Флотация солеобразных минералов

К малорастворимым солеобразным минералам (IV класс минералов по флотируемости) относятся: фосфаты (апатит и фосфориты); вольфраматы (шеелит, вольфрамит, гюбнерит и ферберит); фториды (флюорит, криолит); бораты (ашарит, иньонит, гидроборацит и другие); карбонаты (кальцит, известняк, мел, витерит, стронцианит, магнезит, доломит, сидерит, родохрозит и другие); сульфаты (барит, целестин, алунит) и другие. Первые четыре группы минералов этого класса представляют интерес в связи с промышленной ценностью их анионов как сырья для производства соединений фосфора, вольфрама, фтора и бора. Другие служат сырьем для производства соединений бария, стронция, алюминия, магния и других. Часть минералов этого класса используется в качестве огнеупоров (магнезит, доломит), флюсов (известняк) и сырья для производства цемента.

Крупным объектом флотационного обогащения являются руды фосфатные, шеелитовые и флюоритовые. Барит чаще флотируют из комплексных руд в качестве одного из полезных компонентов. Кальцит и известняк обычно флотируют с целью очистки от них концентратов других полезных минералов и за последние годы все чаще для получения товарных продуктов.

К растворимым солеобразным минералам (VI класс минералов по флотируемости) относятся природные соли − хлориды и сульфаты калия, натрия и магния или двойные их соли. Они обогащаются флотацией для получения калийных удобрений.

Малорастворимые минералы класса солеобразных с ионной кристаллической решеткой, в состав которых входят щелочноземельные катионы (кальций, стронций, барий, магний) успешно флотируются при помощи карбоновых кислот и их мыл, а также алкилсульфатов. Их флотируемость различными типами собирателей детально изучена.

Наиболее часто используемая в качестве собирателя олеиновая кислота заменяется в последние годы продуктами переработки таллового масла, синтетическими карбоновыми кислотами из мягких и жидких парафинов, окисленным рисайклом и т. д. Ионный характер связей, преобладающий в кристаллических решетках солеобразных минералов, определяет в большинстве случаев ведущую роль ионных связей при хемосорбционном закреплении собирателей на минералах.

Ввиду высокой флотационной активности минералов этого класса при использовании карбоксильных собирателей для обогащения руд солеобразных минералов чаще всего применяют прямую флотацию.

Различная интенсивность флотации карбоксильными собирателями солеобразных минералов может быть поставлена в связь с химическими свойствами катионов их кристаллических решеток. Произведение растворимости жирно-кислотных мыл железа и марганца того же порядка, что и мыл кальция; между тем для двухвалентных железа и марганца произведение растворимости гидроокисей на 9 порядков меньше, чем для кальция. Таким образом, ион ОН может сильно конкурировать с анионом карбоксильного собирателя при химическом его взаимодействии на поверхности минералов с катионами железа и марганца.

Флотация карбоксильными собирателями чаще всего ведётся в щелочной среде с добавкой соды, реже едкого натра. При загрузке в мельницу сода уменьшает активацию минералов окислами железа. В качестве основного депрессора минералов пустой породы (силикатов и окислов) используется силикат натрия иногда в сочетании с содой. За последнее время часто испытывается для этой цели кремнефтористый натрий.

При селективной флотации руд, содержащих несколько солеобразных минералов, подбор регуляторов более сложен. В качестве избирательных депрессоров кальцита используются смеси силиката натрия с солями алюминия, железа, меди, большие расходы или подкисленные растворы силиката натрия, сульфитно-целлюлозный щелок, сульфит-спиртовая барда и т. д. Для депрессирования апатита применяют повышенные расходы силиката натрия, фосфорную кислоту. Барит депрессируют декстрином, хроматом и бихроматом калия. Изыскание устойчиво действующих при переменном составе руд избирательных депрессоров представляет сложную задачу. Применение в качестве собирателя алкилсульфатов, интенсивно флотирующих барит, слабее флюорит или кальцит и весьма мало шеелит, создает дополнительные возможности при флотации сложных руд солеобразных минералов.

При доводке черновых концентратов в некоторых случаях используют более дорогой способ − горячую обработку их растворами силиката натрия повышенных концентраций по Петрову или смесью силиката натрия с небольшими количествами соды, сернистого или фтористого натрия.

Использование анионных собирателей предпочтительно вследствие высокой собирательной способности и меньшей стоимости многих других собирателей. К их недостаткам следует отнести чувствительность к жесткости воды, катнонному составу жидкой фазы пульпы, кислой среде, а также трудность флотации при пониженной температуре пульпы. Использование жирных кислот с двумя и более непредельными связями; специальных стабилизирующих добавок, уменьшающих мицеллообразование; умягченной воды, а также алкилсульфатов расширяет возможности флотации анионными собирателями.

Значительно реже для флотации руд солеобразных минералов используются катионные собиратели, хотя они весьма перспективны. При обогащении фосфатных и магнезитовых руд собиратели ИМ-11 и АНП-14 иногда используются для обратной флотации с извлечением в пенный продукт небольших количеств кварца, окислов и силикатов. В некоторых случаях для уменьшения потерь солеобразного минерала в пенном продукте применяют органические депрессоры − крахмал и другие.

Схемы обогащения руд солеобразных минералов при простом вещественном составе включают прямую флотацию с перечистками концентрата и часто с контрольной флотацией хвостов. Если в руде содержатся сульфидные (галенит, сфалерит, молибденит) или аполярные минералы (тальк), они предварительно флотируются в отдельном цикле, а флотация солеобразных минералов ведется из камерного продукта сульфидной или аполярной флотации.

Более сложны схемы обогащения тех рудных комплексов, в состав которых входит несколько полезных солеобразных минералов с близкими поверхностными свойствами. Для них используются две принципиальные схемы − последовательно-селективной и коллективно-селективной флотации.

При селективной флотации легкофлотируемые аполярные минералы или минералы, флотируемые собирателями более избирательными, например ксантогенатами (сульфиды), как отмечено выше, извлекаются в головных операциях схемы. Следующая задача сводится к возможно более полной и избирательной флотации солеобразного полезного минерала. Затем извлекается в пенный продукт второй солеобразный полезный минерал, если он содержится в руде.

В большинстве случаев черновые концентраты содержат некоторое количество минералов-примесей, наиболее близких по свойствам к флотируемым. Их флотационное разделение в перечистных или доводочных циклах затрудняется тем, что все они гидрофобизированы собирателем и подготовлены к флотации. Использование дополнительных количеств тех же депрессоров, которые применялись в основной флотации, часто дает эффект. В некоторых случаях, однако, оказываются необходимыми более сильные избирательные депрессоры или дегидрофобизация сфлотированных минералов. Приемы, используемые для решения этих задач различны. Иногда создается среда, в которой собиратель основного цикла слабо активен, например, кислая среда для концентрата, полученного карбоксильным собирателем, и в этих условиях ведется флотация новым собирателем, например, алкилсульфатом. Иногда черновые концентраты обрабатываются растворами (с подогревом и без него) депрессоров (силиката натрия и других) при концентрациях реагентов, доходящих до нескольких десятков граммов в литре. Эти процессы дороже обычных, используемых во флотации, и экономически приемлемы, если их применять для черновых концентратов при малом выходе последних.

При коллективной флотации нескольких солеобразных полезных минералов черновой коллективный концентрат также перечищается, после чего его подвергают селективной флотации, условия которой принципиально близки к описанным выше.

Некоторые руды смешанной вкрапленности (флюоритовые, апатитовые) уже при грубом измельчении содержат свободные частицы полезных минералов. При флотации крупных частиц получается иногда недостаточно высокое извлечение. Для флотации грубозернистого апатита часто используют столы, винтовые сепараторы. В настоящее время созданы конструкции пневматических машин со слабой турбулентностью пульпы, в которых ведется флотация апатита крупностью минус 6,8 плюс 0,2 мм.Для усиления гидрофобизирующего действия анионных собирателей и флотации избыточных зерен в состав реагентов вводятся нефтяные масла.

Иногда флотационное обогащение руд солеобразных минералов смешанной вкрапленности сочетается с гравитационным. При обогащении вольфрамитовых и флюоритовых руд гравитационными методами часто извлекается зернистая часть полезного минерала. Другой задачей гравитационного цикла может быть удаление хвостов гравийно-зернистой крупности, что уменьшает количество материала, идущего в тонкое измельчение и флотацию, и при большем масштабе производства существенно удешевляет обогащение.

Флотационное обогащение растворимых солей осуществляется в концентрированных насыщенных их растворах. Принципиальная возможность флотации в концентрированных солевых растворах была установлена в работах Б. Ф. Пылаева и М. А. Эйгелеса. Этот новый характер жидкой фазы суспензии приводит к существенным изменениям во флотационном поведении солей. В ряде исследований выявлено интенсивное влияние состава и концентрации раствора на флотируемость растворимых солеобразных минералов. Например, по данным С. А. Кузина, присутствие NaCl уменьшает и затем прекращает флотацию KCl жирными кислотами, хотя в отдельности каждый из минералов флотируется этими собирателями. По выводам Л. И. Стремовского в растворе нескольких солей уменьшается флотируемость той соли, растворимость которой в новой среде уменьшается.

В качестве собирателей для флотации солей могут быть использованы алкилсульфаты, карбоновые кислоты, синтетические карбоновые кислоты, амины и другие.

Наиболее ценными собирателями оказались первичные амины, поднимающие в пенный продукт калийные соли при флотации крупноизмельченных (до 0,75мм)природных солей. Возможность флотации солей аминами связывается некоторыми исследователями с близостью параметров кристаллической решетки и полярной группы амина. В других исследованиях отмечается, что при положительном тепловом эффекте растворения соли ее флотация возможна только сильно полярными карбоксильными собирателями. Такие соли не должны флотироваться аминами и сульфонатами. Экспериментальные данные в ряде случаев подтверждают и ту, и другую гипотезу. Вместе с тем ряд опытных данных не согласуется ни с одной из гипотез.

Некоторые схемы обогащения несульфидных руд приведены на рисунках 3.6 – 3.7.

Рис.3.6. Принципиальная схема обогащения фосфатно-редкоземельной руды

В работах последних лет установлено, что октадециламин адсорбируется и на галите и на сильвине, но на последнем с большей скоростью и интенсивностью. В смеси сильвина и галита первый практически полностью поглощает амин. Именно с этим явлением связывается флотация сильвина аминами из пульп, в которых он содержится вместе с галитом.

Рис. 3.7. Схема обогащения графитовой руды на Завальевском комбинате

Исследования по кинетике прилипания частиц сильвина в присутствии октадециламина показывают обычное для собирателя резкое уменьшение времени индукции, большее для хлористого калия и меньшее для хлористого натрия. Депрессор (хлористый магний) увеличивает время индукции. Эти данные находятся в хорошем согласии с представлениями о зависимости флотации KCl и NaCl от скорости закрепления на них амина.

Лекция 16

План лекции:

1. Классификация флотационных машин [1 с.540-542, 2 с.304-305, 3 с.202-203]

2. Механические флотационные машины [1 с.550-588, 2 с.311-317, 3 с.204-212]

3. Пневмомеханические флотационные машины [1 с.559-566, 2 с.318-324, 3 с.213-215]