Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ФЛОТАЦИИ РУД

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к выбору флотационных реагентов для флотации руд.

Известен способ обогащения сульфидных руд, в котором дополнительно к основному сульфгидрильному собирателю добавляют реагент, снижающий флотируемость минералов [Патент 2379116 С1. Способ флотации сульфидных руд цветных металлов. Бочаров В.А., Игнаткина В.А. и др. Опубл. 20.01.2010, Бюл.№2].

Недостатком способа является то, что подбор реагентов осуществляется без достаточного научного обоснования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, заключающийся в применении сочетаний собирателей при флотации труднообогатимых руд цветных металлов [Игнаткина В.А. Развитие теории селективности действия сочетаний собирателей при флотации труднообогатимых руд цветных металлов. Автореферат. Москва. НАТУ МИСиС, 2011 г.; «Горный информационно-аналитический бюллетень» 2006. №12. С.334-340. Ст. Игнаткина В.А., Бочаров В.А. «Основные принципы выбора селективных собирателей при флотации минералов с близкими флотационными свойствами»].

Недостатком является то, что сочетание реагентов определяется в результате длительных экспериментальных работ и смесь определяется из уже известных реагентов. Создание композиции реагентов, как правило, не поддается количественной оценке, а чтобы добиться хорошей селекции при флотации полиметаллических руд необходимо использовать три фактора:

- химическую активность собирателя (прочность связи его терминальной группы с катионом флотируемого минерала);

- дисперсионное взаимодействие углеводородных цепей;

- действие модификаторов (депрессоров и активаторов).

Данный путь практически себя исчерпал, т.к. число описанных и изученных группировок не превышает десяти.

Целью изобретения является повышение эффективности при подборе композитов реагентов.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в обеспечении подбора композитов реагент для максимального извлечения ценных компонентов на основе компьютерной технологии и химических программ.

Предлагается составлять композиции на основе современных представлений и квантово-химических расчетов при использовании химических программ.

Использовали для компьютерного моделирование реагентов программу Chem Bio 3D специализированного комплекса Chem Office корпорации Cambridge Soft. Компьютерные данные получали после минимизации ММ2. Основой для вычисления потенциальной энергии молекулы или совокупности молекул как ансамбля атомов является аддитивная схема, в рамках которой общая потенциальная энергия системы представляется в виде суммы парных взаимодействий отдельных атомов или атомных групп.

В программе Chem Bio 3D используется расширенная и модифицированная версия поля ММ2. Энергия растяжения валентных связей в силовом поле ММ2 вычисляется в гармоническом приближении. Значения данных параметров были рассчитаны Элинджером для различных пар атомов, таких как С-С, С-Н, С-O и других, на основании обработки экспериментальных данных по колебательным спектрам. Значения деформации валентных углов рассчитаны для различных групп атомов, таких как С-С-С, С-О-С, С-С-Н. Для каждой тройки атомов равновесное значение угла зависит от того, с какими другими связан центральный атом. Поправка изгиб-растяжение учитывает изменение длины связи при изменении валентного угла.

В качестве функции силового поля для энергии ван-дер-ваальсовых взаимодействий в программе Chem Bio 3D используется потенциал «6-ехр», включающий степенной и экспоненциальный члены. Степенная функция описывает притяжение атомов на больших расстояниях, а экспоненциальная - отталкивание на близких расстояниях. При расчете энергии ван-дер-ваальсовых взаимодействий программа производит раздельное вычисление сумм по двум группам атомов: группе атомов, разделенных друг от друга тремя валентными связями, и группе атомов, разделенных более чем тремя валентными связями или вообще принадлежащих разным молекулам. Первая группа называется ¼ ван-дер-ваальсовым взаимодействием, вторая, соответственно, не ¼ ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями.

Дипольный момент (Д.М.) молекулы характеризует электрические свойства молекулы как системы заряженных частиц. У полярных молекул постоянный (собственный) Д.М. равен произведению расстояния между « центрами тяжести» положительных и отрицательных зарядов на их величину и направлен (условно) от отрицательного заряда к положительному.

Каждая химическая связь в молекуле имеет в большей или меньшей степени полярный характер, который зависит от различных эффективных зарядов атомов связи, и, следовательно, химической связи может быть приписан определенный Д.М. Изучение Д.М. химической связи позволяет судить о возможных конфигурациях и комформациях молекул.

Было проведено сравнение способа флотации руд со способом, выбранным в качестве прототипа.

Разработанный способ позволяет заранее подбирать композиты реагентов для максимального извлечение металлов. Для этого определяют основные компьютерные параметры общей стерической энергии ряда флотационных реагентов, распределения электронной плотности (заряда) на отдельных атомах, ван-дер-ваальсово и дипольное взаимодействия, построены молекулярные орбитали и вычислена энергия их уровня.

Ниже приведены расчеты необходимой композиции для максимального извлечения металлов платиновой группы (МПГ) из руд. В таблице 1 представлены флотореагенты, которые используются при флотации данных руд, и их компьютерные параметры.

Применяемые реагенты характеризуются: практически одинаковой

энергией, растяжением валентных связей, изгибом валентных углов. Для Диизобутил ДТФИНа, Бутил К×Н практически одинаковы диполь/дипольные взаимодействия.

Отличаются параметры:

- для Диизобутил ДТФИНа внутреннее вращение 2.6206;

- для Бутил К×Н не ¼ ван-дер-ваальсово взаимодействия -0.3746;

- для ДибутилДТФН ¼ ван-дер-ваальсово взаимодействия 8.8701, диполь/дипольное взаимодействие-0.3299, а также зарядом на фосфоре и протонах.

Пример 1. Для флотации MПГ из кека выщелачивания пирротина принимали реагенты: бутиловый ксантогенат калия (Бутил К×К) в сочетании с дибутиловым дитиофосфатом (ДибутилДТФН) и реагентом AeroPhine 3418А-(50% раствор диизобутилдитиофосфина натрия Диизобутил ДТФИНа производства Cytec Industries Inc.).

Расход флотационных реагентов был следующим: 120 г/т Бутил К×К, 70 г/т ДибутилДТФН и 100 г/т Диизобутил ДТФИНа (50 г/т фосфината натрия), т.е. отношение 120:70:50. или по отношению к Диизобутил ДТФИНа 1:1,4 ДибутилДТФН:2,4 Бутил К×К.

Определяют коэффициенты путем умножения компьютерных параметров на расход реагентов, выраженных в моль. Принимают параметры:

- не ¼ ван-дер-ваальсово взаимодействия,

- ¼ ван-дер-ваальсово взаимодействия;

-диполь/дипольное взаимодействие.

Для Диизобутил ДТФИНа: 0,238х×-3.0632+0,238×4.3302+0,238×0.4956=0,419

:-0,73+1,031+0,118=0,419

Для Бутил К×К:0,799×-0.3746+0,799×5.1176+0,799×0.4152=4,121

:-0,3+4,089+0,332=4,121

Для Дибутил ДТФН: 0,289×-3.1752+0,289×8.8701+0,289×-0.3299=1,55

:-0,918+2,563 -0,095=1,55

∑=0,419+4,121+1,55=6,09

При извлечении МПГ порядка 81,0% предлагаемый коэффициент равен 6.09

Коэффициенты для растяжения валентных связей:

Коэффициенты для изгиба валентных углов:

∑=0,749+3,367=4,116

Пример 2. Для медно-никелеевой MПГ-содержащей руды применяли реагенты: диизобутил ДТФИНа м.в. 210,34 расход 10,20,30 г/т; Диметилдитиокарбамат натрия(ДМДТС) м.в. 121.22 расход 100 г/т; Бутил К×Н м.в. 150,26 расход 10 г/т [5].

При данном расходе количество молей реагентов:

Диизобутил ДТФИНа: 10/210,34=0,048; 20/210,34=0,0952; 30/210,34=0,143 Бутил К×Н 10 г/т: 10/150,26=0,067

Диметилдитиокарбамат натрия (ДМДТС) 100/121,22=0,825

Коэффициент с учетом компьютерных параметров составит:

для Диизобутил ДТФИНа: 0,048×-3.0632+0,048×4.3302+0,048×0.4956=0,085

:-0,147+0,208+0,024=0,085

для Диизобутил ДТФИНа: 0,0952×-3.0632+0,0952×4.3302+0,0952×0.4956=0,167

:-0,292+0,412+0,047=0,167

для Диизобутил ДТФИНа: 0,143×-3.0632+0,143×4.3302+0,143×0.4956=0,252

:-0,438+0,619+0,071=0,252

для Бутил К×Н: 0,0666×-0.3746+0,0666×5.1176+0,0666×0.4152=0,3507

:-0,0250+0,3408+0,0277=0,3507

для ДМДТС: 0,825×2.2390+0,825×1.7483+0,825×-2.7717=1,002

: 1,847+1,442-2,287=1,002

Экспериментально было установлено, что при Диизобутил ДТФИНа 10 г/т - извлечение Рt-71,28; Рd-85,85; при Диизобутил ДТФИНа 20 г/т-извлечение Pt-81,85; Pd-90,18; при Диизобутил ДТФИНа 30 г/т-извлечение Pt-81,44; Pd-92,41.

Коэффициент определен для:

1) 0,085+0,3507+1,002=0,085+1,3527=1,4377; при 10 г/т-извлечение Pt-71,28; Pd-85,85;

2) 0,167+0,3507+1,002=1,5197; при 20 г/т-извлечение Pt-81,85; Pd-90,18;

3) 0,252+0,3507+1,002=1,6047; при 30 г/т-извлечение Pt-81,44; Pd-92,41.

Для максимального извлечения МПГ коэффициент в пределах 1,5197-1,6047.

Общая энергия флотореагентов:

При расходе 10 г/т: 8.2036×0,085=0,697+8.2853×0,0666(0,552)+6.1198×0,825(5,049)=6,298

При расходе 20 г/т: 8.2036×0,0952=0,781+0,552+5,049=6,382

При расходе 30 г/т: 8,2036×0,143=1,173+0,552+5,049=6,774

Способ осуществляется следующим образом. Для используемых реагентов при флотации строят молекулярную модель. Затем производят минимизацию энергии посредством опции ММ2 и определяют компьютерные параметры. С учетом требуемого расхода реагента и компьютерных параметров определяют величину коэффициента для флотации руд, содержащих МПГ.

Данный способ позволяет создать композит флотореагентов для максимального извлечения МПГ из медно-никелевых руд и кека выщелачивания пирротина.