Определение оптимальных параметров флотации флюорита из карбонатсодержащих руд

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

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

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

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

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

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

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

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

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

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются:

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

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

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

— обобщение и анализ практических достижений по всем рассматриваемым вопросам;

— термодинамический анализ систем «минерал-раствор» в отсутствии и с применением флотационных реагентов;

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

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

Значение работы.

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

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

Реализация выводов и рекомендаций работы.

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

Апробация работы.

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

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 6 работ.

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

Выводы.

1. Применение систем автоматического регулирования и расхода флотационных реагентов по ионному составу жидкой фазы пульпы в процессе флотации минералов является единственным путем поддержания оптимального реагентного режима и получения максимально возможных показателей обогащения при минимальном расходе реагентов.

2. Предложена система автоматического контроля и регулирования процесса флотации флюорита. В качестве задания функциональным блокам данной системы автоматизации рекомендуется использовать разработанные количественные физико-химические модели флотации солеобразных минералов.

3. Установлено, что реализация процесса флотации флюорита из карбонат-содержащих руд в теоретически определенных оптимальных условиях с использованием предложенной системы автоматического контроля и регулирования расхода реагентов позволит получить экономический эффект в размере 1.111.250 руб./год (в ценах мая 1999 г.) по варианту с использованием жидкого стекла и 236.250 руб./год (в ценах мая 1999 г.) по варианту с использованием ортофосфата натрия за счет снижения расхода флотореагентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи определения оптимальных параметров флотации флюорита из карбонатсодержа-щих руд, обеспечивающих повышение эффективности переработки руд данного типа.

На основании проведенных исследований сделаны следующие основные выводы:

1. Показано, что близкие технологические свойства минералов кальция определяют сложность флотационного разделения флюорита и карбонатных минералов породы и обуславливают неудовлетворительные показатели процесса обогащения руд этого типа. Применяемые в настоящее время сложные технологические схемы и реагентные режимы не позволяют получать флюоритовые концентраты требуемого качества. Повышение эффективности процесса извлечения флюорита из карбо-натсодержащих руд может быть достигнуто только за счет реализации этого процесса в теоретически определенных оптимальных условиях.

2. Установлено, что наиболее перспективным направлением повышения эффективности процесса флотации флюорита из карбонатсодержащих руд в условиях резких колебаний их вещественного состава является организация автоматического управления реагентным режимом флюоритовой флотации по ионному составу жидкой фазы пульпы с использованием количественных физико-химических моделей в качестве задания функциональным блокам систем автоматизации.

3. Установлено, что оптимальные параметры флотации флюорита, кальцита, магнезита и доломита достигаются при нулевом заряде их поверхности в результате ее максимальной гидрофобизации и создания оптимальных условий для физической формы сорбции собирателя, что в совокупности обеспечивает максимальную флотационную активность минералов.

4. На основании гипотезы, связывающей оптимальные параметры флотации минералов с нулевым зарядом их поверхности, разработаны физико-химические модели флотации флюорита, кальцита, магнезита и доломита, применение которых в системах автоматизации и расхода реагентов способствует оптимизации показателей процесса обогащения флюоритовых руд.

5. Определены параметры, обеспечивающие максимальную эффективность флотационного разделения флюорита и карбонатных минералов породы. Показано, что извлечение кальцита, магнезита и доломита в процессе флюоритовой флотации минимально при значении отношения имеющейся и необходимой для полной флотации карбонатов концентрации ОГ-ионов в пульпе более 1,25 порядка.

6. Определены оптимальные параметры действия реагентов-депрессоров в процессе флотационного разделения солеобразных минералов. На основании термодинамического анализа установлен состав образующихся под действием вводимых реагентов химических соединений на поверхности минералов, а также определены отвечающие этим соединениям значения минимально необходимой концентрации оксигидрильного собирателя при различных значениях рН системы. Наиболее эффективное разделение флюорита и карбонатных минералов породы достигается при максимальном различии необходимой для их полной флотации концентрации собирателя.

7. Теоретически определены и обоснованы оптимальные параметры флотации флюорита из карбонатсодержащих руд с использованием жидкого стекла (МО'3 моль/л) и ортофосфата натрия (1-Ю" 4 моль/л) в качестве депрессоров породообразующих минералов. Результаты лабораторных исследований показали, что процесс флотационного обогащения карбонатсодержащих флюоритовых руд с применением данных модификаторов наиболее эффективно реализуется в теоретически обоснованных условиях: при рН 8−9 в первом случае и рН 9−10 во втором.

8. Предложена система автоматического контроля и регулирования расхода реагентов в процессе флюоритовой флотации. Применение данной системы автоматизации, обеспечивающей поддержание контролируемых параметров на оптимальном уровне, позволит получить экономический эффект более 500.000 руб./год (в ценах мая 1999 г.) за счет снижения расхода флотационных реагентов.