книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

ются активация силикатных минералов солями щелочноземель­ ных (кальция, бария и др.) и тяжелых (свинца, меди, железа и др.) металлов, активация сфалерита и сульфидов железа со­ лями меди (50— 400 г/т).

Активирующее действие солей щелочноземельных и тяже­ лых металлов на силикатные минералы имеет особенно боль­ шое значение при селективной флотации несульфидных мине­ ралов оксигидрильными собирателями. Минералы, не имею­ щие на своей поверхности катионов, способных образовать труднорастворимые мыла, например кварц, не могут флотиро­ ваться такими собирателями. Исследования показали, что на чистом кварце из растворов олеата адсорбируются только мо­ лекулы олеиновой кислоты и эта адсорбция, не содержащая химически закрепившегося собирателя, не приводит к флота­ ции. Однако кварц легко активируется катионами двухвалент­ ных и тяжелых металлов. Хемосорбированный на кварце ка­ тион (Me) удерживается одной валентной связью с поверхно­ стью, другая валентная связь удерживает гидроксильный ион ОН , который легко замещается на анион Ап' собирателя:

Si02] — Me — ОН — Ап' -> Si02] — Me — An + ОН

В результате такого замещения поверхность кварца по­ крывается хемосорбированным собирателем, поверх которого могут закрепляться путем физической адсорбции молекулы собирателя. Образование такого сорбционного слоя собирате­ ля обеспечивает эффективную флотацию кварца.

Активирующее действие солей тяжелых металлов на фло­ тацию сульфидных минералов играет важную роль при селек­ тивной флотации с сульфгидрильными собирателями. Напри­ мер, практически на всех обогатительных фабриках, перераба­ тывающих полиметаллические руды, для активации сульфидов цинка используется медный купорос (CuS045Н20). Плохая флотируемость неактивированного сфалерита, несмотря на нали­ чие хемосорбированного собирателя, объясняется невозмож­ ностью окисления на его поверхности ксантогенатных ионов до диксантогенида. Закрепление ксантогената на активирован­ ном хемосорбированными ионами меди сфалерите сопровож­ дается образованием диксантогенида в сорбционном слое со­ бирателя, что приводит к эффективной флотации минерала.

Таким образом, если основной причиной активации си­ ликатных минералов являлось обеспечение возможности хе­ мосорбции собирателя, то при активации сфалерита обеспе­ чивается возможность образования в сорбционном слое соби­ рателя физически сорбированных молекул диксантогенида.

Примером активирующего действия реагент ов путем ге­ терогенной химической реакции является образование объем­ ных сульфидных пленок на поверхности окисленных минера­ лов свинца, меди и цинка под действием сульфидизаторов, в качестве которых могут применяться любые растворимые сер­ нистые и гидросернистые соединения щелочных и щелочно­ земельных металлов и аммония: Na2S, NaHS, K2S, KHS, (NH^hS, NH4HS, CaS, BaS. На фабриках наиболее широко ис­ пользуется Na2S — наиболее дешевый и доступный.

Без предварительной сульфидизации окисленные сульфгидрильными собирателями минералы свинца, меди и цинка практически не флотируются, несмотря на значительную плот­ ность сорбции химически закрепившегося собирателя на их поверхности. Резкое возрастание флотируемости окисленных свинцовых и медных минералов после их предварительной сульфидизации обусловлено, во-первых, повышением степени гидрофобности минеральной поверхности (покрытой сульфид­ ной пленкой) до обработки ее собирателем, во-вторых, появ­ лением возможности образования на ней покрытий собира­ теля, состоящих как из химически закрепившегося ксантогената, так и физически сорбированных на нем молекул диксан­ тогенида.

10.2.4. Пепрессоры

Применение реагентов-депрессоров является основным средством получения максимальной селективности при фло­ тационном разделении минералов с близкими свойствами.

Если для эффективной флотации минералов необходимо соблюдение двух условий: гидрофобизации поверхности, на­ пример, за счет погашения некомпенсированных валентно­ стей минеральной поверхности собирателем, и возможности закрепления на гидрофобизированной подкладке микрока­ пель физически сорбированного собирателя, то для подавле­

ния их флотации — несоблюдение хотя бы одного из этих ус­ ловий. Это и обеспечивается обычно применением реагентовдепрессоров, в качестве которых на практике наиболее широ­ ко используются щелочи, цианиды, сернокислый цинк, серни­ стый натрий, сернистая кислота и ее соли, смесь сернокислого железа и сульфита натрия, двухромовокислые соли, жидкое стек­ ло, некоторые органические высокомолекулярные и другие со­ единения. Основной трудностью при выборе депрессирующих реагентов является их недостаточная избирательность по от­ ношению к разделяемым минералам.

Основные механизмы депрессирующего действия реаген­ тов можно свести к следующим.

Меха низ м 1. Растворение поверхностных соединений со­

бирателя и создание условий, препятствующих закреплению со­ бирателя на поверхности минерала. Примером такого меха­ низма является депрессирующее действие цианистых солей на флотацию сульфидов меди или активированного медным ку­ поросом сфалерита. При отсутствии депрессора собиратель закрепляется на их поверхности, что можно изобразить схема­ тически (рис. 10.8, а). Добавка в пульпу цианистых солей при­ водит к разрушению ксантогенатных соединений меди вслед­ ствие образования прочных медно-цианистых комплексных ио­

нов Cu(CN) 2 , Cu(CN)32- , Cu(CN)2-

Me„Sm] - CupKxY+ aCN' -)• Me„Sm] + pCu(CN)T + yKx~

Врезультате этого обнажается гидрофильная поверхность самого минерала и его способность флотироваться утрачива­ ется.

Вкачестве цианидов на практике используется NaCN, KCN,

Ca(CN)2 или технический продукт — цианплав, содержащий 42—47 % цианидов в пересчете на NaCN. Цианиды довольно легко депрессируют сульфиды железа и активированный ио­ нами меди сфалерит, несколько труднее — халькопирит и только при очень больших загрузках — вторичные сульфиды меди (ковеллин и халькозин).

К общим недостаткам цианидов, как реагентов, относятся следующие: частично растворяют и депрессируют золото, что вызывает увеличение потерь золота при использовании циа-

нидов; являются сильным ядом и при их использовании долж­ ны особо строго соблюдаться правила техники безопасности, а удаляемые с фабрики хвосты и сточные воды должны обез­ вреживаться. Несмотря на ряд недостатков, цианиды до сих пор широко используются при селективной флотации поли­ металлических руд и разделении коллективных, например, свинцово-медных концентратов содержащих вторичные суль­ фиды меди.

прессора, образующими с ионами минерала труднорастворимое гидрофильное соединение. Примером такого механизма явля­ ется депрессирующее действие гидроксильных (ОН ) и суль­ фидных (S2~) ионов, конкурирующих с ионами собирателя (Кх~) и замещающих их на поверхности (рис. 10.8, б):

Me„Sm] - MepKxr + аОН' -> Me„Sm] - МерОНх + уКх’

Me„Sm] - МерКху + aS2' -> Me„Sm] - MepSa + уКх'

Вкачестве щелочей чаще всего используют соду, известь

иедкий натр. Применяя их в присутствии анионных собира­ телей, можно задепрессировать флотацию практически всех минералов. Поскольку сульфиды меди и активированный мед­

ным купоросом сфалерит обладают наибольшей, а сульфиды железа — наименьшей устойчивостью к депрессирующему дей­ ствию щелочей, то при флотационном разделении данных ми­ нералов чаще всего и используются щелочи (обычно известь).

Сульфиды щелочных металлов, например сернистый на­ трий (Na2S), являются сильными депрессорами для всех суль­ фидов цветных, черных и редких металлов, кроме молибдени­ та (MoS2). Сульфидные ионы вытесняют ксантогенатные ио­ ны, так как растворимость сульфидов тяжелых металлов зна­ чительно меньше растворимости их ксантогенатов. Сульфиды щелочных металлов широко используются в практике флота­ ции полиметаллических руд для предотвращения взаимоактивации сульфидов в процессе измельчения, десорбции собира­ теля с поверхности сульфидных минералов перед их разделе­ нием и в процессе самого разделения, например медно-молиб­ деновых концентратов. Эффективность каждой из этих опе­ раций зависит от того, насколько концентрация сульфидов ионов в пульпе близка к оптимальной.

Меха низм 3. Повышение степени гидрофильности ми­ неральной поверхности без вытеснения собирателя. Энергети­ ческая неоднородность минеральной поверхности вызывает неравномерное распределение собирателя по ней. Средняя гидрофобность, например сульфидной поверхности, будет оп­ ределяться гидрофобностью участков, покрытых собирателем (МеаКхр), и гидрофобностью чистой поверхности (MeaS^O,), не занятой собирателем. При добавке депрессора (Ап'"') он может закрепляться на свободных участках поверхности, рез­ ко увеличивая степень их гидрофильности (рис. 10.8, в):

Это приводит к увеличению средней гидрофильности по­ верхности без вытеснения собирателя, флотируемость мине­ рала ухудшается. Примером такого механизма является депрессирующее действие бихроматов, хроматов и фосфатов, ферри- и ферроцианидов.

Бихроматы (К2Сг2С>7 и Na2Cr20 7) и хроматы (К2СЮ4) яв­ ляются депрессорами галенита при флотации с сульфгидрильными собирателями; барита и кальцита — при флотации с оксигидрильными собирателями.

При загрузке депрессоров в жидкой фазе пульпы устанав­ ливается равновесие между бихроматными (СГ2О 7') и хро-

матными (СгО^) ионами: Сг20 2 + H2Oz£Z 2 0 0 4 ' + 2Н4 За­ мещение хроматными ионами на поверхности галенита суль­ фоксидных ионов (S„0 т ), на поверхности барита сульфатных ионов и на поверхности кальцита карбонатных ионов вызы­ вает сильную гидратацию минералов. Она сказывается настоль­ ко значительно, что минерал перестает флотироваться, несмот­ ря на то, что около 30 % поверхности еще покрыто собирате­ лем. При высокой концентрации депрессора в пульпе и дли­ тельном воздействии депрессия может сопровождаться вытес­ нением собирателя и протекать уже в соответствии с меха­ низмом 2 депрессии (см. рис. 10.8, б). Наибольший практиче­ ский интерес представляет использование бихромата для раз­ деления свинцово-медных концентратов.

Такие фосфаты, как тринатрийфосфат (Na3P04), триполифосфат (Na5P3Oio), гексаметафосфат [NaP03]6, пирофосфат на­ трия (Na4P20 7), применяют обычно при расходе от 250 до 2000 г/т для депрессии флотации минералов, содержащих ка­ тионы щелочноземельных металлов на своей поверхности. Де­ прессия осуществляется в основном за счет гидрофилизации поверхности труднорастворимыми продуктами взаимодейст­ вия фосфорных соединений с катионами поверхности.

Ферри- и ферроцианиды [K3Fe(CN)6 и KUFe/CN)*;] могут быть успешно применены для депрессии вторичных сульфидов ме­ ди (халькозина, борнита). Депрессия не сопровождается вы­ теснением собирателя и может быть обусловлена только гидрофилизирующим действием депрессора, сорбированного сво­

бодными участками минеральной поверхности. Причиной его сорбции является образование ферри- и ферроцианидов тяже­ лых металлов при взаимодействии с катионами окисленных соединений на поверхности сульфидов меди.

Свойство ферри- и ферроцианидов селективно депрессировать вторичные сульфиды меди используется при разделении свинцово-медных, медно-цинковых и медно-молибденовых кон­ центратов и продуктов, в которых медь представлена главным образом халькозином или борнитом. Наиболее эффективная депрессия всех сульфидов меди при этом наблюдается в сла­ бокислой и нейтральной средах. Повышение pH > 7,5—7,8 при­ водит из-за разрушения феррицианидов тяжелых металлов к резкому ухудшению депрессии флотации минералов меди.

Меха низм 4. Закрепление на поверхности депрессируемо-

го минерала гидрофильных неорганических или органических ча­ стиц. Тонкодисперсные и коллоидные частицы всегда значи­ тельно больше ионов или молекул собирателя. Закрепляясь на свободных от собирателя участках поверхности, они перекры­ вают гидрофобизирующее действие собирателя (рис. 10.8, г). Образование контакта между пузырьком и частичкой и ее флотация поэтому становятся невозможными. По такому ме­ ханизму могут депрессировать флотацию минералов цинко­ вый купорос, жидкое стекло, осадки продуктов взаимодейст­ вия реагентов, высокомолекулярные органические вещества.

Цинковый купорос обычно в сочетании с содой, едким на­ тром, сульфитом или цианидом применяется для депрессии сфалерита или вторичных сульфидов меди (по методу Ю.И. Еропкина) при флотации свинцово-цинковых, свинцо­ во-медных, медно-цинковых и свинцово-медно-цинковых руд.

Депрессирующее действие цинкового купороса на сфале­ рит связывают с налипанием коллоидных цинксодержащих осадков на его поверхности. Такие осадки образуются в пуль­ пе в результате взаимодействия загруженного цинкового ку­ пороса с растворенной углекислотой воздуха и содержат в своем составе гидроксильные и карбонатные ионы. В ней­ тральной и щелочной средах цинксодержащие осадки нали­ пают на поверхность всех сульфидных минералов (галенита, пирита, халькопирита, сфалерита), но сильное депрессирую-

ззо

щее действие оказывают только на сфалерит. Причиной се­ лективности депрессирующего действия цинкового купороса может быть одноименный катион в осадке и на поверхности сфалерита, что улучшает закрепление осадка на минерале и способствует образованию более плотного и более прочного шламового покрытия на сульфидах цинка по сравнению с дру­ гими сульфидами. Наибольшая депрессирующая способность осадков наблюдается в момент их образования, когда кри­ сталлическая решетка еще не сформировалась и ненасыщен­ ные валентные связи осадка компенсируются ненасыщенными связями поверхности сфалерита.

В общем случае жидкое стекло можно рассматривать как соль поликремниевых кислот с общей формулой mSi02 «Na20. Отношение min называется модулем жидкого стекла. Состав полиионов может быть разнообразным, вплоть до простых ионов SiO j

Жидкое стекло является малоселективным депрессором и при больших дозировках может депрессировать все минера­ лы. Но все же депрессирующее действие жидкого стекла на отдельные классы минералов различно и при анионном соби­ рателе оно уменьшается в следующей последовательности: кварц, силикаты, окислы, карбонаты и не содержащие кремне­ зема соли щелочноземельных металлов, сульфиды, минералы, обладающие высокой естественной гидрофобностью. Наибо­ лее часто жидкое стекло применяется при селективной флота­ ции несульфидных минералов, для депрессии силикатных шла­ мов при сульфидной флотации особенно сильно разрушенных руд, при флотации серных, графитовых и других руд. Обычный расход жидкого стекла составляет 100—500 г/т.

В качестве органических депрессоров используют соедине­ ния, в которых практически отсутствуют гидрофобные угле­ водородные радикалы, но имеется большое количество по­ лярных групп, способных прочно удерживать по несколько молекул воды. Из всех органических депрессоров в промыш­ ленности наиболее широко применяются реагенты, относящи­ еся к группам неионогенных и ионогенных анионных депрес­ соров (при расходе 50— 400 г/т).

Например, растворимый крахмал и декстрин, относящие­ ся к группе ионогенных депрессоров, применяют для депрес­ сии флотоактивных силикатов при флотации сульфидных руд и окислов железа при «обратной» флотации как катионными, так и анионными собирателями железных руд; для депрессии молибденита при селективной флотации медно-молибденовых концентратов и при флотационном обогащении сильвинитов.

В свою очередь карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), суль­ фат и сульфонат целлюлозы, относящиеся к группе ионоген­ ных анионных депрессоров, являются селективно-действующи­ ми подавителями флотоактивных силикатов, таких, как тальк, серицит, хлорит и др., и широко используются при флотации медно-никелевых руд. С помощью сульфитцеллюлозных экс­ трактов (СЦЭ) можно избирательно депрессировать кальцит

ибарит при отделении их от флюорита. Лигнинсульфоновые кислоты в сочетании с фтористым натрием успешно приме­ няются при селективной флотации сподумен-берилловых руд

иразделении коллективных концентратов.

10.2.5. Регуляторы сяеяы

Регуляторы среды используются для создания оптималь­ ных условий действия других реагентов при флотации. Это достигается главным образом путем изменения pH среды, уда­ ления из жидкой фазы пульпы так называемых «нежелатель­ ных» ионов, регулированием значений окислительно-восста­ новительного потенциала пульпы и процессов диспергации и коагуляции шламов. В качестве реагентов-регуляторов среды используются неорганические и органические соединения, многие из которых применяются также в качестве активато­ ров или депрессоров флотации минералов.

Регулирование pH пульпы может оказать существенное вли­ яние на состояние минеральной поверхности и собирателя в растворе, вызвать осаждение одних и растворение других ком­ понентов, присутствующих в пульпе, усилить или ослабить конкуренцию между ионами жидкой фазы пульпы и собира­ телем за место на поверхности минерала. Поэтому регулиро­ вание концентрации водородных (или гидроксильных) ионов в пульпе является одним из главных средств повышения се-