Эффективность процесса обогащения во многом определяется раскрытием минералов при рудоподготовке. Однако в процессе рудоподготовки не всегда удается достигнуть полного раскрытия всех сростков рудных минералов с нерудными. В первичной переработке сырья минералы в подавляющем большинстве обогащаются флотационными методами. Известные способы повышения эффективности процесса флотации в большинстве случаев не позволяют добиться желаемого раскрытия минералов и обеспечить необходимую степень извлечения ценных компонентов. Одним из перспективных направлений в этой области является применение электрофизических методов и, в частности, разрядно-импульсной обработки (РИО) минеральной пульпы [1–3].
Исследования влияния разрядно-импульсной обработки на флотацию проводились на стадии межцикловой коллективной флотации сульфидных руд Горевского (проба № 1) и Токобского (проба № 2) месторождений, химический состав которых (по основным составляющим) приведен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав исследуемых руд
|
Содержание, % (мас.) |
РЬ |
Zn |
Сu |
Fе |
SiO2 |
Al2O3 |
СaО |
Мn |
|
Проба № 1 |
4,07 |
0,5 |
0,17 |
27,5 |
33,32 |
2,96 |
1,86 |
1,66 |
|
Проба № 2 |
2,35 |
3,5 |
0,1 |
23,4 |
не определялось |
|||
Содержание окисленных форм свинца в пробах № 1 и 2 составляло соответственно 18 и 5 % (мас.); вкрапленность минералов неравномерная. Соотношение окисленных и сульфидных форм в пробе № 1 показано в табл. 2.
Таблица 2
Фазовый состав руды пробы № 1 ( % мас.)
|
Содержание РЬ |
Содержание Zn |
Содержание Сu |
||||||
|
общ. |
окисл. |
сульф. |
общ. |
окисл. |
сульф. |
общ. |
окисл. |
сульф. |
|
3,5 |
0,65 |
0,43 |
0,43 |
0,05 |
0,38 |
0,019 |
0,009 |
0,010 |
Необходимая тонкость помола (75 % класса – 0,074 мм) достигалась измельчением в лабораторной стержневой мельнице при соотношении Т:Ж:С = 1:0,8:4,8. Масса навески руды составляла 250 г, время измельчения без РИО принимали 40 и 35 мин. по условиям выхода контрольного класса.
Время флотации во всех случаях принималось равным 10 мин. Режим флотации для пробы № 1: сода (900 г/т, tк = 1 мин); сернистый натрий (30 г/т, tк = 1 мин); бутиловый ксантогенат (90 г/т, tк = 2 мин); сосновое масло (60 г/т, tк = 1 мин); для пробы № 2 из указанного режима исключался сернистый натрий. Флотацию проводили в лабораторной флотомашине объемом 1 л при содержании твердого 25 % в технической и дистиллированной воде постоянной температуры (Т = 18 °С).
Разрядно-импульсную обработку проводили в реакторе из титана объемом 1200 мл с системой электродов «острие – острие», электроды сменные, расположение горизонтальное. В нижней части реактора размещался лопастной диск перемешивающего устройства, изготовленный из полиэтилена высокого давления.
Ранее [2] нашими исследованиями было доказано, что измельчение исходного материала по комбинированной схеме с применением разрядно-импульсной обработки (рис. 1) способствует росту выхода технологичных классов при сокращении общего времени измельчения. По данным ситового анализа лучшие результаты достигаются при обработке энергией 9,2 кДж.
а б
Рис. 1. Принципиальные схемы рудоподготовки: а – базовая; б – комбинированная
Для окончательной оценки эффективности комбинированной схемы измельчения проведены опыты по флотации, результаты которой представлены в табл. 3.
Таблица 3
Показатели флотации руды (проба № 1)
|
Е, кДж/дм3 |
Тизмельч., мин |
γ, % |
βPb, % |
βZn, % |
εPb, % |
εZn, % |
|
|
0 |
10 |
14,08 |
12,75 |
1,279 |
45,44 |
36,75 |
|
|
9,2 |
10 |
16,52 |
13,104 |
1,314 |
54,80 |
44,30 |
|
|
0 |
25 |
19,72 |
12,082 |
1,262 |
60,32 |
50,78 |
|
|
9,2 |
20 |
22,16 |
12,20 |
1,314 |
63,44 |
59,42 |
|
|
0 |
35 |
24,36 |
11,66 |
1,360 |
71,90 |
67,61 |
|
|
9,2 |
30 |
27,36 |
11,26 |
1,316 |
77,99 |
73,18 |
|
|
0 |
45 |
26,76 |
11,05 |
1,320 |
74,86 |
72,08 |
|
|
9,2 |
35 |
31,72 |
10,89 |
1,342 |
87,43 |
86,87 |
|
Анализ данных табл. 3 свидетельствует, что подготовка материала по комбинированной схеме измельчения повышает показатели флотации. Измельчение по комбинированной схеме в течение 35 мин по сравнению с чисто механическим измельчением (45 мин) повышает извлечение в коллективный концентрат свинца и цинка на 13 и 14 % соответственно. Причиной этого является, на наш взгляд, не только улучшение степени раскрытия минеральных ассоциаций, но и структурно-химические изменения минералов при разрядно-импульсной обработке, предопределяющей рост интенсивности рефлексов пирита, галенита, пирротина и других минералов. Выполненные ранее исследования разрядно-импульсного воздействия на физико-химические свойства жидкой фазы показали их существенное изменение при такой обработке, что неизбежно должно отразиться на флотационном разделении минералов. В частности, при РИО воды значительно возрастает концентрация растворенного в ней кислорода, что оказывает влияние на поведение флотационных систем, связанное с воздействием кислорода на сульфиды.
Характер и степень участия кислорода в процессе флотации подробно проанализировали И.Н. Плаксин и Р.Ш. Шафеев [4], установившие, что закрепление ксантогената на поверхности частиц определяется типом проводимости минерала. Фиксация собирателя ухудшается в случае электронной проводимости. При переходе к дырочной проводимости ксантогенат, наоборот, посредством рекомбинации электронов образует прочную связь с поверхностью минерала. Под действием кислорода поверхность многих минералов «электронного» типа (галенит, халькопирит) приобретает «дырочную» проводимость, что и способствует улучшению флотационных свойств [4].
Результаты исследований по флотации проб руды с предварительной разрядно-импульсной обработкой воды показали, что, наряду с существенным изменением Еh, рН и æ, имеет место изменение окислительной способности воды, что отмечено при снятии значений электродных потенциалов (рис. 2).
Рис. 2. Изменение электродных потенциалов галенита (2, 4) и пирита (1, 3) на стадии кондиционирования: 1, 2 – вода необработанная; 3, 4 – после РИО воды энергией 6 кДж/дм3
Разрядно-импульсная обработка минеральной пульпы позволила существенно повысить количественные и качественные показатели флотации, что особенно заметно в диапазоне энергий обработки от 6 до 12 кДж. Одной из основных причин активации пульпы является смещение окислительно-восстановительного потенциала жидкой фазы пульпы в положительную сторону, причем наилучшие показатели извлечения получены при значениях Еh более + 145 и + 130 мВ соответственно для проб № 1 и 2 (рис. 3). Однозначно можно утверждать, что разрядно-импульсная обработка пульпы более эффективна, чем предварительная обработка воды (рис. 4).
Рис. 3. Зависимость извлечения сульфидов от ОВП пульпы: 1, 2 – проба № 1; 3, 4 – проба № 2
Обработка пульпы с использованием стальных электродов в диапазоне энергий 6–12 кДж/дм3 увеличивает извлечение в коллективный концентрат свинца и цинка соответственно на 5,2 и 4,5 % при одновременном росте содержания этих металлов в концентрате.
Более высокие показатели флотации получены при обработке пульпы с применением медных электродов. Так, извлечение в коллективный концентрат по сравнению с базовой схемой увеличилось на 5,5 и 5,8 % соответственно для свинца и цинка при некотором улучшении качества концентрата. С ростом энергии обработки показатели флотации существенно хуже при общем увеличении выхода в концентрат.
Рис. 4. Изменение ОВП пульпы на стадии кондиционирования (2, 3) и коллективной флотации (1, 4): 1, 2 – без обработки; 3, 4 – после РИО энергией 9 кДж/дм3
Рис. 5. Влияние энергии РИО пульпы медными электродами на извлечение сульфидов: 1, 3 – свинец; 2, 4 – цинк; 3, 4 – серия импульсов
Флотация после обработки пульпы серией импульсов (рис. 5) повышает извлечение металлов в концентрат: свинца на 5,6 %, цинка – на 10,2 %. Обработка пульпы медными электродами приводит к некоторому насыщению системы ионами меди, что активирует минералы цинка.
При разрядно-импульсной обработке пульпы дополнительным эффектом РИО является вскрытие новых поверхностей обнажения минеральных составляющих пульпы, т.е. имеет место энергетическое и химическое воздействие непосредственно на минеральную поверхность с протеканием активных окислительно-восстановительных процессов.
В работе [5] отмечается, что следствием окисления может явиться не только изменение проводниковых свойств поверхности минерала, но и образование новых соединений, которые, адсорбируясь на твёрдых частицах, делают поверхность химически иной, не сходной с поверхностью неокисленного минерала.
Наши исследования подтвердили качественные и количественные видоизменения природы поверхностных слоев в результате окислительного процесса, что влияет на закрепление реагента-собирателя, а в итоге – на флотационное поведение минерала.
Оптимальные показатели флотации при разрядно-импульсной обработке пульпы достигаются при меньших энергиях воздействия 5–7 кДж/дм3, далее наблюдается переизмельчение минералов, рост выхода в коллективный концентрат за счет нерудных минералов и ошламование последних. Эти данные хорошо согласуются с нашими выводами по избирательному разрядно-импульсному раскрытию минералов.