автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Повышение селективности флотации медно-цинковых руд с применением триполифосфата натрия

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г. И. Носова

ОРЕХОВА НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ ФЛОТАЦИИ МЕДНО - ЦИНКОВЫХ РУД С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ

Специальность 05. 15. 08 - Обогащение полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор В. Б. Чижевский

Магнитогорск - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.................................6

Глава 1. Анализ современного состояния технологии

флотации медно-цинковых руд..............10

1.1. Особенности вещественного состава медно-цинковых

руд и их технологическая классификация.............11

1.2. Технологии обогащения медно-цинковых руд..........13

1.2.1. Схемы флотации..........................14

1.2.2. Реагентные режимы флотации..................18

1.3. Основные направления развития технологии

флотации медно-цинковых руд..................22

1.4. Способы депрессии сфалерита...................23

1.5. Действия фосфатов и полифосфатов при флотации.......29

Глава 2. Характеристика объектов исследования

и методики проведения экспериментов...........34

2.1. Характеристика объектов исследования.............34

2.2. Характеристика реагентов.....................37

2.3. Методики проведения физико-химических исследований. . . . 40 Глава 3. Исследование свойств и состояния

триполифосфата натрия в водных растворах.......54

3.1. Состояние поверхности сульфидных минералов

во флотационной пульпе......................55

3.2. Исследование свойств водных растворов триполифосфата натрия......................58

3.2.1. Растворимость и гидролиз триполифосфата натрия.......58

3.2.2. Анализ комплексообразующей способности триполифосфата натрия......................62

3.2.3. Адсорбционная способность триполифосфата натрия.....64

3.2.4. Взаимодействие триполифосфата натрия с ионами железа меди и цинка............................66

3.3. Прогнозирование поведения триполифосфата натрия

во флотационной пульпе......................69

3.3.1. Изучение условий комплексообразования

в системе Меп+ - Р2О]05" - Н20...................70

3.3.2 Прогнозирование преимущественного образования триполифосфатных комплексов во

флотационной пульпе........................76

Глава 4. Изучение влияния триполифосфата натрия на флотационную активность и адсорбционную способность сульфидных минералов...........79

4.1. Исследование закономерностей действия триполифосфата натрия при флотации сульфидов

железа, меди и цинка........................79

4.2. Изучение закономерностей адсорбции триполифосфата

натрия на поверхности сульфидных минералов.........86

Глава 5. Исследование механизма взаимодействия триполифосфата натрия с поверхностью сульфидных минералов...................94

5.1. Влияние триполифосфата натрия на электрохимические свойства поверхности сульфидных минералов..........94

5.2. Изучение форм закрепления триполифосфата

натрия на сульфидных минералах................102

5.3. Влияние реагентной обработки на смачиваемость мономинеральных порошков...................108

5.4. Механизм взаимодействия триполифосфата натрия

с поверхностью сфалерита....................111

Глава 6. Разработка и полупромышленные испытания

реагентного режима флотации с использованием триполифосфата натрия..................115

6.1. Определение оптимальных условий разделения

сульфидов меди и цинка.....................116

6.2. Разработка реагентного режима флотации труднообогатимых руд Александринского месторождения . .118

6.3. Полупромышленные испытания реагентного режима флотации медно-цинковых руд Александринского месторождения с применением триполифосфата натрия . . . 122 Заключение............................128

Библиографический список использованной литературы......130

Приложения

143

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Одной из наиболее важных задач при флотации медно - цинковых руд является повышение селективности разделения и комплексности использования сырья. Это особенно актуально в последние годы, так как на обогатительные фабрики поступают все более труднообогатимые руды с большим количеством активированного сфалерита, с высокой степенью его активации и повышенным содержанием вторичных минералов меди. Особенно ярко это проявляется в случае переработки одного из новых месторождений медно - цинковых руд Александринского месторождения.

Анализ практики работы южноуральских обогатительных фабрик показывает, что при переработке труднообогатимых медно - цинковых руд применяемые реагентные режимы флотации не позволяют получать стабильно высокие технологические показатели обогащения. Первые опыты переработки труднообогатимых руд Александринского месторождения на Сибайской и Учалинской обогатительных фабриках показали необходимость корректировки реагентного режима. Высокое содержание меди и цинка в рудах при неблагоприятном их соотношении, тонкое взаимное прорастание минералов и наличие высокоактивированного сфалерита приводит к значительному снижению селективности флотации.

С учетом роста стоимости флотационных реагентов, повышения требований к охране окружающей среды и экологической безопасности производства задача повышения селективности разделения может быть решена применением недефицитных, недорогих и нетоксичных реагентов, избирательно усиливающих депрессию сфалерита и позволяющих существенно снизить расход основного депрессора.

Целью работы является разработка реагентного режима флотации медно - цинковых руд с применением триполифосфата натрия в качестве дополнительного депрессора сфалерита.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

- изучения состояния и свойств триполифосфата натрия в водных растворах;

изучения закономерностей влияния триполифосфата натрия на флотируемость основных сульфидных минералов;

исследования сорбции триполифосфата натрия и бутилового ксантогената калия на поверхности минералов;

установления механизма взаимодействия триполифосфата натрия с сульфидами меди и цинка;

разработка реагентного режима селективной флотации труднообогатимых медно-цинковых руд с применением триполифосфата натрия (на примере руд Александринского месторождения).

Идея работы заключается в повышении селективности флотации медно-цинковой руды Александринского месторождения на основе использования комплексообразующей способности триполифосфата натрия, установленных закономерностей флотации сульфидных минералов в присутствии реагента и выявления особенностей сорбции триполифосфата натрия на их поверхности.

Объект и методы исследования.

Исследования выполнялись с «чистыми» мономинеральными фракциями пирита, халькопирита и сфалерита, отобранными из руд Александринского месторождения, и рудами текущей добычи.

В работе использован комплекс современных физических, химических, физико-химических методов исследования, некоторые из которых усовершенствованы применительно к поставленным задачам исследования.

Научная новизна работы:

впервые для улучшения депрессии сфалерита при флотации медно - цинковых руд использована смесь триполифосфата натрия и цинкового купороса;

выявлен механизм депрессии сфалерита триполифосфатом натрия, а именно:

а) изучены состав и условия образования комплексных соединений триполифосфата натрия с катионами жидкой фазы флотационной пульпы медно - цинковых руд;

б) исходя из современных представлений о координационном механизме адсорбции флотореагентов, предложен механизм закрепления триполифосфата натрия на поверхности сфалерита;

установлены закономерности изменения показателей флотации пирита, сфалерита и халькопирита в присутствии триполифосфата натрия.

Практическая значимость работы.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан реагентный режим флотации труднообогатимых медно - цинковых руд Александринского месторождения, позволяющий улучшить селекцию сульфидов меди и цинка и повысить технико-экономические показатели процесса флотации.

Реализация рекомендаций работы.

Разработанный способ селекции медно - цинковых руд с применением триполифосфата натрия испытан в полупромышленных условиях

на АОЗТ «Александринская горно - рудная компания». Испытания показали, что извлечение цинка в медный концентрат снижается на 1.2% при сокращении расхода основного депрессора сфалерита - цинкового купороса на

40 - 60% и вспенивателя на 20 - 50%. Годовой экономический эффект от внедрения составит 169 тыс. руб. при объеме переработки 100 000 тонн.

Научные положения, представленные к защите:

1. Триполифосфат натрия образует в жидкой фазе пульпы координационные соединения типа [ТлРзОю]3" и [2пОНР3Ою]4", которые, являясь мягкими льюисовыми основаниями, легче, чем свободные ионы и молекулы в растворе ассоциируют с катионами металла поверхности минерала и закрепляются также за счет водородной связи. »

2. Понижение адсорбции сульфгидрильного собирателя на поверхности сульфидных минералов в присутствии триполифосфата натрия вызвано конкуренцией анионов триполифосфата натрия и бутилового ксантогената калия при адсорбции на активных центрах поверхности.

3. Депрессия сфалерита в присутствии триполифосфата натрия вызвана образованием на поверхности минерала «бронирующего» слоя из поверхностных комплексов триполифосфата цинка, которые гидрофилизируют поверхность и препятствуют закреплению собирателя на ее активных центрах.

4. Повышение селективности разделения пирита,

халькопирита и сфалерита достигается применением реагентного режима, предусматривающего совместную подачу цинкового купороса и триполифосфата натрия.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается результатами обработки экспериментальных данных с использованием методов математической статистики и теории вероятности, а также результатами полупромышленных испытаний.

10

ГЛАВА 1

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД

Основная тенденция, характеризующая положение с сырьевой базой цветной металлургии в России и за рубежом - обеднение руд, уменьшение крупности и усложнение характера вкрапленности ценных компонентов, увеличение степени окисления и как результат всего перечисленного ухудшение обогатимости руд [1].

Основу сырьевой базы цветной металлургии Южного Урала составляют медно - колчеданные месторождения. Их переработкой занимаются четыре обогатительные фабрики, причем на долю трех из них - Гайской, Сибайской и Учалинской приходится 80% перерабатываемых в стране медно - цинковых РУД И-

При переработке руд, содержащих 0.5 - 2.0% меди , 1.2 - 3.5% цинка и 15.0 - 35.0% серы, уральские фабрики работают с получением медного концентрата с массовой долей меди 16.0 - 19.5% при извлечении 75.0 - 88.0 %, цинкового концентрата с массовой долей цинка 48.0 - 53.0 % при извлечении 50.0 -74.0 % и пиритного концентрата с массовой долей серы 41.0 - 45.0 % при извлечении 50.0 - 79.0 % [3,4,12].

В последние годы происходит постоянное снижение объемов переработки и ухудшение технологических показателей обогащения. Это вызвано рядом причин:

- сокращением добычи медно - цинковых руд вдвое по сравнению с уровнем добычи 1976 года [5];

- вовлечением в процесс переработки труднообогатимых руд, в том числе, и руд новых месторождений Балта-Тау, Таш-Тау, Юбилейного, Александринского и т.д. [5];

- повышением стоимости и ухудшением качества реагентов;

- несоответствием традиционных реагентных режимов, применяемых на фабриках, оптимальным условиям селективного разделения сульфидов меди и цинка. Особенно актуально это в случае руд Александринского месторождения, перерабатываемых на Сибайской и Учалинской обогатительных фабриках.

Среди колчеданных медно - цинковых руд Урала доля труднообогатимых руд уже сейчас достигает 70.0 - 75.0 % и эта цифра будет увеличиваться [1]. Анализ результатов работы уральских обогатительных фабрик, перерабатывающих труднообогатимые медно - цинковые сульфидные, руды показывает, что при относительно высоком извлечении меди 81.0 - 82.0% извлечение цинка в среднем не превышает 60.0 - 64.0 %, при этом потери цинка с медным концентратом составляют 30.0%, а в ряде случаев достигают 45.0% [6]. В случае обогащения руд Александринского месторождения в условиях Сибайской обогатительной фабрики потери цинка с медным концентратом достигают 40%, при этом массовая доля цинка превышает кондиционные нормы для медного концентрата [15].

1.1 Особенности вещественного состава медно-цинковых руд и их

технологическая классификация

Медно-цинковые руды разных месторождений и даже разных участков одного и того же месторождения существенно различаются по вещественному составу и технологическим свойствам вследствие различия в генезисе и степени последующего их метаморфизма.

В зависимости от стадии метаморфизма различают три технологических типа медно-цинковых руд [1,4,9]:

I тип - характеризуется скрытокристаллическим строением;

II тип - руды имеют явно кристаллическое строение и характеризуются высокой окисляемостью;

III тип характеризуется плотным строением и типичной сильно-развитой трещиноватостью в результате динамометаморфизма.

По стадии метаморфизма медно - цинковые руды Южного Урала относятся ко второму типу. Руды из зон первичного и вторичного обогащения представляют собой сложный комплекс сульфидов меди, цинка, железа и минералов вмещающих пород. Сульфиды меди представлены халькопиритом, халькозином, ковеллином, борнитом, теннантитом, тетраэдритом; сульфиды железа - пиритом, марказитом, пирротином; сульфиды цинка - разновидностями сфалерита: клейофаном, марматитом, вюрцитом, пшибрамитом Минералы вмещающих пород в рудах представлены кварцем, кальцитом, хлоритом, серицитом, тальком, гранатом, флюоритом, апатитом и т.д.

В небольших количествах в медно-цинковых рудах встречаются галенит, арсенопирит, стибнит, касситерит и некоторые другие минералы цветных металлов. Довольно часто содержатся также благородные металлы (золото, серебро), редкие и рассеянные элементы, значительная часть которых изоморфно связана с пиритом [1,7-9].

В России [1,2,7] большинство медно-цинковых руд затронуто процессами метаморфизма и вторичного обогащения, в результате которых медь представлена значительными количествами вторичных сульфидов меди.

Перерабатываемые в настоящее время на обогатительных фабриках Урала колчеданные медные и медно - цинковые руды характеризуются разнообразием текстурно-структурных особенностей и наличием нескольких модификаций одних и тех же сульфидов, отличающихся не только составом, но и свойствами [10]. Минералогические исследования колчеданных руд Урала позволили выделить три - четыре генерации пирита, две - три халькопирита и две сфалерита [11].

Медно-цинковые руды делятся на сплошные, в которых содержание сульфидов составляет 50-90%, и вкрапленные, в которых обычно содержится от 20 до 50% сульфидных минералов [1,4]. Медно-цинковые руды Урала по

своему вещественному составу можно разделить на четыре подгруппы: сплошные колчеданные, вкрапленные сульфидные (до 50% сульфидов), брекчиевидные и смешанные. Четких границ между отдельными подгруппами даже в одном и том же месторождении не наблюдается. В первую очередь это относится к Сибайскому месторождению, где отмечается частая перемежаемость всех подгрупп [10,12]. Непостоянство вещественного состава характерно также для руд Учалинского и Гайского месторождений [9, 14]. Руды Александринского месторождения также подразделяют на сплошные колчеданные, вкрапленные сульфидные. В зависимости от содержания меди и цинка руды месторождения подразделяют на шесть сортов: медистый колчедан, медисто - цинковый колчедан, медистый вкрапленник, медисто -цинковый вкрапленник, цинковый вкрапленник и серный колчедан. Основные рудные минералы месторождения пирит, халькопирит и сфалерит [15].

Труднообогатимые руды, как правило, характеризуются тесным взаимным прорастанием основных сульфидных минералов, неблагоприятным соотношение сульфидов меди и цинка, высокой степенью активации сфалерита, повышенным содержанием вторичных сульфидов меди. Руды Александринского месторождения имеют все перечисленные выше признаки.

1.2. Технологии обогащения медно-цииковых руд

Основные задачи при обогащении медно-цинковых руд связаны с получением высококачественных медных, цинковых и пиритных концентратов с высоким извлечением в них соответственно меди, цинка и пиритной серы. При этом благородные, редкие металлы и рассеянные элементы распределяются в концентраты в соответствии с характером минерализации, взаимосвязью и формами нахождения элементов в отдельных типах руд.

1.2.1. Схемы флотации

В настоящее время более 90% медно-цинковых руд перерабатывают с применением флотации. Выбор схемы [1-4, 16-18, 20] определяется вещественным составом руды, характером вкрапленности сульфидных минералов, степенью их окисления, содержанием пирита и вторичных мин