книги из ГПНТБ / Александрович Х.М. Основы применения реагентов при флотации калийных руд

Результаты флотации сильвинитовой руды реагентной смесью ОДА и кубового остатка бутиловых спиртов на лабораторной машине типа ФЛ-137А

(расход депрессора 600 г/т)

Данные флотационных опытов показали (рис. 61 и табл. 17), что применение кубового остатка в количестве 30— 50 г/г руды обеспечивает хорошую эффективность флотации: извлечение КС1 в концентрат составляет 95—97% при содер­ жании его в концентрате ~84% . Расход ОДА составляет 50— 60 г/т вместо 85—100 г/т в отсутствие добавок.

Дальнейшее увеличение расхода кубового остатка (80— 200 г/т) не оказывает существенного влияния на результаты флотации: извлечение КО повышается незначительно, а ка­ чество концентрата несколько ухудшается. При этом наблю­ дается частичное повышение селективности процесса за счет снижения содержания н.о. в концентрате. Уменьшение расхо­ да амина ниже 50—60 г/т при любом расходе кубового остатка сопровождается повышенными потерями КС1 в хвостах фло­ тации.

В качестве добавок к аминам при флотации калийных со­ лей были испытаны составные части кубового остатка — 2-этилгексанол, изобутил-изобутират, 2-этилгексаналь, аце­ тали масляных альдегидов — ацеталь С12 изобутанола и «-масляного альдегида, изобутанола и изомасляного, «-бута­ нола и «-масляного альдегида.

Результаты флотации показали (рис. 62), что 2-этилгекса- нол является наиболее активной добавкой к аминам, позволя­ ющей уже при расходах 20—30 г/т получить извлечение 96— 97% КС1 и снизить расход амина до 50 г/т, а при добавках 50—100 г 2-этилгексанола — до 40 г/т. Этот компонент являет­ ся основным действующим началом кубового остатка при эмульгировании им аминов жирного ряда.

Сложные эфиры, в частности изобутил-бутират, также ока­ зывают положительное влияние на флотацию КО, снижая расход аминов до 50 г/т и при добавках их 50—200 мл/т повы­ шают извлечение КО до 96% •

Все исследованные ацетали несколько повышают эффек­ тивность флотации, однако и их высокие расходы не позволя­ ют достигнуть полного извлечения КС1. Резко снижаются ре­ зультаты флотации при введении в пульпу повышенных коли-

Рис. 62. Извлечение КСI в зависимо­ сти от добавок составляющих компо­ нентов кубовых остатков: 1 — 2-этнл- гексаналь; 2 — ацетали масляного альдегида и бутанола; 3 — изобутил-

изобутират; 4 — 2-этплгексанол

честв 2-этилгексаналя (свыше 30 мл/т). Уже при расходе его 200 мл/т извлечение КО снижается до 63%.

Такое отрицательное действие 2-этилгексаналя-альдегида можно объяснить высокой способностью альдегидов вступать во взаимодействие с ионами и молекулами амина, связывая и нейтрализуя их активные группы. Это подтверждается опыта­ ми по адсорбции амина на КО, которая в присутствии 2-этил- гексаналя резко снижается.

Таким образом, положительное влияние кубового остатка на флотацию калийных солей аминами обусловлено в основ­ ном присутствием октиловых спиртов и некоторых сложных эфиров со средней величиной углеводородных цепей. Эти вещества склонны к взаимодействию с мицеллами амина, уве­ личивая их дисперсность и, следовательно, адсорбционную и флотационную активность. Повышенный расход кубового остатка может привести, естественно, к накоплению в пульпе отрицательно действующих компонентов, в результате чего не удастся достигнуть дальнейшего снижения расхода аминов.

Промышленные испытания с использованием в качестве собирателя реагентной смеси аминов и кубового остатка от производства бутилового спирта и последующая работа обо­ гатительных фабрик калийного комбината «Белорускалий» подтвердили результаты лабораторных исследований.

Результаты работы промышленной обогатительной фабрики 1-го Солигорского калийного комбината

* С 1 по 23 число.

Данные по обогатительной фабрике 1-го рудоуправления комбината «Белорускалий» за 1967 г. по месяцам представ­ лены в табл. 18.

Для сравнения приведены итоги работы фабрики без доба­ вок куоового остатка в декабре месяце 1966 г. и с 1 по 23 янва­ ря 1967 г. Начиная с 23 января 1967 г. фабрика работает с использованием указанной реагентной смеси собирателя.

Применение кубового остатка позволило снизить расход аминов для флотации на 25—30%, а также повысить извлече­ ние КС1 в концентрат на 1,5—2,0%• Кроме того, снизилось содержание н.о. в концентрате, что улучшило условия фильтра­ ции и сушки готового продукта и частично уменьшило слеживаемость готового продукта. Снизилась вязкость пенного про­ дукта 2-й перечистки, что облегчило перекачку его насосами.

При большой мощности действующих калийных комбина­ тов снижение расхода дорогостоящих аминов на 25—30% за счет введения кубовых остатков дало существенный экономи­ ческий эффект.

СТАБИЛИЗАЦИЯ ГЛИНИСТЫХ ШЛАМОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ ЗАЩИТНЫМИ КОЛЛОИДАМИ

Обогащаемая флотацией сильвинитовая порода в преобла­ дающем количестве состоит из солевых и глинистых шламов, которые образуются при ее добыче и в процессе тонкого измельчения. При измельчении и классификации руды проис­ ходит частичное перераспределение глинистого материала. При сухом рассеве руды крупностью —3+ 0 мм преобладаю­ щее количество и.о. содержится во фракциях +0,25 мм, при мокром — в тонкодисперсной фракции <0,06 мм. Эта фракция содержит около 30% н.о. и 20% КС1. Выделение КС1 из гли­

ничтожно малого значения электрокинетического потенциала склонны к коагуляционному взаимодействию;

б) частицы глинистых шламов обладают большой удельной поверхностью и высоким адсорбционным потенциалом к селек­ тивно действующим на КС1 реагентам-собирателям.

Первым фактором обусловливается пониженная селектив­ ность процесса флотации из-за образования в насыщенном растворе коагулятов частиц KCl, NaCl и н.о., разделенных тонкими прослойками жидкой фазы. Уменьшение коагуляцион­ ного -взаимодействия частиц может быть достигнуто обработ­ кой суспензии поверхностно-активными веществами, благода­ ря адсорбции которых происходит изменение химического со­ става поверхностного слоя и понижение поверхностной энергии. При этом поверхность частиц становится гидро­ фильной, что приводит к изменению условий их взаимодей­ ствия между собой и с окружающей средой.

Второй фактор, как уже отмечалось ранее, приводит к преобладающей адсорбции алифатических аминов на поверх­ ности глинистых частиц и, следовательно, к затуханию про­ цесса флотации. Изменяя состав и структуру адсорбирую­ щихся ПАВ, можно управлять физико-химическими свой­ ствами глинистых дисперсий и взаимодействием частиц с

другими поверхностно-активными веществами. По мере по­ крытия поверхности глинистых частиц молекулами защитных ПАВ, изменения и компенсации ее молекулярно-силового поля адсорбция последующих молекул ПАВ снижается.

Эти явления лежат в основе действия стабилизаторов, используемых в качестве реагентов-депрессоров глинистых шламов при флотации калийных солей. Депрессия является одним из способов активации флотационного метода обога­ щения калийных солей с повышенным содержанием глини­ стых шламов и повышения селективности собирателей, эф­ фективно используемых для гидрофобизации КС1. Влияние состава реагентов-депрессоров на адсорбционное взаимо­ действие аминов и перераспределение их между частицами КС1 и н.о. показано в гл. II.

1.НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ

ВКАЧЕСТВЕ РЕАГЕНТОВ-ДЕПРЕССОРОВ ПРИ ФЛОТАЦИИ

КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

Стабилизация глинисто-солевых дисперсий достигается введением в жидкую фазу реагентов-стабилизаторов, кото­ рые, адсорбируясь на поверхности глинистых частиц, изменя­ ют характер их межфазных молекулярных взаимодействий. Депрессирующим действием на глинистые и другие минера­ лы обладают различные неорганические соединения и орга­ нические поверхностно-активные вещества.

Механизмы действия применяемых в настоящее время на практике реагентов-депрессоров многообразны [182]. Наибо­

образованию; б) вытеснение ионов собирателя ионами депрессора, обра­

зующими с поверхностью минерала труднорастворимые гидрофильные соединения;

в) образование на поверхности минерала гидрофильного покрытия без вытеснения с поверхности минерала адсорбиро­ ванного собирателя;

г) образование на поверхности депрессируемого минерала гидрофильной защитной пленки, состоящей из неорганических и органических тонкодисперсных коллоидных частиц; послед­ ние закрепляются на свободных от собирателя участках и препятствуют образованию контакта между частицей и пу­ зырьком воздуха.

Из неорганических соединений в качестве реагентов-де­ прессоров при флотации руд цветных, черных, редких метал­ лов, полиметаллических руд и горнохимического сырья пред-

Для гидрофилизации поверхности минералов и избиратель­ ного подавления их флотации до сих пор преимущественно использовались растворимые цианиды, сернистый натрий, си­ ликат и фосфаты натрия и др. [58]. Все неорганические сое­ динения являются электролитами, поэтому они относятся к ионогенным—катионным или анионным—реагентам. Закрепле­

ионными связями. Электролиты приводят к возникновению на частицах одноименных электрических зарядов, способ­

а) ничтожно малая степень их диссоциации в насыщенных солевых растворах, в результате чего невозможно взаимодейст­ вие депрессирующих ионов (ОН", CN", F~, НРО~2, СО~2,

HSiO^, SH", ]Zn(CN)4r 2, АП3, Fe+3n др.) с поверхностью гли­

определяющего хемосорбцию депрессирующих ионов и ион­ ную стабилизацию;

в) интенсивная дегидратация ионов в солевом растворе, в результате чего уменьшается гидрофилизация поверхности глинистых частиц, обработанной депрессором.

Низкая эффективность действия ионогенных неоргани­ ческих депрессоров в насыщенных солевых растворах под­ тверждается многочисленными опытами по флотации калий­ ных солей и литературными данными [298]. Из неорганиче­ ских соединений частично депрессирующими свойствами обладают неорганические коллоиды и в первую очередь кол­ лоидно-дисперсная кремниевая кислота, производные фосфа­ тов — пиро-, мета- и полифосфаты, гидроокиси, выделяющиеся при гидролизе солей многовалентных металлов, и др. Резуль­ таты исследования их депрессирующих свойств и механизма

взаимодействия с глинистыми минералами будут изложены ниже.

Наиболее эффективными и солеустойчивыми для флота­ ции руд в солевых растворах являются органические реаген­ ты-депрессоры. Адсорбционные слои органических ПАВ,

дисперсионной среды и образуют защитную гидратную обо­ лочку, способствуя гидрофилизации поверхности частиц.

Высокая стабилизация, а следовательно, хорошее экра­ нирование глинистых частиц от взаимодействия с реагентомсобирателем и пузырьками воздуха достигается под влия­ нием высокомолекулярных защитных коллоидов, образующих на поверхности структурированные, достаточно прочные ад­ сорбционные пленки.

Органические защитные коллоиды весьма многочисленны. К ним относятся высокомолекулярные соединения типа карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), сульфат целлюлозы, этансульфонат целлюлозы и другие эфиры целлюлозы, концент­ раты сульфитно-спиртовой барды, дубильные экстракты, мо­ чевино-формальдегидные смолы, крахмал, декстрин, белки (альбумин, казеин) и др. Органические высокомолекулярные реагенты в последнее время находят все большее применение в качестве реагентов-депрессоров, стабилизаторов и флокулянтов [298—302]. Они растворимы в воде или водных раст­ ворах щелочей и кислот, что обусловлено наличием в их мо­ лекулах большого количества способных к гидратации по­ лярных групп — карбоксильных, гидроксильных, эфирных

и др.

Из указанных реагентов наибольшее практическое при­ менение, в том числе и для флотации калийных солей Старобинского месторождения, нашла карбоксиметилцеллюлоза. Она частично флокулирует глинистые шламы, уменьшая их удельную поверхность, а также, гидрофилизируя поверхность глинистых шламов, снижает адсорбцию на ней реагента-соби­ рателя и препятствует прилипанию частиц к пузырькам воз­ духа.

Опыты показали, что в определенных пределах содержа­ ния глинистых шламов предварительная обработка пульпы реагентом-депрессором приводит к снижению расхода ами­ нов при флотации и, наоборот, при увеличении расхода ами­ на тот же эффект флотационного разделения может быть до­ стигнут при меньшем расходе реагента-депресоора.

На рис. 63 приведена зависимость извлечения КО в кон­ центрат при использовании в качестве депрессора КМЦ при различных расходах собирателя и депрессора. Хорошее извлечение КО (95%) может быть получено при расходе

КМЦ 700 г/г и ОДА 75 г/т или при расходе КМЦ 400 г/т и ОДА 100 г/т, т. е. дополнительное введение в раствор 300 г/т КМЦ уменьшает расход амина примерно на 25 г/т, а следо­ вательно, и необратимую адсорбцию его на глинистых шламах.

Флотация солей с депрессией глинистых шламов при бо­ лее высоком содержании н.о. осложняется тем, что непро­ порционально большое количество введенной ионогенной КМЦ способствует образованию структур в растворе и свя­ зыванию ионов амина в неактивные соединения, в результате чего извлече­ ние КО в концентрат сни­ жается. Поэтому эконо­ мически обоснованным является проведение пре-

Рис. 63. Зависимость извлече­ ния КС1 (е) от расхода КМЦ

(Q) при флотации руды (КО 21,5%, н.о. 4,5%) с различным расходом ОДА: 1—125; 2—100; 3—75; 4—50 г/т

дваригельного обесшламливания высокоглинистых сильвинитовых пород с последующей депрессией оставшегося н.о.

Следовательно, в процессе флотации глинистых калийных солей аминами жирного ряда стабилизация глинистых шла­ мов специальными реагентами-депрессорами является необ­ ходимым условием селективного разделения минералов.

Число реагентов-депрессоров, предложенных для флота­ ционного обогащения различных руд, велико. КМЦ приме­ няется в качестве реагента-депрессора также для флотации руд тяжелых цветных и редких металлов [301]. Она находит широкое применение для стабилизации глинистых растворов при бурении скважин (около 16% производимого количест­ ва КМЦ). Кроме того, потребителями КМЦ являются пище­ вая, бумажная и нефтяная промышленность. Потребность в ней в настоящее время значительно превышает производство, которое сдерживается ограниченными сырьевыми ресурсами.

КМЦ получается путем обработки древесной или хлопко­ вой целлюлозы 35—70%-ным раствором щелочи и после­ дующей обработки алкилирующим реагентом, содержащим

метальную и карбоксильную группы (монохлоруксусной кислотой), [303] по схеме

C6H70 2(0H)3+2Na0H-!-ClCH2C00H->

■>C6H70 2(0H)20CH2C00Na bNaCl-f 2Н30.

Структурная формула КМЦ приведена ниже:

1)приготовление щелочной целлюлозы, включающее мер­ серизацию ее и отжим от избытка щелочи с последующим измельчением щелочной целлюлозы;

2)этерификация щелочной целлюлозы монохлоруксусной кислотой или ее натриевой солью.

Получаемая натриевая соль — Na—КМЦ, или КМЦ, при степени замещения выаіе 50 хорошо растворима в воде и растворах щелочей и нерастворима в кислотах и спиртах. Она малоэффективна в кислых растворах вследствие обра­ зования труднорастворимой Н-формы. Технические препара­ ты КМЦ содержат значительное количество примесей (хло­ рид и гликолят натрия). Методы очистки ее основаны на пре­ вращении натриевой соли КМЦ в нерастворимую в воде Н-форму и последующем вымывании примесей водой.

Калийные соли являются дешевым минеральным сырьем, вследствие чего их флотация может конкурировать с другими методами обогащения лишь при небольшом расходе и невы­ сокой стоимости реагентов. При существующем крупномас­ штабном производстве калийных удобрений на солигорских комбинатах флотационным методом, высоких расходах и стоимости применяемых реагентов вопрос о повышении эффективности действия КМЦ и снижении ее стоимости, а также по частичной замене КМЦ другими более дешевыми и доступными реагентами-депрессорами является особо акту­ альным.

а) сравнительно низкую селективность действия при фло­ тации, в результате чего концентраты содержат пониженное (по сравнению с применением других реагентов) количество КО и повышенное содержание глинистых шламов, что не­ сколько усложняет последующую их обработку;

б) способность анионов КМЦ к взаимодействию с катио­ нами аминов в растворе с образованием неактивного соеди­ нения;

в) повышенную прочность защитных коллоидных пленок,

сырья для флотации глинистых сильвинитовых руд, так же как и путей интенсификации действия применяемой КМЦ, является важной и актуальной. Этой проблеме посвящаются следующие главы монографии.

2. ДЕПРЕССИЯ ГЛИНИСТЫХ ШЛАМОВ ОРГАНИЧЕСКИМИ АНИОННЫМИ РЕАГЕНТАМИ

Депрессирующее действие КМЦ при флотации калийных солей. Депрессия глинистых шламов раствором КМЦ при флотации калийных руд зависит от ряда факторов, важней­ шими из которых являются структура молекул полимера в растворе, степень полимеризации и этерификации, содержа­ ние действующего вещества в продукте, состав жидкой фазы и др.

Увеличение расхода реагента-депрессора до оптимального количества приводит к снижению содержания KCl в хвостах флотации и повышению его извлечения (табл. 19). Оптималь­ ный расход КМЦ для флотации руд Старобинского место­ рождения зависит от содержания и природы глинистых шла­ мов и при среднем содержании н.о. в руде 4% колеблется в пределах 500—800 г/г (при содержании КМЦ в препарате -5 0 % ).

При дальнейшем увеличении расхода КМЦ повышается содержание КС1 в хвостах как за счет частичной депрессии зерен КС1, находящихся в коагулированном состоянии с гли­ нистыми частицами, так и за счет взаимодействия амина с ионогенными группами избытка КМЦ. При недостатке вве­ денного депрессора часть недепрессированных глинистых частиц всплывает в пенный продукт вместе с КС1. Качестзо