книги / Флотационные реагенты

ПРЕДИСЛОВИЕ

Флотация занимает в настоящее время ведущее место среди методов обогащения твердых полезных ископаемых. Ежегодно в нашей стране и за рубежом этим методом перерабатывают сотни миллионов тонн руд цветных и редких металлов, угля и горно-химического сырья.

Эффективность флотационного обогащения зависит главным обра­ зом от принятого реагентного режима. Поэтому в последние годы в свя­ зи с расширением масштабов производства и вовлечением в переработ­ ку труднообогатимых руд (бедных, тонковкрапленных, комплексных), а также из-за ужесточения требований к полноте использования минераль­ ного сырья и охране окружающей среды возникла необходимость пере­ смотра сложившихся традиционных реагентных режимов.

Исследования должны быть направлены на изыскание новых реаген­ тов, позволяющих повысить извлечение шламов, сростков и труднофлотируемых минералов; должны поднять скорость флотации; увеличить селективность разделения минералов с близкими флотационными свой­ ствами; заменить реагенты на основе пищевого сырья и отходов, а также токсичные реагенты. Новые реагенты должны иметь низкий расход и эф­ фективно работать в условиях водооборота.

Следует продолжить исследования, имеющие целью повышение эф­ фективности использования реагентов за счет кондиционирования (хи­ мического, электрохимического, ультразвукового, термического и др.), а также оптимизации реагентного режима на основе контроля ионного состава жидкой фазы' минеральной пульпы с учетом технологических свойств руды.

Решение перечисленных задач возможно только на базе углубленно­ го изучения механизма действия флотационных реагентов, который вклю­ чает не только взаимодействие с поверхностью минералов и пузырьков, а также с компонентами жидкой фазы пульпьт; но и физические следствия этих взаимодействий, представляющие интерес для флотации.

Сложность процесса флотаций;,' эффБктийность которого зависит от значительного числа факторов,, затрудняет:, теоретический анализ его за­ кономерностей. Достоверная информацияпо этому вопросу может быть получена главным образом экспериментально или после тщательной экспе­ риментальной проверки теоретических разработок. Поэтому особое вни­ мание следует уделить новым методам экспериментального исследования механизма действия флотационных реагентов.

Особую и давно назревшую задачу представляет необходимость орга­ низации централизованного производства широкого ассортимента и не­ обходимого количества отечественных флотореагентов для горнодобы­ вающей промышленности.

Настоящий сборник подготовлен на основе материалов Всесоюзной конференции ''Применение реагентов во флотации”' (г. Симферополь, май 1984 г.). В нем освещены основные вопросы изыскания и примене­ ния флотационных реагентов при обогащении руд цветных и черных ме­ таллов, угля и горно-химического сырья.

Сборник представляет интерес для широкого круга специалистов в области флотационного обогащения: научных работников, инженеров, преподавателей высших учебных заведений, а также аспирантов и сту­ дентов.

Редакторы благодарны канд. техн. наук Л.Д. Плаксиной, оказавшей всестороннюю помощь при подготовке сборника к печати.

Л.М. Гольман И.Л. Дмитриева

Р а зд е л 1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗЫСКАНИЯ

И ПРИМЕНЕНИЯ ФЛОТАЦИОННЫХ РЕАГЕНТОВ

УДК 622.765.06

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СИНТЕЗА, ИЗЫСКАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ РЕАГЕНТОВ

В.И. Ревнивцев, В.А. Конев, В.И. Рябой

Успехи всего народного хозяйства во многом зависят от повышения эффективности работы добывающих отраслей промышленности. Успеш­ ное развитие горнодобывающего передела цветной и черной металлургии, угольной промышленности и производства горно-химического сырья в настоящее время во многом определено прогрессом обогащения. Это связано с качественным изменением сырьевой базы — вовлечением в эксплуатацию во все больших количествах руд новых технологических типов, как их принято называть, труднообогатимых руд.

В переводе на технический язык — это руды, для которых не подхо­ дит традиционная технология обогащения. Поскольку флотация для боль­ шинства видов сырья остается не только основным методом обогащения, но и завоевывает все новые позиции, а реагенты являются "квинтэссен­ цией” флотации, поиск более эффективных флотационных реагентов является генеральной линией развития технологии переработки трудно­ обогатимых руд.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПО РАЗРАБОТКЕ БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ФЛОТАЦИОННЫХ РЕАГЕНТОВ

В этих условиях основные направления синтеза, изыскания и приме­ нения новых флотореагентов будут определяться особенностями вещест­ венного состава труднообогатимых руд.

Эти руды прежде всего отличаются более сложным многокомпонент­ ным минеральным составом. С точки зрения современного подхода к комплексному использованию сырья все минеральные компоненты ру­ ды потенциально являются промышленно-полезными. Поэтому принци­ пиальная задача разработки технологии обогащения новых типов руд заключается в разработке схем, способных разделить добываемую гор­ ную породу на большое количество мономинеральных концентратов,

практически соответствующих числу минеральных компонентов, из ко­ торых состоит исходная горная порода.

Такие схемы обогащения закладываются, например, в проекты осваи­ ваемых Коктенкольского и Верхнекайрактинского вольфрамо-молибде­ новых месторождений с выделением в первом случае девяти концентра­ тов (молибденового, вольфрамового, медного и др.) и во втором случае пяти концентратов (шеелитового, висмутового и др.).

Иными словами, необходим переход от разделения одного, двух ми­ нералов и типоморфных по флотационным свойствам минеральных ас­ социаций типа силикатов и алюмосиликатов, окислов, сульфидов и т.д., как это принято в традиционной технологии, к разделению всех мине­ ралов друг от друга. Это обусловливает необходимость перехода от ис­ пользования флотационных реагентов широкого диапазона действия, как, например, олеиновой кислоты, к направленному подбору и синте­ зу реагентов с заданными свойствами для флотации определенных ми­ нералов.

Труднообогатимые руды характеризуются наличием минералов, для которых пока неизвестны эффективные способы флотации (хризоколла валлериит, окисленные минералы никеля, свинца, цинка, минералы дра­ гоценных металлов). Поэтому необходима разработка реагентов для флотации трудноизвлекаемых минералов.

Низкие показатели при переработке труднообогатимых руд вызваны близостью технологических свойств рудных минералов. Необходима раз­ работка реагентных сочетаний (собиратель—модификатор) с повышен­ ной селективностью действия либо способов направленного физическо­ го и химического воздействия на минералы для искусственного создания контрастности в их свойствах. Наиболее актуальными в этом отношении являются вопросы разделения медных и цинковых минералов, медно­ никелевых, медно-свинцовых, свинцово-цинковых и других коллектив­ ных концентратов, а также селекция шеелита, флюорита, апатита от каль­ цита, отделение несульфидных минералов от железных и ожелезненных минералов пустой породы.

Труднообогатимые руды по сравнению с традиционными технологи­ ческими типами отличаются более тонкой вкрапленностью минералов и сложной текстурой их срастания. Вследствие этого при измельчении образуется повышенное количество сростков, а также шламов. Поэто­ му возникает задача разработки специфических реагентов для флотации сравнительно крупных зерен сростков минералов и флотации тонких частиц [1].

Наконец, труднообогатимые руды, как правило, более бедные и для получения 1 т концентрата необходимо перерабатывать значительно боль­ шее количество исходной горной массы. Для сохранения технико-эко­ номических показателей обогащения необходимо интенсифицировать процесс флотации, что, в свою очередь, ставит задачу разработки реаген­ тов, повышающих скорость флотации.

РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ КОНЦЕПЦИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФЛОТОРЕАГЕНТОВ С МИНЕРАЛОМ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО ИХ СИНТЕЗА

Флотационная теория находится на достаточно высоком уровне разви­ тия, однако для решения поставленных задач необходимо дальнейшее раз­ витие концепции взаимодействия реагентов с минералами.

В ставших уже классическими трудах академиков П.А. Ребиндера, A. Н. Фрумкина, чл,-корр. И.Н. Плаксина —развитое в работах А.А. Абра­ мова, О.С. Богданова, И.А. Каковского, В.И. Классена, В.И. Мелик-Гайка- зяна, В.А. Мокроусова, С.И. Полькина, М.А. Эйгелеса и других советских и зарубежных ученых - это взаимодействие описывается в рамках физи­ ко-химических представлений. Теоретические основы флотации, базирую­ щиеся на достижениях современной физической химии, позволили раз­ работать большой арсенал реагентов и способов ведения процесса.

Вместе с тем для направленного синтеза реагентов для флотации опре­ деленных минералов необходимо раскрытие более тонких особенностей структуры минералов на атомно-молекулярном уровне, с одной стороны, и углубление представлений о природе связи реагентов с поверхностью минералов - с другой.

Первые работы в этом направлении были: выполнены В.А. Глембоцким, который обратил внимание на связь генетических особенностей мине­ рала с его флотационными свойствами и использовал ряд представлений физики твердого тела о строении реальных кристаллов [2]. Для минералов с полупроводниковыми свойствами широкий круг явлений получил свою интерпретацию с точки зрения теории физики полупроводников в цикле работ И.Н. Плаксина, Р.Ф. Шафеева и В.А. Чантурия [3].

Дальнейший шаг состоит в создании концепции, увязывающей все сто­ роны взаимодействия поверхности минерала с реагентом на атомно­ молекулярном уровне в рамках общих модельных представлений. Работы

вданном направлении ведутся в последнее время в Механобре (В.В. Зуев, B. А. Конев, В.И. Рябой), в Институте химии АН ТаджССР (академик П.М. Соложенкин), в Гинцветмете (А.В. Глембоцкий).

Такая концепция на современном уровне знаний может быть развита в рамках квантовомеханических представлений о строении твердого тела (минералов) и природе химической связи. По-видимому, нет необходи­ мости, да и невозможно решить эту задачу расчетным путем. Поскольку эта концепция должна носить рабочий характер, давать отправные точки для научно обоснованного и: целенаправленного эксперимента, достаточ­ но разработать ее на феноменологическом уровне в рамках модельных представлений.

Известен ряд теоретических моделей, имеющих квантовомеханическое обоснование.

Применение теории кристаллического поля в данном случае ограни­ чено, поскольку она имеет дело с описанием локализованных электронов.

Модель молекулярных орбиталей (МО) описывает поведение как локализованных, так и делокализованных электронов. Однако теория МО рассматривает лишь небольшие кластеры атомов и наиболее успешно может применяться только для молекул и комплексов.

Большинство исследователей считают зонную модель единственным

Для экспериментальной оценки селективности действия реагентов могут быть использованы такие физико-химические характеристики, как их кислотная сила или значение константы устойчивости комплекса.

При адсорбции большинства О-, Ы- и ряда 8-донорных реагентов без передачи электронов через зону проводимости часто наблюдается следую­ щая зависимость: чем слабее кислотные свойства реагента, тем более проч­

где Ка — константа протонизации; 0 — константа образования комп­ лекса.

Когда образуется дативная я-связь или осуществляется электростати­ ческое взаимодействие, проявляется обратная закономерность. Чем больше различие значений констант комплексов реагента с катионами металлов,

*тв = 5/К,

где I? —концентрация молекул малорастворимого соединения. Развиваемая концепция позволяет не только качественно предвидеть,

но и количественно оценить влияние кислотно-основных свойств реаген­

тов способствует проведение флотации в кислой среде, поскольку раство­ римость координационных соединений в этих условиях возрастает, что приводит к десорбции реагента с низкоактивных центров сорбции сопут­ ствующих минералов. Это подтверждает практика применения ИМ-50, стиролфосфоновой кислоты и д р ..

Представления о координационном механизме взаимодействия реагентминерал позволяют объяснить действие сочетаний различных реагентов. Поскольку поверхность минералов можно рассматривать как совокуп­ ность сорбционных центров Льюиса и Бренстеда разной кислотной или основной силы, то одновременное заполнение этих центров анионными, электрофильными и нейтральными (нуклеофильными) реагентами обус­ ловит их максимальную сорбцию, соответственно гидрофобизацию или гидрофилизацию поверхности минералов.