автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Оперативный вольтамперометрический контроль ионного состава флотационных пульп и растворов цветной металлургии

У 4 Л "ч • /

/ УЛ-/ л/ //

(' ' С/ су— ■ „"Ъ / 7 у-

Северо-Кавказский ордена Дружбы народов государственный технологический университет

На правах рукописи

БОРОВКОВ Георгий Александрович

ОПЕРАТИВНЫЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ИОННОГО СОСТАВА ФЛОТАЦИОННЫХ ПУЛЬП И РАСТВОРОВ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Специальность 05.15.08 —Обогащение полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Г.С. Бергер

кандидат технических наук Л.В. Сорокер

Владикавказ 1999

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

4

ГЛАВА 1. ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ РЕАГЕНТОВ В ЖИДКОЙ ФАЗЕ ФЛОТАЦИОННОЙ ПУЛЬПЫ (состояние вопроса)

1.1. Роль параметров ионного состава в управлении реагентным режимом флотации.......................... 9

1.1.1. Формирование ионного состава жидкой фазы

пульпы и его влияние на технологические показатели флотации..................................................... 9

1.1.2. Опыт применения параметров ионного состава жидкой

фазы пульпы для регулирования процессов селективной флотации руд.................................................13

1.2. Современные способы оперативного контроля концентрации реагентов в жидкой фазе флотационной пульпы........................................................21

1.2.1. Основные физико-химические методы анализа

ионного состава пульп......................................21

1.2.2. Возможности вольтамперометрии в инструментализа-

ции контроля параметров ионного состава................31

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗНАЧИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ ИОННОГО СОСТАВА ПУЛЬПЫ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ФЛОТАЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ

2.1. К вопросу получения информации о технологическом

процессе как объекте автоматизации.......................37

2.2. Использование ранговой корреляции для априорной оценки значимости концентраций реагентов в пульпе

при управлении флотационным процессом................43

2.3. Исследование взаимосвязей ионного состава жидкой фазы пульпы с другими параметрами процесса флотации полиметаллических руд..........................52

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО

ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИОННОГО СОСТАВА ФЛОТАЦИОННЫХ ПУЛЬП

3.1. Разработка методик контроля остаточных концентраций реагентов....................................64

3.1.1. Определение ионов цинка в присутствии цианидов.....65

3.1.2. Определение ионов меди в присутствии цианидов......71

3.1.3. Одновременное вольтамперометрическое определение ионов меди и цинка в присутствии цианидов............73

3.1.4. Определение цианид-ионов................................77

3.1.5. Определение бутилового ксантогената.....................80

3.1.6. Определение сульфид-ионов...............................83

3.2. Разработка вольтамперометрических анализаторов ионного состава..............................................88

3.3. Разработка устройств и систем автоматического отбора, транспортировки и подготовки проб к анализу...........101

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ИОННОГО СОСТАВА ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ И СТОЧНЫХ ВОД

4.1. Разработка методик и средств оперативного контроля

растворов гидрометаллургического производства........116

4.1.1. Определение ионов никеля в растворах

сульфата цинка.............................................116

4.1.2. Определение индия в растворах кислого выщелачивания вельц-окислов..............................................122

4.1.3. Контроль ионов меди и хлора в процессе медно-хлорной

очистки растворов сульфата цинка.......................129

4.1.4. Контроль ионов кадмия в растворах сульфата цинка.. .137

4.1.5. Автоматический контроль ионного состава цинковых

растворов при цементационной очистке от примесей перед электролизом........................................138

4.2. Оперативный вольтамперометрический контроль ионного состава промышленных сточных вод...........140

4.2.1. Разработка методик определения мышьяка в

железосодержащих сточных водах..........................143

4.2.2. О некоторых возможностях повышения селективности вольтамерометрического анализа сточных вод цветной

4.2.3. Автоматизация контроля ионов тяжелых металлов в

ГЛАВА 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕАГЕНТНОГО РЕЖИМА ФЛОТАЦИИ С УЧЕТОМ ПАРАМЕТРОВ ИОННОГО СОСТАВА ЖИДКОЙ ФАЗЫ ПУЛЬПЫ

5.1. Управление процессом селекции коллективного

свинцово-цинкового концентрата на свинцовой обогатительной фабрике АГМК...........................166

5.2. Регулирование расходов реагентов-депрессоров в процесс

свинцово-цинковой селекции по концентрации в пульпе цианидных комплексов цинка.............................172

5.3. Оптимизация процесса разделения медно-свинцового концентрата на обогатительных фабриках ДГМ1С.......182

5.4. Регулирование расходов реагентов-депрессоров в процесс

медно-свинцовой селекции по концентрации ионов цинка и меди в пульпе.....................................190

металлургии

промстоках предприятий цветной металлургии,

152

ВЫВОДЫ

196

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

198

ПРИЛОЖЕНИЕ

Акт внедрения результатов кандидатской диссертации

ВВЕДЕНИЕ

Флотационное обогащение полезных ископаемых является одним из наиболее эффективных и постоянно развивающихся технологических процессов горно-металлургического производства. На современном этапе научно-технического прогресса дальнейшее совершенствование методов пенной флотации минерального сырья невозможно без проведения глубоких исследований в области теории и практики применения флотационных реагентов. Важнейшими в этом направлении являются работы по изучению влияния ионного состава жидкой фазы пульпы на флотируемость минералов и технологические показатели обогащения руд цветных металлов.

В трудах отечественных ученых И.Н. Плаксина, О. С. Богданова, С.И Митрофанова, И.А. Каковского, A.A. Абрамова, Г.Н. Машевско-го, А.М. Околович показано, что соотношение между ионными компонентами жидкой фазы пульпы во многом определяют поверхностное состояние и флотационное поведение минеральных частиц. Концентрация реагентов в пульпе рассматривается в настоящее время в качестве важнейшего оптимизационного параметра при создании систем управления флотационными процессами [1]. Как показывает опыт [2,3], автоматическое регулирование реагентного режима флотации на основе параметров ионного состава обеспечивает возможность одновременного и наиболее полного учета большинства факторов, определяющих конечные результаты обогащения полезных ископаемых.

Достигнутые за последние десятилетия успехи в области оптимизации флотационных процессов по концентрации реагентов в пульпе стали возможными благодаря интенсификации работ по созданию методов и средств (датчиков) контроля параметров ионного состава. Избирательное и надежное определение отдельных ионных компонентов такого сложного по ионному составу водного раствора, каким является, например, жидкая фаза флотационной пульпы процессов селекции полиметаллических руд и коллективных концентратов, представляет серьезную научную задачу, требующую привлечения самых современных методов физико-химического анализа. Химический состав жидкой фазы флотационной пульпы представлен целым комплексом разнообразных ионов, тем или иным образом влияющих на поверхностные свойства разделяемых минералов. Практически каждый из этих ионов может быть определен с помощью нескольких инструментальных методов физико-химического анализа, имеющих как до-

стоинства, так и недостатки, ограничивающие сферу их применения.

Необходимость высокой избирательности контроля отдельных ионов или соединений в присутствии многочисленных примесей часто затрудняет использование методов, успешно применяющихся при анализе однокомпонентных растворов. Это, в частности, ограничивает возможности привлечения для указанных целей таких сравнительно простых и легко поддающихся инструментализации и автоматизации аналитических методов, как спектрофотометрия и ионометрия. Эти методы могут обеспечить требуемую чувствительность и селективность определения в основном лишь при условии существенного усложнения пробоподготовки и высокой степени очистки анализируемых растворов от механических примесей. Использование же для контроля ионного состава жидкой фазы флотационных пульп высокоизбирательных методов атомной абсорбции, хроматографии, хромато-масс спектроскопии, рентгенофлуоресценции, радиометрии и др. ограничено по причине значительной стоимости оборудования, необходимости создания специальных эксплуатационных условий и привлечения высококвалифицированных специалистов для обслуживания приборного парка.

К числу физико-химических методов анализа, имеющих хорошие перспективы для инструментализации и автоматизации контроля параметров ионного состава, относится дифференциальная импульсная полярография (ДИП), обеспечивающая наибольшую чувствительность

1 • 10"10 моль/л) в режиме инверсионной вольтамперометрии (ИВА) с использованием датчиков со стационарным ртутным электродом (СРЭ). Высокая экспрессность и разрешающая способность ДИП (~ 3 • 104), сочетающаяся с большим диапазоном контролируемых концентраций, некритичность к содержанию компонентов фонового электролита и скорости протекания анализируемого раствора через электролизер позволяют успешно разрабатывать на основе данного метода анализаторы жидкости многоцелевого назначения [4].

Флотационное обогащение полезных ископаемых, как и всякий производственный процесс, требует соблюдения определенных технологических условий, в том числе, поддержания на заданном оптимальном уровне концентрации флотореагентов в жидкой фазе пульпы. В противном случае неизбежно возникают потери, проявляющиеся в ухудшении качества концентратов, снижении извлечения металлов, увеличении расхода реагентов и электроэнергии. Для эффективного

управления флотационным процессом, как правило, оказывается недостаточным периодический контроль его основных режимных параметров, выполняемый службами ОТК. Часто уже во время измерения концентрация реагента в жидкой фазе пульпы принимает значение, выходящее за пределы, ограниченные режимной картой. Для поддержания условий протекания флотации в соответствии с технологическим регламентом необходим оперативный контроль, который может быть обеспечен путем применения автоматических анализаторов, позволяющих своевременно отслеживать изменения концентрации реагентов в пульпе.

Автоматические анализаторы ионного состава жидкой фазы пульп являются одним из необходимых и наиболее эффективных средств комплексной автоматизации флотационных процессов обогащения руд. Информация от анализаторов, установленных в правильно подобранных точках технологического процесса, позволяет вычислительному устройству на основе установленных математических зависимостей находить и поддерживать такие условия флотации, при которых достигаются наивысшие технологические показатели при наименьших затратах на производство [5].

Метрологические характеристики и степень автоматизации анализаторов во многом определяются научно-техническим уровнем входящих в их состав устройств пробоотбора и пробоподготовки. Пробоот-борная система представляет собой важнейшее связующее звено между анализатором и контролируемым технологическим процессом, которое в значительной мере влияет на оперативность получения результатов измерения и их достоверность. В этой связи проблеме улучшения представительности отбираемых проб, снижению длительности их доставки к анализатору, повышению эксплуатационной надежности фильтрующих, дозирующих и прочих узлов системы придается большое значение [6].

Необходимым и важнейшим этапом, предшествующим созданию автоматических анализаторов ионного состава жидкой фазы флотационных пульп, является проведение экспериментальных исследований по разработке методик анализа соответствующего ионного компонента с учетом реальных условий его нахождения в контролируемом объекте. При этом изучаются вопросы, связанные с надежностью методики, допустимой областью изменения концентраций сопутствующих примесей, величины рН, температуры и т.д. [7].

Разработанные методики могут быть использованы также и самостоятельно для экспресс-анализа фильтратов флотационных пульп на имеющемся в химических и исследовательских лабораториях обогатительных фабрик аналитическом оборудовании. Применение таких методик позволяет проводить широкий круг исследований, направленных на выявление оптимальных диапазонов концентраций реагентов в пульпе и изучение взаимосвязей между параметрами ионного состава и технологическими показателями флотации. Промышленное исследование процессов флотации с применением средств инструментального контроля параметров ионного состава жидкой фазы пульпы на основе активно-пассивных планируемых экспериментов, статистической обработки результатов и математического моделирования позволяет разработать высокоэффективные способы оптимизации режимов управления флотацией руд переменного вещественного состава [8].

Несмотря на значительные успехи в области оптимизации управления флотационными процессами по ионному составу жидкой фазы пульпы, возможности этого научного направления по совершенствованию технологии обогащения руд цветных металлов раскрыты далеко не полностью. Это, главным образом, связано с отсутствием необходимых средств оперативного контроля ряда важнейших параметров ионного состава пульп. К числу первоочередных задач относится разработка автоматических анализаторов жидкой фазы пульпы, обеспечивающих контроль цинка, цианида, медь- и цинк-цианидных комплексов, сульфид-ионов, малых содержаний ксантогената и ряда других ионных компонентов, оказывающих значительное влияние на результаты селективной флотации руд и коллективных концентратов [9]. Не менее важное значение имеет дальнейшее проведение теоретических исследований в области физико-химического и математического моделирования флотации [10]. Решение этих вопросов позволит существенно повысить эффективность флотационного обогащения.

Вольтамперометрические методы анализа имеют широкие перспективы использования в решении многих актуальных задач других производств цветной металлургии, например, для автоматического контроля ионного состава гидрометаллургических растворов и сточных вод. Расширение области применения вольтамперометрии для контроля технологических процессов и экомониторинга также определяется результатами работ в области создания средств автоматического контроля и их методического обеспечения.

Целью настоящей работы является разработка и внедрение методов и средств оперативного вольтамперометрического контроля параметров ионного состава для оптимизации управления технологическими процессами флотационного обогащения руд цветных металлов, гидрометаллургического производства и очистки промышленных сточных вод.

Для достижения цели поставлены следующие конкретные задачи:

— изучение взаимосвязей между ионным составом жидкой фазы пульпы и основными технологическими показателями флотационного обогащения рудного сырья;

— разработка методик вольтамперометрического контроля ионного состава флотационных пульп, технологических растворов и сточных вод цветной металлургии;

— разработка высокоэффективных устройств и систем представительного отбора, доставки и подготовки к анализу жидких проб;

— создание вольтамперометрических анализаторов параметров ионного состава и внедрение их в производственную и природоохранную практику предприятий цветной металлургии;

— применение разработанных методов и средств аналитического контроля для оптимизации технологических процессов флотации, гидрометаллургии, очистки сточных вод и экомониторинга объектов окружающей среды в зоне действия предприятий цветной металлургии.

При решении поставленных задач использованы высокоизбирательный метод физико-химического анализа водных растворов ДИП на СРЭ типа «висящая ртутная капля» и экспериментально-статистические методы исследования и моделирования технологических процессов как объектов автоматизации.

Основными объектами исследования настоящей работы являются флотационные процессы разделения свинцово-цинковых, медно-свин-цовых руд и коллективных концентратов, гидрометаллургические процессы очистки растворов сульфата цинка от примесей, химические процессы очистки сточных вод от техногенных загрязнителей.

Работа выполнена на кафедре обогащения полезных ископаемых Северо-Кавказского государственного технологического университета и лаборатории физико-химических методов исследования процессов цветной металлургии Научно-производственного комплекса «Югцвет-метавтоматика».

Глава 1

ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ РЕАГЕНТОВ В ЖИДКОЙ ФАЗЕ ФЛОТАЦИОННОЙ ПУЛЬПЫ (состояние вопроса)

1.1. РОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ИОННОГО СОСТАВА В УПРАВЛЕНИИ РЕАГЕНТНЫ�