автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Определение оптимальных параметров флотации флюорита из карбонатсодержащих руд

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАГАЗАНИК Дмитрий Владимирович

УДК 622.765

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФЛОТАЦИИ ФЛЮОРИТА ИЗ КАРБОНАТСОДЕРЖАЩИХ РУД

Специальность 05.15.08 - "Обогащение полезных ископаемых"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -засл. деят. науки и техники РФ, д.т.н., профессор Абрамов A.A.

Москва -1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 5

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ

ОБОГАЩЕНИЯ КАРБОНАТСОДЕРЖАЩИХ ФЛЮОРИТОВЫХ

РУД...................................................................................................... 9

1.1. Типы карбонатсодержащих флюоритовых руд и методы их

обогащения..................................................................................... 9

1.1.1. Генетические типы и условия образования промышленных месторождений флюорита....................... 10

1.1.2. Методы обогащения карбонатсодержащих флюоритовых РУД..„..;... ...................................................... 13

1.2. Технологические схемы обогащения карбонатсодержащих

флюоритовых руд........................................................................... 19

1.3. Реагентные режимы флотации карбонатсодержащих

флюоритовых руд.......................................................................... 24

1.4. Основные направления совершенствования флотационного

обогащения карбонатсодержащих флюоритовых руд............... 31

1.4.1. Разработка и применение эффективных флотационных реагентов.............................................................................. 32

1.4.2. Предварительная обработка пульпы энергетическими воздействиями..................................................................... 35

1.4.3. Разработка и внедрение новых типов флотационных машин и аппаратов............................................................... 38

1.4.4. Оптимизация реагентного режима по ионному составу жидкой фазы пульпы и создание систем автоматического

контроля и регулирования процесса флотации.................. 40

Выводы................................................................................... 42

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ............................................................ 45

2.1. Термодинамический анализ.......................................................... 45

2.2. Физико-химическое моделирование флотационных систем....... 48

2.3. Флотационные исследования........................................................ 49

2.4. Используемые материалы и реагенты......................................... 51

ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ

ОКСИГИДРИЛЬНОГО СОБИРАТЕЛЯ ПРИ ФЛОТАЦИИ

ФЛЮОРИТА ИЗ КАРБОНАТСОДЕРЖАЩИХ РУД................................ 54

3.1. Изучение состояния поверхности флюорита

и карбонатных минералов в растворе........................................... 54

3.2. Изучение состояния оксигидрильного собирателя

в растворе........................................................................................ 66

3.3. Определение оптимальных параметров флотации флюорита

и карбонатных минералов в отсутствии депрессоров................. 68

3.3.1. Изучение механизма взаимодействия оксигидрильного собирателя с поверхностью солеобразных минералов..... 68

3.3.2. Влияние различных форм сорбции собирателя на результаты флотации солеобразных минералов............... 70

3.4. Физико-химическое моделирование оптимальных параметров действия оксигидрильного собирателя......................................... 73

3.5. Лабораторные исследования флотации флюорита из руд

и минеральных смесей в отсутствии реагентов-депрессоров..... 79

Выводы............................................................................................. 81

ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ

РЕАГЕНТОВ-МОДИФИКАТОРОВ В ПРОЦЕССЕ ФЛОТАЦИИ

ФЛЮОРИТА ИЗ КАРБОНАТСОДЕРЖАЩИХ РУД................................ 84

4.1. Физико-химическое моделирование действия жидкого стекла

в процессе флотации флюорита из карбонатсодержащих руд... 84

4.1.1.Изучение состояния жидкого стекла в водных растворах... 84

4.1.2. Изучение механизма депрессирующего действия жидкого стекла..................................................................................... 86

4.1.3. Определение оптимальных параметров флотационного разделения флюорита и карбонатных минералов в присутствии жидкого стекла................................................. 97

4.1.4. Лабораторные исследования флотации флюорита из карбонатсодержащих руд и минеральных смесей

с использованием жидкого стекла...................................... 99

4.2. Физико-химическое моделирование действия ортофосфата натрия в процессе флотации флюорита из карбонатсодержащих РУД.................................................................................................... 102

4.2.1. Изучение состояния ортофосфата натрия в водных растворах............................................................................... 102

4.2.2. Изучение механизма депрессирующего действия ортофосфата натрия............................................................. 104

4.2.3. Определение оптимальных параметров флотационного разделения флюорита и карбонатных минералов

в присутствии ортофосфата натрия.................................... 111

4.2.4. Лабораторные исследования флотации флюорита из карбонатсодержащих руд и минеральных смесей

с использованием ортофосфата натрия............................. 113

Выводы................................................................................... 115

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФЛЮОРИТОВОЙ ФЛОТАЦИИ...... 118

5.1. Контроль и регулирование флотационного процесса.................. 118

5.2. Расчет ожидаемого экономического эффекта за счет снижения расхода флотационных реагентов в процессе флотации

флюорита......................................................................................... 122

Выводы............................................................................................. 124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................ 126

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................... 129

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................................................... 139

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время флотация является основным методом обогащения флюоритовых руд и единственным способом получения высококачественных концентратов, содержащих 95-99% фтористого кальция, которые необходимы в химической, металлургической и других отраслях промышленности. Карбонатсодержащие флюоритовые руды все шире вовлекаются в переработку в результате истощения более богатых легкообогатимых руд. Близкие технологические свойства минералов кальция определяют сложность флотационного разделения флюорита и карбонатных минералов породы и обуславливают неудовлетворительные показатели процесса обогащения. Даже применение сложных технологических схем и реагентных режимов не позволяет получать флюоритовые концентраты требуемого качества. Поэтому флюоритовые руды многих месторождений, содержащие карбонатные минералы, до сих пор не могут эффективно перерабатываться по существующим технологиям.

Возрастающие потребности народного хозяйства в высококачественных сортах флюоритового концентрата, усложнение и непостоянство вещественного состава карбонатсодержащих флюоритовых руд, а также снижение содержания в них фтористого кальция ставят перед горно-обогатительной наукой и производством задачу повышения эффективности флотационного обогащения карбонатно-флюоритовых руд, которая может быть решена путем теоретического обоснования оптимальных условий разделения солеобразных минералов. В связи с этим определение оптимальных параметров флотации флюорита из карбонатсодержащих руд является актуальной научной задачей, решение которой способствует повышению технико-экономических показателей переработки данного минерального сырья.

Целью работы является определение оптимальных параметров флотационного обогащения карбонатсодержащих флюоритовых руд на основании установления закономерностей флотируемости солеобразных минералов кальция и магния и физико-химического моделирования данного процесса, что позволит повысить эффективность переработки руд этого типа.

Идея работы заключается в использовании связи закономерностей изменения химического состава поверхности минералов под действием вводимых во флотационную систему реагентов-модификаторов и флотируемости флюорита и карбонатных минералов (кальцита, магнезита и доломита) для установления оптимальных параметров их разделения.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

1. Установлены оптимальные параметры флотации флюорита, кальцита, магнезита и доломита, новизна которых заключается в обеспечении наибольшей флотационной активности минералов при нулевом заряде их поверхности в результате ее максимальной гидрофобизации и создания оптимальных условий для физической сорбции молекул оксигидрильного собирателя, что в совокупности способствует формированию смешанного сорбционного покрытия.

2. Разработаны количественные физико-химические модели флотации флюорита, кальцита, магнезита, доломита, отличающиеся от существующих использованием зависимости минимально необходимой концентрации анионов оксигидрильного собирателя в жидкой фазе пульпы от соотношения потенциалопреде-ляющих ионов в точке нулевого заряда минеральной поверхности и при текущем значении рН. Сущность методологии разработки этих моделей заключается в определении условий равновесия потенциалопределяющих ионов и ионов собирателя, конкурирующих на минеральной поверхности.

3. На основании термодинамического анализа определены оптимальные параметры действия реагентов-депрессоров в процессе флотационного разделения солеобразных минералов. Новизна проведенных исследований заключается в установлении состава образующихся под действием вводимых реагентов химических соединений на поверхности минералов и определении отвечающих этим соединениям значений минимально необходимой концентрации оксигидрильного собирателя при различных значениях рН системы. Наиболее эффективное разделение флюорита и карбонатных минералов породы достигается при максимальном различии необходимой для их полной флотации концентрации собирателя.

4. Теоретически определены и обоснованы оптимальные параметры флотации флюорита из карбонатсодержащих руд и минеральных смесей е использованием в качестве депрессоров породообразующих минералов жидкого стекла концентрацией 1-103 моль/л и ортофосфата натрия концентрацией 1-10"4 моль/л. Результаты лабораторных исследований показали, что процесс флотационного обогащения карбонатно-флюоритовых руд наиболее эффективно реализуется в теоретически обоснованных условиях: при рН 8-9 в первом случае и рН 9-10 во втором.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются:

- сходимостью определенных на основании термодинамического анализа и физико-химического моделирования оптимальных параметров флотационного разделения флюорита и карбонатных минералов с экспериментальными данными, установленными флотационными методами исследований;

- подтверждением положительными результатами в лабораторных условиях теоретических разработок по флотации флюорита из карбонатсодержащих руд и минеральных смесей.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования:

- обобщение и анализ практических достижений по всем рассматриваемым вопросам;

- термодинамический анализ систем "минерал-раствор" в отсутствии и с применением флотационных реагентов;

- мономинеральная флотация флюорита, карбонатных минералов (кальцита, магнезита, доломита), а также волластонита;

- лабораторные исследования флотации флюорита из карбонатсодержащих руд и минеральных смесей.

Значение работы.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей флотируемое™ солеобразных минералов в отсутствии и с применением реагентов-модификаторов (жидкого стекла и ортофосфата натрия), изучении депрессирующе-го действия этих реагентов на флотацию флюорита и карбонатных минералов породы и теоретическом обосновании оптимальных параметров их разделения.

Практическое значение работы заключается в разработке количественных физико-химических моделей флотации солеобразных минералов, которые могут быть использованы в качестве задания функциональным блокам систем автоматического контроля и регулирования расхода флотореагентов по ионному составу жидкой фазы пульпы на обогатительных фабриках.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Эффективность флотации флюорита из карбонатсодержащих руд в теоретически установленных условиях с использованием жидкого стекла и ортофосфата натрия в качестве депрессоров породообразующих минералов подтверждена результатами лабораторных исследований, проведенных на обогатительной фабрике "Бор-Ундур" (Монголия).

Апробация работы.

Диссертационная работа и отдельные ее положения докладывались и обсуждались на XXXIV Международном Симпозиуме "Physicochemical Problems of Mineral Processing" (Вроцлав, Польша, сентябрь 1997 г.), научных семинарах "Интенсификация и оптимизация технологических процессов обогащения" ("Неделя Горняка", МГГУ, февраль 1997 г.) и "Переработка и обогащение техногенного сырья" ("Неделя Горняка", МГГУ, январь 1999 г.) и на научных семинарах кафедры "Обогащение полезных ископаемых" Московского государственного горного университета.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 6 работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 95 наименований и 4 приложений; изложена на 150 страницах машинописного текста, включает 50 рисунков, 19 таблиц, 12 страниц приложений.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы доктору технических наук, профессору МГГУ, заслуженному деятелю науки и техники РФ Абрамову А.А., коллективу кафедры "Обогащение полезных ископаемых" МГГУ и коллегам по совместной работе за ценные советы и рекомендации в ходе подготовки диссертации.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ КАРБОНАТСОДЕРЖАЩИХ ФЛЮОРИТОВЫХ РУД

Флюорит как минерал и источник фтора находит широкое промышленное применение. Флюоритовые концентраты используются в химической промышленности (для производства плавиковой кислоты и фтористых солей), в производстве эмалей и специальных сортов стекла, а также в качестве металлургического флюса. Специфической областью применения минерала является оптика, в которой крупные бесцветные кристаллы оптического флюорита используются для изготовления линз, призм и других деталей, обладающих практически одинаковым показателем преломления в разных длинах волн [35,43].

Современные направления в обогащении флюоритовых руд определяются двумя основными требованиями промышленности к флюоритсодержащей продукции:

1) обеспечением нужд металлургической промышленности в кусковом флюо-ритовом концентрате и окатышах;

2) обеспечением нужд химической и других отраслей промышленности в высококачественных флюоритовых концентратах, содержащих более 95% фтористого кальция [58].

В то же время основным видом товарной продукции большинства российских обогатительных фабрик остается флюоритовый концентрат марки ФФ-92, содержащий 92% минерала [54]. Направления повышения эффективности процесса обогащения карбонатсодержащих флюоритовых руд могут быть определены на основании обобщения и анализа накопленных знаний в области переработки руд данного типа.

1.1. Типы карбонатсодержащих флюоритовых руд и методы их обогащения.

Основные запасы флюорита в России представлены силикатно-флюоритовыми и сульфидными рудами с содержанием 20-45% СаР2 [51]. Минерал также извлекается из карбонатно-флюоритовых и барит-флюоритовых руд [50]. Большинство флюоритовых месторождений обладает рудами простого состава.

Как правило, разрабатываются месторождения, руды которых содержат не менее 30% флюорита. Однако в настоящее время в переработку вовлекаются и более бедные руды (содержащие более 14% флюорита) [35].

Карбонатсодержащие флюоритовые руды являются наиболее труднообога-тимыми вследствие близости технологических свойств минералов кальция. Однако в настоящее время они все шире вовлекаются в переработку в результате истощения более богатых легкообогатимых руд. Эффективность извлечения флюорита из руд данного типа обуславливается применяемым методом обогащения. При этом технологические свойства минералов, являющиеся основным критерием при выборе способа переработки руд, фактически определяются геологическими условиями образования месторождений полезных ископаемых [38].

1.1.1. Генетические типы и условия образования промышленных месторождений флюорита.

Флюорит как минерал образуется при самых разнообразных геологических условиях [35]. Промышленные месторождения флюорита известны в карбонатитах, пегматитах, а также в гидротермальных, скарновых и других образованиях [43]. Однако практическое значение имеют пегматитовые (около 25% запасов) и гидротермальные (более 70% запасов) месторождения [26].

В пегматитах промышленное значение имеет оптический флюорит [43]. Кристаллы оптического флюорита, размеры которых временами дост