автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Развитие физико-химических основ и методов оптимизации разделительных процессов в замкнутых циклах обогащения полиметаллических руд в условиях водооборота

ргз од

- 8 ЙЮН 1323

На правах рукописи

МОРОЗОВ ВАЛЕРИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

РАЗВИТИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ОСНОВ И МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗАМКНУТЫХ ЦИКЛАХ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУД В УСЛОВИЯХ ВОДООБОРОТА

Специальность 05.15.08 Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1998 г

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Авдохин В.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Небера В. П. доктор технических наук, профессор Глазунов Л.А. доктор технических наук, с. н. с. Вигдергауз В.Е.

Ведущая организация - Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)

заседании диссертационного совета Д003.20.02 в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПКОН РАН

Защита состоится _ (АШЩ 1998 г. в

часов на

РАН) по адресу: г.Москва, Крюковский тупик, 4.

Автореферат разослан сИ-^?^7 1998 г.

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Применяемые в настоящее время технологии добычи, обогащения и металлургической переработки полиметаллических руд требуют значительного совершенствования, что обусловлено сложной рудной базой месторождений России и возросшими требованиями к экологической безопасности горно-металлургических предприятий. Решение проблем увеличения полноты и комплексности использования минерального сырья, снижения материальных затрат на переработку, повышения экологической безопасности горно-обогатительного производства требует создания замкнутых циклов обогащения, характеризующихся развитой схемой обогатительных операций, наличием цикла извлечения ценных компонентов из сточных вод и возвратом очищен- ных стоков в производство после операции водоподготовки.

Особенно актуальна данная задача для цветной металлургии, обеспечивающей получение из руд свинца, цинка, меди, золота, серебра, редкоземельных и рассеянных элементов, серы и характеризующейся широким использованием токсичных реагентов: цианистого и сернистого натрия, ксантогената, солей тяжелых металлов.

Внедрение замкнутых циклов обогащения приводит к усложнению ионно-молекулярного состава пульпы, уменьшению контрастности флотационных свойств минералов и снижению технико-экономических показателей обогащения. Главным условием широкого использования замкнутых циклов обогащения полиметаллических руд является обеспечение повышения эффективности разделительных процессов на основе исследования закономерностей, разработки моделей воздействия компонентов оборотных вод на поверхностные свойства минералов и их использования в операциях очистки сточных и кондиционирования оборотных вод, при проектировании и оптимизации схем водооборота и в системах автоматического регулирования реагентных режимов флотации по ионному составу пульпы.

Методологической основой решения проблемы оптимизации замкнутых циклов обогащения полиметаллических руд являются результаты фундаментальных исследований флотационных систем с позиции физико-химии процессов воздействия компонентов ионного состава пульпы и оборотных вод на поверхностные свойства минералов, значительный вклад в развитие которых внесли ученые России: И.Н.Плаксин, С.И.Митрофанов, М.А.Эйгелес, Ю.И. Еропкин, И. А. Каковский, Г.А.Хан, О.С.Богданов, А.М.Околович, П.М. Соложенкин, В.А.Чантурия, А.А.Абрамов, С.Б.Леонов, В.А.Конев, Н.И. Елисеев, В.А.Бочаров, Л.А.Глазунов, Г.Н.Машевский, В.М.Авдохин и другие.

Цель работы - решение научной проблемы развития физико-химических

1 1.

основ и методов оптимизации разделительных процессов в замкнутых циклах обогащения полиметаллических руд в условиях водооборота, обеспечивающих повышение полноты и комплексности использования сырья и повышение экологической безопасности горно-обогатительного производства.

Идея работы заключается в использовании закономерностей изменения поверхностных свойств минералов под воздействием привносимых с оборотными водами ионно-молекулярных компонентов для определения оптимальных параметров разделительных процессов, при которых сохраняется необходимая контрастность флотационных свойств разделяемых минералов.

Методы исследований. В теоретической части работы использованы: термодинамический метод расчета равновесий химических реакций, термодинамический метод расчета потенциалов электрохимических реакций, метод сравнительных расчетов равновесий адсорбционных процессов. В экспериментальной части использованы: потенциометрический метод, метод поляризационных кривых в потенциостатических и потенциодинамических условиях, электронная микроскопия, инфракрасная просвечивающая и отражательная спектроскопия, ультрафиолетовая спектроскопия, методы химического и ядерно-физического анализа. В технологической части использованы методы флотации, сорбции, электролиза растворов, ионного обмена. Для обработки результатов исследований использованы методы математической статистики и методы математического моделирования.

Научная новизна.

Вскрыт механизм и определены причины снижения эффективности разделительных процессов при обогащении полиметаллических руд в условиях водооборота. Установлено, что ионно-молекулярные компоненты оборотных вод снижают интенсивность окислительных процессов, вызывают активацию подавляемых при флотации минералов, снижают флотируемость извлекаемых минералов, гидрофобизируют породообразующие минералы, что приводит к увеличению потерь ценных компонентов и снижению качества сульфидных концентратов.

Разработаны физико-химические модели и установлены закономерности окисления, активации и гидрофобизации сульфидных минералов в технологических операциях в условиях применения водооборота. Впервые для моделирования применен метод сравнительных расчетов с использованием термодинамических констант химических соединений - аналогов пар адсорбент - адсорбат.

Разработаны физико-химические модели и установлены закономерности гидрофобизации кальциевых и бариевых породообразующих минералов в условиях коллективной сульфидной флотации вносимыми с оборотной водой

органическими соединениями с собирательными свойствами.

Разработана система критериев и методика оценки технологических свойств оборотных вод, основанная на использовании физико-химических моделей активации и гидрофобизации минералов, позволяющая определить предельно допустимые значения параметров ионного состава оборотных вод.

Установлены закономерности и определены оптимальные параметры разделительных процессов в операциях кондиционирования оборотных вод с применением методов сорбционной, электрохимической и флотационной водоподготовки.

Практическая значимость. На основе установленных физико-химических закономерностей активации и гидрофобизации сульфидных и породообразующих минералов разработаны комплексные оптимизационные параметры ионного состава, предназначенные для оптимизации разделительных процессов на обогатительных фабриках, перерабатывающих полиметаллические руды.

Разработана схема водоподготовки промышленного узла горнообогатительного комбината, обеспечивающая высокие технико-экономические показатели обогащения полиметаллических руд, утилизацию содержащихся в сточных водах ценных компонентов и минимальное загрязнение окружающей среды. Разработана и прошла опытно-промышленную проверку сорбционно-электрохимическая технология очистки циансодержащих сливов сгустителей, обеспечивающая снижение концентраций меди и цианида до 1 - 1,5 мг/л, повышение извлечения меди, цинка, золота и серебра до 90-95% без внесения в очищаемую воду химических соединений, отрицательно воздействующих на технологический процесс и окружающую среду.

Разработаны методы оптимизации и системы автоматического регулирования реагентных режимов процессов коллективной и селективной флотации на основе контроля ионного состава жидкой фазы пульпы, использующие в алгоритмах управления физико-химические модели активации и гидрофобизации минералов, обеспечивающие в условиях применения оборотного водоснабжения повышение извлечения ценных компонентов и качества концентратов.

Разработан и внедрен в эксплуатацию аналитический комплекс контроля ионного состава пульпы и оборотных вод, предназначенный для использования в системах автоматического регулирования реагентных режимов флотации и процессов водоподготовки, обеспечивающий измерение концентраций ионов и комплексов меди, цинка, ксантогената, ЕЬ и рН с высокой степенью точности и надежности.

Реализация работы. Результаты исследований в 1985-1997 гг. прошли

успешную промышленную проверку и в различной степени реализованы на ряде обогатительных фабрик (Зыряновской, Карагайлинской, Николаевской и др.), что обеспечило повышение извлечения металлов в концентраты на 1,5 -3,0 %, сокращение расхода реагентов на 10 - 15 %. Общий экономический эффект составил около 1,5 млн. рублей в ценах 1991 г.

Разработанные методы исследований, моделирования и оптимизации технологических процессов использованы в учзбно-методической литературе, используемой при подготовке специалистов по специальности 09.03 "Обогащение полезных ископаемых"

Основные положения, вынесенные на защиту:

Закономерности окислительно-восстановительных процессов на сульфидных минералах в условиях использования в технологических процессах оборотных вод.

Закономерности и физико-химические модели активации и гидро-фобизации сульфидных минералов в условиях использования в технологических процессах оборотных вод.

Закономерности и физико-химические модели гидрафобизации породообразующих минералов содержащимися в оборотных водах органическими соединениями с собирательными свойствами.

Критерии и методика оценки технологических свойств оборотных вод в технологических процессах обогащения полиметаллических руд.

Методы оптимизации и системы автоматического регулирования реагентных режимов процессов коллективной и селективной флотации полиметаллических руд

Закономерности безреагентной очистки сточных и оборотных вод горнообогатительного комбината, сорбционно-электрохимическая технология очистки циансодержащих сливов сгустителей.

Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и обсуждались на 20 научных конференциях и форумах, в т.ч.: на ХУ1 Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (Стокгольм, Швеция 1988г.), Фрайберской научной конференции (Фрайберг, ГДР 1989г.), Плаксинских чтениях (Апатиты 1990г.), научных семинарах в рамках "Недели горняка" 1992, 1994-1998 гг., Отраслевых совещаниях по проблемам контроля ионного состава (Орджоникидзе 1993г., Москва 1994г.), Международном конгрессе обогатителей (Москва 1997г.), региональном симпозиуме АРСОМ ( Москва, 1997 г.), XX Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (Аахен,1997 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 72 работы, в т.ч. два учебных пособия, 42 статьи, 5 авторских свидетельств, 17 научных отчетов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и выводов, списка литературы из 233 наименований и содержит 298 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 39 таблиц.

1. Закономерности формирования ионного состава пульпы и поверхностных процессов на сульфидных и породообразующих минералах при переходе на оборотное водоснабжение

Анализ данных по обогатительным фабрикам России и стран СНГ показал, что при использовании оборотных вод резко (в 10-30 раз) возрастает концентрация сульфоксидных ионов, ионов и комплексов тяжелых цветных металлов, что обусловлено непрерывным окислением сульфидных минералов в процессах обогащения и в хвостохранилище, использованием сульфида, сульфита и тиосульфата натрия, медного и цинкового купороса в качестве флотационных реагентов. Значительно возрастает концентрация органических соединений. Наблюдается снижение концентрации кислорода, обусловленое электрохимическими процессами в жидкой фазе пульпы.

В условиях резкого увеличения концентраций сульфоксидных ионов и катионов металлов значительно уменьшается скорость окисления сульфидных минералов. Так скорость окисления халькопирита уменьшается 2,5 раза при добавке 200 мг/л ИагЭгОз и в 3,8 раза при добавке 200 мг/л ЫагвОз и 200 мг/л ЫагБОз. Скорость окисления пирита в тех же условиях уменьшается в 1,8 и 2,5 раза. Исследования причин снижения скорости окисления сульфидных минералов, проведенные при помощи метода потенциодинамических кривых, показали, что при увеличении концентрации сульфоксидных ионов наблюдается уменьшение тока электрохимической коррозии, что обусловлено увеличением перенапряжения анодного окисления минералов и перенапряжения катодного восстановления кислорода.

Снижение скорости окисления сульфидных минералов обуславливает увеличение вероятности сохранения неокисленной поверхности, склонной к протеканию процессов активации и адсорбционной гидрофобизации, изменяя в конечном итоге закономерности флотационного поведения минералов при использовании в технологических процессах оборотных вод.

Резкое увеличение концентраций органических соединений, попадающих в оборотную воду как с отвальными хвостами флотации так и со стоками промышленных предприятий, транспортных цехов, ливневыми и паводковыми водами, вызывает нарушение технологического процесса. Не обладая возможностью конкурировать в операциях коллективной флотации с ксантогенатами за катионы тяжелых металлов, жирные кислоты

взаимодействуют с минералами пустой породы (баритом, кальцитом), приводя к их гидрофобизации и флотации (табл.1).

Таблица 1

Результаты коллективной флотации сульфидов по бесцианидной и цианидной технологии при использовании оборотной воды

Условия коллективной флотации концентрация ТЖК, мг/л содержание в концентрате,%

РЬ Zn Си Fe НесульФидов в т.ч. BaS04

Карагайлинская ОФ:

на технической воде 0,1 33,7 28,3 4,0 8,3 4,4 2,6

на оборотной воде 0,1 33,6 26,8 4,0 8,8 4,6 2,8

сульфидного цикла

на оборотной воде 1,2-2,0 32,0 26,3 3,8 8,0 7,4 5,2

баритового цикла 2,0-4,0 30,2 25,5 3,6 7,8 13,1 9,1

Зыряноеская ОФ:

на технической воде 0,1 41,8 5,03 9,7 12,1 2,8 -

на сливе хвостохра- 1,0 40,6 6,5 9,1 12,6 2,9 -

нилища

на сливе окисли- 1,2-2,6 36,6 6,1 8,9 12,6 6,5 -

тельного пруда 2,6-4,2 35,3 5,2 8,5 11,8 10,3 -

2. Закономерности активации сульфидных минералов в циклах измельчения и флотации в условиях оборотного водоснабжения

Оценка вероятности активации сфалерита и пирита проводилась для условий циклов измельчения и коллективной флотации. Вероятность активации сфалерита оценивалась сопоставлением электрохимического потенциала минерала (Ezns)c равновесным для реакции активации (Еф) значением.

Проведенный анализ показывает, что в бесцианидных условиях соотношения между концентрациями компонентов ионного состава пульпы и Eh соответствуют условиям активации минералов ионами меди. При дозировании цианида возможность активации сфалерита полностью предотвращается лишь при соотношении 1:4 (E2ns=0,25-0,3B; Егр=0,308 В). В условиях дозирования цинкового купороса и цианида натрия, возможность активации сфалерита ионами меди становится полностью невозможной при существовании Cu(CN)32', но остается вероятной при наличии в пульпе высоких концентраций Cu(CN)2'([Cu(CN)2]7[HCN]= 5) и присутствии фазы CuCN.

Активация пирита ионами меди с образованием пленки CuS также су-

щественно зависит от соотношения медь:цианид в медно-цианистом комплексе. Если медь представлена низшим из растворимых комплексов меди Си(СЫ)г", то вероятность активации пирита весьма велика. Увеличение соотношения СЫ/Си в системе до образования Си(СЫ)з2' снижает вероятность активации пирита, делая ее при соотношении СЫ/Сц 4 : 1 невозможной (Еревг = 0,35-0,40 В; Еф= 0,414 В).

Таким образом, исходя из сделанных расчетов, следует заключить, что обусловленное использованием оборотных вод снижение соотношений СЫ/Ме и Ре.гп/Си является причиной усиления активации пирита и сфалерита ионами меди в процессах измельчения и коллективной флотации.

Анализ результатов флотационных опытов, поставленных на рядовой руде Зыряновского рудника при стандартном реагентном режиме (рис.1) показывает адекватность разработанных физико-химических моделей флотационному поведению минералов, что следует из соответствия теоретически рассчитанной величины оптимизационного параметра, соответствующей граничным условиям процессов активации и экспериментально определенной координаты Д точки перегиба кривой селективности. Полученные результаты позволили рекомендовать физико-химические модели:

ЕМ),118[д[НС1Ч] + 0,0591д[Си(СГ\1)2"] =0,620 (1)

ЕЬ+0,118рН+0,01181д[НСЫ]+0,01181д[Си(СН)2"]-0,0591д[Ре(СЫ)б3"] =0,486 (2) для использования при оптимизации и регулировании реагентного режима флотации и при кондиционировании оборотных вод для условий обогащения полиметаллических руд с использованием цианидной технологии.

Для определения оптимальных значений предложенных оптимизационных параметров была проведена обработка данных опробования технологического процесса обогащения руд Зыряновского месторождения. Полученный массив, содержащий 60 разовых опробований, представлен в виде зависимостей йси- £гп = 1(Д) и <5ог<5ру = ^А) на рисунке 1. Совпадение координат области экстремума с граничными условиями активации позволяет сделать вывод об адекватности моделей реальному

3. Закономерности гидрофобизации сульфидных минералов в условиях использования в технологических процессах оборотных вод

Используемая методика термодинамического моделирования состояния поверхности минералов отличается от методики расчета диаграмм термодинамической стабильности направленным предварительным выбором технологическому процессу.

А1 А2

Рис.1. Зависимости разности извлечений меди и цинка (<5си-<5а1)) меди и пиритного железа (¿ог<5ру) от комплексных оптимизационных параметров активации сфалерита (А1) и пирита (А2) для ионного состава пульпы в операции измельчения. 1. - лабораторные опыты, 2. -

промышленные исследования. ------------ -Граничные условия процессов

активации.А1=Е1>0,1181д[НС№]+0,0591д[Си(СМ)2~]

А2=Е1п+0,118рН+0,01181д[НСЫ]+0,01181д[Си(СЫ)2"]-0,0591д[Ре(СЫ)б3"]

химических соединений - аналогов адсорбирующихся на поверхности минералов ионов или молекул. В качестве аналога выбиралось соединение, где характер связи между ионом и катионом наиболее близок к характеру связи между адсорбентом и адсорбатом.

Так, константа поверхностной реакции

Мев/Хадс + СГ\Г - МеБ/СМадс + X" (3)

была приближенно определена из обьемной реакции

МеХп+пСЫ"- Ме(С1^)п + пХ" (4)

На рис.2 представлены диаграммы состояния поверхности галенита (2а) и халькопирита (26), результаты спектрального анализа состава поверхностных соединений и обозначены области рН и ЕЙ, соответствующие реальному технологическому процессу.

Результаты спектральной проверки состава поверхностных соединений на галените в условиях обусловленного водооборотом увеличения концентраций сульфоксидных соединений показывают, что снижение потенциала галенита сопровождается уменьшением количества диксантогенида в поверхностном слое минерала, и при ЕрЬз < 0,1В ([БгОз2"] = 1,12 г/л) на поверхности

Е;В а) Е;В б)

рН рН

Рис.2. Диаграммы состояния поверхности галенита (а) и халькопирита (б) в условиях коллективной медно-свинцовой флотации в режиме Шеридана-Гризвольда. Ионный состав: [X"] =3 мг/л, [БО/'З^ 240 мг/л, [С03г"] = 30 мг/л, 5мг/л, (Ме{СЫ)пт']=2мг/л. Поверхностные соединения: 1 - РЬ3(ОН)2(СОз)г. 2 - НРЬ02" Результаты спектральной проверки состава поверхностных пленок: ®-ксантогенат свинца (меди) и диксан-тогенид, «- ксантогенат свинца (меди), о - отсутствие производных ксантогеновой кислоты.

40 I £-¿3 * °бласть значений Е и рН, соответствующих условиям коллективной флотации сульфидных минералов

идентифицируется лишь ксантогенат свинца.

Результаты спектральных исследований показывают, что область существования на поверхности галенита диксантогенида шире расчетной и включает область потенциалов от 130 до 200 мВ (рН = 8,5), где диксантогенид нестабилен (рис.2а). В этой области наблюдается устойчивая флотация галенита, что можно объяснить адсорбционным механизмом закрепления образовавшегося в обьеме жидкой фазы диксантогенида на поверхности частичек галенита. Исходя из представленных результатов исследований наряду с ранее известной моделью гидрофобизации галенита

1д[Х"] = -10,3 + 0,67рН (5)

можно предложить модель, основанную на условиях существования на галените капельно закрепившегося диксантогенида при равенстве интенсивностей образования диксантогенида на поверхности контакта с жидкой фазой и разрушения на периметре капли

(тЕрьз+пЕЬ)/(т+п) = -0,1 - 0,0591д[Х] (6)

Результатом термодинамического анализа процессов на халькопирите является представленная на рис.2.6 диаграмма состояния поверхности минерала, расчитанная для условий коллективной медно-свинцовой или медно-цинковой флотации при небольшом расходе цианида натрия (5-50 г/т).

Рассмотрение результатов расчетов показало, что граница адсорбционных равновесий Си/Хадс - Си/СЫадс лежит в области рН = 8,8 ,а граница устойчивости нормального ксантогената меди - при рН = 6,5.

Результатами спектральной проверки состава поверхностного слоя на халькопирите, проведенной с использованием спектроскопии МНПВО, установлено, что в области рН < 7 при ЕсиРеэз = 0,3 - 0,33В на поверхности минерала присутствуют ксантогенат меди и диксантогенид. В области рН от 7 до 9 при ЕсиРез2= 0,2 - 0,25 В был обнаружен лишь диксантогенид. В области рН > 9,2 и Е < 0,15В производные ксантогеновой кислоты не идентифицированы (рис.36). Отсутствие на поверхности халькопирита при рН>7 ксантогената меди обусловлено его растворением в присутствии цианистых ионов.

Закрепление диксантогенида на поверхности халькопирита в области рН от 7 до 9, где невозможно образование ксантогената меди, свидетельствует о том, что первоначальная гидрофобизация минерала обеспечивается хемо-сорбированным ксантогенатом.

Исходя из полученных результатов, были получены физико-химические модели гидрофобизации и флотации халькопирита в 'циклах коллективной флотации, характеризующихся небольшими добавками цианида при рН= 6,8-9

рН-1д[Х"]-Нд[НСЫ] =8 (7)

Уравнение 7 преобразовано с учетом взаимосвязи между концентрациями ионов и комплексов цинка в условиях дозирования в пульпу цинкового купороса

-1д[Х"]+0,5рН+0,251д[гп(СМ)42"]= 8,06 (8)

Для сфалерита, как и для галенита, основным условием эффективной флотации в коллективном цикле флотации является наличие в поверхностном слое ксантогената металла и диксантогенида. Вследствие значительной устойчивости ксантогената меди, следует сделать вывод, что условия существования ксантогената металла на поверхности сфалерита совпадают с условиями активации сфалерита ионами меди. С учетом того, что зависимости для граничных условий существования диксантогенида на поверхности сульфидных минералов схожи между собой, следует предположить возможность использования в бесцианидных режимах в качестве индикатора ЕЬ аргентита (АдгЭ), с использованием моделей:

0,1181д[Х']-0,059рН+ЕАд2з =0,93 (9)

рН + 23,87 еас^ =14,3 (10)

разработанных Г.Н Машевским (9) и М.А.Акилбаевым (10) для процессов бесцианидной флотации.

Результаты флотационных опытов, проведенных на рядовой руде Зыряновского рудника при стандартном реагентном режиме (рис.3), подтверждают адекватность разработанных моделей флотационному поведению минералов, о чем свидетельствует соответствие теоретически расчитанной границы области гидрофобизации и экспериментально определенной координаты А точки перегиба кривой извлечений, что позволило рекомендовать модели 5,6,8 для использования при оптимизации и регулировании реагентного режима флотации и при кондиционировании оборотных вод в условиях применения цианидной технологии.

Совпадение координат области экстремума зависимости извлечений меди и свинца в промышленных условиях с граничными условиями гидрофобизации позволяет сделать вывод об адекватности предложенных моделей реальному технологическому процессу.

С целью проверки адекватности физико-химических моделей для бесцианидных режимов были поставлены флотационные опыты на руде Карагайлинского месторождения и проведена обработка данных опробования технологического процесса обогащения полиметаллических руд Карагайлинского месторождения. Анализ результатов позволил рекомендовать модели

«5с„,%

АЗ А4

Рис. 3. Зависимости извлечения в коллективный медно-свинцовый концентрат меди и свинца от комплексных оптимизационных параметров гидрофобизации халькопирита (АЗ) и галенита (А4) в лабораторных опытах (1,2) и в промышленных условиях (3)

1. -При расходе сернистого натрия 10 г/т, 2. - При расходе сернистого

натрия 20 г/т. ---------------- - Граничные условия процессов

гидрофобизации. АЗ=0,5рН - 1_д[)С] + 0,251_д[гп(СМ)42"], А4=(ЕЬ+ЕРьз)/2+010591д[Х1

5,6,9 для использования при оптимизации и регулировании реагентного режима флотации и при кондиционировании оборотных вод для условий обогащения полиметаллических руд по бесцианидной технологии.

4. Закономерности гидрофобизации породообразующих минералов органическими компонентами оборотных вод

В качестве обьекта термодинамического моделирования выбрана система кальцит-олеиновая кислота. Выбор в качестве модельного минерала кальцита обусловлен его повышенной извлекаемостью в коллективный концентрат. Выбор в качестве модельного реагента олеиновой кислоты обусловлен тем, что последняя составляет до 60% технических жирных кислот, образующихся при окислении животных и растительных жиров. Результаты термодинамического моделирования могут быть использованы и для иных систем минерал - жирная

кислота, при соответствующей корректировке, учитывающей изменение термодинамических параметров их взаимодействия.

При расчете диаграмм термодинамической стабильности принимались значения концентраций ионов жидкой фазы пульпы, соответствующие ионному составу жидкой фазы пульпы в операциях измельчения и коллективной флотации сульфидов. На рисунке 4 изображены диаграммы термодинамической стабильности кальциевых минералов в присутствии карбонатных и олеатных ионов в координатах рН - 1д[СОз2~] и рН - 1д[ОГ] с результатами спектральной проверки состава поверхностных соединений.

Спектральные исследования подтверждают произведенные расчеты и показывают, что на поверхности кальцита а отсутствие значительных количеств силикатных и карбонатных ионов производные олеиновой кислоты обнаруживаются в интервале рН от 5 до 13. При этом в области рН от 8 до 13 преобладает олеат кальция. На основании результатов исследований следует заключить, что граничные условия гидрофобизации кальциевых минералов в операциях коллективной флотации сульфидов (рис.4) будут описываться зависимостями:

1д[ОГ] = -8,35 +• 0,5 рН + 0,51д[НС03"] (13)

1д[ОГ] = -7,35 - 0,5 1д[Са24] (14)

Для бариевых минералов условиям гидрофобизации соответствует зависимость

1д[ОГ] = -4,81 + 0,5 1д[Э0^2'] (15)

Подстановка в уравнения 13,14,15 значений параметров ионного состава дает величины предельно допустимых концентраций олеатных ионов, составляющие для кальцита 0,30 мг/л, и для барита 0,15 мг/л.

Для проверки адекватности моделей гидрофобизации породообразующих минералов были поставлены лабораторные опыты по коллективной флотации сульфидов, в которых в пульпу дополнительно загружали олеат натрия при расходах 0-30 г/т руды. Анализ результатов флотационных опытов и сопоставление результатов анализа ионного состава жидкой фазы пульпы с технологическими показателями коллективной флотации в промышленных условиях (рис.5), показывают, что разработанные физико-химические модели адекватно описывают флотационное поведение породообразующих минералов и могут быть использованы для регулирования процессов кондиционирования оборотных вод, поступающих в операции измельчения и коллективной флотации.

рН рН

Рис.4. Диаграмма термодинамической стабильности соединений кальция с результатами спектральной проверки состава поверхностных соединений на кальците, обработанном раствором состава: [Са2*] = 86мг/л, [01] = 3,2 мг/л [Ма+] = 230 мг/л Результаты спектральной проверки: о-олеаты кальция и натрия, о - следы олеатных соединений

0 - отсутствие производных олеиновой кислоты.----------Границы устойчивости олеатов натрия:

1 I - область значений рН, 1д[01] и 1д[С03], соответствующих условиям коллективной флотации сульфидных минералов

р;%

(3;%

■ -в-

•7 .7,5

1С

5

4!

21

1!

21

ЗС

4С

з:

5(

—-1-1-1 -1-е-1-1 I-У-1-1

-8,5 -9 -9,5 -10 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5 -в

А6

70

2

-3

А5

Рис.5 Зависимости содержания несульфидных породообразующих минералов в коллективных сульфидных концентратах (р) от комплексных оптимизационных параметров гидрофобизации кальциевых (А5) и бариевых (А6) минерапов.1.- Лабораторные опыты, 2,- Промышленные исследования. ------------------- Граничные значения оптимизационных параметров.

А5= 1д[ОГ] - 0,5 рН - 0,51д[НСОз], Ае= 1д[ОГ] - 0,51д[30<]

5. Закономерности разделительных процессов, выбор и разработка

методов очистки и кондиционирования сточных и оборотных вод

Построение и анализ концетрационных диаграмм соединений цианида показывает, что в области рН 9-11 повышение щелочности существенно увеличивает соотношение диссоциированной и недиссоциированной частей синильной кислоты, насыщенных и ненасыщенных металл-цианистых комплексов. Эти изменения делают при повышении рН более эффективными процессы сорбционного извлечения металлов и цианида, однако могут снижать эффективность процессов электрохимической очистки из-за уменьшения составляющей цианидных ионов в общем миграционном массопереносе внутри разделительной зоны электролизеров.

Изучение процесса сорбционного извлечения из сливов сгустителей цианидных комплексов меди, цинка, золота и серебра, ионов цианида показало, что сорбция в динамических условиях в интервале рН 8,5-10,2, соответствующем значению рН реальных растворов, проходит неудовлетворительно. Анализ результатов промышленных испытаний подтвердил результаты лабораторных исследований и. показал, что повышение рН до 11 обеспечивает повышение эффективности сорбции металл-цианистых комплексов с 80 до 95% и свободного цианида с 20 до 40%.

Исследования по электрохимической очистке сливов сгустителей проводились с использованием лабораторных аппаратов ( диафрагменного, без-диафрагменного и мембранного) и технологии ИПКОН РАН. Производительность аппаратов при работе в проточном режиме изменялась от 0,5 до 12 л/час; расход электроэнергии изменялся от 0,3 до 2,7 кВтч/м3 в зависимости от типа аппарата и режимных параметров.

В результате проведенных исследований по электрохимической очистке выявлено, что все три типа аппарата при определенных режимах электролиза позволяют достичь степени очистки исходного питания (слива сорбционной установки) от 60 до 98,5%. При этом следует отметить, что бездиафрагменный аппарат эффективно работает на исходном питании при рН 9,0. Эффективность очистки при расходе электроэнергии 2 кВтч/м3 достигает 99%.

Полупромышленные испытания комбинированной сорбционно-эпектро-химической технологии очистки цианидных сливов сгустителей, разработанной на основе установленных закономерностей разделительных процессов (рис.6), показали возможность получения сливов с содержанием меди, цинка и цианида 1 -1,5 мг/л при извлечении меди, цинка, золота и серебра 85 - 95%.

Для снижения концентраций ионов и комплексов тяжелых металлов, органических соединений в оборотной воде, поступающей в операции измельчения и коллективной флотации, до требуемых значений, целесообразно использовать электрохимическую, сорбционную или флотационную технологии. При исследованиях электрохимических методов очистки оборотных вод были использованы аппарат электрофлотации (V =0,5л, I =ЗА, 1)=5В) и бездиафрагменный электролизер с электродами из нержавеющей стали (V = 0,5л, I = 2А, II = ЗВ). Результаты опытов показывают, что при электрофлотации удается достичь удовлетворительной степени очистки воды (80%), однако расход электроэнергии при этом превысил 0,8 кВтч на 1 мЗ обрабатываемой воды. При диафрагменной обработке эффективность очистки при времени обработки 2,5 мин составила 46%.

Исследование сорбционных методов кондиционирования оборотных вод проводилось с использованием активированного угля и цеолита. Результаты показали, что активированный уголь обладает лучшими сорбционными свойствами по отношению к олеату кальция (эффективность очистки составила 80 и 60 % соотв.).

Установка для проведения опытов по очистке оборотных вод от органики методом компрессионной флотации включала сатуратор, "насыщающий воду сжатым воздухом при Р=2,5-4 АТИ, и два последовательно установленных флотатора. Исходная проба загрязненной жидкости после подачи 10-20 г/мЗ

[Си] = 450 мг/л [СИ] =1000 мг/л

Электрохимическое конди-Сорбция на ионообменной смоле

Электрохимическое кондиционирование рН и ЕЙ

Электрохимическое разложение _цианидов

[Си] = 1,5 мг/л [СМ] = 1,5 мг/л

сливы

сгустителей

Элюат Очищенный слив

7 со 9

Рис. 6. Технологическая схема (а) и принципиальная схема установни (б) для комбинированной сорбционно-электро-химической очистки сливов сгустителей от металл-цианистых комплексов и цианида.

1. - Зумпф, 2. - пробоотборник, 3. - Электролизер, 4. - Сорбционная колонна, 5. - Регенирирующий узел, 6. - Регулируе мый источник питания, 7. - Прободоставка, 8 - Анализатор рН, концентрации ионов меди и цианида, 9. - Блок регулирования.

железного купороса насыщалась воздухом при Р=4 АТИ и направлялась во флотатор, где из нее удалялись всплывающие и тонущие частички загрязнений. Слив направлялся во второй флотатор, верхний продукт которого возвращался в первый флотатор. При очистке пробы объемом 10 м3 с исходным содержанием 5 мг/л олеата кальция получена очищенная вода, содержащая 1 мг/л олеата кальция при расходе воздуха 7% от объема пробы и 0,8 мг/л при расходе воздуха 10% от объема пробы.

Сравнительный анализ результатов полупромышленных исследований (табл.2) показывает большую перспективность компрессионной флотации, особенно если учесть невысокую себестоимость процесса.

Таблица 2

Результаты опытов по очистке оборотной воды и коллективной медно-

свинцовой флотации на очищенной оборотной воде

Метод очистки Концентрация органики, мг/п Содержание в Си-РЬ концентрате, %

РЬ Си 7п непупнф минрр

1 .без очистки 2,4 20,5 13,5 5,3 12,5

2.сорбция на 0,25 22,0 15,0 5,0 5,5

активир. угле

3.сорбция на 1,2 20,5 13,8 5,3 10,0

цеолите

4. компрессионная 0,8 22,4 15,6 4,8 8,0

флотация

6. Исследования и оптимизация оборотного водоснабжения горнообогатительного комбината

Анализ результатов исследований ионно-молекулярного состава продуктов схем водооборота горно-обогатительных комбинатов показывает, что основная часть ионов и комплексов тяжелых металлов (55-70%) попадает в оборотную воду вследствие протекания в хвостохранилище процессов выщелачивания сульфидных минералов, особенно усиливающихся при сбросе богатых цианидом сливов сгустителей. Остальная часть меди, цинка и свинца попадает с хвостами обогащения (20 -30%) и шахтными водами (10 -20%). Главным источником появления в оборотных водах органических соединений являются сточные воды автотранспортных и промышленных предприятий, в первую очередь - перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию. Так в схеме водооборота Зыряновского промышленного узла (таблица 3) максимальную концентрацию органики имеют сливы очистного

г18

пруда мясокомбината (до 10 мг/л) и технологические хвосты (до 8 мг/л); при этом в первом случае более 80% органики представлены жирами, маслами и жирными кислотами.

Таблица 3

Содержание органических соединений в сточных водах Зыряновского промышленного узла

Стоки Общая концентрация,мг/л в том числе:

высших жирных кислот раститель. и животн. масел минеральных масел диксан-тогени-Да

1 .Слив окислите- 3,3-5,0 1.2-2,8 0.5-0,8 0,8-1,2 0.5-0.8

льного пруда 4,0 1,8 0,65 1,0 0,65

2.Слив дренажных 2.5-4,3 1.0-2,2 0.5-0,8 0.8-1.2 0.6-1,2

прудов 4,1 1,6 0,65 1,0 0,85

3.Технологические 5.0-8.1 0.5-0,8 0.5-0.8 1.5-3.0 2.0-4.5

хвосты 6,6 0,65 0,65 2,2 3,1

4.Слив сгустителей 1.7-2.3 менее менее 0.5-1,0 1.0-1,5

2,0 0,1 0,1 0,75 1,25

5.Слив контактного 6.5-9.8 2.5-3.8 2.5-4.0 1.2-2,5

пруда 8,0 3,1 3,2 1,7

6.Слив очистного 16-27 6.5-12 5.5-11 4-6

пруда мясокомбината 21,0 8,5 7,5 5,0

7.Слив очистного 1.5-2.0 н/д н/д н/д

пруда рудника 1,7

Эффективность очистки слива хвостохранилища в общих очистных сооружениях, использующих как правило биологические методы очистки, невелика и составляет для ионов тяжелых металлов 30 -40%, цианида -5070%, органических соединений 40 -50%.

Для оценки возможности использования оборотных вод в технологических процессах обогащения предложено использовать физико-химические модели активации и гидрофобизации. Предлагаемая методика оценки технологических свойств допускает использование оборотных вод в том случае, если расчитанные для их ионного состава значения комплексных оптимизационных параметров соответствуют областям неактивации и негидрофобизации нефлотируемых минералов и областям гидрофобизации и активации флотируемых минералов. В обратном случае необходимо проведение операций водоподготовки, задачей которых является снижение концентраций отрицательно воздействующих на поверхностные свойства минералов компонентов оборотных вод до допустимых значений,

определяемых из комплексных оптимизационных параметров ионного состава, путем подстановки в них средних концентраций соединений, не удаляемых в результате операции водоподготовки.

В качестве комплексных оптимизационных параметров ионного состава оборотных вод при ведении флотации в бесцианидном режиме целесообразно

использовать зависимости:

Б1=1д[Х"]-0,67 рН (16)

Б2= ЕЙ + 0,0591д[Х~] (17)

Б3= (ерьб+еь)/2+ 0,0591д[Х"] (18)

Б4= 1д[ОГ] - 0,76рН (19)

Б5= ЕЬ+0102951д[Си2"]-0,02951д[гп2"]-0,059рН (20)

Б6= ЕИ+0,0591д[Си2+]-0,02951д[Ре2+]-0,059рН (21)

описывающие граничные условия гидрофобизации и активации минералов. Сопоставление граничных значений параметров Б1 - Б6 с соответствующими значениями в оборотной воде (таблица 4), показывает, что последняя является депрессором для галенита и активатором пирита. Концентрация в оборотной воде органических соединений с гидро-фобизирующими свойствами значительно превышает достаточную для гидрофобизации породообразующих минералов.

Таблица 4

Величины комплексных оптимизационных параметров ионного состава пульпы в операциях коллективной флотации и оборотной воде Карагайлинской ОФ

Операция, продукт Параметры

Б1 Б2 БЗ Б4 Б5 Б6

1 .Слив классификатора - - - - 0,065 0,060

2. Камерный продукт -10,8 -0,03 -0,08 -11,2 0,045 0,055

основной коллективной

флотации

3. Камерный продукт основ- -10,75 -0,025 -0,08 - - -

ной свинцовой флотации

4. Камерный продукт основ- - -0,035 - - 0,050 0,065

ной цинковой флотации

5. Слив хвостохранилища -10,75 -0,033 -0,15 -11,22 0,075 0,07

6.Слив окислительного -10,73 -0,033 -0,12 -11,25 0,082 0,07

пруда

7. Граничные условия >-10,8 >-0,1 >-0,1 >-12,2 >0,042 >0,065

активации, флотации

Поэтому оборотная вода, поступающая в цикл измельчения и коллективной флотации, требует контроля по рН, [ОЯ] и ЕЬ и кондиционирования с использованием в качестве функции - задатчика уравнений БЗ, Б4 и Б6.

Анализ состава оборотных вод обогатительных фабрик, использующих цианидную технологию, показывает, что последние способствуют активации сульфидов цинка и железа ионами меди, гидрофобизации породообразующих минералов и могут ухудшать флотируемость галенита и халькопирита, что также предполагает введение операций кондиционирования для достижения допустимых значений [Си], [ОР] и в ряде случаев ЕЙ.

В разработанную систему общего водопользования промышленного узла горно-обогатительного комбината (рис.7) направляются сливы сгустителей, шахтные воды, стоки очистных сооружений близлежащих промышленных и автотранспортных предприятий, других объектов водопользования. Сливы сгустителей, хвостохранилища, промышленных и транспортных предприятий после индивидуальной очистки и утилизации содержащихся в них ценных компонентов направляются в общие очистные сооружения, использующие биохимические методы разрушения цианидов, ксантогенатов и др. компонентов.

Сливы общих очистных сооружений объединяются с рудничными водами и направляются на операции кондиционирования, в которых из них удаляются ионы и комплексы меди, органические соединения, регулируется окисительно-восстановительный потенциал.

После кондиционирования оборотная вода подается в операции измельчения и коллективной флотации. Предложенная схема позволяет минимизировать затраты на очистку и кондиционирование и вести технологический процесс обогащения полиметаллических руд с высокими показателями.

7. Совершенствование реагентных режимов и систем автоматического регулирования процессов флотации при использовании оборотного

водоснабжения

Задачу повышения эффективности коллективной флотации целесообразно разделить на две части. На первом этапе необходимо предотвратить сближение флотационных свойств разделяемых минералов под воздействием компонентов оборотных вод. • Задачей второго этапа является поддержание соотношения концентраций реагентов, обеспечивающего эффективную флотацию минералов в коллективном цикле и создание условий для эффективного разделения кол-

Рис.7. Оптимальная схема промышленного узла горно-обогатительного комбината, перерабатывающего полиметаллические руды по цианидной технологии.

1,- Обогатительная фабрика, 2.- Промышленные предприятия, 3.-Карьер, 4,- Подземный рудник, 5- Очистные сооружения, 6,- Цех очистки сливов сгустителей, 7.- Хвостохранилище, 8,- Окислительный пруд, 9.- Сборник дренажных вод, 10,- Насосная станция, 11,- Цех кондиционирования оборотных вод. [Си],[СИ],[011] - Контролируемые параметры , (Ж- органические соединения

лективных концентратов, например ведение процесса при минимальном расходе собирателя.

Разработанная система автоматического дозирования реагентов в коллективную медно-свинцовую флотацию соответственно включает два контура регулирования (рис.8). Первый контур регулирования включает системы управления дозированием цианида натрия и цинкового купороса. Управление осуществляют с целью поддержания соотношения концентраций ионов цианида, цинк- и медь-цианистых комплексов, предотвращающих активацию сульфидов цинка ионами меди в условиях измельчения и флотации и обеспечивающего при этом отделение сульфидов свинца и меди от сульфидов цинка и- железа. Второй контур регулирования включает дозирование ксантогената по сложившемуся ионному составу жидкой фазы пульпы.

Для контроля ионного состава пульпы был использован опытный аналитический комплекс, включающий в себя систему прободоставки, подсистему проверки и калибровки анализаторов ионного состава, полярографические анализаторы ионов меди, цинка и цианида, по-тенциометрические анализаторы рН, спектральные анализаторы ксантогената и ионов меди, вольтамперометрический анализатор ионов цианида.

Блок расчета оптимальной концентрации ксантогената, используя разработанные в разделе оптимизационные параметры, определяет по имеющейся текущей величине рН оптимальную для ведения процесса флотации концентрацию ксантогената. Расчетные зависимости имеют вид:

Технологические результаты испытаний опытно-промышленной системы дозирования флотационных реагентов показали, что при использовании системы за счет оптимизации реагентного режима достигается повышение извлечения в концентраты свинца, цинка и меди в сумме 1,8 % при повышении содержания основного металла в свинцовом и цинковом концентрате на 1 % и сокращении расхода ксантогената, цианида и цикпо- гексанола соответственно на 5,14 и 5 г/т.

Для регулирования бесцианидных реагентных режимов коллективной и селективной флотации была разработана система автоматического регулирования, схема которой включает контуры регулирования расходов реагентов в коллективную и селективную флотацию и включает анализаторы концентрации ксантогената, рН, Еддгэ.и ЕЬ, связанные с ЭВМ. Испытания системы автоматического регулирования показали возможность повышения извлече- ния свинца и цинка на 1,3 - 1,7% и сокращения расхода ксантогената на 20 %.

Для повышения эффективности процессов разделения коллективных концентратов в условиях применения оборотных вод была разработана система автоматического регулирования реагентного режима флотационного разделения медно-свинцового концентрата, прошедшая опытно-промышленную эксплуатацию и внедренная на сульфидной секции Зыряновской обогатительной фабрики.

В блоке расчета оптимальных концентраций цианида и ксантогената использовались расчетные зависимости, полученные на основе предложенных А.А.Абрамовым физико-химических моделей флотации галенита и халькопирита в цианидной среде:

1д[Х"] = -10,3 + 0,67 рН 1д[Х"] = -8 + 0,5рН + 0,251д[гп(СЫ)42"]

(22) (23)

1д[СКГ] = К1 + 1д[Х-]/3 - рН/12 + 1д[Си(СМ)2~]/2 1д[Х"] = К2 + 0,67 рН

(24)

(25)

Рис. 8. Принципиальная схема системы автоматического регулирования реагентного режима коллективной медно-свинцовой флотации

1.-мельница, 2- классификатор, 3- гидроциклон, 4.- медно-саинцовая флотация, 5.-пробоотборник, 6 - потенциометрический датчик, 7,- датчик рН, 8-датчик концентрации цианида, 9.-датчик концентрации меди и цинка, 10-датчик концентрации ксантогената, 11,- подсистема проверки и калибровки датчиков ионного состава, 12,13- дозаторы цианида и цинкового купороса, 14,15-дозаторы ксантогената и пенообразователя, 16- ЭВМ.

в которых значения параметров К1 и К2 корректировались в зависимости от соотношения меди и свинца в коллективном концентрате.

Анализ технологических показателей показывает, что использование системы регулирования позволяет повысить извлечение свинца и меди соответственно на 0,8 и 1,0 %. При этом достигается повышение качества концентратов на 0,5 - 0,8%,достигается сокращение расхода цианида на 14 г/т.

Для процесса бесцианидного разделения медно-свинцового концентрата обосновано применение сернокислотной обработки и определены оптимальные параметры процесса. Показано, что ведение кислотной обработки при рН = 5-6 обеспечивает резкое увеличение контрастности поверхностных свойств галенита и халькопирита и повышение технологических показателей флотации. При автоматическом регулировании процесса кислотного кондиционирования медно-свинцового концентрата достигнуто повышение содержания и извлечения металлов в одноименных концентратах на 1,5 - 2 %.

Для повышения эффективности флотационного разделения цинково-пиритных концентратов в условиях использования оборотных вод разработан метод электрохимического кондиционирования пульпы с применением нестационарных воздействий при напряженности электрического поля от 10 до 40 В/см и предварительным подщелачиванием. Использование метода позволило за счет окислительного разрушения активированного поверхностного слоя на пирите снизить его флотируемость и, как следствие, повысить качество цинкового концентрата и извлечение в него цинка на 1 - 3%.

Заключение и выводы

В диссертационной работе дано теоретическое обобщение и новое решение актуальной научной проблемы развития физико-химических основ и методов оптимизации разделительных процессов в замкнутых циклах обогащения полиметаллических руд в условиях водооборота на основе использования моделей активации и гидрофобизации минералов в системах регулирования реагентных режимов флотации, очистки и кондиционирования сточных и оборотных вод, обеспечивающих увеличение полноты и комплексности использования минерального сырья, повышение экологической безопасности горно-обогатительного производства.

1. Вскрыт механизм ухудшения технико-экономических показателей селективной флотации полиметаллических руд в условиях водооборота. Показано, что снижение эффективности депрессии сульфидов цинка и железа обусловлено процессами активации минералов соединениями меди, снижение флотируемости халькопирита и галенита - замедлением образования и

закрепления диксантогенида в поверхностном слое минералов, извлечение породообразующих минералов в сульфидные концентраты - их гидрофобизацией органическими соединениями с собирательными свойствами, перерасход реагентов в коллективные и селективные циклы флотации - резкими колебаниями ионного состава пульпы.

2.Установлены закономерности окисления сульфидных минералов в условиях водооборота. Показано что увеличение концентрации продуктов окисления минералов и снижение концентрации кислорода приводит к уменьшению скорости коррозионных процессов и, как следствие, к увеличению вероятности сохранения на поверхности сульфидных минералов неокисленных участков.

3.Установлены закономерности и разработаны физико-химические модели активации сфалерита и пирита ионами меди и свинца в бесцианидном и цианидном режиме в условиях водооборота, устанавливающие соотношения между концентрациями компонентов жидкой фазы и ЕЬ в граничных для реакции активации условиях. Экспериментальными и промышленными исследованиями показано, что модели:

А1 = ЕЬ -0,1181.д[НСМ] + 0,0591_д[Си(СМ)2~]

А2 = ЕЙ + 0,118рН + 0,1181_д[НСМ] + 0,1181.д[Си(СОД - 0,0591д[Ре(СМ)63"] адекватно соответствуют процессам активации сфалерита и пирита в условиях режима Шеридана-Гризвольда и могут быть использованы для регулирования реагентных режимов коллективной флотации.

4.Установлены закономерности и разработаны физико-химические модели гидрофобизации галенита и халькопирита в коллективных и селективных циклах флотации в условиях водооборота. Экспериментальными и промышленными исследованиями показано, что модели:

- 1д[Х"] + 0,5рН + 0,251д[2п(СМ)42"] = 8,06 (тЕрьз+пЕЬ)/(т+п) = -0,1 - 0,0591д[Х"] адекватно соответствуют процессам флотации халькопирита и галенита и могут быть использованы для регулирования реагентных режимов процессов коллективной и селективной флотации.

5.Определены причины появления компонентов оборотных вод, вызывающих сближение поверхностных свойств минералов и снижение технологических показателей. Показано, что появление соединений меди обусловлено выщелачиванием медных минералов, попадающих в хвостохранилище с отвальными хвостами; органических соединений - сбросами в очистные сооружения промстоков. Изучен состав органических соединений, попадающих в операции измельчения и флотации со сточными и оборотными

водами. Показано, что от 50 до 80% органических соединений представлены средне- и длинноцепочечными углеводородами - преимущественно растительными и животными жирами, жирными кислотами и минеральными маслами.

6. Впервые рассчитаны и экспериментально подтверждены диаграммы состояния поверхности кальциевых минералов в присутствии жирных кислот для условий коллективной флотации сульфидов в цианидном и бесцианидном режимах. Получены и экспериментально подтверждены модели гидрофобизации кальциевых и бариевых породообразующих минералов содержащимися в оборотных водах жирнокислотными соединениями.

7.Разработана методика оценки технологических свойств оборотных вод и возможности их использования в операциях измельчения и коллективной флотации и определения оптимального состава водной фазы после водоподготовки, заключающаяся в сопоставлении значений комплексных оптимизационных параметров ионного состава оборотных вод с граничными условиями процессов активации и гидрофобизации минералов. Рассчитаны значения допустимых концентраций соединений меди и органики в оборотных водах, поступающих в циклы измельчения и коллективной флотации.

8. Установлены закономерности безреагентных методов водоподготовки и разработана новая технология очистки циансодержащих сливов сгустителей, включающая регулирование щелочности циансодержащих сливов сгустителей, сорбционное извлечение цианистых комплексов меди, цинка, золота, серебра и электрохимическую обработку сливов сорбции с предварительным регулированием щелочности. Разработанная сорбционно-электрохимическая технология обеспечивает получение сливов с содержанием меди и цианида 1,5 и 1 мг/ л, при извлечении меди, золота и серебра более 95% .

9. Разработаны многоконтурные системы автоматического регулирования расходов реагентов в коллективные и селективные циклы флотации, использующие в алгоритме управления физико-химические модели активации и гидрофобизации сульфидных минералов. При использовании систем в условиях водооборота, достигнуто повышение извлечения свинца, цинка и меди на 1,5- 3,0%, содержания металлов в одноименных концентратах на 1-2%; снижение расхода ксантогената, цианида и циклогексанола соответственно на 10-20%.

10.Разработан метод повышения эффективности цинковой флотации, включающий предварительное "подщелачивание пульпы, и ее переменно-токовую обработку при напряженности электрического поля от 10 до 40 В/ см. Показано, что за счет окислительной дезактивации пирита достигается

повышение качества цинкового концентрата на 2- 3% и увеличение извлечения цинка на 1 - 2% .

11. Разработана оптимальная структура водоподготовки промышленного узла горно-обогатительного комбината (на примере ЗСК), включающая индивидуальную очистку сливов сгустителей фабрики и стоков промпредприятий, общую биологическую очистку объединенных стоков и слива хвостохранилища, кондиционирование части слива, поступающей в циклы измельчения и коллективной флотации. Показано, что для эффективной очистки оборотных вод, поступающих в циклы измельчения и коллективной флотации, целесообразно использовать сорбционную и флотационную т-хнологию или их комбинацию. Использование предложенной схемы позволяет снизить потери меди, свинца и цинка на 2-4% и сократить расход реагентов на 5-10%.

12. Разработан и внедрен аналитический комплекс контроля ионного состевэ пульпы и оборотных вод, предназначенный для использования в системах автоматического контроля и регулирования технологических разделительных процессов, обеспечивающий за счет повышения точности и надежности измерений снижение потерь ценных компонентов и сокращение расхода реагентов.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах автора:

1. Оптимизация процесса флотации в селективных циклах на Бело-усовской обогатительной фабрике // Цветная металлургия. М.: Цветме-тинформация, 1979. -N17. - С.15-19 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

2.0 механизме электрохимической обработки пульпы при флотации // Комплексное использование минерального сырья. -1984. -N4. -С.14-18 (соавторы A.A. Абрамов, В.М.Авдохин).

3. Исследование и моделирование процесса электрохимической обработки пульпы II Проблемы физики горных пород. -Сб.науч.трудов МГИ. М.: изд.МГИ, 1983. - С.3-8 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

4.Способ флотационного разделения смесей сульфидных минералов // A.C. СССР 1239945. Кл ВОЗД1/00 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин и др.).

5.Закономерности электрохимической обработки пульпы с использованием нестационарных полей II Комплексное использование минерального сырья. -1986,- 12.- С.12-18 (соавторы A.A. Абрамов, В.М. Авдохин).

б.Автоматическое дозирование собирателя в коллективные циклы на основе физико-химических моделей флотации // Комплексная переработка

минерального сырья,- Сборник научных трудов МГИ. М.: изд.МГИ, 1986. - С.24-28 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

7.Депрессия пирита электрохимической окислительной обработкой пульпы // Комплексная переработка минерального сырья,- Сборник научных трудов МГИ. М.: изд.МГИ, 1986. - С.49-53 (соавтор Т.С.Николаева).

8.Автоматическое дозирование флотационных реагентов на основе физико-химических моделей флотации // Использование характеристик ионного состава пульпы в системах контроля и регулирования флотационного процесса.-Материалы координационного совещания. Орждоникидзе.: СКФ ВНИКИ ЦМА, 1986. - с.47-52 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

9. Использование переменнотоковой обработки пульпы для интенсификации флотационного разделения цинково-пиритных концентратов //Энергетические воздействия в процессах переработки минерального сырья. Новосибирск.: СО АН СССР, 1987. - С. 16-22 (соавторы А.А.Абрамов, В.М. Авдохин).

10.Автоматическое дозирование флотационных реагентов на Зыряновской обогатительной фабрике // Цветная металлургия.-Цветметинформация.-1987. -N10, -С.45-47 (соавторы А.А.Абрамов, В.Д.Ненадов и др.).

11 .Автоматическое дозирование ксантогената в цикл коллективной медно-свинцовой флотации по ионному составу пульпы II Теория и технология обогащения полезных ископаемых. -Сб.науч.трудов МГИ, М.: МГИ, 1987. -С.3-10 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

12.Депрессия активированного пирита электрохимической обработкой пульпы //Теория и технология обогащения полезных ископаемых,- Сб.науч. трудов МГИ, М.: МГИ, 1987. - С.17-22 (соавторы Т.С.Николаева, Е.И.Кутузова),

13.0птимизация разделения сульфидов свинца и меди на основе физико-химических моделей флотации // Теория и технология обогащения полезных ископаемых. -Сб.науч. трудов МГИ, М.: МГИ, 1987. - С.23-27 (соавторы Т.И.Юшина, С.Г.Штойк).

14.Выбор модели для управления режимом разделения медно-свинцовых концентратов по ионному составу пульпы // Совершенствование процессов переработки полезных ископаемых.- Сб.науч.трудов МГИ. М.: МГИ, 1988. - С.8-15 (соавторы Т.И.Юшина, В.П.Месячникова и др.).

15.Закономерности изменения ионного состава жидкой фазы пульпы при диафрагменной обработке // Теория и технология обогащения полезных ископаемых,- Сб.науч. трудов МГИ, М.: МГИ, 1987. - С.15-23 (соавторы В.М.Авдохин, Т.С.Николаева).

16. Физико-химическое моделирование и оптимизация реагентных режимов

флотации сульфидов // Труды 16-го Международного конгресса по обогащению полезных ископаемых.-Стокгольм, 1988. - т.В. - С.1621-1632 (соавторы

A.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

17.Физико-химические исследования и оптимизация действия реагентов при флотации полиметаллических руд II Горный журнал.-1988. -N11. -С.145-152 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

18.Физико-химические исследования действия реагентов и совершенствование технологии флотации полиметаллических руд // Проблемы комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых. -М.: МГИ, 1989. - С.78-91 (соавторы А.А.Абрамов,В.М.Авдохин).

19.Алгоритм управления процессом селективной флотации, реализуемый в системе автоматического регулирования реагентного режима по ионному составу пульпы // Развитие теории и технологии переработки минерального сырья.- Сб.науч.трудов МГИ.М.:МГИ,1989. - с.22-25 ( соавторы A.A. Абрамов, Ф.Л.Пикапов).

20. Моделирование состояния поверхности сульфидов цинка при флотации II Развитие теории и технологии переработки минерального сырья.-Сб.науч.трудов МГИ. М.: МГИ, 1989. - с.76-85 (соавторы Е.И.Кутузова, В.М. Авдохин)

21 .Способ определения расхода флотационного реагента// A.C. СССР 1473185 , 1989, кл.В03Д1/СЮ, (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин и др.)

22.Способ регулирования расхода реагента-цианида в процессе флотации медно-свинцовых руд //A.C. СССР 1452597, 1989,кл ВОЗД1/00 (соавторы

B.Д.Ненадов, В.М.Авдохин и др.).

23.Способ контроля ионного состава жидкой фазы пульпы и установка для его осуществления.// A.C. СССР 1558490, кл.В03Д1Ю0 (соавторы В.Д.Ненадов, В.М.Авдохин и др.).

24.Автоматическое регулирование реагентных режимов селективной флотации полиметаллических руд II Цветные металлы. -1990. -N9. - С.12-17 (соавторы А.А.Абрамов, В.М.Авдохин).

25. Моделирование процессов активации сфалерита и разработка комплексных оптимизационных параметров ионного состава для циклов измельчения и коллективной флотации //Обогащение минерального сырья,-Сб.науч.трудов МГИ. М.: МГИ, 1990. -С.47-55 (соавторы Т.С.Николаева, М.А. Акилбаев).

26. Моделирование и исследование состояния поверхности галенита в условиях коллективной и селективной флотации II Обогащение минерального сырья. -Сб.науч.трудов МГИ. М.: МГИ, 1990. -С.22-30 (соавторы В.М.Авдохин,

М.А.Акилбаев).

27.Способ регулирования реагентного режима флотационного разделения медно-свинцовых концентратов // A.C.СССР 1798006, кл В03Д1/00 (соавторы В.Д.Ненадов, В.М.Авдохин и др.).

28.Моделирование процессов активации пирита и разработка комплексных оптимизационных параметров ионного состава для циклов измельчения и флотации // Совершенствование технологии обогащения комплексных полезных ископаемых. - Сб.науч.трудов МГГУ. М.: МГГУ, 1996.-С.75-83 (соавторы A.A. Колоколенков, A.B. Сидоркин)

29.Моделирование и исследование состояния поверхности сульфидов меди в условиях коллективной флотации // Совершенствование технологии обогащения комплексных полезных ископаемых. -Сб.науч.трудов МГГУ. М.: МГГУ, 1996. -С.75-83 (соавторы Е.И.Кутузова, Д.И.Лоскутов).

30.Повышение экологической безопасности флотационного обогащения на основе оптимизации ионного состава пульпы и оборотных вод // Горный журнал.-1996. - N7-8. - С.65-71 (соавтор В.М Авдохин).

31 .Моделирование взаимодействия органических компонентов оборотных вод с породообразующими минералами при обогащении полиметаллических руд// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 1995. - С. 65-70

32.Моделирование и контроль флотационного обогащения комплексных руд//Материалы 7-го регионального симпозиума АПКОМ. -М., 1997.М.: МГГУ, 1997. - С. 273-277 (соавторы В.М.Авдохин, А.А.Абрамов).

33. Контроль технологических свойств минералов и оборотных вод в замкнутых циклах обогащения полиметаллических руд // Материалы 20-го Международного конгресса по обогащению полезных ископаемых, Аахен,1997. -XX, Aachen.: IMPC, 1997. -V3. - С. 465-473 (соавторы В.М.Авдохин, А.И. Гановичев).

34.Кондиционирование оборотных вод и утилизация ценных компонентов при обогащении полиметаллических руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 1997. -N2. -С. 65-70

35. Контроль ионного состава пульпы и оборотных вод при обогащении полиметаллических руд // Горный журнал. -1998. - N3. - С.54-57 (соавтор В.М Авдохин, В.Д.Ненадов).

36. Оптимизация обогащения полиметаллических руд на основе контроля и регулирования ионного состава пульпы и оборотных вод // Горный информационно-аналитический бюллетень.М.: МГГУ, 1998. -N1. -С. 27-32 (соавтор В.М.Авдохин).

№

\\

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 622.765

МОРОЗОВ ВАЛЕРИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

РАЗВИТИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ОСНОВ И МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗАМКНУТЫХ ЦИКЛАХ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУД В УСЛОВИЯХ ВОДООБОРОТА

Специальность 05.15.08- Обогащение полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение 7

1. Анализ и выбор методик моделирования, исследований и 19 оптимизации замкнутых циклов обогащения полиметаллических руд в условиях водооборота. 1.1.Физико-химическое моделирование и исследование взаимо- 19 действия минералов с компонентами ионного состава пульпы и оборотных вод. 1.1.1.Химические модели и методы исследований. 20

1.1.2.Электрофизические модели и методы исследований. 24

1.1.3.Электрохимические модели и методы исследований 26

1.1.4.Методы сравнительных расчетов 34

1.1.5.Модели и методы исследования кинетики окисления 37 сульфидных минералов

1.2.Замкнутый водооборот на обогатительных фабриках,очист- 40 ка и кондиционирование сточных и оборотных вод, утилизация ценных компонентов 1.2.1.Основные тенденции в очистке и кондиционировании 41 оборотных вод

1. 2.2. Тенденции в разработке систем замкнутого водооборо- 49

та обогатительных фабрик 1.2.3.Практика внедрения замкнутого водооборота, очистки 52 сточных и кондиционирования оборотных вод при обогащении полиметаллических руд 1.3.Методы и средства контроля неорганических и органичес- 61

ких веществ в сточных и оборотных водах обогатительных фабрик

1.3.1.Измерение концентраций ионов и комплексов тяжелых 62 металлов

1. 3.2.Измерение концентраций соединений, содержащих ани- 64

онные остатки слабых и средних неорганических кислот.

1.3.3.Измерение концентраций органических соединений. 66

1.3.4.Методы измерения концентраций органических соедине- 70 ний при их совместном присутствии

Выводы к главе 1 72

2. Анализ и исследование процессов окисления и активации 75 сульфидных минералов в циклах измельчения и коллективной флотации

2.1.Исследование влияния компонентов оборотных вод на 76 окисляемость сульфидных минералов

2.2.Методика термодинамического моделирования активации 81 сульфидных минералов при изменяющемся окислительно-восстановительном потенциале пульпы

2.3.Моделирование активации сфалерита 86

2.4.Моделирование активации пирита 94

2.5.Проверка адекватности моделей активации сфалерита и 100 пирита в лабораторных и промышленных условиях

2.6 Моделирование и исследование окислительной дезактивации 106. пирита электрохимическими методами

Выводы к главе 2 112

3. Моделирование и исследование процессов гидрофобиза- 115 ции сульфидных минералов в условиях водооборота

3.1.Методика термодинамического моделирования состояния 116 поверхности сульфидных минералов в условиях пассивации окислительных процессов

3.2.Моделирование и исследование процессов гидрофобизации 121 сульфидных минералов в циклах коллективной флотации

при использовании цианидных реагентных режимов 3. 3.Моделирование и исследование гидрофобизации сульфидных 127 минералов в циклах коллективной флотации при использовании бесцианидных реагентных режимов

3. 4. Моделирование, исследование и оптимизация процессов на 135

поверхности галенита и халькопирита в условиях бесциа-нидного разделения медно-свинцового концентрата. 3.5.Проверка адекватности моделей гидрофобизации минералов 145 в лабораторных и промышленных условиях

Выводы к главе 3 . 152

4. Моделирование и исследование процессов гидрофобизации 154 породообразующих минералов органическими компонентами оборотных вод

4.1.Термодинамическое моделирование процессов взаимодейс- 156 твия породообразующих минералов с жирными кислотами

4.1.1.Физико-химические константы производных олеиновой 156 кислоты

4.1.2.Расчет межфазных равновесий на поверхности породооб- 159 разующих минералов

4.1.3.Построение диаграмм термодинамической стабильности 164 кальциевых минералов и производных олеиновой кислоты.

4.2.Спектральные исследования взаимодействия кальцийсодер- 165

жащих породообразующих минералов с гидрофобизирующими соединениями

4.2.1.Методики исследования состава осадков, коллоидных 167 фаз и поверхностных соединений на породообразующих минералах

4. 2.2. Спектральные исследования продуктов взаимодействия 169

ионов кальция с олеиновой кислотой и олеатом натрия. 4.2.3.Спектральные исследования состава адсорбционных ело- 176

ев на поверхности кальциевых минералов 4.3. Проверка адекватности физико-химических моделей гидро- 179 фобизации породообразующих минералов

Выводы к главе 4 183

5. Оптимизация разделительных процессов при обогащении 185 полиметаллических руд в условиях водооборота

5.1.Совершенствование процесса коллективной флотации суль- 185 фидов свинца и меди в режиме Шеридана - Гризвольда

5.2.Совершенствование процесса коллективной флотации суль- 196 фидов свинца и цинка с применением цинк-сульфитной технологии

5.3.Совершенствование процесса коллективной медно-цинковой 204 флотации с применением известковой технологии.

5.4.Совершенствование процесса флотационного разделения 207 медно-свинцового концентрата с использованием сульфат -сульфитной технологии

5.5.Совершенствование процесса флотационного разделения 212 медно-свинцового концентрата с использованием цианид-

ной технологии

5.6.Совершенствование процесса флотационного разделения 218 цинк-пиритных концентратов по известковой технологии Выводы к главе 5 221

6. Оптимизация процессов водоподготовки при обогащении 223 полиметаллических руд в условиях водооборота

6.1.Исследование и моделирование процессов формирования 224 ионного состава сточных и оборотных вод промышленного

узла горно-обогатительного комбината

6.2.Выбор и обоснование критериев ионного состава и разра- 230 ботка мероприятий по снижению отрицательного воздействия оборотных вод при использовании бесцианидной технологии

6.3.Выбор и обоснование критериев ионного состава оборот- 237 ных вод и разработка мероприятий по снижению отрицательного воздействия оборотных вод при использовании цианидной технологии

6.4.Исследование процессов и разработка технологии безреа- 239 гентной очистки цианидных сливов медного и свинцового сгустителей

6.5.Исследование и обоснование методов кондиционирования 254 оборотных вод, направляемых в операции измельчения и флотации.

Выводы к главе 6 263

Заключение и выводы 266

Литература 273

Приложения 299

Введение

Полиметаллические руды являются основным сырьем для производства свинца, цинка, серебра; а также важным источником меди, золота, редко-земельных и рассеянных элементов. В настоящее время Российская федерация импортирует в значительных количествах свинец и цинк. Это обусловлено в первую очередь тем, что месторождения на территории России оказались практически выработанными (Садонское), характеризовались невысоким содержанием ценных компонентов (Дальнегорское, Салаирское), или находились в районах с неразвитой транспортной и экономической инфраструктурой (Горевское). Ряд месторождений (Холодненское, Озерное и др.) не разрабатывались несмотря на высокое содержание ценных компонентов и значительные запасы.

Неблагоприятная ситуация с рудной базой усугубляется возрастающими требованиями к экологической безопасности горнообогатительных предприятий, особенно к составу сточных вод. Стоки очистных сооружений горно-обогатительных комбинатов, применяющих цианидную технологию, содержат до 2,5 мг/л общего цианида, 2,0 мг/л меди, цинка, железа; значительные количества ксантогената, роданидов и других вредных соединений. При использовании сульфо-ксидной технологии стоки содержат до 1 мг/л меди, свинца, цинка; до 3 г/л сульфоксидов, ксантогенаты, аэрофлоты и т.д. Решение задачи повышения экономической эффективности и экологической безопасности горно-обогатительных предприятий перерабатывающих полиметаллические руды возможно путем создания замкнутых циклов обогащения, с развитой схемой обогатительных операций, позволяющей получить наряду со свинцовым и цинковым медный, пирит-

ный, золотой и баритовый концентраты; наличие цикла извлечения меди, золота, серебра, редких и рассеянных элементов из сточных вод и возвратом очищенных стоков в производство после операции водоподготовки.

Наибольшими достижениями в области развития замкнутых циклов обогащения характеризуются обогатительные фабрики Рудного Алтая (Зыряновская, Лениногорская, Николаевская) и Центрального Казахстана (Джезказганская,Карагайлинская), где при участии институтов Казмеханобр (Алма-Ата), Механобр (Санкт-Петербург), ВНИ-ИЦветмет (Усть-Каменогорск), МГГУ, Гинцветмет, МИСиС (Москва) и ряда других созданы предпосылки для успешного решения поставленной задачи.

Внедрение замкнутых циклов обогащения характеризуется усложнением ионно-молекулярного состава жидкой фазы пульпы в операциях флотации, что вызывает ухудшение технико-экономических показателей обогащения: снижение извлечения ценных компонентов и качества концентратов. Усложнение ионного состава в коллективных циклах обусловлено подачей в операции измельчения и флотации оборотной воды, вносящей широкий спектр неорганических и органических соединений, изменяющих характер взаимодействия реагентов с минералами.Ухудшение и резкие колебания технологических показателей циклов разделения коллективных концентратов обусловлено также перерасходом собирателя в коллективных циклах флотации.

Таким образом, усложнение ионного состава пульпы в разделительных процессах в замкнутых циклах обогащения является главной причиной сближения флотационных свойств минералов и, как следствие, - ухудшения технико-экономических показателей обогащения. Следует выделить три основные причины сближения флотаци-

онных свойств различных минералов сульфидных полиметаллических РУД:

1.Активация поверхности сульфидов цинка и железа поступаю-щимис оборотной водой катионами или комплексами меди.

2.Гидрофобизация поверхности породообразующих минералов, содержащимися в оборотной воде органическими соединениями.

3. Неоптимальные условия гидрофобизации сульфидных минералов и перерасход реагентов в коллективной флотации.

Процессы активации сульфидных минералов в достаточной мере изучены. Их результатом в рассматриваемом случае является повышение нежелательного извлечения сульфидов цинка и железа или только железа в коллективный концентрат и, как следствие, снижение качества свинцового, медного и цинкового концентратов. Гидрофобизация поверхности породообразующих минералов органическими соединениями с собирательными свойствами изучена в значительно меньшей степени. Результатом указанного процесса является снижение качества коллективного концентрата и получаемых при его делении товарных концентратов, а также увеличение расхода реагентов в коллективный и селективный цикл флотации. Неоптимальные условия гидрофобизации сульфидных минералов минералов в коллективных циклах и дозирование собирателя "с запасом" вызывает эквивалентный перерасход реагентов-депрессоров в селективных циклах и ухудшение технологических показателей селективной флотации. Перерасход реагентов является основной причиной повышения их концентрации в сточных водах со всеми вытекающими из этого технологическими и экологическими последствиями.

Предотвращение или снижение интенсивности указанных процессов позволит решить задачу повышения контрастности флотационных

свойств минералов в разделительных процессах и повысить технико-экономических показателей обогащения сульфидных полиметаллических руд в условиях полного водооборота.

На рис.1.1 изображена структура проблемы оптимизации замкнутых циклов обогащения полиметаллических руд в условиях водооборота, а также пути ее решения. Общий алгоритм решения проблемы включает разработку физико-химических моделей и установление закономерностей процессов, вызывающих сближение свойств минералов, определение критериев к ионному составу пульпы и оборотных вод, рационализацию схемы водооборота на основании модели процесса и разработанных критериев к ионному составу оборотных вод на различных стадиях очистки, разработку алгоритмов и систем автоматического регулирования расходов флотореагентов, рационализацию схем и систем очистки, кондиционирования сточных и оборотных вод, а также разработку схем и систем оперативного контроля ионного состава пульпы, сточных и оборотных вод.

Методологической основой решения проблемы водоподготовки и оптимизации замкнутых циклов обогащения полиметаллических руд является результаты фундаментальных исследований флотационных систем с позиции физико-химии процессов воздействия компонентов ионного состава пульпы и оборотных вод на поверхностные свойства минералов, значительный вклад в развитие которых внесли ученые России И.Н.Плаксин, С.И.Митрофанов, М.А.Эйгелес, Ю.И.Еропкин, И. А. Каковский, Г.А.Хан, О.С.Богданов, П. М. Соложенкин, В. А. Чантурия, А.А.Абрамов, С.Б.Леонов, В.А.Конев, Н.И.Елисеев,' В.А.Бочаров, Л.А.Глазунов, Г. Н. Машевский, В. М. Авдохин и другие.

- и -

Рис 1.1 Схема и этапы решения проблемы повышения эффективности разделительных процессов в замкнутых циклах обогащения полиметаллических руд

Накопленные знания о закономерностях формирования поверхностных свойств минералов позволяют заключить, что последние являются сложными физико-химическими взаимодействиями, включающими физическую и химическую сорбцию, гетерогенную химическую реакцию с окислительно-восстановительными переходами, каталитические процессы на поверхности минералов. При этом значительное влияние на формирование поверхностных свойств минералов оказывают полупроводниковые свойства самих минералов, а также кинетические параметры реакций их окисления и восстановления.

Важным условием получения адекватных физико-химических моделей изменения поверхностных свойств минералов под воздействием компонентов жидкой фазы пульпы являлся правильный выбор методики моделирования и исследований, а также их совершенствование с учетом особенностей изучаемых систем.

При проведении исследований ставились задачи определения механизма процессов,вызывающих изменения поверхностных свойств минералов и разработки физико-химических моделей, определяющих соотношение между параметрами ионного состава пульпы в граничных условиях. Полученные модели используются для определения требований к составу оборотных вод, а также являются основой для разработки комплексных параметров ионного состава пульпы, предназначенных для использования в алгоритмах автоматического регулирования реагентных режимов флотации и кондиционирования оборотных вод.

Актуальность работы.

Применяемые в настоящее время технологии добычи, обогащения и металлургической переработки полиметаллических руд требуют

значительного совершенствования, что обусловлено сложной рудной базой месторождений России и возросшими требованиями к экологической безопасности горно-металлургических предприятий.

Решение проблем увеличения полноты и комплексности использования минерального сырья, снижения материальных затрат на переработку, повышения экологической безопасности горно-обогатительного производства требует создания замкнутых циклов обогащения, характеризующихся развитой схемой обогатительных операций, наличием цикла извлечения ценных компонентов из сточных вод и возвратом очищенных стоков в производство после операции водо-подготовки.

Особенно актуальна данная задача для цветной металлургии, обеспечивающей получение из руд свинца, цинка, меди, золота, серебра, редкоземельных и рассеянных элементов, серы и характеризующейся широким использованием токсичных реагентов: цианистого и сернистого натрия, ксантогената, солей тяжелых металлов.

Внедрение замкнутых циклов обогащения приводит к усложнению ионно-молекулярного состава пульпы, нежелательному изменению поверхностных свойств минералов и снижению технико-экономических показателей обогащения. Главным условием широкого использования замкнутых циклов обогащения полиметаллических руд является исследование закономерностей и разработка моделей изменения поверхностных свойств минералов под воздействием компонентов оборотных вод и обеспечение контрастности флотационных свойств разделяемых минералов путем использования моделей в системах автоматического регулирования реагентных режимов флотации, процессов очистки сточных и кондиционирования оборотных вод, а также при проектировании и оптимизации схем водооборота.

Цель работы - решение научной проблемы развития физико-химических основ и методов оптимизации разделите