Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к процессам обогащения руд полезных ископаемых и может быть использовано для увеличения полноты извлечения ценных продуктов, в частности цинка и свинца, методом флотации.

Известен способ очистки и стерилизации жидких или газообразных сред путем обработки их импульсными высоковольтными разрядами, генерирующими УФ излучение (патент РФ №2326820, C02F 1/467, 20.06.2008).

При возникновении на поверхности водяной струи скользящего высоковольтного разряда происходит дробление струи на мельчайшие капельки, при этом в каплях воды и в потоке очищаемой среды под действием жесткого УФ излучения образуются активные частицы. Очистка и стерилизация обрабатываемых сред осуществляется в результате комплексного воздействия на органические и биологические загрязнители УФ радиации и активных радикальных частиц. Прямой эффект УФ радиации приводит к быстрой гибели бактерий и вирусов и вызывает деструкцию молекул органических загрязнений.

Однако производительность при использовании данного метода будет невысокой, т.к. вода подается на очистку тонкой струей. Полая конфигурация электродов создает риск засорения трубки для формирования тонкой водяной струи, что делает применяемые электроды малопригодными. Кроме того, для проведения процесса необходимо дополнительное оборудование, что приводит к увеличению капитальных затрат.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ обогащения сульфидных сидеритсодержащих руд (патент РФ №2123885, В03В 7/00, 27.12.1998). Предварительную обработку сульфидных сидеритсодержащих руд проводят в пульпе электровзрывом при удельной энергии 50-150 кДж/дм³. Затем пульпу подвергают магнитной сепарации и флотации. При определенных режимах электровзрывной обработки за счет целого комплекса разрядных и послеразрядных явлений сидерит, содержащийся в исходной руде, полностью разлагается и переходит в сильномагнитную форму.

Описанный способ принят за прототип изобретения.

Недостатки прототипа:

- высокие затраты энергии по сравнению с предлагаемым способом (50-150 кДж/дм³);

- необходимость дополнительного оборудования в виде контактного чана, в котором расположена электродная система и проводится электровзрывная обработка;

- необходимость дополнительных мер безопасности вследствие использования высоких энергетических воздействий.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение интенсивности и скорости осаждения дисперсных частиц из пены после флотационных машин и повышение качества очищенного раствора.

Достигается это тем, что в предлагаемом способе обогащения руд цветных металлов, включающем флотацию, предварительную обработку пульпосодержащего раствора импульсными высоковольтными разрядами и дальнейшее осаждение твердой фазы, согласно изобретению предварительную обработку пульпосодержащего раствора осуществляют импульсными высоковольтными разрядами с удельной энергией 8,6-11,2 кДж/дм³, которые подают непосредственно в трубопровод, соединяющий флотационную машину с отстойником-сгустителем.

Воздействие импульсными высоковольтными разрядами осуществляют при условии

R/R_o=10,4,

где R - радиус эффективного воздействия волн;

R_o - расстояние между электродами и R.

При этом импульсный высоковольтный разряд происходит непосредственно в трубопроводе, соединяющем флотационную машину с отстойником-сгустителем, без использования каких-либо промежуточных дополнительных емкостей типа контактного чана.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. В результате флотации получают концентрированный продукт и пульпосодержащий раствор. Далее раствор через трубопровод поступает в отстойник-сгуститель. Обработка раствора импульсными высоковольтными разрядами происходит непосредственно в трубопроводе. Это позволяет проводить процесс в непрерывном гидродинамическом режиме в отличие от прототипа, где электровзрывная обработка осуществляется в стационарном режиме, в контактном чане с электродной системой.

Формируемый импульсными высоковольтными разрядами фронт волны приводит обрабатываемую среду в сложное напряженное состояние с активным участием как волн сжатия, зависящих от энергетических параметров импульса, так и волн растяжения, от которых зависят геометрические характеристики технологического узла - расстояние между электродами R_o и радиус эффективного воздействия волн R. Путем эксперимента было доказано, что радиусы связаны соотношением R/R_o=10,4. Как видно из графика, изображенного на рисунке 1, максимум давления на фронте прямой волны (Р_м1) нелинейно возрастает с увеличением удельной энергии обработки, а величина максимума давления отраженной волны (Р_м2) стабилизируется при энергиях 8,6-11,2 кДж/дм³. Исследование влияния плотности среды на результирующее давление показало, что с увеличением плотности до ρ=1,26 г/см³, что соответствует плотности пульпы Т:Ж=1:3, наблюдается увеличение давления ударной волны, а при соотношении R/R_o>10,4 давление начинает падать, коагуляция дисперсных частиц ухудшается.

Следовательно, практическое использование ударных волн при импульсном высоковольтном разряде наиболее эффективно при R/R_o=10,4. Это позволяет определить оптимальное R.

Таким образом, в отличие от способа, принятого за прототип, можно определить оптимальный диаметр пульпопровода с учетом рассчитанного радиуса эффективного воздействия ударных волн, при котором электровзрывная обработка будет осуществляться наиболее эффективным образом.

При соотношении Т:Ж до 1:3 оптимальное расстояние R составляет 10-12,5 мм (рисунок 2). Следовательно, оптимальный диаметр пульпопровода - 25 мм.

Воздействие импульсных высоковольтных разрядов значительно снижает электрокинетический потенциал частиц. Это имеет определяющее значение с точки зрения коагуляции дисперсных частиц. Из диаграммы, изображенной на рисунке 3, видно, что потенциал достигает величины (7-9 мВ), значительно меньше предела порога коагуляции (30 мВ), что улучшает коагуляцию частиц и их последующее осаждение. Экспериментально установлено, что наиболее интенсивная коагуляция и осаждение частиц наблюдается в случае воздействия на раствор перед его осветлением импульсных высоковольтных разрядов с удельной энергией 8,6-11,2 кДж/дм³ (таблица).

Таким образом, в данных условиях электрокинетический потенциал частиц за счет обработки пульпосодержащего раствора импульсными высоковольтными разрядами при удельной энергии 8,6-11,2 кДж/дм³ достигает величины 7-9 мВ, что приводит к ускорению процесса осаждения дисперсных частиц.

При таких энергиях обработки полнота извлечения ценных компонентов максимальна, а потери продукта с осветленным раствором минимальны.

Пример реализации способа.

Исходная проба содержала, %: Pb - 4,07; Zn - 0,5; Cu - 0,17; Fe - 27,5; SiO₂ - 33,32; Al₂O₃ - 2,96; CaO - 1,86; Mn - 1,66.

Требуемая тонкость помола - 75% класса 0,074 была достигнута измельчением в лабораторной стержневой мельнице при соотношении Т:Ж:С=1:0,8:4,8.

Масса навески - 250 г. Время измельчения - 40 мин. Время флотации - 10 мин.

Режим флотации: сода (900 г/т, t_к=1 мин); сернистый натрий (30 г/т, t_к=1 мин); бутиловый ксантогенат (90 г/т, t_к=2 мин); сосновое масло (60 г/т, t_к=1 мин).

Флотация проводилась во флотационной машине объемом 1 л при концентрации твердого 25%. Температура воды - 18°С.

Далее пульпосодержащий раствор подвергали обработке импульсными разрядами с энергией от 3,4 до 16,5 кДж/дм³. Расстояние между электродами составило 12,5 мм. При этом разряды подавали непосредственно в трубопровод, соединяющий флотационную машину с отстойником-сгустителем. Диаметр трубопровода - 25 мм. Затем раствор направлялся в отстойник-сгуститель, где производилось его разделение на твердую и жидкую фазы под действием сил тяжести, и определялась эффективность отстаивания. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Экспериментальные данные показывают, что увеличение энергии импульса более 8,6-11,2 кДж/дм³ приводит к переизмельчению частиц, ухудшению их агрегации и последующему осаждению. Воздействие импульсом энергией, меньшей 8,6-11,2 кДж/дм³, не способно снизить электрокинетический потенциал частицы до величины ниже предела порога коагуляции. Как видно из таблицы, содержание твердого продукта в растворе уменьшается с 35 г/л до 0,9 г/л. Эффективность извлечения твердой фазы из пульпосодержащего раствора составляет при этом 97,4%.

Преимущества предлагаемого способа в сравнении с прототипом:

1) Раствор проходит обработку при значительно меньших удельных энергиях (8,6-11,2 кДж/дм³), что приводит к уменьшению энергетических затрат;

2) Уменьшение удельной энергии обработки позволяет снизить электрокинетический потенциал. Вследствие этого коагуляция дисперсных частиц улучшается. Содержание твердого в растворе уменьшается с 35 г/л до 0,9 г/л. Эффективность извлечения твердой фазы из пульпосодержащего раствора составляет 97,4%.

3) Обработка проводится в непрерывном гидродинамическом режиме в отличие от прототипа, где необходимо использование дополнительного оборудования;

4) Определено оптимальное соотношение расстояния между электродами R_o и радиусом эффективного воздействия волн R: R/R_o=10,4, при котором использование ударных волн при импульсном электроразряде наиболее эффективно.

5) Возможность определения оптимального диаметра пульпопровода.