Применение многофакторного планирования эксперимента при исследовании флотируемости кальцийсодержащих минералов

УДК 622.755

Ю.П.БАТУРА, М.В.УГЛОВСКАЯ

Читинский государственный университет

ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОФАКТОРНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ФЛОТИРУЕМОСТИ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ МИНЕРАЛОВ

Показана возможность развития технологии обогащения на примере кварц-карбонатно-флюоритовых руд Олимпийского участка Гарсонуйского месторождения с карбонатным модулем 0,95. Проводились экспериментальные исследования обогащения карбонатно-флюоритовой руды. В задачу исследований входило выяснение основных факторов, определяющих флотационные свойства флюорита и кальцита, изучение взаимодействия минералов с флотационными реагентами, разработка оптимального реагентного режима флотационного обогащения флюорита и кальцита. По результатам исследований разработана и рекомендована для проведения промышленных испытаний схема флотации с получением карбонатного концентрата и флюоритового - марки ФФ-97А.

The article describes possibility of technology development in terms of processing quartz-carbon-bearing fluorite ores of the Olimpyskiy site at the Garsonuiskiy deposit, which carbonaceous module equals 0.95. Experimental research in carbon-bearing fluorite ore dressing was held in the course of investigation. The research problem included identification of principal factors which determine flotation properties of fluorite and calci-spar, studying interaction of minerals with flotation agents, working out the optimal reactant mode of fluorite and calci-spar flotation concentration. Flotation flow chart to obtain carbonaceous and fluorite (ФФ-97А) concentrates was developed as the result of this research and recommended for commercial testing.

Существует серьезная проблема, связанная с вовлечением в переработку комплексных и труднообогатимых карбонатно-флюоритовых руд с низким содержанием флюорита. Сложность переработки заключается в трудной селекции кальцийсодер-жащих минералов с почти одинаковыми флотационными свойствами и увеличивается с уменьшением карбонатного модуля. Это требует применения новых подходов к поиску и разработке сочетаний селективно-действующих депрессоров для подавления не подлежащих флотации минералов.

Бурное развитие химической и алюминиевой промышленности требует увеличения выпуска высокосортных флюоритовых флотоконцентратов с содержанием СаР2 не менее 97-98 %.

В Горном институте Читинского государственного университета под руководством проф. А.В.Фатьянова и доц. Л.Г.Никитиной была проведена студенческая научно-исследовательская работа «Изучение флотируе-

мости кальцита и флюорита на основе многофакторного планирования эксперимента».

В этой работе показана возможность развития технологии обогащения на примере кварц-карбонатно-флюоритовых руд Олимпийского участка Гарсонуйского месторождения с карбонатным модулем 0,95. Опыты проводились на чистых минералах СаС03 и СаF2. Крупность минералов, подвергаемых исследованиям, составляет от -0,2 до +0,044 мм. Был проведен минералогический анализ проб.

Определены основные факторы, влияющие на извлечение флюорита и кальцита, из литературы по рассматриваемой проблеме.

Для исследования факторов, влияющих на показатели обогащения, была применена методика рационального планирования многофакторного эксперимента, в основу которой положена нелинейная множественная корреляция, а также матрица и формула, предложенная М.М.Протодьяконовым для обработки статистических данных. В ре-

зультате получена возможность изучения следующих факторов: расход хлористого кальция, кислого жидкого стекла (КЖС), олеиновой кислоты, Т-80; времени перемешивания с реагентом; времени флотации*.

В результате многофакторного планирования эксперимента были получены графические зависимости исследуемых факторов, влияющих на технологические показатели. Анализируя проделанные расчеты и исходя из реальных условий процесса флотации минеральных частиц, а также на основании анализа функций, выбран оптимальный режим флотации. При извлечении флюорита и подавлении кальцита в оптимальном режиме значения факторов совпадают.

Результаты контрольных опытов в выбранных оптимальных условиях флотации подтвердили правильность выбранных режимов.

В настоящее время внимание исследователей привлекает кислое жидкое стекло -реагент, являющийся сильным депрессором кальцита. Кальцит различных участков Гар-сонуйского плавикошпатового месторождения обладает высокой флотационной активностью при флотации олеиновой кислотой в дистиллированной воде. В наших исследованиях установлено, что кислое жидкое стекло (КЖС) активизирует флотацию флюорита и депрессирует кальцит при одних и тех же расходах собирателя.

При исследовании флотации флюорита и кальцита в присутствии КЖС было замечено, что при определенном соотношении КЖС и хлористого кальция пульпа теряет прозрачность, становится мутной, визуально можно наблюдать образование коллоидных частиц крупного размера.

Классен В.И. и Мокроусов В.А. связывают изменение флотационной активности минералов с различной скоростью закрепления собирателя на разных минералах. В связи с этим особое внимание уделено времени перемешивания с реагентами. Время перемешивания для максимального извлечения флюорита составляет 2,5 мин. При

* Малышев В.П. Математическое планирование металлургического и химического эксперимента. Алма-Ата: Наука, 1977.

перемешивании до 2 мин кальцит извлекается в концентрат, а при перемешивании до 3 мин извлечение кальцита резко падает. Это связано с тем, что частицы кальцита образуют флокулы больших размеров, которые остаются в объеме камеры**.

Для подтверждения полученных данных были проведены опыты на рудах Олимпийского участка Гарсонуйского месторождения в выбранном оптимальном режиме при многофакторном планировании эксперимента. В результате предложена технологическая схема для получения высококачественных концентратов марки ФФ-97А (получено положительное решение на патент, авторы А.В.Фатьянов, Л.Г.Никитина, С.В.Никитин и др.). Рекомендованная технологическая схема обладает существенными экономическими преимуществами по сравнению с вариантами переработки таких руд на действующих российских и зарубежных обогатительных фабриках.

Предложена схема флотации в составе основной и 5-8 перечистных операций флюоритового концентрата с выводом в отвал хвостов основной флотации и промпро-дукта первой перечистки. Предусмотрено получение двух концентратов - флюорито-вого и карбонатного.

Полученные основные практические результаты сводятся к следующему:

1. При необходимости получения высококачественных флюоритовых концентратов марки ФФ-97А рекомендовано применение в цикле измельчения двух структуро-образователей - хлористого натрия и кислого раствора хлористого кальция.

В этом случае получены флотоконцен-траты: флюоритовый с содержанием СаР2 -98,28 %, СаСОз - 0,13 % при извлечении СаР2 - 63,34 % и карбонатный с содержанием СаСОз - 43,56 %, СаF2 - 35,34 % при извлечении СаС03 - 39,65 %, Сар2 - 17,18 %. Общее извлечение СаР2 в оба концентрата достигает 80,52 %.

2. Высокая селективность процесса разделения кальцийсодержащих минера-

** Астахов Р.Я. Селективная флотация флюорит-карбонатных руд / Р.Я.Астахов, К.А.Никифоров, М.В.Мо-хосоев. Новосибирск: Наука, 1983.

- 225

Санкт-Петербург. 2006

лов подтверждена на жесткой воде, взятой из водопровода обогатительной фабрики Гарсонуйского рудника, перерабатывающей карбонатно-флюоритовые руды Начирского и Олимпийского участков Гарсонуйского месторождения.

3. Разработанная технологическая схема флотации рекомендуется для проведения промышленных испытаний и имеет следующие технологические преимущества по сравнению с применяемой на обогатительной фабрике Гарсонуйского рудника:

• схема по своей структуре имеет наиболее прогрессивное решение - флотация ведется в открытом цикле, при котором пенный продукт последней перечистки является кондиционным флюоритовым концентратом, а все промпродукты объединяются и являются кондиционным карбонатным концентратом. Такой вариант обеспечивает получение наиболее высоких технологических показателей обогащения;

• в схеме исключена пропарка в любом виде. Флотация проводится при естествен-

Научный руководитель к.т.н. доц. Л.Г.Н

ной температуре пульпы после измельчения руды, что значительно снизит затраты на производство концентратов;

• схема разработана при измельчении руды до 72-75 % класса -0,074 мм, при котором в настоящее время работает обогатительная фабрика;

• выпуск двух флотоконцентратов -флюоритового и карбонатного значительно повышает комплексность использования минерального сырья и технико-экономические показатели производства;

• сокращается время флотации, за счет этого останавливается 12 камер флотома-шин (10 камер ФМР-10, 2 камеры ФМР-4) по сравнению с существующей схемой.

При выполнении НИР разработаны методы интенсификации процессов разделения кальцийсодержащих минералов при флотации сложных по составу карбонатно-флюорито-вых промпродуктов руд Начирского и Олимпийского участков Гарсонуйского месторождения с карбонатным модулем 0,95 за счет регулирования структуры жидкой фазы и окислительно-восстановительного состояния флотационной дисперсной системы.