Негативные физико-химические процессы во флотационной пульпе
Негативные физико-химические процессы
Сложностью выявления и устранения, описанных негативных физико-химических явлений в пульпе представляется то, что описываемые процессы относительно плохо моделируются и воспроизводятся в лабораторных условиях при традиционном флотационном исследовании. Для этой цели сотрудники нашей компании используют специализированные средства контроля и методики.
Ниже приводятся некоторые результаты работ по выявлению и устранению негативных физико-химических процессов во флотационной пульпе при обогащении различных типов руд.
Сульфидные золотосодержащие руды
Основным негативным физико-химическим процессом, выявляемым при флотационной переработке сульфидных золотосодержащих руд, служит процесс комплексообразования с участием продуцированных при растворении минеральной поверхности катионов тяжелых металлов и анионов сульфгидрильных собирателей (например, ксантогената).
Процессы комплексообразования в коллективных циклах флотации чрезвычайно вредны, так как при этом значительная часть собирателя расходуется не на взаимодействие с минеральной поверхностью, а на жидкофазные химические реакции. В большинстве случаев центральным ядром комплексных химических соединений является катион двухвалентного железа, такие комплексные соединения обуславливают высокие отрицательные значения окислительно-восстановительного потенциала флотационной пульпы. Отрицательные значения потенциала препятствуют переходу ксантогената в диксантогенид на минеральной поверхности, наличие последнего является необходимым условием для флотации большинства сульфидных минералов и в первую очередь сульфидов железа (пирит, пирротин, марказит и т.д.).
Еще одним негативным последствием протекания процессов комплексообразования является эффект подавления пенообразования иногда до полного исчезновения пены. Для создания и поддержания пенного слоя требуются значительные расходы вспенивателя. Такой режим ведения технологического процесса с повышенным расходом вспенивателя инициирует возникновение больших циркуляционных нагрузок, затрудняет проведение перечистных операций и, в конечном итоге, приводит к значительным потерям.
Необходимое для повышения эффективности процесса обогащения разрушение комплексных структур, содержащих анионы сульфгидрильных собирателей, решается использованием определенной номенклатуры флотационных реагентов. Механизм действия этих реагентов состоит в переводе растворенных и поверхностных окисленных соединений железа в объемные осадки без повышения щелочности пульпы.
В качестве иллюстрации можно привести технологические результаты исследования сульфидных золотосодержащих руд одного из месторождений КНР, сульфиды представлены пиритом, а вмещающие породы – в значительной степени кварцем.
С технологической точки зрения подтверждением наличия негативных физико-химических процессов является получение существенно более высоких показателей обогащения при реализации режимов направленных на их подавление.
Медно-молибденовые руды
Исследования, проведенные с применением специализированных методов и средств контроля, на медно-молибденовых рудах ряда месторождений показывают наличие процессов выделения в жидкую фазу пульпы катионов тяжелых металлов, входящих в кристаллическую решетку минералов с последующим образованием в жидкой фазе флотационной пульпы комплексных ионов, в состав которых входят гидроксокатионы железа и анионы ксантогената в качестве лигандов.
Для иллюстрации этого применен метод потенциометрического титрования жидкофазных продуктов стандартным раствором ксантогената. В качестве индикаторного электрода при этом методе используется специальный анион-селективный мембранный электрод (ISE), чувствительный к изменению концентрации в растворе анионов ксантогената, находящихся в различных формах, как в виде свободных ионов, так и в виде лигандов комплексных ионов с катионами тяжелых металлов в качестве центрального атома. Сущность метода заключается в сравнении калибровочной характеристики анион-селективного электрода (ISE) и зависимости потенциала ISE от отрицательного логарифма заданной моляльной концентрации ионов ксантогената, полученной для исследуемых растворов.
По характеру полученной зависимости делается однозначный вывод о присутствии явлений комплексообразования:
- при отсутствии процессов комплексообразования калибровочные характеристики и полученная зависимость практически совпадают;
- при поглощении ксантогенатных анионов растворенными формами тяжелых металлов с вхождением этих анионов в комплексную структуру в виде внутрисферных лигандов, полученная зависимость для исследуемых фильтратов, лежит в области более положительных значений электродных потенциалов, по сравнению с калибровочной характеристикой электрода;
- при образовании отрицательно заряженных комплексных структур с ксантогенатными лигандами во внешней сфере комплексного иона, полученные зависимости для исследуемых фильтратов, лежат в области более отрицательных значений относительно калибровочной характеристики электрода.
В продуктах при обогащении медно-молибденовых руд обнаруживаются комплексные структуры с ксантогенатными лигандами во внешней среде.
Значительное улучшение результатов обогащения в основном цикле флотации при реализации режимов, направленных на устранение негативных физико-химических процессов, свидетельствует о наличии гидрофобизации поверхности сульфидов железа элементной серой и отрицательного влияния заряженных и электронейтральных комплексных структур с участием гидроксокатионов железа.
Значительное улучшение результатов обогащения в основном цикле флотации при реализации режимов, направленных на устранение негативных физико-химических процессов, свидетельствует о наличии гидрофобизации поверхности сульфидов железа элементной серой и отрицательного влияния заряженных и электронейтральных комплексных структур с участием гидроксокатионов | |
Медно-цинковые руды
Выполненные исследования показали наличие в жидкой фазе пульпы измельченной руды значительного количества растворенных форм железа.
В основу исследований был положен метод потенциометрического титрования жидкофазных продуктов стандартным раствором бутилксантогената калия с использованием бутилксантогенат-селективного электрода (ISE), описанный в разделе медно-молибденовых руд.
Для проб, полученных после лабораторного и промышленного измельчения, наблюдаются значительные отклонения зависимостей от калибровочной характеристики: в области низких заданных концентраций наблюдаются более положительные значения величин потенциалов ISE, что свидетельствует о вхождении ксантогенатных лигандов во внутреннюю сферу комплексных структур, в то время как в области сравнительно высоких заданных концентраций ионов ксантогената наблюдаются более отрицательные значения величин потенциалов ISE, что свидетельствует об образовании комплексных структур с ксантогенатными лигандами во внешней сфере.
Для пробы, полученной после промышленного измельчения, отклонения от калибровочной зависимости более существенные по сравнению с пробой после лабораторного измельчения.
Другим фактором, отрицательно влияющим, на селективность процесса, является наличие элементной серы на поверхности минеральных частиц сульфидов.
Известно, что элементная сера растворяется в избыточном количестве сернистого натрия с образованием целой гаммы водорастворимых полисульфидных анионов общей формулой Sn2-, простейший из которых дисульфид-ион S22-. Пик образования таких полисульфидных анионов соответствует потенциалу сульфидсеребряного электрода, фиксирующего остаточную концентрацию сульфид-ионов, -600 mV (отн. н.х.э.с.). А наличие полисульфид-ионов идентифицируется с помощью анионоселективного электрода. То есть при наличии элементной серы на поверхности сульфидов, фиксируется скачок в области образования полисульфидов.
Показано наличие элементной серы на поверхности минеральных частиц сульфидов при обогащении медно-цинковых руд различных месторождений.
Резкое увеличение образования полисульфид-ионов при титровании сернистым натрием возможно в том случае, если пульпа предварительно была подвергнута аэрационной пульпоподготовке. Это свидетельствует об усилении процессов, связанных с растворением пирита по фронту флотационного процесса.
Подтверждением наличия описываемых физико-химических процессов и отрицательного влияния на технологические показатели служит существенное улучшение результатов обогащения при устранении гидрофобизации поверхности сульфидов железа элементной серой и разрушении комплексных структур с участием железа и ксантогенат-иона.
Наиболее ярко влияние негативных процессов прослеживается при использовании для измельчения мельницы VertimillTM, предполагающей измельчение без доступа воздуха к раскрывающейся минеральной поверхности.
Медно-никелевые руды
Как сказано выше, существенную роль в протекании негативных физико-химических процессов играют железосодержащие минералы, по этой причине они наиболее ярко проявляются при обогащении сплошных сульфидных медно-никелевых руд.
Лабораторные исследования, проведенные специалистами нашей компании, позволили выявить целый букет физико-химических процессов, оказывающих негативное воздействие на технологические показатели, как в медном, так и никелевом циклах обогащения.
К основным таким процессам можно отнести образование тетратионатов за счет повышения концентрации элементной серы на поверхности пирротина, по следующим механизмам:
Это явление регистрируется специфическим ионоселективным электродом в операции аэрации.
Кроме того, достаточно ярко выражены процессы комплексообразования с участием аниона собирателя, по следующим механизмам:
Что проявляется в отсутствии связи дозировки аэрофлота и остаточной концентрации в пульпе, а также отсутствие ее связи с извлечением меди.
Технологическим подтверждением наличия и негативного характера, описываемых физико-химических процессов в пульпе, является высокая эффективность новых реагентных режимов в медном цикле, направленных на подавление процессов растворения минеральной поверхности с образованием тетратионатов и элементной серы, а также комплексообразования с участием ионов тяжелых металлов, что позволяет получить концентрат основной медной флотации с содержанием меди, превышающим базовое почти в 2 раза.
Наиболее ярко влияние негативных процессов, связанных с гидроксокатионами железа (III), прослеживается в операциях перечистной флотации. При устранении этих негативных процессов частное извлечение в операции увеличивается в три раза по сравнению с извлечением в базовом опыте с одновременным повышением качества готового концентрата.
Резкое увеличение образования полисульфид-ионов при титровании сернистым натрием возможно в том случае, если пульпа предварительно была подвергнута аэрационной пульпоподготовке. Это свидетельствует об усилении процессов, связанных с растворением пирита по фронту флотационного процесса.
В никелевом цикле существенное влияние на технологические показатели оказывают процессы образования элементной серы на поверхности минеральных частиц и продуцирование гидроксокомплексных соединений определенной структуры.
Подтверждением этого существенного влияния могут служить технологические показатели, полученные при реагентных режимах, позволяющих удалить элементную серу, и оптимизировать структуру гидроксокомплексных соединений железа с сульфгидрильными лигандами во внешней сфере комплекса.