Повышение эффективности переработки отходов флотационного обогащения медно-цинковых руд на основе применения сочетаний реагентов собирателей и флокулянтов

На правах рукописи

САРКИСОВА Лидия Михайловна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ

отходов флотационного обогащения медно-цинковых руд

НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ СОЧЕТАНИЙ РЕАГЕНТОВ

СОБИРАТЕЛЕЙ И ФЛОКУЛЯНТОВ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН (УРАН ИПКОН РАН)

Защита состоится « 21 » октября 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.002.074.01 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН) по адресу: 111020, Москва, Крюковский тупик, 4. Т/факс (495) 360-89-60

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН.

Автореферат разослан «____» ___________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Папичев В.И.

общая характеристика работы

Актуальность работы.

В хвостохранилищах обогатительных фабрик Урала, перерабатывающих медно-цинковые руды, накоплены сотни миллионов тонн сульфидных хвостов обогащения, которые содержат значительные количества цветных и благородных металлов. В условиях существенного истощения балансовых запасов руд медно-цинковых месторождений Урала и снижения их качества отходы обогащения можно рассматривать как дополнительный источник металлов. Вовлечение отходов обогащения в переработку позволит снизить экологическую нагрузку в районах размещения горнодобывающих предприятий.

Хвосты флотационного обогащения существенно отличаются от исходных колчеданных руд не только по содержанию, но и по степени окисления минералов в поверхностном слое, наличием значительного количества сростков и шламистых частиц. Поэтому материал хвостов является более сложным объектом обогащения, чем первичные руды, и переработка его с использованием существующих технологий флотации малоэффективна.

В связи с вышеизложенным разработка методов, повышающих эффективность применения флотации для доизвлечения ценных компонентов из отходов обогащения медно-цинково-пиритного сырья, является актуальной задачей.

Целью работы является разработка методов повышения эффективности переработки отходов флотационного обогащения медно-цинковых руд путем повышения эффективности флотации шламовых фракций рудных минералов, восстановления флотируемости окисленных зерен сульфидов и повышения селективности разделения сульфидов меди и цинка от пирита.

Идея работы состоит в использовании эффекта гидрофобных взаимодействий и синергетического эффекта от применения сочетаний реагентов для селективной флокуляции и флотации сульфидов медно-цинково-пиритных руд.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Изучение минерального и гранулометрического состава, морфологических особенностей и редокс-состояния хвостов флотационного обогащения.
• Изучение влияния механохимической активации на редокс-состояние хвостов обогащения и на результаты флотации.
• Изучение адсорбции изопропилэтилтионокарбамата и бутилового ксантогената на поверхности халькопирита, пирита и активированного ионами меди сфалерита и флотируемости сульфидов сочетанием собирателей в высокощелочной известковой среде.
• Исследование закономерностей флокуляции и флотации шламовых частиц сульфидных минералов гидрофобным полимером и его сочетанием с сульфгидрильным собирателем в нейтральной и щелочной средах.
• Разработка реагентных режимов и физико-химических условий флотационного извлечения сульфидов из хвостов обогащения медно-цинково-пиритных руд.

Методы исследования. Работа выполнена с применением комплекса современных методов: оптико-геометрического имидж-анализа характера распределения минералов и их сростков в отходах флотационного обогащения; исследований редокс-состояния поверхности минералов; УФ-спектрофотометрических исследований сорбции тиоловых собирателей; изучения смачиваемости минералов измерениями силы отрыва пузырька воздуха от поверхности шлифа минерала; спектрофотометрических исследований кинетики флокуляции шламов; гранулометрического, минералогического, рентгенофазового, термогравиметрического, рентгено-флюоресцентного и химического методов анализа минералов и продуктов обогащения; лабораторных флотационных исследований, а также математических методов компьютерной обработки экспериментальных данных.

Научная новизна

• Впервые предложено использование гидрофобного бутадиен-стирольного сополимера для селективной флокуляции тонких частиц сульфидов медно-цинковых руд; установлены кинетические закономерности флокуляции сфалерита, халькопирита и пирита, свидетельствующие о быстром и полном протекании процесса для халькопирита и сфалерита и менее эффективном – для пирита в нейтральной среде и об ухудшении флокуляции халькопирита и сфалерита и отсутствии ее для пирита в высокощелочной.
• Выявлен синергизм флокулирующего действия сульфгидрильного собирателя и гидрофобного полимера на сульфиды медно-цинковых руд, проявляющийся в повышении гидрофобности и флокуляции минералов, предварительно гидрофобизированных собирателем.
• Установлена эффективность применения механохимической активации для снятия пленок окисленных соединений с поверхности сульфидов хвостов обогащения медно-цинковых руд и восстановления их флотируемости.
• Установлен механизм совместного действия бутилового ксантогената и изопропилэтилтионокарбамата на активированный ионами меди сфалерит и халькопирит в высокощелочной известковой среде, заключающийся в совместной адсорбции собирателей и повышении гидрофобности поверхности данных минералов, что позволяет повысить их извлечение в концентрат при флотации пиритсодержащих хвостов.

Практическая значимость и реализация результатов. В результате выполненных исследований разработаны физико-химические условия и реагентные режимы получения методом флотации цинкового промпродукта и пиритного концентрата из хвостов обогащения медно-цинковых руд.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается представительным объемом экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов исследований различными методами при доверительной вероятности 95%.

На защиту выносятся следующие положения:

• Сложный минеральный и гранулометрический состав, морфологические особенности хвостов обогащения медно-цинковых руд предопределяют технологические трудности получения кондиционных флотационных концентратов меди и цинка, но не исключают возможности получения полиметаллических сульфидных продуктов и пиритного концентрата.
• Применение механохимической активации позволяет снять пленки окисленных соединений с поверхности сульфидов хвостов обогащения медно-цинковых руд и восстановить их флотируемость.
• Применение гидрофобного полимера для флокуляции сульфидов позволяет повысить эффективность флотации тонких шламов сульфидов меди и цинка за счет повышения гидрофобности частиц и их агрегирования.
• Предварительная гидрофобизация сульфгидрильным собирателем шламов сульфидов повышает эффективность флокуляции гидрофобным полимером.
• Сочетание изопропилэтилтионокарбамата и бутилового ксантогената влияет на формирование сорбционного слоя на поверхности сульфидных минералов и приводит к повышению гидрофобности сульфидов меди и цинка и их флотируемости.
• Повышение эффективности флотационного обогащения хвостов переработки медно-цинковых колчеданных руд обеспечивается за счет применения гидрофобного полимера для улучшения флотации шламов и совместного применения бутилового ксантогената и тионокарбамата для повышения флотируемости сульфидов меди и цинка.

Апробация работы. Результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» 1999, 2008; Международных совещаниях «Плаксинские чтения», 2002, Чита; 2003, Петрозаводск; 2005, Санкт-Петербург; Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов», Екатеринбург, 2004; 23-м Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых, г. Стамбул, 2006 г.; Международном симпозиуме по физико-химическим проблемам обогащения полезных ископаемых, Вроцлав (Польша), 2004 г.; VI Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2007 г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 18 работах, в т.ч. в 5 публикациях в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура работы и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, 2 приложений. Диссертация содержит 134 страницы машинописного текста, 33 рисунка, 16 таблиц, библиографию из 123 наименований.

Личный вклад автора заключается в проведении аналитического обзора научно-технической информации о составе, свойствах и технологиям переработки хвостов флотационного обогащения медно-цинковых руд, в выполнении экспериментальных и теоретических исследований селективной флокуляции, адсорбции реагентов и флотации, в разработке практических рекомендаций по технологии переработки отходов обогащения медно-цинковых руд и в оценке ее экономической эффективности.

Основное содержание работы

Во введении диссертационной работы обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, изложены положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен аналитический обзор ресурсной ценности минерального сырья медно-цинковых техногенных месторождений Урала, рассмотрены особенности вещественного состава и технологических свойств хвостов обогащения медно-цинковых колчеданных руд, а также перспективы применения традиционных и новых технологий для их переработки.

Отмечено, что отходы флотационного обогащения медно-цинковых руд Урала имеют ряд отличительных особенностей: более низкое содержание полезных компонентов, по сравнению с рудами, преобладающее (до 90%) содержание пирита, преимущественное нахождение рудных минералов в виде тонких сложных сростков (даже в классе -10 мкм) и в значительном количестве в виде шламовых частиц (до 40% класса -10 мкм), изменение физических и физико-химических свойств в процессе обогащения вследствие процессов окисления, выщелачивания и переосаждения при хранении. Поэтому это сырье является наиболее упорным в отношении селективного извлечения сульфидов цветных металлов, и большинство методов переработки минерального сырья, используемых для первичного обогащения не позволяют получать из него кондиционные концентраты. Отходы обогащения являются комплексным сырьем и требуют глубокой переработки с доизвлечением всех ценных компонентов. Такая переработка возможна только с применением комбинированных технологий, предусматривающих получение коллективных сульфидных продуктов и последующее извлечение из них цветных и благородных металлов методами пиро- и гидрометаллургии.

Значительные трудности связаны с переработкой шламовой части хвостов, которая, как правило, обогащена цветными и благородными металлами. На тонкие классы, флотация которых малоэффективна, приходится до 30% потерь цветных металлов в обогатительном переделе. Потери редких, рассеянных и благородных металлов с тонкими частицами еще выше.

На основе анализа литературных данных сформулированы задачи, требующие решения для повышения эффективности обогащения техногенного медно-цинкового сырья, в число которых входит восстановление флотационных свойств окисленных зерен, усиление контрастности свойств минералов за счет разработки специфических реагентных режимов, основанных на применении сочетаний флотационных собирателей и использования эффекта селективной флокуляции при разделении шламовых фракций.

Во второй главе приведены результаты изучения структурно-технологических и физико-химических свойств текущих и лежалых отходов флотационного обогащения медно-цинковых руд.

Типичные для медно-цинковых предприятий Урала хвосты обогащения колчеданной медно-цинковой руды месторождения Барсучий Лог содержат около 0,5% Cu, 1,8% Zn, 39% S, 35% Fe, 0,1% As, 0,01% Sb, 0,17% Pb, 0,001% Cd. Рудные минералы представлены пиритом (92,3%), халькопиритом (2,1%), сфалеритом (1,7%), вторичными минералами меди (0,3%) - халькозином, ковеллином, борнитом, нерудные – кварцем, хлоритом, кальцитом и серицитом. В составе хвостов наблюдается преобладание шламовой части: 75 – 85% материала представлено частицами крупностью –0,04 мм. До 40% от материала хвостов составляет фракция -0,010 мм, она «обогащена» цветными металлами (содержание меди около 0,8% и цинка – до 2,5%) и содержит 27% серы. Во фракции хвостов +0,010 мм содержание меди и цинка почти вдвое ниже, чем в шламах, содержание серы составляет 42%.

Результаты имидж-анализа на аналитическом комплексе "Видео-Мастер" различных фракций хвостов обогащения колчеданной медно-цинковой руды, обесшламленных по классу – 10 мкм, показали (рис.1), что в наибольшей степени раскрыт пирит (на 76-89% отн.), в меньшей – халькопирит (на 35-42% отн.), и лишь на 11-15% отн. - сфалерит (табл. 1).

Таблица 1

В классе –0,044+0,010 мм халькопирит находится в катаклазированном состоянии в ассоциации с пиритом и сфалеритом, с преимущественным размером индивидуальных кристаллов 1-5 мкм.

Сфалерит представлен в основном сростками, из которых часть находится в сростках с ограниченной долей раскрытой поверхности, что существенно затрудняет его извлечение в кондиционный цинковый концентрат. Размер выделений сфалерита большей частью не превышает 10 мкм. Неблагоприятным фактором является также наличие сростков рудных минералов с закрытой поверхностью и многочисленные корки и примазки вторичных сульфидов меди.

а)	б)
Рис.1. Изображения в отраженном свете шлифов брикетированного материала хвостов флотационного обогащения медно-цинковой руды: а) халькопирит (1) в срастании с пиритом (3); б) агрегат блочного халькопирита (1а) в срастании с пиритом (3а) и сфалеритом (2). Сросток халькопирита (1) со сфалеритом (2). Класс крупности –0,071+0,044 мм.

Выполненный имидж-анализ свидетельствует о технологических трудностях получения кондиционных флотационных концентратов меди и цинка и о возможности получения кондиционного пиритного концентрата и медно-цинкового сульфидного продукта, извлечение ценных компонентов из которого перспективно гидрометаллургическими методами.

Типичные для медно-цинковых предприятий текущие хвосты флотационного обогащения руд Урупской ОФ содержат 0,36% меди, 0,22% цинка, 24,1% серы. Материал хвостов представлен свободными минералами пустой породы и пирита. Минералы меди - халькопирит, борнит, единичные зерна блеклой руды, находятся в основном в сростках с пиритом, в виде затеков и каемок. Пустая порода состоит из кварца (70-80%), в небольших количествах присутствуют кальцит, полевые шпаты, хлорит. Рентгенографический и минералографический анализ хвостов показал (рис.2), что зерна пирита покрыты пленками кальцийсодержащих соединений, что оказывает отрицательное влияние на флотируемость пирита.

а)	б)
Рис. 2. Изображения в проходящем свете текущих хвостов Урупской ОФ: а) агрегат пирита с кварцем; б) зерно пирита, экранированное соединениями кальция.

Лежалые хвосты той же фабрики содержат 0,2% меди, 0,079% цинка, 15,7% железа, 14,9% серы, что свидетельствует об обеднении цветными металлами техногенного сырья в процессе хранения в результате преимущественного выщелачивания рудных минералов. Тонкая фракция (-0,01 мм) представлена глинистыми минералами. Пирит находится в основном в виде сростков с кварцем. Халькопирит, халькозин и сфалерит присутствуют в виде включений. Из породообразующих минералов преобладает кремнезем. Рентгенографический анализ показал присутствие в материале хвостов окисленных соединений меди: Cu5(SO4)2(OH)6·3H2O; (Cu,Fe)SO4·H2O. Пирит на одну треть окислен до ярозита KFe3(SO4)2(OH)6. Присутствие продуктов окисления пирита подтверждено также методом дифференциально-термического анализа и потенциометрического титрования. Установлено, что крупные классы хвостов (+0,16 мм) содержат менее 3% сульфидной серы, что позволяет их использовать для закладки и в строительных целях. Пирит же сосредоточен в материале -0,16 мм. Следовательно, обогащению целесообразно подвергать только эту фракцию.

В третьей главе представлены результаты исследований селективной флокуляции шламовых частиц сульфидных минералов и применения сочетаний собирателей для повышения селективности флотации сульфидов меди и цинка.

Наиболее перспективным для переработки шламов, которые традиционными методами обогащаются неэффективно, является метод селективной флокуляции. В качестве флокулянта предложен гидрофобный бутадиен-стирольный сополимер – СКС-30 ОХ, давший положительные результаты при флокуляции и флотации угольных шламов. Влияние гидрофобного полимера на флокуляцию суспензии тонких шламов сульфидных минералов изучалось по изменению светопропускания суспензии и по выходу осадка при осаждении суспензии.

Изучение влияния концентрации СКС-30 ОХ на флокуляцию сфалерита, халькопирита и пирита в нейтральной среде (при рН 6-7) показало, что гидрофобный сополимер вызывает полную флокуляцию халькопирита и сфалерита при концентрациях 1-2 мг/л (рис. 3). Для эффективной флокуляции пирита требуется бльшая концентрация полимера. Флокуляция сульфидных минералов под действием бутилового ксантогената имеет место при его концентрации более 20 мг/л. В присутствии небольших концентраций собирателя (2 мг/л) флокуляция сфалерита и халькопирита гидрофобным полимером возрастает, тогда как для пирита этот эффект наблюдается при концентрациях бутилового ксантогената более 20 мг/л.

Исследование кинетики флокуляции шламов сфалерита и халькопирита в среде близкой к нейтральной показали, что она протекает достаточно быстро и заканчивается в течение 200 сек. Процесс флокуляции пирита является более продолжительным (рис.4а).

В известковой среде при рН 11,1 при дозировках гидрофобного полимера 1-2 мг/л флокуляция сфалерита существенно хуже, чем в нейтральной среде (рис.4б). Предварительная обработка минерала бутиловым ксантогенатом при его концентрации 2 мг/л приводит к возрастанию флокуляции. В щелочной среде в присутствии 5 мг/л бутилового ксантогената для суспензии халькопирита отмечено слабое увеличение светопропускания при концентрациях полимера более 35 мг/л, флокуляции пирита в этих условиях не наблюдается. Таким образом, флокулирующее действие гидрофобного полимера на шламы сульфидных минералов снижается с повышением щелочности, причем в большей степени это проявляется на халькопирите и пирите, что связано с увеличением гидратации их поверхности в щелочной среде.

а)	б)		в)
Концентрация реагента, мг/л
Рис.3. Флокуляция халькопирита (а), сфалерита (б) и пирита (в) при рН 6-7 бутиловым ксантогенатом (1) гидрофобным полимером (2) и их сочетанием (3): а, б – 2 мг/л ксантогената, в – 40 мг/л ксантогената.
а)		б)
В р е м я о с а ж д е н и я, сек
Рис. 4. Кинетика флокуляции при рН 6-7 (а) и рН 11,1 (б): 1-4 - сфалерит; 1'-4' - пирит; 1''-4'' – халькопирит; 1,1',1'' – без реагента; а): 2, 2''- 2 мг/л бутилового ксантогената; 2'- 20 мг/л ксантогената 3,3', 3''- 0,4 мг/л СКС-30 ОХ; 4, 4'' - 2 мг/л ксантогената и 0,4 мг/л СКС; 4'- 20 мг/л ксантогената и 0,4мг/л СКС; б) 2, 2'- 2 мг/л ксантогената; 3, 3'- 2 мг/л СКС; 4 – 2 мг/л ксантогената и 2 мг/л СКС; 4'- 20 мг/л ксантогената и 2 мг/л СКС; 4-2 мг/л ксантогената и 0,4 мг/л СКС.

Установленные различия в эффективности флокуляции сульфидов гидрофобным полимером при предварительной обработке их собирателем позволяют разрабатывать режимы их селективного разделения.

Применение гидрофобного полимера приводит к повышению извлечения и скорости флотации шламов халькопирита и сфалерита (рис.5), что обусловлено как флокуляцией тонких частиц, так и повышением их гидрофобности (рис. 6 и 7).

		Рис.5. Влияние СКС-30 ОХ на флотируемость халькопирита (1), сфалерита (2) и пирита (3) бутиловым ксантогенатом в щелочной среде (рН 10,5): 1,3 - в присутствии 10 мг/л бутилового ксантогената; 2 – в присутствии 2 мг/л бутилового ксантогената.
Рис.6. Влияние бутилового ксантогената (5 мг/л), СКС-30 ОХ (5 мг/л) и их сочетания на силу отрыва пузырька от поверхности пирита при рН 8,5.
			Рис.7. Влияние бутилового ксантогената, СКС-30 ОХ и их сочетания на силу отрыва пузырька от поверхности пирита, халькопирита и сфалерита при рН 10,5 - без реагентов; - 5 мг/л СКС-30 ОХ; - 5 мг/л ксантогената; - 5 мг/л ксантогената и 5 мг/л СКС-30 ОХ

Синергетический эффект применения гидрофобного полимера с собирателем наблюдается как в нейтральной, так и щелочной средах.

Повышение эффективности флотации сульфидов меди и цинка может быть достигнуто с применением сочетания тиоловых собирателей. Бутиловый ксантогенат относится к сильным собирателям сульфидных минералов и поэтому недостаточно селективен в присутствии пирита. Большей селективностью для флотации сульфидов меди, цинка обладают неионогенные собиратели - тионокарбаматы.

Исследовано совместное действие изопропилэтилтионокарбамата (Z-200) и бутилового ксантогената при их адсорбции в высокощелочной известковой среде (табл.2) и влияние этих реагентов на смачиваемость (рис.8) и флотируемость халькопирита, сфалерита (рис.9). Найдено, что наибольший эффект от совместного применения собирателей наблюдается при первоначальной обработке минералов тионокарбаматом.

а)

б)

Рис.9. Влияние концен-трации собирателя на флотацию сфалерита (а) и халькопирита (б): 1 – бутил. ксантогенат; 2 – Z-200; 3 – Z-200 и бутиловый ксантогенат в соотноше-нии 1:1.

Показано, что при совместном действии реагентов адсорбция тионокарбамата на активированном сфалерите и халькопирите уменьшается, а адсорбция бутилового ксантогената практически не меняется в случае сфалерита и увеличивается на халькопирите. На пирите адсорбция изопропилэтилтионокарбамата в условиях разделения сульфидов незначительна. В присутствии тионокарбамата и его смеси с ксантогенатом значительно увеличивается гидрофобность поверхности активированного сфалерита.

Таблица 2

Сорбция реагентов-собирателей на поверхности сульфидных минералов в высокощелочной известковой среде

При флотации мономинеральных фракций совместное применение Z-200 и бутилового ксантогената позволяет увеличить извлечение халькопирита и сфалерита.

В целом, исследования адсорбции Z-200 и ксантогената при их совместном применении в сильнощелочной известковой среде в случае первоочередной подачи Z-200 показали наличие конкуренции реагентов при адсорбции на активированном сфалерите и халькопирите, которая приводит к уменьшению адсорбции тионокарбамата. Использование сочетания Z-200 и бутилового ксантогената увеличивает гидрофобность поверхности и повышает флотируемость халькопирита и сфалерита при отсутствии флотируемости пирита. Это позволяет сделать вывод о возможности применения сочетания собирателей для повышения селективности флотации халькопирита и сфалерита при их отделении от пирита.

В четвертой главе представлены результаты флотационного доизвлечения сульфидов из хвостов обогащения медно-цинковой руды.

Флотационное обогащение лежалых хвостов медно-цинковой руды проводилось на материале крупностью –0,16 мм после обесшламливания фракции хвостов по классу -0,02 мм в гидроциклоне. При расходе ксантогената 200 г/т и вспенивателя 40 г/т получен кондиционный пиритный концентрат, содержащий 46,6% серы, 0,4% меди, 0,12% цинка при извлечении от исходных хвостов 74,1% серы, 47,4% меди и 36% цинка, и отвальные хвосты с низким содержанием сульфидной серы (3,4%), которые пригодны для производства строительных материалов и закладки.

При флотации текущих хвостов обогащения медно-цинковой руды установлена возможность удаления окисленных плёнок с поверхности частиц сульфидов (рис.10), о чем свидетельствует сдвиг электрохимического потенциала в сторону отрицательных значений, и восстановления их флотируемости путём механохимической активации в присутствии серной кислоты и сернистого натрия.

При последовательной обработке пробы в турбомельнице сначала в растворе серной кислоты, затем после отмывки в растворе сернистого натрия с концентрацией 2,5 г/л с последующей флотацией пробы после отмывки в присутствии 140 г/т бутилового ксантогената получен кондиционный пиритный концентрат марки КСФ 2. Извлечение пиритного концентрата составило 46,2% при содержании серы 44,1%.

Рис. 10. Зависимость электрохими-ческого потенциала хвостов медной флотации медно-цинковой руды от рН до (1) и после (2) механохими-ческой активации.

Исследования возможности доизвлечения сульфидов меди и цинка из пробы текущих хвостов флотационного обогащения медно-цинковой руды выполнены на неклассифицированной пробе хвостов и фракциях крупностью +0,01 мм и –0,01+0 мм. Флотация осуществлялась бутиловым ксантогенатом при концентрации 840-930 мг/л св. СаО (рН=12,2-12,3) по схеме, включающей основную флотацию и две перечистных операции.

Флотация шламовой части хвостов протекает неэффективно с невысокой степенью обогащения и низким извлечением: содержание меди и цинка в концентрате второй перечистки составило соответственно 1,3% и 4,46% при извлечении 5,8% и 4,9% от исходных хвостов.

Показатели флотации исходных неклассифицированных хвостов существенно выше: содержание металлов в концентрате после второй перечистки составило 1,87% Cu и 17,0% Zn при извлечении 10% Cu и 27,1% Zn.

Наилучшие показатели флотации получены при обесшламливании исходных хвостов по классу 0,01 мм. Из песковой фракции исходных хвостов обогащения после основной и трех перечистных операций в открытом цикле получен цинковый промпродукт с содержанием Zn 35,6% при извлечении 24, 9% от исходных хвостов (табл. 3).

Из хвостов основной флотации после снижения рН до 8,3 подкислением серной кислотой был получен пиритный концентрат с содержанием серы 52,2% и хвосты, содержащие меди 0,09%, цинка 0,54% и серы 9,2%.

Таким образом, для получения цинкового промпродукта и пиритного концентрата необходима классификация хвостов с обесшламливанием по классу 10 мкм. Шламовая фракция требует отдельной переработки.

Исследована коллективная флотация всех сульфидов из шламовой части хвостов обогащения медно-цинковой руды в слабощелочной среде и комбинированный метод, включающий селективную флокуляцию сульфидов и флотационное отделение флокул. При коллективной флотации получен концентрат, содержащий 37,8% серы при извлечении 47,4%. Следует отметить высокий расход собирателя и низкую скорость флотации. Использование гидрофобного полимера СКС-30 ОХ в количестве 130 г/т позволило повысить выход концентрата с 9 до 12% и извлечение серы с 32% до 40% от операции и с 9,6% до 12% от исходных хвостов при одинаковом качестве.

Таблица 3

Результаты флотации песковой фракции хвостов флотационного обогащения медно-цинковой руды

В результате выполненных исследований предложена схема переработки текущих хвостов обогащения медно-цинковой руды, которая предусматривает отделение песковой части хвостов по классу 0,01 мм на гидроциклоне, основную цинковую флотацию песковой части в известковой среде ксантогенатом, три перечистки цинкового концентрата, флотацию пирита после подкисления хвостов основной цинковой флотации до рН 8,3 и коллективную флотацию сульфидов из шламовой части хвостов бутиловым ксантогенатом с добавкой гидрофобного полимера. Пиритный концентрат шламовой флотации может быть объединен с пиритным концентратом флотации песковой части хвостов с получением пиритного концентрата марки КСФ1.

Для повышения селективности флотационного разделения сульфидов меди и цинка от пирита предложено применение сочетаний собирателей. В качестве добавок к основному собирателю – бутиловому ксантогенату использовался Z-200. Флотация отвальных хвостов обогащения медно-цинковой руды месторождения Барсучий Лог (табл. 4) в присутствии Z-200 и ксантогената при соотношении 1:3 и суммарном расходе 200 г/т позволила повысить на 5% извлечение цинка и на 0,6% его содержание по сравнению с флотацией одним ксантогенатом.

На хвостах Бурибаевской ОФ, содержащих 0,56 % меди и 0,57 % цинка, совместное применение Z-200 и ксантогената при соотношении 1:1 и суммарном расходе 100 г/т обеспечивает повышение качества концентрата до 2,5 % по меди и 3,0 % по цинку при извлечениях, близких к полученным с бутиловым ксантогенатом (табл.4). Получен концентрат, близкий по своему качеству к качеству поступающей на фабрику руды. Это позволяет перерабатывать его по фабричной схеме.

Таблица 4

Результаты флотации хвостов обогащения медно-цинковых руд сочетаниями собирателей

На основе лабораторных исследований оценена эффективность доизвлечения цинка из хвостов обогащения предприятия «Ормет» по технологической схеме, включающей обесшламливание по классу -0,01 мм и флотацию песковой части с тремя перечистками цинкового концентрата. Переработка хвостов в объеме 500 тыс. т/год позволит дополнительно получить 2190 т/год цинка в виде цинкового продукта с содержанием цинка 36,5%. Прибыль от реализации этого продукта составит 1,826 млн руб. в год.

Заключение

В работе решена актуальная научно-практическая задача разработки методов повышения эффективности флотационного обогащения труднообогатимых хвостов переработки медно-цинковых руд, включающих механохимическую активацию и применение сочетаний тиоловых собирателей и гидрофобного полимера.

1. Исследованиями вещественного состава хвостов флотационного обогащения медно-цинковых руд установлено: выход шламовой фракции достигает 40%, концентрирование в этой фракции цветных металлов; высокое (60-90%) содержание в материале крупностью +0,01 мм тонких нераскрываемых сростков; наличие окисленных соединений на поверхности минералов, корок вторичных сульфидов меди на сфалерите; содержание в виде свободных зерен, главным образом, пирита. Эти факторы предопределяют технологические трудности разделения сульфидов хвостов, но не исключают возможности получения методом флотации пиритного концентрата и медно-цинкового или полиметаллического сульфидных продуктов для последующей переработки.
2. Установлена возможность восстановления флотируемости минеральных зёрен путем снятия окисленных пленок и гидратированных соединений с поверхности механохимической активацией в турбомельнице в присутствии серной кислоты и сернистого натрия.
3. Исследовано совместное действие изопропилэтилтионокарбамата и бутилового ксантогената при первоочередной подаче тионокарбамата в высокощелочной известковой среде. Выявлено наличие конкуренции при адсорбции собирателей, приводящей к снижению адсорбции тионокарбамата на поверхности халькопирита и сфалерита в присутствии бутилового ксантогената и повышение адсорбции бутилового ксантогената на халькопирите. Обнаружено увеличение гидрофобности активированного ионами меди сфалерита в присутствии тионокарбамата и его смеси с бутиловым ксантогенатом.
4. Предложено применение гидрофобного бутадиен-стирольного сополимера для повышения гидрофобности поверхности и флокуляции шламов сульфидных минералов. Со снижением гидрофобности поверхности минералов в щелочной среде флокулирующее действие гидрофобного полимера снижается и в высокощелочной известковой среде для пирита отсутствует. Предварительная гидрофобизация шламов сульфидов бутиловым ксантогенатом, повышая гидрофобность их поверхности, усиливает флокуляцию гидрофобным полимером, что свидетельствует о синергизме действия собирателя и гидрофобного полимера.
5. Добавка гидрофобного полимера увеличивает скорость флотации сульфидов цветных металлов бутиловым ксантогенатом в щелочной известковой среде, не оказывая влияние на флотируемость пирита, а в нейтральной среде обеспечивает повышение не только скорости флотации, но и извлечения сульфидов из тонких фракций. Это свидетельствует о возможности применения гидрофобного полимера для интенсификации флотации шламов сульфидов медно-цинковых руд.
6. Использование сочетания собирателей – тионокарбамата и ксантогената для флотации пиритсодержащих хвостов позволяет повысить извлечение цветных металлов в концентрат. Показана возможность флотационного доизвлечения сульфидов из хвостов обогащения медно-цинковых руд, предусматривающего раздельную флотацию песков и шламов с получением в результате нескольких перечисток цинкового промпродукта и пиритного концентрата.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Данильченко Л.М., Марченкова Т.Г., Саркисова Л.М., Кунилова И.В. Прогрессивные (экологически значимые) технологии переработки медно-цинкового минерального сырья техногенных месторождений: проблемы и решения // Инженерная экология, 2004, № 5.- С.3-11
2. Вигдергауз В.Е., Данильченко Л.М., Саркисова Л.М. Ресурсная ценность, физико-химические особенности и методы переработки техногенного медьсодержащего сырья //Цветная металлургия, 1999.- № 1.- С.25-31
3. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Степанов С.А., Антонова Е.А., Саркисова Л.М., Кузнецова И.Н., Панова М.В. Флокуляция пирита и халькопирита гидрофобным полимером // Физико-технич. пробл. разраб. полезн. ископ., 2000.- № 5.- С.81-87
4. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М., Кузнецова И.Н., Дорофеев А.И. Повышение контрастности смачиваемости сульфидных минералов медно-цинковых руд в процессах флотации и флокуляции // Физико-технич. пробл. разраб. полезн. ископ., 2004.- № 3, С.79-88.
5. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М., Кузнецова И.Н., Дорофеев А.И. Оценка дальнодействующих взаимодействий между гидрофобными поверхностями применительно к флотации сульфидных минералов // Физико-технич. пробл. разраб. полезн. ископ., 2006.- № 5, С.81-87
6. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М., Степанов С.А., Панова М.В.. Гидрофобные взаимодействия и их влияние на смачиваемость и флокуляцию сульфидных минералов в присутствии полимеров // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2002.- № 12.- С.190-192
7. Vigdergauz V.E., Shrader E.A., Sarkisova L.M., Kuznetsova I.N. Wettability of sulfides related to mineral flotation processes: strong long-range interaction hydrophobic surfaces// Proc. XXIII International Mineral Processing Congress, Istanbul, 2006, p.409-414
8. Chanturiya V.A.,Vigdergauz V.E., Sarkisova L.M., Dorofeev A.I. The hydrophilic-hydrophobic transitions on chalcopyrite: electrochemical study//Physicochemical Problems of Mineral Processing, 2004, V.38, P.65-78
9. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М., Зверев И.В., Чихладзе В.В., Антонова Е.А. Херсонская И.И. Физико-химические особенности хвостов обогащения медно-цинковых руд Урупской ОФ как сырья для получения ценных компонентов. /Труды Международной научно-технической конференции " Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов", Екатеринбург, 12-15 ноября 2002. Ч.2. - Екатеринбург: Уральская государственная горно-геологическая академия, 2002. - С. 72-82
10. Вигдергауз В.Е., Морозов Ю.П., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М., Данильченко Л.М., Вишкова А.А. Технология доизвлечения ценных компонентов из хвостов обогащения медно-цинковой руды / Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения): Труды международного совещания, Чита, 16-19 сентября 2002. Ч.1. - Москва-Чита: ЧитГТУ, 2002. - С. 138-144
11. Вигдергауз В.Е., Морозов Ю.П., Саркисова Л.М., Шрадер Э.А., Данильченко Л.М., Вишкова А.А. Комбинированная технология переработки хвостов обогащения медно-цинковой руды. / Направленное изменение физико-химических свойств минералов в процессах обогащения полезных ископаемых (Плаксинские чтения): Материалы Международного совещания. – М.: Альтекс, 2003. – С. 97-98
12. Вигдергауз В.Е., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М., Морозов Ю.П., Данильченко Л.М., Вишкова А.А., Кузнецова И.Н., Дорофеев А.И. Интенсификация флотации шламов хвостов обогащения медно-цинковых руд. // IV Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы Конгресса, том I. М.: Альтекс, 2003.- С.35-37

13. Саркисова Л.М., Кузнецова И.Н. Доизвлечение ценных компонентов из хвостов обогащения медно-цинковой руды./ Материалы международной научно-технической конференции "Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья".- Екатеринбург: Издательство АМБ, 2003.- С.162-168
14. Саркисова Л.М., Вишкова А.А. Флотируемость сфалерита сочетаниями сульфгидрильных собирателей. / Материалы Международной научно-технической конференции "Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов".- Екатеринбург: Издательство АМБ, 2004.-С.115-119
15. 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, Санкт-Петербург, 05-09 сентября 2005 г. – СПб.: Роза мира, 2005 - С. 95-97
16. Морозов Ю.П., Евграфова Е.А., Провалов С.А., Вигдергауз В.Е., Саркисова Л.М. Технологические решения по переработке старогодних хвостов обогатительной фабрики Бурибаевского ГОКа /Современные проблемы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья: Материалы Международного совещания (Плаксинские чтения) - 2005, Санкт-Петербург, 05-09 сентября 2005 г. – СПб.: Роза мира, 2005 – С.369-370
17. Саркисова Л.М., Шрадер Э.А., Вигдергауз В.Е., Морозов Ю.П. Перспективы применения сочетаний тиоловых собирателей для доизвлечения цветных металлов из хвостов обогащения медно-цинковых руд.VI Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы Конгресса, том II.-М.: Альтекс, 2007. - С.178-179.
18. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2007114627/03(015875) от 18.04.2007 ВО3В 1/00(2006.01), ВО3D 1/00(2006.01)/ Вигдергауз В.Е., Данильченко Л.М., Родионов А.С., Кунилова И.Н., Шрадер Э.А., Саркисова Л.М. - Устройство для механохимической активации сульфидсодержащих минеральных продуктов.

Лицензия ЛР №21037. Подписано в печать
с оригинал-макета 11.09.2008 г. Формат 60х84 1/16. Бумага «Меga Copy Оffice». Печать офсетная. Набор компьютерный. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 153.

Издание УРАН ИПКОН РАН

111020 г. Москва, Крюковский тупик, д. 4