дитионита натрия.
Устройство также включает средства для подачи реагентов в первый и второй резервуары 3 и 5. В частности, устройство включает средства для подачи кислоты (такой как серная кислота) в первый резервуар 3, средства для подачи восстановителя (такого как дитионит) во второй резервуар 5, средства для подачи коллектора (такого как ксантат) во второй резервуар 5 и средства для подачи комплексообразователя (такого как лимонная кислота) во второй резервуар 5.
Вышеописанное устройство из двух камер 21 и 23, ограниченное горизонтальной перегородкой 25 турбины 9 импеллера 11 и средств для подачи восстановителя, кондиционера и комплексообразователя в нижнюю камеру 21, обеспечивают поршневой режим подачи пульпы вверх через второй резервуар 5 с тщательным смешиванием пульпы и реагентов в нижней камере 21 и достаточный период взаимодействия пульпы и реагентов по мере продвижения пульпы вверх через нижнюю камеру 21 и верхнюю камеру 23 с минимальным риском формирования циркуляционных потоков пульпы/реагентов.
Устройство дополнительно включает средства для аэрации пульпы, выходящей из второго резервуара, в виде экрана для аэрации 13 в сливном желобе 17.
В результате проведения вышеупомянутых исследований и разработок было изучено действие конкретного варианта способа в соответствии с данным изобретением на хвостовой поток первичной флотации шлама (Slimes Rougher Tail stream) в рамках схемы флотации WMC Mount Keith.
Вариант воплощения способа в дальнейшем именуется как «Тонкий флоат-процесс» (“Fine Float Process”) и описан ниже под заголовком «Усовершенствование извлечения по стадиям» (“Stage Recovery Improvement”).
Для оценки тонкого флоат-процесса были осуществлены следующие три стадии:
- Во-первых, было установлено усовершенствование извлечения по стадиям с тонким флоат-процессом путем проведения сравнительных лабораторных испытаний. Испытаниям были подвергнуты различные виды руды.
- Во-вторых, была проведена оценка стадии очистки (Cleaner Stage Evaluation) с тонким флоат-процессом в результате проведения сравнительных лабораторных испытаний.
- В-третьих, была проведена проверка тонкого флоат-процесса на опытной установке с целью установления увеличения масштаба от лабораторной до опытной установки и определения возможной полномасштабной производительности установки. Данная фаза испытаний позволила определить расход реагентов при непрерывном производстве.
Усовершенствование извлечения по стадиям - лабораторные результаты
Вкратце, тонкий флоат-процесс, оцениваемый во время испытаний, включает следующие четыре стадии:
- добавление серной кислоты до рН 7,3;
- добавление дитионита натрия с целью снижения потенциала пульпы на 200 мВ;
- добавление лимонной кислоты и ксантата;
- аэрация пульпы с целью повышения ее потенциала;
- начало флотационных исследований на стандартном лабораторном оборудовании.
Базовые лабораторные флотационные исследования хвостов после колонки показали среднюю степень извлечения Ni, равную 48,0%, при его содержании 1,0% из руды, содержащей 0,30% Ni. Базовые исследования обеспечили сравнительную базу для последующего исследования тонкого флоат-процесса.
Было проведено тридцать шесть парных лабораторных исследований с целью определения эффекта применения тонкого флоат-процесса на извлечение и содержание Ni. Сравнительным исследованиям были подвергнуты различные виды руды, представленные на завод. Каждое исследование тонкого флоат-процесса сравнивали с соответствующим базовым исследованием, определяя при этом разницу в извлечении Ni и его содержании.
Средняя степень извлечения Ni и увеличения его содержания в 36 парных исследованиях с применением тонкого флоат-процесса составила 11,7%(±1,5%) и 0,2%(±0,6%), соответственно.
Оценка стадии очистки
Исследования первичной флотации очистки показали, что разовое применение тонкого флоат-процесса в схеме обработки хвостового потока первичной флотации шлама повышает степень извлечения приблизительно на 10%, от 55,9 до 66,1%.
Последующая очистная флотация полученного концентрата обеспечивает повышение степени извлечения на стадии очистки на 13,6%, от 70,8 до 84,4%.
Общий уровень извлечения повышается с 39,6 до 55,8% при содержании ценного компонента в концентрате, составляющем 4,4 и 7,9%, соответственно.
Проверка опытной установки
Для оценки увеличения масштаба тонкого флоат-процесса от лабораторной до опытной установки и определения возможной полномасштабной производительности была использована опытная установка.
При осуществлении данного испытания была использована увеличенная в масштабе емкость для кондиционирования, при этом добавление реагентов для получения потенциала и рН пульпы контролировалось автоматически. Для данного испытания также подбирался поток из схемы обработки хвостов первичной флотации шлама.
Степень извлечения ценного компонента и увеличения его содержания, полученные в исследованиях 7 видов руд на опытной установке (32 парных исследования) в результате применения тонкого флоат-процесса составила 9,7%(±3,7%) при среднем повышении содержания Ni, равном 0,0%(±0,1%).
Полученные результаты представлены ниже в таблице
ТаблицаСравнение результатов работы опытной установки с применением и без применения тонкого флоат-процесса
Извлечение Ni, %
Содержание Ni, %
Базовые испытания
45,4
0,76
Тонкий флоат-процесс
55,1
0,76
В итоге:
- Применение тонкого флоат-процесса в лабораторных испытаниях существенно повышает степень извлечения по стадиям шламовых частиц в различных видах руд.
- Было установлено, что помимо улучшения стадии первичной флотации, тонкий флоат-процесс обеспечивает постоянное повышение степени извлечения на последующих стадиях флотации.
- Лабораторные результаты были увеличены в масштабе до непрерывной опытной установки, повышая степень доверия при прогнозировании производительности установки. Емкость для кондиционирования обеспечивает средства осуществления и контроля химического процесса.
Помимо вышеизложенного, в рамках упомянутых исследований и разработок было изучено влияние трех конкретных параметров способа в соответствии с данным изобретением на характеристики флотации. Указанные параметры включают:
(а) контроль добавления восстановителя с учетом изменений потенциала пульпы;
(b) поддержание рН в интервале 6,5-8,5; и
(с) добавление комплексообразователя с целью сведения к минимуму содержания гидроксидов железа, повторно образующих пленку на содержащих железо сульфидах.
Ниже приведены результаты испытаний относительно указанных параметров.
Контроль потенциала и рН
Было установлено, что повышение степени извлечения благодаря тонкому флоат-процессу зависит от изменения потенциала, предпочтительно на 150-250 мВ, определяемого при помощи Eh.
Результаты испытаний представлены на фиг.2.
Фиг.2 показывает, что максимальная степень извлечения достигается при разности потенциала 200 мВ.
Фиг.2 также показывает, что повышение потенциала снижается при разности потенциала ниже или выше 150-200 мВ и что при очень высокой разности потенциала происходит снижение степени извлечения.
Было также установлено, что повышение степени извлечения благодаря тонкому флоат-процессу зависит от значения рН, строго поддерживаемого на уровне около 7,3.
При первоначальном опытном исследовании с применением простого устройства с резервуаром с мешалкой требуемый контроль значения потенциала и рН не был достигнут, в результате чего тонкий флоат-процесс не обеспечил повышения степени извлечения. Такой результат привел к разработке варианта устройства в соответствии с данным изобретением, представленного на фиг.1.
Результаты последующих опытных испытаний устройства, представленного на фиг.1, показали возможность контроля величины потенциала и рН и, в результате, достижения целевого повышения уровня извлечения ценных компонентов из руды.
Фиг.3 представляет собой график рН и дифференциала Eh в виде функции времени при полномасштабном применении данного способа. рН поддерживают на уровне 7,3±0,06, и дифференциал Eh - на уровне 200±20 мВ.
Фиг.3 показывает, что данное устройство обеспечивает строгий контроль рН и дифференциала Eh и, следовательно, оптимальный контроль добавления реагентов.
Комплексообразователь - лимонная кислота
Лабораторные флотационные испытания продемонстрировали, что, как показано на фиг.4, повышение степени извлечения согласно первоначальному способу, описанному в патенте США, происходит в результате добавления лимонной кислоты.
Предполагается, что лимонная кислота действует как комплексообразующий агент, связывая ионы железа, которые солюбилизируются в среде с более низким потенциалом и рН.
Вышеописанные варианты способа и устройства в соответствии с настоящим изобретением могут быть подвергнуты многочисленным модификациям при условии, что они не нарушают сущность и объем данного изобретения.