Повышение эффективности флотации сфалерита на основе оптимизации степени окисления бут и лового ксантогената
На правах рукописи
КУЗНЕЦОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА
Повышение эффективности флотации сфалерита на основе
оптимизации степени окисления бутилового ксантогената
Специальность 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2008
Работа выполнена в УРАН Институте проблем комплексного освоения недр РАН
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Вигдергауз Владимир Евелевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Манцевич Марк Иосифович
кандидат технических наук
Матвеева Тамара Николаевна
Ведущее предприятие: Московский государственный горный
университет
Защита состоится 21 октября 2008 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.002.074.01 в УРАН Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: 111020, г. Москва, Е-20, Крюковский туп., 4. Факс (495) 3608960.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН.
Автореферат разослан «___» сентября 2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук Папичев В.И.
общая характеристика работы
Актуальность работы. Полиметаллические, свинцово-цинковые и медно-цинковые руды являются главным источником производства цинка. В связи с постоянным ухудшением качества минерального сырья на обогатительные фабрики поступают все более труднообогатимые руды с пониженным содержанием ценных компонентов. Поэтому остро встает задача повышения эффективности извлечения минералов из руд и комплексности использования минерального сырья. Решение этой задачи может быть достигнуто путем совершенствования процессов переработки руд, и в первую очередь флотации – основной операции обогащения сульфидных руд.
Повышение эффективности флотационного обогащения цинксодержащих руд возможно путем корректировки реагентного режима флотации. В последнее время проявилась тенденция к усложнению флотационных схем, увеличению количества контрольных и перечистных операций цинковой флотации. Для упрощения схем флотации перспективно повышение эффективности действия реагентов.
Практика флотационного обогащения цинксодержащих руд показывает, что извлечение сфалерита в концентрат в среднем остается на уровне 70 %. Основные потери цинка связаны с тонкими классами и сростками. Основным реагентом-собирателем при флотации сфалерита остается ксантогенат и для успешной флотации необходимо его частичное окисление до диксантогенида. Исследование и оптимизация степени окисления ксантогената при флотации сфалеритов с различным примесным составом, является актуальной задачей, решение которой позволит повысить технологические показатели цинковой флотации.
Цель работы - установление кинетических закономерностей редокс-переходов, межфазного распределения и форм сорбции бутилового ксантогената и диксантогенида на поверхности сфалерита для разработки условий повышения гидрофобности и оптимизации условий флотации сфалерита.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований:
Рентгенофазовый и химический анализ минералов и продуктов обогащения руд; определение удельной поверхности минералов методом низкотемпературной сорбции азота; потенциометрический метод измерения электрохимического потенциала; определение электрокинетического потенциала минералов методом микроэлектрофореза; определение меди в растворе методом инверсионной вольтамперометрии; спектрально-электрохимическое исследование кинетики редокс-переходов пары ксантогенат-диксантогенид; анализ форм сорбции собирателя на минералах и изучение кинетики каталитического окисления ксантогената с применением УФ-спектрофотометрии; оценка смачиваемости минеральной поверхности путем измерения времени индукции пузырька воздуха; флотационные эксперименты; математические методы обработки экспериментальных данных.
Научная новизна работы состоит в определении кинетических закономерностей сорбции бутилового диксантогенида и его восстановления на поверхности сфалерита различного генезиса. Установлены продукты восстановления диксантогенида как на природном сфалерите, так и на беспримесном синтетическом сульфиде цинка.
Практическая значимость работы состоит в разработке реагентных режимов, основанных на оптимальном соотношении ионной и молекулярной форм вводимого собирателя, которые позволяют существенно улучшить кинетику флотации и повысить извлечение сфалерита различного генезиса.
Основные положения, выносимые на защиту.
- Продукты восстановления бутилового диксантогенида в щелочной среде на поверхности искусственного сульфида цинка и природном сфалерите.
- Кинетические закономерности формирования сорбционного слоя на поверхности сфалерита, конкурирующие процессы сорбции диксантогенида и его восстановления.
- Уменьшение времени индукции воздушного пузырька на сфалерите под действием ксантогената и диксантогенида при соотношении 9 : 1.
- Оптимальная степень окисления ксантогената для повышения гидрофобности поверхности сульфидов цинка и их флотируемости.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается представительным объемом лабораторных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных исследований с использованием методов математической статистики при доверительной вероятности не менее 95%.
Апробация работы. Основные положения и результаты работ докладывались и обсуждались на конференции “Неделя горняка”, Москва, МГГУ, 2001г., 2007г. и 2008г., на международной конференции молодых ученых и специалистов: “Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых” 2002г. и 2007г., на IV Российской конференции «Механизмы каталитических реакций», Новосибирск. 2002г., на научных семинарах кафедры химии нефти и органического катализа Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и лаборатории методов комплексной переработки минерального сырья техногенных месторождений ИПКОН РАН, на XIII Международной конференции по обогащению полезных ископаемых, Стамбул, Турция 2006г., на Международном совещании «Современные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья», Плаксинские чтения 2007г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, библиографического списка из 132 наименований, 2 приложений. Диссертация имеет объем 118 страниц, включает 25 рисунков и 16 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Постоянное снижение качества минерального сырья требует совершенствования схем флотации, реагентных режимов и оборудования. Флотационное извлечение сульфидов цинка из цинксодержащих руд, как правило, предваряет активация сфалерита ионами меди. Перед флотацией руду перемешивают с медной солью, а потом с ксантогенатом. Время флотации можно сократить путем подачи в пульпу собирательной смеси с определенным соотношением ионной и молекулярной форм собирателя.
Работами С.Б.Леонова и В.А.Чантурия с сотрудниками показаны перспективы применения электрохимически окисленного ксантогената при флотации цинксодержащих руд. Установлено, что частичное окисление собирателя повышает флотируемость минералов меди и цинка, не повышая флотируемости пирита.
Совершенствование технологии флотационного обогащения руд тесным образом связано с изучением механизма взаимодействия реагентов-собирателей с поверхностью минералов. Вопросами образования диксантогенида на поверхности сульфидных минералов и его ролью при флотации занимались многие отечественные и зарубежные исследователи. Согласно Таггарту гидрофобизирующее действие собирателей при флотации обусловлено образованием нерастворимых соединений на поверхности минералов. И.Н.Плаксин, В.А.Чантурия и Р.Ш.Шафеев показали важность полупроводниковых свойств минералов в закреплении ксантогената на их поверхности по электрохимическому механизму. А.А.Абрамов показал, что максимальная флотируемость сульфидов наблюдается в случае одновременного нахождения на минеральной поверхности ксантогената и диксантогенида. Доля каждой формы реагента должна составлять не менее 20-30%.
Катионы меди, закрепляясь на поверхности сфалерита, являются центрами сорбции тиоловых собирателей. Образующийся ксантогенат двухвалентной меди диспропорционирует на ксантогенат одновалентной меди и диксантогенид. А.А. Голиков и Ф.И. Нагирняк показали, что неактивированный сфалерит не катализирует реакцию окисления ксантогената до диксантогенида. До настоящего времени поведение диксантогенида при контакте со сфалеритом изучено недостаточно. Из работ И.А. Каковского известно, что при контакте сфалерита с раствором диксантогенида последний может восстановиться, окисляя при этом на поверхности минерала серу до элементной. Вероятность протекания реакции восстановления возрастает с увеличением длины углеводородного радикала диксантогенида. Термодинамические расчеты показали, что сфалерит не может восстанавливать диэтилдиксантогенид, что подтверждено экспериментально, но протекание реакции с диоктилдиксантогенидом термодинамически выгодно.
Наиболее широко при флотации цинксодержащих руд используется бутиловый ксантогенат. С.Б.Леонов и А.А.Абрамов показали, что на железистых образцах сфалерита протекает реакция восстановления бутилового дисульфида в ксантогенат. Это может быть связано с примесями катионов переменной валентности. Однако до настоящего времени остаются недостаточно исследованными состав соединений, образующихся при восстановлении диксантогенида сфалеритом в условиях флотации цинксодержащих руд бутиловым ксантогенатом, кинетические закономерности процесса восстановления и оптимальное соотношение ионной и молекулярной форм собирателя при флотации сфалерита различного состава.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ СУЛЬФИДОВ ЦИНКА
Для выяснения влияния примесей на восстановление диксантогенида в работе использовались образцы сфалерита районов Алтая, Дальнегорского и Садонского месторождения крупностью – 0,125 + 0,063 мм с удельной поверхностью 0,15 м2/г минерала, а также синтетический ZnS. Химический состав образцов сфалерита приведен в табл. 1. Фазовый состав приведен в таблице 2.
Таблица 1. Химический состав образцов сфалерита
| Месторождение | Содержание, % | |||||
| Zn | S | Cu | Fe | Si | Pb | |
| Регион Алтая | 56,4 | 28,3 | 0,29 | 3,3 | 0,4 | 4,7 |
| Дальнегорский район | 59,2 | 30,9 | 0,195 | 4,0 | 0,55 | 2,3 |
| Садонское | 36,5 | 27,8 | 2,02 | 12,0 | 0,8 | 16,1 |
| Синтетический образец | основа | не опр. | 5,210-4 | 1,610-5 | не опр. | 5,310-4 |
Таблица 2. Фазовый состав образцов сфалерита
| Месторождение | Состав, % | ||||
| Сфалерит | Галенит | Халькопирит | Кварц | Ярозит | |
| Регион Алтая | 97,3 | 2,7 | не обн. | не обн. | не обн. |
| Дальнегорский район | 95,3 | 2,3 | не обн. | 0,4 | 2,0 |
| Садонское | 86,2 | 9,3 | 4,5 | не обн. | не обн. |
| Синтетический образец | 100 | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
Для выяснения влияния примесного состава на электрохимические свойства сфалерита методом потенциометрического титрования было исследовано влияние рН на величину электрохимического потенциала. Полученные данные приведены на рис. 1. Сфалерит Садонского месторождения, содержащий большее количество свинца, меди и железа, является более электроположительным образцом по сравнению со сфалеритом месторождений районов Алтая и Дальнегорского.
 | Рис. 1. Влияние рН на электрохимический потенциал сфалерита месторождений: 1 – Алтая, 2 - Дальнегорского, 3 - Садонского |
Изучение влияния ксантогената на изменение электрохимического потенциала сфалерита проводили при рН 10,5 в боратном щелочном буферном растворе; ксантогенат подавали порционно до максимальной концентрации 100мг/л. При повышении концентрации ксантогената электрохимический потенциал сфалерита смещается в сторону отрицательных значений, что свидетельствует об адсорбции анионов собирателя на поверхности минерала, рис. 2. Из полученных результатов следует, что собиратель в большей степени адсорбируется на сфалерите Садонского месторождения, содержащем больше примесей, и в меньшей степени на образцах сфалерита Алтая и Дальнегорского (образцы с меньшим содержанием примесей). При концентрации ксантогената 100 мг/л электрохимический потенциал сфалерита Садонского месторождения сместился на 25 мВ в сторону отрицательных значений, тогда как для сфалерита Алтая и Дальнегорского района изменение потенциала составило 11,2мВ и 10,1мВ соответственно.
 | Рис. 2. Влияние концентрации бутилового ксантогената на изменение электрохимического потенциала сфалерита при рН 10,5 месторождений: 1 – Алтая, 2 – Дальнегорского, 3 – Садонского |
Для оценки влияния рН на величину заряда поверхности частиц сфалерита и энергию электростатического взаимодействия между ними выполнены измерения электрокинетического потенциала в интервале рН от 4 до 12 (рис. 3).
 | Рис. 3. Влияние рН на электрокинетический потенциал сфалерита месторождений: 1 – Алтая, 2 - Дальнегорского, 3 - Садонского |
В слабокислой среде при рН 4 электрокинетический потенциал сфалерита имеет положительное значение. Точка нулевого заряда поверхности сфалерита находится в интервале рН 4,5-5, что согласуется с приводимыми в литературе данными. В щелочной среде поверхность минерала имеет высокий отрицательный заряд, что обуславливает электростатическое отталкивание между частицами.
При рН > 10 разница в величине электрокинетического потенциала для испытанных образцов не превышает 10 мВ.
На основе измерений величины электрокинетического потенциала была выполнена оценка электростатической составляющей энергии взаимодействия между частицами. На рис. 4 приведены результаты расчетов влияния расстояния между частицами сфалерита размером 10 мкм на энергию электростатического отталкивания при различных рН.
 | Рис. 4. Влияние расстояния между частицами сфалерита размером 10 мкм на энергию электростатического отталкивания при различных рН. |
Максимальное значение энергия электростатического отталкивания для сфалерита имеет в нейтральной среде, с увеличением щелочности энергия электростатического отталкивания уменьшается, что может привести к агрегации тонких частиц.
восстановлениЕ БУТИЛОВОГО диксантогенида на синтетическом образце сульфида цинка и природном сфалерите
Согласно И.А.Каковскому диксантогенид является слабым окислителем и при взаимодействии с сульфидными минералами окисляет серу на их поверхности по реакции:
МеS + X2 = МеКх2+ S0 (1)
Согласно термодинамическому расчету И.А.Каковского, сфалерит не может восстанавливать диэтилдиксантогенид, что подтверждено экспериментально. Однако достаточно вероятно протекание реакции с высшими диалкилдиксантогенидами. Протекание реакции для наиболее важного для практики флотации бутилового диксантогенида оставалось неясным и неисследованным.
Распределение бутилового ксантогената и дибутилдиксантогенида на поверхности сфалеритов изучали экстракционно-спектрофотометрическим методом. Исследования проводились с беспримесным искусственным сфалеритом в растворе Са(ОН)2 с рН 10,5, на навесках минерала 0,3 г при Т : Ж 1 : 83 и концентрации диксантогенида 1,84г/л. Исследования показали образование ксантогената в водной фазе (рис.5). Образование ксантогената в количестве 6 мкмоль обнаружено через 12 минут контакта диксантогенида с минералом, что свидетельствует о достаточно быстром протекании процесса восстановления. С увеличением продолжительности перемешивания суспензии концентрация ксантогената в водной фазе возрастала. Так, через 25 минут кон-
 | Рис. 5. Изменение УФ-спектра водной фазы при контакте синтетического сфалерита с диксантогенидом. 1 – без минерала Продолжительность контакта: 2 – 12 мин., 3 – 25 мин., 4 – 60 мин, 5 – 24 часа. |
такта в водной фазе найдено 8 мкмоль ксантогената, а через 1 час перемешивания – 11,6мкмоль. В таблице 3 приведены результаты, полученные после 24 часов контакта минерала с раствором. В параллельном опыте после 24 часов контакта обнаружено 11,5 мкмоль ксантогената. Ошибка эксперимента составила 8 % отн.
Таблица 3. Восстановление диксантогенида на поверхности синтетического сфалерита
| Введено 516 мкмоль Х2 на 1 г минерала | ||
| Распределение собирателя через 24 часа, мкмоль | ||
| Твердая фаза | Водная фаза | |
| Х2 | 502 | 3,2 |
| Кх- | Не обн. | 11,6 |
| ZnКх2* | 9,4 | Не обн. |
| Суммарное содержание восстановленных форм | 21,0 | |
*) приведено к Кх-
При исследовании восстановления бутилового диксантогенида на природном сфалерите Садонского месторождения (в тех же условиях, как с синтетическим сульфидом цинка) в водной фазе через 40 минут контакта было найдено 0,74 мкмоль ксантогената на 1 г минерала, а через 24 часа его количество уменьшилось до 0,4 мкмоль. Такое же явление наблюдалось и при восстановлении диксантогенида на образцах месторождений Алтая и Дальнегорского района с применением собирательной смеси ксантогената и диксантогенида. Снижение концентрации ксантогената в растворе с течением времени свидетельствует о том, что образовавшийся в результате восстановления диксантогенида ксантогенат химически сорбируется на поверхности сульфида. Суммарное содержание восстановленных форм диксантогенида после 24 часов контакта составило 50,6 мкмоль (табл. 4), что более чем в два раза превышает их количество при обработке синтетического образца. Полученные результаты пока-
Таблица 4. Восстановление диксантогенида на поверхности сфалерита Садонского месторождения
| Введено 522 мкмоль Х2 на 1 г минерала | ||
| Распределение собирателя через 24 часа, мкмоль | ||
| Твердая фаза | Водная фаза | |
| Х2 | 493,3 | 3,6 |
| Кх- | Не обн. | 0,4 |
| (Fe,Pb,Zn)Кх* | 35,0 | 0,4 |
| CuКх* | 14,8 | Не обн. |
| Суммарное содержание восстановленных форм | 50,6 | |
*) приведено к Кх-
зывают, что минеральные примеси оказывают влияние на процесс восстановления диксантогенида на поверхности сфалерита.
На рис. 6 показано увеличение содержания элементной серы при взаимодействии образцов сфалерита трех месторождений с собирательной смесью ксантогенат-диксантогенид. Это соответствует протекающей реакции восстановления диксантогенида на поверхности сфалерита (реакция 1, (стр.6)). В опыт подавались ксантогенат (2,4 мг) и диксантогенид (0,36 мг). Навеска минерала составляла 5г, при Т:Ж=1:24. Опыты проводили в боратном щелочном буфере с рН 10,5. Отделение минерала от жидкой фазы проводили методом декантации. До взаимодействия с флотационными реагентами количество элементной серы, перешедшей в раствор, на образце сфалерита региона Алтая составляло 0,06 мг, на сфалерите Дальнегорского района – 0,13 мг и на сфалерите Садонского месторождения – 0,03 мг. После взаимодействия с собирательной смесью ксантогенат-диксантогенид количество элементной серы увеличилось. Для сфалерита месторождения Алтая количество элементной серы в растворе увеличилось на 0,06 мг, на сфалерите Дальнегорского района - на 0,04 мг и на образце сфалерита Садонского месторождения - на 0,19 мг. Это является подтверждением того, что диксантогенид на поверхности сфалерита восстанавливается в результате окисления сульфидной серы до элементной.
 | Рис. 6. Влияние диксантогенида на изменение содержания элементной серы в растворе при обработке смесью собирателей неактивированного сфалерита при рН 10,5. - Исходный образец - После взаимодействия с реагентами |
Значения электрохимических потенциалов исследуемых образцов природного сфалерита при рН 10,5 лежат в интервале -100 -200мВ (см. рис. 1). С целью выяснения возможности восстановления диксантогенида в этой области потенциалов было проведено спектрально-электрохимическое исследование. В электрохимическую ячейку с платиновой сеткой был помещен бутиловый ксантогенат с бутилдиксантогенидом при соотношении Кх-:Кх2 = 2:3 с суммарной концентрацией 10-4 М в водно-диоксановой смеси и был задан потенциал, соответствующий электрохимическому потенциалу сфалерита при рН 10,5. Поляризация проводилась в течение 10 мин. Было найдено, что при потенциале –100 мВ диксантогенид восстанавливается с превращением в ксантогенат, т.е. отмечается прирост концентрации ксантогената (рис. 7).
 | Рис. 7. Кинетика электровосстановления диксантогенида до ксантогената на Pt электроде при потенциале поляризации -100 мВ |
ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИИ БУТИЛОВОГО КСАНТОГЕНАТА И ДИКСАНТОГЕНИДА
Для определения кинетических закономерностей сорбции и редокс-переходов бутилового диксантогенида рассмотрено распределение дисульфида между водной фазой и поверхностью природных образцов сфалерита. Исследования проводили в тех же условиях, как и при определении элементной серы при восстановлении диксантогенида. Для исключения мешающего влияния спектра элементной серы при определении диксантогенида, ее предварительно удаляли с поверхности минерала экстракцией гексаном.
Образцы сфалерита, в зависимости от вида и количества примесей, имеют разную сорбционную емкость по отношению к собирателю. Сульфид цинка обладает меньшей сорбционной емкостью, по сравнению с другими сульфидными минералами, поэтому наличие последних приводит к возрастанию сорбции. Более чистые образцы сфалерита месторождений Алтайского региона и Дальнегорского района обладают меньшей сорбционной емкостью, чем сфалерит Садонского месторождения (рис. 8). Образец сфалерита Садонского месторождения имеет более положительный электрохимический и электрокинетический потенциалы, поэтому сорбция собирателя на поверхности образца сфалерита Садонского месторождения протекает более успешно, по сравнению с образцами сфалерита месторождения Алтая и Дальнегорского, имеющих более отрицательные значения потенциалов. Из этого рисунка видно, что к 5-й минуте поверхность исследованных разновидностей минерала насыщается собирателем вне зависимости от примесного состава образцов.
 | Рис. 8. Сорбция ксантогената на сфалерите месторождений: 1 – Алтая, 2 – Дальнегорского, 3 – Садонского |
На рис. 9 показано изменение содержания диксантогенида в водной фазе и на поверхности природных образцов сфалерита в зависимости от времени контакта. Кривая 1 показывает убыль содержания диксантогенида в растворе, кривая 2 – его сорбцию на поверхности минерала. Максимум сорбции диксантогенида на поверхности сфалерита наблюдается при пяти минутах контакта. Полученные данные иллюстрируют протекание двух конкурирующих процессов – сорбции диксантогенида на поверхности минерала и восстановления дисульфида, поскольку суммарное содержание оставшегося в водной фазе диксантогенида и диксантогенида обнаруженного на поверхности минерала с течением времени убывает.
Сорбция диксантогенида на сфалерите разных месторождений отличается. Так, на сфалерите Садонского месторождения, содержащем больше меди, свинца и железа и имеющем менее отрицательный -потенциал, при одной и той же продолжительности обработки, обнаружено большее количество сорбированного диксантогенида.
Сопоставление кинетики сорбции и восстановления диксантогенида искусственно вводимого в систему и образующегося в результате каталитического окисления ионами меди показало, что к 5-й минуте контакта на поверхности минерала образуется максимальное количество диксантогенида и в основном завершается его сорбция.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОФОБНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ СФАЛЕРИТА
Проведенные исследования по изменению времени индукции показали, что в присутствии диксантогенида уменьшается время, необходимое для закрепления минеральной частицы на пузырьке (рис. 10). Применение собирательной смеси состава 90% ксантогената и 10% диксантогенида позволяет сократить время индукции на 33% для образца сфалерита месторождения Алтайского региона, на 28 % для образца сфалерита Дальнегорского района и на 22 % для образца сфалерита Садонского месторождения.
 |  |  | |
| Сфалерит Алтайского региона | Сфалерит Дальнегорского района | Сфалерит месторождения Садонское | |
| Рис. 9. Кинетика сорбции диксантогенида неактивированным сфалеритом (1, 2) и сфалеритом, активированным ионами меди (3). 1 – Содержание диксантогенида в водной фазе; 2, 3 – Содержание диксантогенида на поверхности минерала | |||
 | Рис. 10. Влияние диксантогенида в собирательной смеси 90% Кх и 10% Кx2 на время закрепления пузырька воздуха на поверхности неактивированного сфалерита при рН 10,5. - Кх – 2 мг/л - Кх+Кх2 – 2 мг/л |
По измеренным временам индукции по теории Шелудько-Малысы была рассчитана толщина гидратной пленки перед разрывом (рис. 11).
 | Рис. 11. Влияние диксантогенида в собирательной смеси 90% Кх и 10% Кx2 на толщину пленки на поверхности неактивированного сфалерита при рН 10,5. - Кх – 2 мг/л - Кх+Кх2 – 2 мг/л |
Для сфалерита месторождения Алтая критическая толщина рвущейся пленки в присутствии одного ксантогената составляет 2,5мкм, для сфалерита месторождения Дальнегорского района – 2,2мкм, а для образца сфалерита Садонского месторождения – 1,3мкм. В присутствии диксантогенида критическая толщина рвущейся пленки увеличивается. На сфалерите месторождения Алтая и месторождения Тетюхе она увеличивается на 0,4 мкм, на сфалерите Садонского месторождения на 0,2мкм. Ее величина свидетельствует о дальнодействующем характере сил гидрофобного взаимодействия.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛОТАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ СФАЛЕРИТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА СОБИРАТЕЛЬНОЙ СМЕСИ
Добавки диксантогенида дополнительно к ксантогенату для неактивированных сфалеритов разных месторождений существенно повышают выход минерала в пенный продукт (рис. 12). Флотация сфалерита улучшается при содержании диксантогенида по отношению к ксантогенату, начиная с первых процентов, и достигает максимальных значений для сфалерита Алтая и Садонского месторождения при 7,5-15%. Для сфалерита из месторождения Дальнегорского района оптимальное количество добавленного диксантогенида составило 7-10%. При содержании диксантогенида в собирательной смеси с ксантогенатом в количестве 7,5-10 % увеличивается на 4 % выход в пенный продукт неактивированного сфалерита месторождения Алтая и Дальнегорского района и на 5% Садонского месторождения. Покрытие диксантогенидом поверхности сфалерита составляет от 30 до 40 % условного монослоя. Дальнейшее увеличение содержания диксантогенида не приводит к улучшению флотации. Сфалерит Садонского месторождения относится к высокожелезистой разности цинковой обманки (табл. 1) и как видно из рис. 12 он обладает худшей флотируемостью, несмотря на природную активацию медью и свинцом.
 |  |  |
| Сфалерит Алтайского региона | Сфалерит Дальнегорского района | Сфалерит месторождения Садонское |
| Рис. 12. Влияние концентрации собирателя на флотацию сфалерита 1 – флотация ксантогенатом, 2 – флотация смесью ксантогенат-диксантогенид | ||
В случае активации сфалерита ионами меди дополнительные добавки диксантогенида оказывают положительное влияние на кинетику флотации (рис. 13), выход же минерала в пенный продукт не возрастает.
 | Рис. 13. Кинетика флотации активированных ионами меди природных образцов сульфида цинка месторождений: – Алтая, – Дальнегорского, – Садонского. |
Повышение скорости флотации наблюдается для всех трех образцов. Очевидно, это связано с тем, что на поверхности активированного сфалерита после подачи ксантогената сразу начинает протекать реакция образования дисульфида и дополнительным количеством готового реагента можно только ускорить достижение необходимого покрытия поверхности минерала диксантогенидом.
Влияние собирательной смеси ксантогенат-диксантогенид исследовалось при флотации на пробах хвостов обогащения медно-цинковой и свинцово-цинковой руд.
Проба хвостов обогащения руды месторождения Барсучий Лог, содержит 40% класса -0,01+0 мм. Результаты исследования показали, что оптимальным составом собирательной смеси Кх-Х2 является 90% Кх и 10% Кх2 (рис. 14). При этом наблюдается повышение извлечения сфалерита в концентрат на 15%, а также повышение скорости флотации (рис. 15).
 | Рис. 14. Влияние содержания диксантогенида в собирательной смеси бутиловый ксантогенат-диксантогенид на извлечение сфалерита (1) и выход концентрата (2) при флотации сфалеритсодержащих хвостов обогащения Cu-Zn-Py руды. |
 | Рис. 15. Влияние содержания диксантогенида в собирательной смеси бутиловый ксантогенат-диксантогенид на скорость флотации сфалеритсодержащих хвостов обогащения Cu-Zn-Py руды. |
Исследования действия диксантогенида на флотацию сфалерита проводились в лабораторных условиях на пробе хвостов обогащения свинцово-цинковой руды Садонского месторождения. В основную цинковую флотацию, вместо ксантогената подавалась смесь бутилового ксантогената с бутиловым диксантогенидом. В случае применения собирательной смеси состава: 10% диксантогенида и 90% ксантогената установлено, что помимо увеличения скорости флотации в цинковом цикле увеличивается извлечение цинка в концентрат с 67 % (без диксантогенида) до 73 % (с диксантогенидом), и его содержание с 7,5 % до 9 %.
Заключение
В работе решена актуальная научно-практическая задача установления кинетических закономерностей редокс-переходов бутилового ксантогената и его дисульфида, состава продуктов восстановления диксантогенида на поверхности сфалерита, влияния диксантогенида на смачиваемость поверхности и флотируемость различных образцов сфалерита, что позволило оптимизировать соотношение ионной и молекулярной форм собирателя и повысить извлечение цинка при мономинеральной флотации и переработке хвостов обогащения медно-цинковой и свинцово-цинковой руды.
1. Впервые экспериментально установлено восстановление бутилового диксантогенида до ксантогената на поверхности беспримесного сфалерита.
2. УФ-спектрально-электрохимическими исследованиями in situ электровосстановления диксантогенида на платиновой сетке установлена возможность восстановления бутилового диксантогенида до ксантогената в характерной для флотации слабощелочной среде в области стационарных бесточных потенциалов сфалерита различного генезиса.
3. Изучение межфазного распределения бутилового ксантогената и его дисульфида при флотации сфалеритов различного состава показало, что примеси халькопирита, галенита и железа приводят к возрастанию сорбционной емкости минерала по отношению как к ксантогенату, так и к диксантогениду. В присутствии сфалерита происходит восстановление диксантогенида до иона ксантогената с последующей его химической сорбцией в виде ксантогенатов цинка, свинца и железа, а также ксантогената одновалентной меди. Примеси, содержащиеся на поверхности минерала, оказывают влияние на процесс восстановления диксантогенида. Дополнительно вводимый диксантогенид способствует достижению оптимального для флотации покрытия.
4. Определены кинетические закономерности формирования сорбционного слоя на поверхности сфалерита при использовании собирательной смеси ксантогената и диксантогенида, показавшие, что максимальное количество диксантогенида в сорбционном слое достигается к пятой минуте взаимодействия, после чего происходит его снижение в результате протекания реакции восстановления.
5. При использовании собирательной смеси ксантогената и диксантогенида установлено повышение гидрофобности поверхности сфалерита. По результатам измерения времени индукции воздушного пузырька к поверхности сфалерита выполнена оценка дальнодействия гидрофобных взаимодействий, приводящих к разрыву смачивающей пленки на поверхности минерала и установлено, что в присутствии собирательной смеси оптимального состава критическая толщина смачивающей пленки достигает 2,95 мкм. Выполненные на основании результатов электрокинетических измерений расчеты энергии электростатического отталкивания показали, что она ничтожно мала на расстояниях действия дальнодействующих сил гидрофобных взаимодействий.
6. Установлено, что использование собирательной смеси с добавками диксантогенида в количестве 10 % увеличивает выход в пенный продукт неактивированного сфалерита месторождений Алтая и Дальнегорского района на 4%, Садонского месторождения – на 5%. Повышается скорость флотации сфалерита, активированного ионами меди. Использование собирательной смеси, состоящей на 90 % из ксантогената и 10 % из диксантогенида, позволило повысить на 15% извлечение сфалерита при флотации хвостов обогащения руды месторождения Барсучий Лог и на 6% при флотации хвостов обогащения руды Садонского месторождения.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Кузнецова И.Н., Шрадер Э.А., Вигдергауз В.Е., Луговская И.Г. Межфазное распределение ксантогената и диксантогенида при флотации сфалерита. // Обогащение руд, С.-П., №2. 2003. С. 9-12.
2. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Саркисова Л. М., Кузнецова И.Н. Оценка дальнодействующих взаимодействий между гидрофобными поверхностями применительно к флотации сульфидных минералов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. №5, 2006. С. 81-88.
3. Vigdergauz V.E., Shrader E.A., Sarkisova L.M., Kuznetsova I.N. Wettability of Sulfides Related to Mineral Flotation and Flocculation Processes Strong Long-Range Interactions Between Hydrophobic Surfaces. XIII International Mineral Processing Congress. Istanbul, Turkey 3-8 September 2006. 2006. P. 409-413.
4. Кузнецова И.Н., Шрадер Э.А., Вигдергауз В.Е. Влияние добавок диксантогенида на флотацию сульфидов цинка// Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения). Труды международного совещания. – Москва-Чита: ЧитГТУ, ч.3. 2002. – С.78-84.
5. Кузнецова И.Н., Жиленко М.П., Руденко А.П., Вигдергауз В.Е. Механизм окисления ксантогената до диксантогенида в условиях полного торможения каталитического процесса продуктом реакции в присутствии медь(II)-содержащего полиакриламидного гидрогеля. IV Российская конференция. Механизмы каталитических реакций. Новосибирск. Т. №2., 2002. С.195-196.
6. Кузнецова И.Н., Шрадер Э.А., Вигдергауз В.Е. Влияние степени окисления ксантогената на флотацию сульфидов цинка. Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья: Материалы международного совещания “Плаксинские чтения – 2002”. – М.: П99. Изд-во ПКЦ “Альтекс”, 2002. – С. 106-107.
7. Кузнецова И.Н., Шрадер Э.А., Вигдергауз В.Е. Оптимизация степени окисления ксантогената при флотации сфалеритов различного генезиса. // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых. М.: ИПКОН РАН. 2005. С.103-108.
8. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М., Морозов Ю.П., Кузнецова И.Н., Вишкова А.А, Дорофеев А.И. Физико-химическое регулирование смачиваемости поверхности рудных минералов полиметаллических сульфидных руд. Современные проблемы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья: Материалы международного совещания “Плаксинские чтения – 2005” С.-П.: Роза мира. – 2005. – С. 95-97.
9. Кузнецова И.Н., Шрадер Э.А., Вигдергауз В.Е. Кинетические особенности формирования сорбционного слоя собирателя на поверхности сфалерита и его влияние на флотируемость. Современные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья» Материалы международного совещания «Плаксинские чтения – 2007». Апатиты, КНЦ РАН. 2007. – С. 273-275.
10. Кузнецова И.Н. Действие диксантогенида при флотации сфалерита. // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых. М.: ИПКОН РАН. 2007. С. 225-228.
Лицензия ЛР № 21037. Подписано в печать с оригинал-макета 11.09.08 г. Формат 60х84 1/16. Бумага «Mega Copy Office». Печать офсетная. Набор компьютерный. Объем 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ №152.
Издание УРАН ИПКОН РАН
111020 г. Москва, Крюковский тупик, д. 4
