Размещено на http://www.allbest.ru/

Криворізький технічний університет

УДК:622.7: 622.3

Олійник Тетяна Анатоліївна

Підвищення селективності розділення комплексних флюоритових руд

на основі особливостей структури мінералів та адсорбції реагентів

05.15.08 - Збагачення корисних копалин

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі збагачення руд кольорових металів та феросплавної сировини науково-дослідного інституту Механобрчормет і на кафедрі збагачення корисних копалин Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України

Науковий керівникдоктор технічних наук, професор Губін Георгій Вікторович Криворізький технічний університет, завідувач кафедрою збагачення корисних копалин

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Пілов Петро Іванович, Національна гірнича Академія України Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ, проректор з навчальної роботи, завідувач кафедрою збагачення корисних копалин, кандидат технічних наук

Магарь Надія Георгіївна, Філія Запорізького інституту економіки та інформаційних технологій Міністерства освіти і науки України, м. Кривий Ріг, директор філії

Провідна установа: Науково-дослідний гірничорудний інститут Міністерства промислової політики України, м. Кривий Ріг

Захист відбудеться “29” липня 2000 р. о “11” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.03 у Криворізькому технічному університеті за адресою: ауд. 301, вул. Пушкіна, 37, м. Кривий Ріг, 50099, Україна.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: вул. ХХІІ партзїзду, 11, м. Кривий Ріг, 50027, Україна.

Автореферат розісланий “25” травня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д09.052.03 Тиханський М.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Річна потреба України у плавиковошпатових концентратах складає біля 160 тис. т, фтористих солей - 48 тис. т. В Україні видобуток флюориту не здійснюється. Концентрати імпортуються з Монголії, Китаю, Росії (Приморський край). Щорічні витрати на постачання плавикового шпату підприємствам України знаходяться на рівні 2 млн. у. о.

Вирішити проблему дефіциту вітчизняної флюоритової сировини можливо шляхом створення підприємства по переробці комплексних флюоритових руд на базі розвіданого Бахтинського родовища, а також Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони. Бахтинське родовище знаходиться у Віницькій області - Подільській тектонічній зоні, а Централь-на ділянка - у північно-західній частині Українського кристалічного щита.

У світовій практиці одним із основних процесів збагачення дрібновкраплених флюоритових руд є флотація. Особливість флотаційного збагачення полягає в необхідності здійснення замкнених схем водооберту з використанням високоселективних малотоксичних реагентів.

Робота виконана за тематичним планом інституту Механобрчормет відповідно проекту Державної Програми "Розвиток мінерально-сировинної бази плавикового шпату в Україні".

Мета роботи. Встановлення закономірностей та залежностей селективності флотаційного розділення мінералів від їх структури та адсорбції реагентів для розробки технології збагачення комплексних флюоритових руд Подільської та Сущано-Пержанської металогенічних зон України.

Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні задачі:

- вивчення мінералогічних, фізичних, хімічних та флотаційних властивостей головних мінералів родовищ Бахтин та Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони;

- вивчення механізму дії реагентів в умовах флотації флюориту, кварцу та польових шпатів;

- виявлення особливостей сорбції реагентів на поверхні кварцу та польових шпатів;

- дослідження кінетичних закономірностей флотації мінералів;

- випробування у напівпромислових умовах розроблених технологій одержання конкурентоспроможних флюоритового, польовошпатового та кварцового концентратів в умовах водооберту;

- техніко-економічна оцінка розроблених технологій.

Методи досліджень. При виконанні роботи використані: ІЧ - спектро-скопія, вимірювання -потенціалу методом проходження, спектрофотометрія, дослідження флотуємості мінералів методом пінної флотації та пінної сепарації, вивчення адсорбції флотаційних реагентів на оксидах кремнію та алюмінію, хімічний, фазовий та мінеральний аналіз складу руди, випробування у напівпромислових умовах, колориметричні та екстракційні методи визначення іонного складу рідинної фази та масової частки у ній реагентів. Особливим досягненням автора є комбінація методів дослідження сорбції на атомно-молекулярному рівні та за допомогою фізичних вимірювань -потенциалів проходження та ІЧ - спектроскопії.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Упереджене утворення хемосорбційного шару, на поверхні якого фізично сорбуються іони, молекули та молекулярні комплекси аніонактивного колектору талактаму, забеспечує достатню для флотаційного збагачення комплексних флюоритових руд України гідрофобізацію поверхні флюориту, кварцу та польового шпату.

2. Селективність дії та поверхневу активність органічних сполук, як реагентів при флотаційному розділенні кварцу та польових шпатів комплексних флюоритових руд України , визначає взаємозв'язок адсорбції реагентів та енергій вищих зайнятих та нижчих вільних молекулярних орбіталей оксидів мінералів і колекторів, що доближаються відповідно до 2 та 10 еВ.

Наукова новизна роботи:

встановлені особливості речовинного складу та структурної побудови флюорит-кварц-польовошпатових руд Подільської та Сущано-Пержанської зон України, які визначають шляхи флотаційного розділення мінералів;

встановлені закономірності зміни флотаційних властивостей руди в залежності від видів адсорбції реагентів, які дозволяють обгрунтовано обрати раціональний режим флотації;

вперше на підставі визначення енергії вищих зайнятих та нижчих вільних молекулярних орбіталей мінералу (ВЗМО та НВМО) та колектора встановлено взаємозв'язок атомно-молекулярної структури мінералу і адсорбції реагентів, що вказує на можливість упередженої оцінки селективності дії поверхнево-активної речовини (ПАР);

вперше з використанням математичних методів визначено, що кінетика флотації флюориту при збагаченні комплексних флюоритових руд визначається гетерогенним процесом на межі розподілу фаз, який лімітується дифузією флотуємого мінералу з пінного шару та притоку до цього шару колектора;

визначено оптимальне співвідношення депресорів силікату натрію та сульфату алюмінію 1,7:1, що забезпечує ефективну флотацію флюориту;

встановлено вплив параметрів процесу флотації мінералів у кислому і лужному середовищах на показники отримання флюоритових, кварцових, польовошпатових і ітрофлюоритових концентратів.

Практичне значення роботи. На підставі проведених теоретичних досліджень обґрунтовані та перевірені у напівпромислових умовах реагентні режими аніонної флотації флюориту, аніонної флотації кварцу та катіонної флотації польового шпату руд Бахтинського родовища та технологічний режим пінної сепарації ітрофлюориту для руд Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони. Запропоновані схеми водооберту з використанням двох циклів та реагентний режим очищення води, який гарантує екологічну безпеку розроблених технологій збагачення. Розроблені технологічні схеми флотаційного збагачення руд, які забезпечують отримання конкурентоспроможних на світовому ринку флюоритових, кварцових та польовошпатових концентратів.

Реалізація результатів роботи. Отримані результати використані при розробці техніко-економічного обґрунтування (ТЕО) кондицій для Бахтинського родовища плавикового шпату. На підставі проекту ТЕО постійних кондицій затверджено запаси родовища в Державному Комітеті Запасів (ДКЗ) України.

Особовий внесок автора полягає у розробці технології збагачення флюорит-кварц-польовошпатових та ітрофлюоритових руд. Автором теоретично обґрунтовано вибір флотаційних реагентів, виконано розрахунок оптимальних параметрів процесу, здійснено експериментальні дослідження, проаналізовано отримані результати, сформульовано основні положення та висновки.

Апробація результатів дисертації. Результати, основні положення та висновки дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на технічних нарадах кафедри збагачення Криворізького технічного університету, інституту Механобрчормет, Півничного державного регіонального геологічного підприємства “ПІВНІЧГЕОЛОГІЯ” та на Другій Міжнародній конференції "Благородные и редкие металлы БРМ-97", м. Донецьк, 1997 рік.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 11 робіт, у тому числі 10 статей та 1 тезисна доповідь.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів основного тексту, висновків, списку використаних літературних джерел з 125 найменувань та 7 додатків. Робота викладена на 135 сторінках машинописного тексту, до якого увійшли 36 малюнків на 34 сторінках та 16 таблиць на 19 сторінках.

селективність флотаційне флюоритова руда

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, визначені основна мета та задачі, які необхідно вирішити для її досягнення, наукова новизна, практичне значення та реалізація отриманих результатів.

У першому розділі дається аналіз сучасного стану практики збагачення флюорит-кварц-польовошпатових руд, а також флюоритових руд, які вміщають рідкоземельні елементи (РЗЕ). Для створення бази флюоритової та польовошпатової сировини в Україні обгрунтовано шляхи розробки ефективної технології розділення флюориту, кварцу та польового шпату. Запропоновані засоби розділення мінералів зумовлені речовинним складом вихідної сировини. Для дрібновкраплених руд підтверджена доцільність та висока ефективність процесу флотації. Найбільше поширення отримали аніонна флотація флюориту та катіонна флотація польового шпату, з використанням карбоксильних колекторів та катіонних ПАР. Недоліком карбоксильних колекторів є залежність їх флотаційної активності від температури та іонного складу суспензії. Цю проблему можливо вирішити шляхом використання нових модифікованих колекторів.

Актуальною та складною задачею є розділення кварцу та польових шпатів, її вирішення полягає в розробці нових режимів, які забезпечують високі технологічні показники.

Великий внесок у розвиток теорії механізму взаємодії флотаційних реагентів з поверхнею мінералів внесли Абрамов А. А., Богданов О. С., Глембоцький В. А., Классен В. І., Чантурія В. А., Фюрстенау Д. В., Познек А. К., Хайнман В. Я., Ейгелес М. А., Яніс Н. А. та інш.

Вивчення механізму взаємодії реагентів з поверхнею флюориту, кварцу, польового шпату призвело до розробки ряду гіпотез, заснованих на хімічній та фізичній адсорбції, які до цього часу не дають загального уявлення про процес. Аналітично обґрунтовано можливість дослідження процесу адсорбції на атомно-молекулярному рівні та метод підходу до адсорбції з позиції обмінної взаємодії на граничних орбіталях молекул.

Вирішення актуальної задачі підвищення селективності розділення комплексних флюоритових руд можливе за рахунок більш фундаментального вивчення механізму взаємодії поверхні мінералів та реагентів при флотації на підставі сучасного уявлення про їх молекулярну структуру, поверхневу енергію та адсорбцію реагентів.

У другому розділі викладено результати дослідження речовинного складу флюорит-кварц-польовошпатової руди Бахтинського родовища та ітрофлюоритової руди Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони.

Мінералогічними дослідженнями визначено, що руди Бахтинського родовища за своїми морфогенетичними особливостями не можуть бути віднесені ні до одного із відомих типів флюоритових руд, тому не мають аналогів. Відмічено, що головними породоутворюючими мінералами руди є флюорит, кварц, польові шпати. Встановлено, що відмінною особливістю руди є те, що флюорит виконує цементуючу роль для зерен кварцу та польових шпатів.

Руди Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони відносяться до того ж типу руд, що й руди Бахтинського родовища - флюорит-кварц-польовошпатових. Головною особливістю руди Центральної ділянки є присутність РЗЕ у флюориті (до 0, 14 %).

Показано, що руди Бахтинського родовища відрізняються дрібно-вкрапленою, а руди Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони середньо-вкрапленою структурою. Для повного розкриття зерен флюориту подрібнення руди Бахтинського родовища необхідно здійснювати до крупності мінус 0, 16 мм; руди Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони - до крупності мінус 0,25 мм. Результатами хімічного аналізу встановлено, що масова частка флюориту (CaF₂) у руді Бахтинського родовища коливається від 11,0 до 19,2%, діоксиду кремнію (SiO₂) - від 70,0 до 68,5 %. Відмічається присутність кварц-польовошпатового піску з масовою часткою CaF₂ - 1,1, SiO₂ - 83,7 %. Руда Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони відрізняється більш високою масовою часткою CaF₂ (25,7 … 29,6 %) та невисокою масовою часткою SiO₂ (43,8 … 48,6 %). Сировина обох родовищ характеризується високим калієвим модулем (K₂O/Na₂O). У руді Бахтинського родовища K₂O/Na₂O складає 4,8…5,8; у руді Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони - 4,7… 5,2.

За результатами вивчення хімічного та мінералогічного складів флюорит-кварц-польовошпатових руд доведено, що для їх розділення необхідне використання селективної флотації, а для виділення ітрофлюоритового концентрату - використання пінної сепарації.

Третій розділ роботи присвячений теоретичним дослідженням процесу розділення флюориту, кварцу та польового шпату з метою вивчення механізму дії реагентів при флотації руд Бахтинського родовища України. В розділі докладно вивчено слідучі питання:

дія колекторів та модифікаторів на поверхню вивчаємих мінералів, форми закріплення збирачів на їх поверхні;

адсорбція реагентів на оксидах кремнію та алюмінію;

кінетика процесів флотації флюориту та польових шпатів.

При вивчені механізму дії та форм закріплення реагентів на поверхні мінералів використовувався метод ІЧ- спектроскопії. Дослідженнями інфра-червоних спектрів флюориту, кварцу та польового шпату, оброблених МСТМ та талактамом (рис. 1), встановлено, що колектори закріпляються на поверхні мінералів як у молекулярній, так і у іонній формах. При цьому, зі збільшенням значення рН від 9 до 12 зростає доля хемосорбованих іонів. У спектрі мінералів, оброблених талактамом, характерні хемосорбційні смуги при 1460, 5, 1588, 97, 1711 см^-1, розширені та злегка переміщені. Це вказує на адсорбцію малої кількості іонів амінної групи разом з іонами карбоксильних груп. В результаті аналізу спектрів кварцу та польового шпату відмічена наявність смуг, ідентичних смугам чистого кварцу та польового шпату, що характеризує невисоку міцність закріплення колекторів на поверхні цих мінералів.

Сформульовано слідуючий механізм взаємодії талактаму з поверхнею флюориту, кварцу та польових шпатів. В дуже розведених розчинах, з концентрацією реагентів менш 10-⁶ моль/л, відбувається фізична сорбція молекул колектора під дією кулонівських сил, а з ростом концентрації до 510^-6 моль/л - хемосорбція іонів реагенту з поверхневими катіонами кальцію. Точка нульового заряду відповідає фізичній сорбції не тільки молекул колектора, а також і його іонів. На мінеральній поверхні утворюється сорбційний шар, складений із хемосорбованого колектора, поверх якого фізично адсорбуються іони та молекули талактаму. При цьому група NH⁺ утворює на поверхні мінералів молекулярні комплекси.

В результаті вимірювання -потенціалів встановлено, що ізоелектрич-на точка флюориту із руд Бахтинського родовища, досягається при рН ~ 10, кварцу - при рН ~ 4, польових шпатів - при рН ~ 3. В умовах флотації, при відсутності органічних та багатовалентних неорганічних катіонів, поверхня флюориту заряджена позитивно, а кварцу та польових шпатів негативно.

На підставі вимірювань -потенціалу мінералів після обробки їх поверхні сульфатом алюмінію і силікатом натрію та результатів ІЧ- спектроскопії встановлено, що сумісне використання двох депресорів в співвід-ношенні 1: 1, 7 забезпечує депресію поверхні кварцу та польових шпатів.

При вивченні адсорбції реагентів на силікагелі та -оксиді алюмінію використовувалися ароматичні та гетероциклічні сполуки, які вміщають групи: -OH, -NH₂, -COOH, -COH, -OCH₃, -CH₃, -CN, -NO₂. Силікагель використаний нами як модель кварцу, а -оксид алюмінію - як модель груп = AlOH, які присутні на поверхні польових шпатів. Аналіз адсорбції речовин з водних розчинів на силікагелі та -оксиді алюмінію виявив, що адсорбційні властивості оксидів кремнію та алюмінію розрізняються як кількістю адсорбуючих сполук, так і значеннями їх адсорбційних констант. Ізотерми адсорбції досліджених речовин мають форму лангмюрівських кривих та у вивченому інтервалі концентрацій достатньо добре відповідають лінійній залежності у координатах зворотної адсорбції 1/Г від зворотної концентрації 1/с (рис. 2,3).

Вивченням адсорбції встановлено, що силікагель у водних розчинах виявляє більш значні електродонорні та електроакцепторні властивості, ніж -оксид алюмінію.

Адсорбційні дослідження ароматичних та гетероциклічних сполук зумовили їх поділення на три групи. Перша - речовини, які не адсорбуються з водних розчинів ні на силікагелі, ні на -оксиді алюмінію, друга - сполуки, які адсорбуються на силікагелі, але не адсорбуються на -оксиді алюмінію та третя - органічні сполуки, які адсорбуються як на силікагелі, так і на -оксиді алюмінію. Тому на реальних системах випробувались тільки сполуки другої та третьої груп.

При розгляді адсорбції як реакції зарядового контролю, енергія взаємодії граничних орбіталей оксидів кремнію и алюмінію контролюється величинами зарядів реагуючих часток та електронними густинами їх граничних орбіталей. З цих позицій у цьому розділі вивчалася можливість та умови існування селективного колектора при флотації кварцу та алюмосилікатів.

На основі аналізу взаємодії граничних орбіталей зроблено висновок, що максимальну поверхневу активність мають сполуки з енергіями НВМО та ВЗМО, значення яких наближаються відповідно до 10 і 2еВ.

Вивчені сполуки згруповані у такий ряд за значеннями адсорбційних констант, останні вказані у дужках разом з енергіями НВМО їх молекул: додециламін (300 л/моль; 7,0 еВ) хінолін (294; 5,0) -піколін (270; 4,8) пірідин (238; 4,8) м-толуїдін (178; 3,4) анілін (164; 3,8) -нафтиламін (128; 3,4) діфеніламін (100; 3,0). Відповідно цьому ряду, між адсорбцією та енергіями орбіталей встановлена певна кореляція: чим ближче значення енергії НВМО молекул адсорбатів до енергії ВЗМО оксиду, тим більше величина адсорбційної константи.

У результаті перевірки адекватності моделі адсорбційних взаємодій підтверджено взаємозв'язок структури мінералів та адсорбції колекторів на їх поверхні. Серед досліджених сполук кращим за збиральними властивостями є додециламін - представник класу амінів, який має енергію НВМО 6,3 еВ.

При аналізі кінетики флотації флюориту та польового шпату експериментально визначалась залежність вилучення мінералу від умов процесу та математично описувалася знайдена залежність. Швидкість флотації при цьому характеризувалася часом, необхідним для досягнення оптимального вилучення.

Встановлено, що максимальне вилучення флюориту до концентрату (95,8 %) досягається при тривалості флотації 15 хвилин.

Розрахунок кінетичних характеристик та рівняння кінетики флотації флюориту, яке найбільш повно описує процес, виконано з використанням різних механізмів гетерогенних процесів. При розрахунку кінетичних характеристик процесу флотації флюориту встановлено, що високе значення коефіцієнта кореляції (r_k=0,998) та мінімальне значення середньо-квадратичного відхилення (S_min=0,08) відповідає математичним моделям на межі розподілу фаз. Одержані дані свідчать, що процес флотації флюориту лімітується дифузією флотуємого мінералу з пінного шару та притоку до цього шару збирача. Найбільш адекватно процес описує рівняння двомірної дифузії з циліндричною симетрією.

У результаті аналізу кінетичних досліджень катіонної флотації польових шпатів встановлено, що процес є швидкісним. Оптимальний час флотації польового шпату - 5 хвилин.

Математичною обробкою результатів доведено, що найбільш адекватно флотацію польового шпату описує модель швидкості процесу, який протікає за степеневим законом першого порядку. Адекватність підтверджується максимальним значенням коефіцієнту кореляції (r_k=0,989) та мінімальним середньоквадратичним відхиленням (S_min=0,28).

У четвертому розділі на підставі встановлених у розділі 3 закономірностей у лабораторних умовах розроблені реагентні режими та схеми аніонної флотації флюориту, аніонної флотації кварцу та катіонної флотації польового шпату для руд бахтинського родовища та пінної сепарації ітрофлюориту - для руд Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони. З метою створення ефективної технології отримання кондиційних флюоритових, польовошпатових та кварцових концентратів вивчені закономірності підготовки руди до флотації та її технологічні параметри: вплив концентрації реагентів, рН середовища, його температури, часу флотації та масової частки твердого у суспензії при контактуванні.

Результатами флотаційних експериментів підтверджено теоретичне допущення повної депресії кварцу та польового шпату при спільному використанні сульфату алюмінію та силікату натрію в співвідношенні 1:1,7. Оптимальні витрати депресорів склали: Al₂(SO₄)₃ - 300 г/т, Na₂SiO₃ - 500 г/т.

Аналіз результатів досліджень флотаційної активності талактаму та МСТМ довів, що найбільші збиральні властивості по відношенню до флюориту має талактам: витрати талактаму на 40 % менші, ніж МСТМ, при кращих показниках розділення мінералів.

Експериментально підтверджено, що флотаційна активність МСТМ залежить від температури флотуємої суспензії: при температурах 10…20⁰С немає мінералізованої піни та вилучення CaF₂ до концентрату складає 39,1…47,3%, масова частка CaF₂ у концентраті - 68,9 … 83,4 %, а при температурах суспензії 25 … 40⁰С вилучення CaF₂ до концентрату - 87,0 … 98,3 %, масова частка CaF₂ у концентраті - 90,9 … 96,4 %. Талактам менш чутливий до впливу низької температури, ніж МСТМ: у діапазоні 10…40⁰С немає суттєвої залежності кінцевих показників збагачення флюориту від температури суспензії.

Розроблена схема прямої селективної флотації флюориту з руд бахтинського родовища має основну, контрольну та 6 перечисних операцій пінного продукту. Розроблена технологічна схема пінної сепарації ітрофлюоритової руди Центральної ділянки Сущано-Пержанскої зони - основну та 4 перечистки концентрату. Обидві схеми забезпечують отримання кондиційних флюоритових концентратів (табл. 1). Масова частка РЗЕ у ітрофлюоритовому концентраті склала 0,21 %. Оптимальні показники збагачення руд отримані при слідуючих витратах реагентів, г/т: талактаму - 350 та 650, силікату натрію з сульфатом алюмінію (1,7:1) - 800 та 550, карбонату натрію - 1500 та 1555 при флотації та пінній сепарації відповідно.

Таблиця 1. Показники флотації флюоритвміщаючої руди Бахтинського родовища

Масова частка СаF2 у вихід-ній руді, %	Флюоритовий концентрат	Промпродукт,%	Відходи, %
	Ви-хід, %	Масо-ва частка СаF2, %	Ви-луче-ння СаF2, %	Ви-хід, %	Масо-ва частка СаF2, %	Ви-луче-ння СаF2, %	Ви-хід, %	Масова частка СаF2, %	Ви-луче-ння СаF2, %
11,0	10,9	95,7	94,8	3,4	6,9	2,1	85,7	0,4	3,1
19,2	19,1	95,8	95,3	3,1	16,7	2,7	77,8	0,5	2,0

Центральної ділянки Сущано-Пержанскої зони

25,7	24,6	90,8	86,9	-	-	-	75,4	4,46	13,1
29,6	28,1	90,8	86,2	-	-	-	71,9	5,68	13,8

За даними лабораторних досліджень процесу катіонної флотації польових шпатів встановлено, що контактування мінералів з реагентами доцільно проводити при густих суспензіях з масовою часткою твердого 60 %. Підтверджено, що використання плавикової кислоти у ролі модифікатора флотації, активізує флотацію польових шпатів та стримує флотацію кварцу. Кращі технологічні показники отримані при реагентному режимі з витратами, г/т: плавикової кислоти - 1500, ДІПХ-3 - 150, Т-80 - 45 (основна флотація), НF - 900 и ДІПХ-3 - 150 (контрольна флотація).

Встановлено, що найбільш ефективним депресором при аніонній флотації кварцу руд Бахтинського родовища є високомолекулярні фракції лігносульфонатів. Кращі показники збагачення були отримані при реагентному режимі з витратами, г/т: їдкого натру - 800 (основна флотація), 50 (1 і 2 перечистки); хлориду кальцію - 100 (основна флотація); ЛСТ - 2000 (основна флотація), 500 (1 і 2 перечистки); МСТМ - 800 (основна флотація).

При розробці режимів розділення кварцу та польового шпату руди Бахтинського родовища встановлено, що найбільш селективною є катіонна флотація польових шпатів.

У п'ятому розділі на підставі отриманих результатів запропоновані технологічні схеми збагачення комплексних флюоритових руд.

У напівпромислових умовах дослідної фабрики інституту Механобрчормет з метою уточнення технологічних параметрів основних операцій були реалізовані дві розроблені технологічні схеми збагачення комплексних руд Бахтинського родовища. Схема ланцюга операцій напівпромислової флотаційної установки показана на рис. 4, хімічний склад продуктів збагачення - в табл. 2. Розроблені схеми мають два основних вузли: флюоритовий та кварц-польовошпатовий і відрізняються між собою вузлом розділення кварц-польовошпатового продукту. У першому варіанті цей вузол - катіонна флотація польових шпатів, в другому - аніонна флотація кварцу.

Таблиця 2. Хімічний склад продуктів збагачення

Масова частка CaF2 %	Найменування продуктів	Компоненти, %
		CaF2	Na2O	K2O	Al2O3	CaO заг	MgO	SiO2 заг	Fe2O3	P	P2O5	CO2	вnn	S заг	F	SiO2кварц
11,0	Флюоритовий концентрат Кварцовий концентрат Польовошпа-товий кон-т Відходи	95,2 0,1 0,2 6,9	Сл 0,07 2,25 2,7	0,11 0,3 14.9 8.3	1,0 0.07 16.4 7.4	68,5 0.17 0.34 6.9	0,1 0.19 0.28 0.29	2,0 96.2 61.3 64.1	0,1 0.1 0.2 2.8	0,018 0.003 0.001 0.32	0,041 0.006 0.002 0.071	0,2 0.1 0.1 1.5	0,3 0.6 3.8 5.21	0,03 0.05 0.01 0.39	46,4 0.05 0.1 3.4	- 95.1 4.9 58.7
19,2	Флюоритовий концентрат Кварцовий концентрат Польовошпа-товий кон-т Відходи	95,8 - 0,2 16,7	Сл 0,08 2,15 1,6	0,13 0,6 14.5 5,9	0,92 0.8 16.1 6.4	69,0 сл 0.34 13,8	0,08 0.12 0.25 0.13	1,9 98.2 62.3 61.1	0,1 0.1 0.2 1.3	0,013 0.00 0.001 0.03	0,029 0.00 0.002 0.068	0,1 - 0.1 1.4	0,3 0.1 3.6 4.7	0,01 0.01 0.01 0.01	46,6 - 0.1 8.1	- 98.2 5,8 47.9

У технологічних схемах передбачено два окремих цикли водооберту. Флотаційний процес в умовах водооберту проходить стабільно. при роботі в цих умовах накопичування реагентів у оборотній воді не відбувається. Так, за схемою 1 об'ємна концентрація ДІПХ-3 у воді змінювалась від 3,0*10^-3 до 5,0*10^-3 мг/л. Накопичування шламів при цьому не відбувалось - масова частка твердої речовини у оборотній воді склала 0,4*10^-3 кг/м³. При роботі за схемою 2 об'ємна концентрація жирних кислот у флюоритовому циклі змінювалась від 0,4 до 0,52 кг/м³, у кварцовому циклі - від 0,6 до 1,6 кг/м³. У оборотній воді спостерігалось значна кількість твердої фази (до 4 кг/м³), що обумовило необхідність її освітлення хлоридом заліза. Встановлено, що екологічну безпеку розроблених технологій забезпечує обробка відходів флотації сірчаною кислотою, сульфатом алюмінію та бентонітом з метою їх очистки від реагентів до норм гранично допустимої концентрації (ГДК). Визначені оптимальні витрати сірчаної кислоти - 0,15 кг/м³, сульфату алюмінію - 0,4 кг/м³, бентоніту - 5,3 кг/м³ оборотної води. Крім очистки відходів від реагентів, передбачені нейтралізація кислих стоків та очистка відхідних газів від іонів SiF₄^-, що потребує установки абсорберів та антикорозійних витяжок над флотомашинами.

У напівпромислових умовах виготовлені партії кондиційних концентратів. Від Дніпропетровської металургійної академії та Українського науково-дослідного інституту фарфорофаянсової промисловості (м. Київ) отримані висновки про придатність концентратів для металургійної та фарфорофаянсової галузей промисловості України. Встановлено, що флюоритові концентрати Бахтинського родовища можуть бути використані для розрідження шлаків у період дифузійного розкислення прецизійних марок сталі та при виробництві флюсу АНФ-6, а польовошпатовий, кварцовий й кварц-польовошпатовий концентрати - для виробництва фарфорових виробів з показником білизни 61,8 %.

На підставі аналізу результатів придатності флюоритових концентратів із руд Бахтинського родовища для металургійної промисловості встановлено, що для підвищення рентабельності рудника необхідно передбачити окускування концентратів безпосередньо на комбінаті. Випробувано огрудкування та брикетування концентратів. Визначено, що при брикетуванні можливо вилучити зі схеми додріблення концентрату та знизити капітальні та эксплуатаційні витрати на 20%.

Аналіз результатів техніко-економичної оцінки довів доцільність впровадження технології з катіонною флотацією польових шпатів. Витрати, розраховані у цінах 1999 року, для фабрики потужністю 500 000 т/р склали: капітальні - 90,090 млн.грн, експлуатаційні - 15,424 млн. грн. Визначено, що окупність підприємства за умов реалізації продукції за цінами світового ринку змінюється від 5,98 до 12,7 років, рівень рентабельності підприємства до основних фондів - від 7,5 до 11,51 %, у залежності від масової частки флюориту в вихідній сировині.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічної задача - створення технології збагачення флюорит-кварц-польовошпатових руд двох родовищ України.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному.

1. Розглянуті структурні та флотаційні властивості флюориту, кварцу й польових шпатів. Показано, що подібність властивостей кварцу та польового шпату обумовлюють значні труднощі їх флотаційного розділення.

2. У результаті дослідження механізму флотації флюориту вирішено ряд теоретичних питань:

- методом ІЧ -спектроскопії вивчено дію й форми закріплення талактаму та МСТМ на поверхні мінералів. Встановлено, що має місце як фізична, так і хімічна сорбція цих колекторів на поверхні флюориту, кварцу та польових шпатів. При цьому, з підвищенням рН від 9 до 12 зростає доля хемосорбованих іонів;

- сформульовано механізм взаємодії талактаму з поверхнею флюориту, кварцу й польових шпатів, який полягає у тому, що спочатку утворюється хемосорбційний шар, на поверхні якого фізично сорбуються іони, молекули та молекулярні комплекси реагенту.

- результати вимірювання -потенціалу поверхні мінералів показали, що талактам має більш сильні властивості колектора, ніж МСТМ, по відношенню до флюориту Бахтинського родовища;

- встановлено оптимальне співвідношення депресорів - силікату натрію та сульфату алюмінію (1,7 : 1), яке забезпечує отримання флюоритових концентратів з масовою часткою CaF₂ 95,7 - 95,8 %;

- у результаті математичної обробки досліджень кінетики флотації флюориту визначено, що швидкість процесу підпорядковується рівнянню двомірної дифузії.

3. Вперше розроблена модель флотації польового шпату та кварцу руд Бахтинського родовища, яка відображає взаємозв'язок атомно-молекулярної структури мінералу та адсорбції ПАР на оксидах кремнію та алюмінію. При цьому встановлено, що:

- якщо ПАР адсорбується на оксиді кремнію, то він обов'язково буде адсорбуватися і на оксиді алюмінію;

- максимальну поверхневу активність мають сполуки з енергіями ВЗМО та НВМО, які наближаються відповідно до 2 та 10 еВ;

- найбільш селективні сполуки з NН₂-групами;

- процес катіонної флотації польових шпатів описується кінетичним рівнянням 1-го порядку.

4. На підставі теоретичних досліджень флотації флюориту науково обґрунтовані та розроблені:

- технологічна схема пінної сепарації ітрофлюоритової руди Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони;

- дві технології селективного флотаційного розділення флюорит-кварц-польовошпатових руд Бахтинського родовища.

5. У напівпромислових умовах уточнені оптимальні параметри розроблених технологічних схем, у яких передбачено два окремих цикли водооберту: флюоритовий та кварц-польовошпатовий. Для забезпечення екологічної безпеки двох технологій збагачення руди розроблені режими обробки відходів сірчаною кислотою, сульфатом алюмінію та бентонітом з метою їх очистки від реагентів до норм ГДК та режим очистки відходячих газів флотації від іонів тетрафториду кремнію. Встановлені оптимальні витрати: сірчаної кислоти - 0,15, сульфату алюмінію - 0,4, бентоніту - 5,3 кг/м³ оборотної води.

6. Показано, що обидва варіанти збагачення руди забезпечують отримання конкурентноспроможних на світовому ринку флюоритових, кварцових та польовошпатових концентратів. Встановлена придатність флюоритових концентратів Бахтинського родовища для дифузійного розкислення прецизійних марок сталі та виробництва флюсу АНФ-6, а кварцових й польовошпатових концентратів - для отримання високоякісних фарфорових виробів.

7. Встановлено, що варіант схеми з катіонною флотацією польових шпатів забезпечує маловідхідну технологію й високі техніко-економічні показники. Витрати у цінах 1999 рока, стосовно фабрики продуктивністю 500 000 т/р склали: капітальні - 90,09 млн. грн, експлуатаційні -15,424 млн. грн. Визначено, що окупність підприємства за умов реалізації продукції за цінами світового ринку змінюється від 5,98 до 12,7 років, рівень рентабельності підприємства до основних фондів - від 7,5 до 11,51 %, у залежності від масової частки флюориту в вихідній сировині.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У РОБОТАХ:

Адсорбция органических соединений из водных растворов на силикагеле и - оксиде алюминия/ Н. В. Николенко, И. Б. Таран, И. Л. Плаксиенко, Н. К. Воробьев, Т. А. Олейник /Коллоидный журнал, 1997 - том 59, № 4. - с. 514 - 519).

Адсорбция органических соединений из водных растворов на силикагеле и -оксиде алюминия: анализ взаимодействия граничных орбиталей/Н. В. Николенко, И. Б. Таран, И. Л. Плаксиенко, Н.К. Воробьев, Т.А. Олейник / Вопросы химии и химической технологии, Днепропетровск, - 1998 - № 1 - с. 15-18

Разработка технологии обогащения флюорит-кварц-полевошпатовых руд Бахтынского месторождения/Л. С. Воробьева, Т. А. Олейник, П. Б. Тасиц, Н. К. Воробьев, Ю. А. Новосельцев// Новые технологии и техника для переработки руд черных металлов. Сб. статей// Механобрчемет. - Кривой Рог, 1995.- С. 116 -120

Технология обогащения редкометально-нефелин-полевошпатовых руд одного из месторождений Приазовья /Н. К. Воробьев, Г. А. Дошлыгина, З. В. Лободина, Л. С. Воробьева, Т .А. Олейник, Е .М. Коваль// Новые технологии и техника для переработки руд черных металлов. Сб. статей// Механобрчемет. - Кривой Рог, 1995.- С. 121-127

Олейник Т. А. Иттрофлюоритовые руды Центрального участка Сущано-Пержанской зоны и особенности их переработки//Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 1: Сб. научных трудов// Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 92-95

Олейник Т. А. Формирование оборотной воды при флотационном обогащении флюорит-квац-полевошпатовых руд Бахтынского месторождения//Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 1: Сб. научных трудов// Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 95 - 101.

Олейник Т. А., Губин Г. В. Современные проблемы производства полевошпатовых концентратов и пути их решения// Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 2: Сб. научных трудов//Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 97 - 105.

Олейник Т. А., Николенко Н. В. Поиск возможности повышения селективности разделения кварца и полевых шпатов в щелочной среде// Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 2: Сб. научных трудов//Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 105 - 115.

Сравнительные испытания катионной и анионной флотации кварц-полевошпатовых хвостов флюоритовой флотации руд Бахтынского месторождения/Олейник Т. А., Воробьева Л. С., Тасиц П. Б., Воробьев Н. К.// Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 3: Сб. научных трудов//Механобрчермет. - Кривой Рог, 1999. - С. 53 - 58.

Олейник Т. А. Особенности взаимодействия карбоксильных собирателей с поверхностью минералов в условиях прямой селективной флотации флюорита из руд Бахтынского месторождения /Збагачення корисних копалин. Науково-технічний зб.// Національна Гірнича Академія України - Дніпропетровськ, 1999. - С. 92-97

Комплексная переработка иттрофлюоритовых руд Житомирской области/ Олейник Т. А. и др.//Тез. докл. II Международной науч.-техн. конф Благородные и редкие металлы - Донецк: государственный технический университет. - 1997. - С. 161-162.

В роботах, написаних у співавторстві, дисертанту належить:

в [1, 2] - аналіз технологічних моделей, в [3, 9, 8, 11] - розробка методики проведення, аналіз результатів досліджень, вибір оптимального режиму, висновки, в [4] - розробка методики проведення, аналіз результатів досліджень флотації польового шпату, в [7] - аналіз флотаційної практики збагачення польовошпатових руд, напрямків рішення проблем розділення кварцу та польового шпату.

Олійник Т.А. Підвищення селективності розділення комплексних флюоритових руд на основі особливостей структури мінералів та адсорбції реагентів - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08 - збагачення корисних копалин - Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2000.

Дисертацію присвячено питанням розробки технології збагачення комплексних флюоритових руд двох родовищ України на основі встановлення закономірностей та залежностей селективності розділення мінералів від їх структури та адсорбції ПАР. В дисертації визначені основні показники, що впливають на процеси флотації флюориту, кварцу, польових шпатів. Вперше сформульовано механізм дії талактаму як колектора при збагаченні комплексних флюоритових руд, а також модель флотації кварцу, польових шпатів на підставі визначення енергії нижчих вільних та вищих зайнятих молекулярних орбіталей. Розроблено дві технології збагачення руд. Результати досліджень підтверджені випробуваннями в напівпромислових умовах. Основні результати праці знайшли впровадження при розробці техніко-економічного обгрунтування кондицій по Бахтинському родовищу плавикового шпату.

Ключові слова: флюорит, кварц, польові шпати, флотаційне збагачення, адсорбція, молекулярні орбіталі, реагентний режим.

Олейник Т. А. Повышение селективности разделения комплексных флюоритовых руд на основе особенностей структуры минералов и адсорбции реагентов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.08 - обогащение полезных ископаемых - Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки технологии обогащения комплексных флюоритовых руд двух месторождений Украины на основе установления закономерностей и зависимостей селективности флотационного разделения минералов от их структуры и адсорбции ПАВ.

В работе использованы численные методы, комплекс физико-химических методов, ИК-спектроскопия, спектрофотометрия, измерение -потенциала, изучение адсорбции реагентов на атомно-молекулярном уровне и флотация минералов.

Анализ вещественного и минерального состава руд Бахтынского месторождения и Центрального участка Сущано-Пержанской зоны показал, что главными породообразующими минералами являются флюорит, кварц и полевые шпаты. Руды Бахтынского месторождения не имеют аналогов. В руде Центрального участка Сущано-Пержанской зоны присутствуют редкоземельные элементы. Установленные особенности состава и строения комплексных флюоритовых руд определили флотационное разделение минералов.

В работе установлены закономерности изменения флотационных свойств руды, позволяющие обоснованно выбрать оптимальный режим разделения минералов. Впервые сформулирован механизм действия таллактама, как коллектора при флотации комплексных флюоритовых руд. Методом ИК -спектроскопии установлено, что имеет место как физическая, так и химическая сорбция карбоксильных собирателей, а с увеличением рН от 9 до 12 возрастает доля хемосорбироанных ионов. Установлено, что эффективность флотации флюорита зависит от сочетания депресоров: силиката натрия и сульфата алюминия и только при их соотношении 1.7:1 можно получить флюоритовые концентраты с массовой долей полезного компонента 95,7…95,8 %.

В работе показано, что подобие свойств кварца и полевого шпата обуславливает значительные трудности их разделения. Впервые предложена модель флотации кварца и полевых шпатов руд Бахтынского месторождения, показывающая возможность оценки селективности действия реагентов на основе определения энергии высших свободных и низших занятых орбиталей минерала и коллектора. Установлена избирательность флотационного действия аминов на кварц и полевые шпаты.

Впервые, с помощью математической обработки кинетического анализа, рассчитана продолжительность флотации минералов и изучены кинетические характеристики.

Выявлены зависимости между качеством флюоритовых, кварцевых, полевошпатовых концентратов и параметрами процесса флотации в кислой и щелочной средах. Показано, что комбинированная технология с анионной флотацией флюорита и катионной флотацией полевого шпата позволяет получать концентраты, соответствующие техническим условиям, предъявляемым к концентратам при производстве стали, электродов, фаянсовых изделий.

В полупромышленных условиях определены оптимальные режимы флотации минералов и выработаны параметры их регулирования.

Разработаны две технологии обогащения флюорит-кварц-полевошпатовой руды Бахтынского месторождения, а также технологическая схема пенной сепарации иттрофлюоритовой руды Центрального участка Сущано-Пержанской зоны. Предложены схемы водооборота и реагентный режим очистки воды. Выполнена потребительская оценка наработанных партий концентратов в Днепропетровской металлургической академии и Украинском НИИ фарфорофаянсовой промышленности (г. Киев). Согласно полученным актам испытаний, флюоритовые концентраты могут быть использованы для разжижения шлаков в период диффузного раскисления при выплавке ответственных марок сталей и при производстве флюса АНФ-6; полевошпатовые, кварцевые и кварц-полевошпатовые концентраты - при производстве фарфоровых изделий, с показателем белизны 61,8 %.

Технико-экономическая оценка показала целесообразность внедрения технологии обогащения руды с анионной флотацией флюорита и катионной флотацией полевого шпата.

Основные результаты работы нашли практическое применение при разработке Технико-экономического обоснования кондиций по Бахтынскому месторождению, на основании которого утверждены запасы в ГКЗ Украины.

Ключевые слова: флюорит, кварц, полевые шпаты, флотационное обогащение, адсорбция, молекулярные орбитали, реагентный режим.

Oleynik T. A. Increase of selectivity of division of ores complex fluorspar by the basis of features minerals structure and reagents adsorption. - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering sciences on the speciality 05.15.08 - dressing of minerals - Krivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 2000.

The dissertation is dedicated to questions of development of technology of enrichment complex of ores of fluorspar of two deposits of Ukraine on the basis of an establishment of laws and dependences of selectivity of division of floatation of minerals from their structure and adsorption of superficial - active substances. In the work the basic parameters have determined which influence on the process of the floatation of the fluorspar, the quartz, the feldspar. The mechanism of action of tallactam, as collector at floatation of ores fluorspar complex is offered in the work for the first time. The model of floatation of quartz and feldspar on the basis of definition of energy maximum free and lowest engaged orbital is offered for the first time. Two variants of technology enrichment of ores are developed. The results of researches in half-industrial conditions are confirmed . The basic results of work had found practical application in the development of the feasibility Report quality requirements on to a deposit of Bahtin.

Key words: fluorspar, quartz, feldspar, and enrichment of floatation, adsorption, molecular orbital, a mode of reagents.

Размещено на Allbest.ru