Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ РЕДКОМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РУДЫ

Изобретение относится к области обогащения твердых полезных ископаемых, а именно к способам обогащения редкометаллических руд.

Редкометаллические руды являются поликомпонентным сырьем, в котором колумбит и циркон ассоциируют с монацитом, ксенотимом, урановыми минералами и редкими землями, присутствуют магнетит, касситерит и др., что предопределяет получение ниобиевого и циркониевого концентратов с попутным концентрированием редкоземельных и других ценных компонентов.

Известен гравитационный способ обогащения комплексных колумбит-цирконовых руд (отсадка, концентрирование на столах и винтовых сепараторах) с получением в итоге коллективного концентрата. Последующая доводка редкометаллического концентрата предполагает применение способов, сочетающих магнитную и электрическую сепарацию, гравитацию, флотацию, химические методы (С.И. Полькин. Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов. Москва, Недра, 1987).

Основными недостатками гравитации на стадии основного обогащения является плохая обогатимость тонковкрапленных (тоньше 0,1 мм) редкометаллических минералов и низкая технологическая эффективность гравитационных аппаратов, обусловливающих большие, иногда достигающие 30-50% потери полезных минералов в хвостах основного цикла и продуктах доводки.

Известен магнитный способ концентрирования колумбита, широко используемый главным образом на доводочных операциях (С.И. Полькин. Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов. Москва, Недра, 1987).

Недостатком применения магнитного способа также является снижение эффективности извлечения колумбита из тонких классов. Кроме того, применение его на стадии основного обогащения комплексного сырья обусловливает для извлечения немагнитного циркона разветвление технологической схемы, проблематично аппаратурное оформление промышленного процесса магнитного обогащения слабомагнитного рудного сырья.

Известны способы флотации редкометаллических минералов, основанные на применении собирателей анионного и катионного типов из класса карбоновых кислот после щелочной обработки (олеиновая кислота и ее аналоги), алкилсульфонатов (ААС), гидроксамовых кислот (ИМ-50), аминов (АНП и другие аналоги) после кислотной обработки с использованием серной, щавелевой, плавиковой кислот (Л.Я. Шубов, С.И. Иванов, Н.К. Щеглова. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья. Москва, Недра, 1990).

Недостатками карбоновых кислот являются высокая чувствительность собирателя к солевому составу жидкой фазы пульпы и как следствие этого - низкая избирательность флотации, обусловливающая применение глубокого обесшламливания, нагрева пульпы, умягчения воды и усложнение технологий перечистных и доводочных операций. Другие классы собирателей эффективны главным образом в кислых средах, что для промышленного аппаратурного оформления технологических схем негативно.

Известен другой способ флотации тонкодисперсных ниобиевых руд на основе использования анионного собирателя ИМ-50 В.Е. (Способ флотации тонкодисперсных ниобиевых руд. Патент №2220006, МПК B03D 1/02).

Недостатком способа является также необходимость применения кислых сред, отсутствие промышленного выпуска собирателя и неудовлетворительная флотируемость кремнийсодержащих оксидов (циркон и др).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ флотации руд редких металлов и олова в щелочной среде с использованием в качестве основного собирателя фосфорорганического соединения общей формулы [RO(C₂H₄O)_m]₂P(O)OM, где R - алкил С_4-20, алкил(С_8-10)фенил; M-H, K, HN(CH₂CH₂OH)₃; m=4-12, в сочетании с сульфоксильным собирателем Аспарал-Ф или с аминными солями алкилсульфатов и алкирилсульфонатов (Способ флотации руд редких металлов и олова. Патент №2381073, B03D 1/00, B03D 1/014).

Недостатком способа являются недостаточно высокие извлечение колумбита в концентрат флотации и скорость флотационного процесса, а также неудовлетворительная флотируемость кремнийсодержащих оксидов.

Технический результат изобретения - повышение эффективности флотационного обогащения за счет интенсификации флотационной активности и избирательности действия собирателя, упрощение технологической схемы и реагентной рецептуры основных и доводочных операций, возможность вовлечения в переработку тонковкрапленных колумбитовых, цирконовых и других редкометаллических руд и продуктов.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем обработку пульпы реагентом-собирателем и флотацию минералов, пульпу обрабатывают сочетанием собирателей класса жирных кислот и фосфорорганических соединений общей формулы [RO(C₂H₄O)_m]₂P(O)OM, где R - алкил С_4-20, алкил(С_8-10)фенил; M-H, K, HN(CH₂CH₂OH)₃; m=4-12, флотацию с извлечением редкометаллических минералов в коллективный концентрат и последующую флотационную селекцию коллективного концентрата с выделением ниобиевого и циркониевого концентратов. В качестве жирных кислот используют жирные кислоты таллового масла и олеиновую кислоту.

Сущность способа заключается в том, что коллективная флотация редкометаллического минерального комплекса осуществляется в содовой среде при значении pH 8÷9 в присутствии реагентов-модификаторов (жидкого стекла и кремнефтористой соли) после совместной обработки пульпы собирателями класса жирных кислот и класса фосфорорганических соединений.

В способе прототипа в качестве основного собирателя используется фосфорорганическое соединение с последующей дополнительной обработкой пульпы сульфоксильным собирателем.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что составляющими собирателя являются жирные кислоты, характеризующиеся высокими собирательными свойствами, и фосфорорганические соединения, обусловливающие избирательность флотации.

Отличием также является то, что в заявляемом способе последующая флотационная селекция коллективного концентрата осуществляется без использования какого-либо собирателя.

Из класса жирных кислот предпочтительны жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ) или олеиновая кислота, из фосфорорганических соединений - реагент Метекс. Реагенты известны и имеют промышленный выпуск.

Указанные признаки в технической и патентной литературе не обнаружены. Следовательно, изобретение отвечает критерию «изобретательный уровень».

Процесс флотации по схеме (фигура 1) проводится в две стадии: сначала в щелочной среде при значении pH в пределах 8÷9 получают коллективный концентрат, а затем в кислой среде при значении pH 3,0÷3,5 осуществляют его селекцию. При этом пульпа обрабатывается собирателем только на стадии подготовки ее к основной флотации, разделительная флотация проводится за счет собирателя основного цикла, закрепившегося на минеральной поверхности колумбита, циркона, редких земель и других сопутствующих редкометаллических и радиоактивных минералах.

Проведение щелочной флотации при осуществлении заявляемого способа технологически компактно и позволяет избирательно, без использования нагрева и других спецприемов вывести практически полностью вмещающую породу в виде хвостов флотации с минимальными потерями ценных компонентов и наиболее полно и комплексно сконцентрировать в пенном продукте колумбит, циркон и сопутствующие полезные минералы.

Заявляемый способ может применяться в процессах флотационного обогащения редкометаллических, оловянных, железных и других оксидных руд и продуктов, в том числе для доизвлечения тонковкрапленных минеральных фракций из хвостов гравитации.

Данное изобретение иллюстрируется примерами, в которых приведены результаты редкометаллической флотации применительно к исходной руде (пример 1) и хвостам гравитации (пример 2).

Проверка эффективности способа проведена применительно к редкометаллической руде Зашихинского месторождения, вещественный состав которой приведен в таблице 1.

Способ включает следующую последовательность операций (фигура 1).

Рудный материал предварительно измельчают до содержания в готовом продукте класса минус 0,074 мм порядка 50% (98% минус 0,16 мм) и проводят тонкое обесшламливание по зерну не крупнее 0,02 мм.

На стадии основной флотации:

- кондиционирование пульпы с содой при дробной ее подаче в измельчение (1,0 кг/т руды) и I обработку (0,5 кг/т). Снижение расхода соды ухудшает избирательность флотации, превышение - обусловливает рост потерь ценных компонентов в хвостах флотации;

- II обработку пульпы в течение 2 минут в слабощелочной среде (pH 8-9) с реагентами модификаторами - жидким стеклом (0,250 кг/т руды) и кремнефтористым натрием (0,200 кг/т руды) при одновременной их подаче. Расход каждого модификатора менее 0,250 кг/т недостаточен для эффективной депрессии алюмосиликатов и приводит к снижению качества пенного продукта, повышение расхода модификаторов провоцирует депрессию полезных минералов, особенно циркона, и снижение извлечения их в коллективный концентрат. Исключение из реагентной рецептуры одного из них также приводит к снижению технологических показателей;

- III обработку пульпы в течение 5 минут собирателями при расходе из расчета на жирные кислоты в пределах 0,4-0,5 кг/т руды, на фосфорорганическое соединение - 0,2-0,3 кг/т руды. Снижение расхода жирной кислоты понижает извлечение, увеличение - снижает избирательность. Изменение расхода фосфорорганического соединения главным образом отражается на качестве концентрата (снижение - усиливает проявление неизбирательных свойств жирных кислот, повышение - усиливает пенообразование и провоцирует захват пустой породы в пенный продукт);

- флотацию в течение 2-3 минут при значении pH 8,5 колумбита, циркона и сопутствующих редкометаллических минералов и две-три перечистки коллективного концентрата без реагентов продолжительностью в пределах 2 минут каждая.

На стадии флотационной селекции коллективного концентрата:

- IV обработку пульпы коллективного концентрата в течение 10 минут в сернокислой среде при значении pH 3-3,5 кремнефтористым натрием при расходе серной кислоты в расчете на руду 0,6-0,8 кг/т или в пределах 20 кг/т твердого и кремнефтористого натрия 0,20-0,25 кг/т руды или в пределах 6-8 кг/т твердого. Снижение расхода кислоты ослабляет депрессирующее действие кремнефтористой соли на циркон, повышение - снижает флотируемость колумбита и четкость его концентрирования в пенном продукте. Снижение расхода кремнефтористой соли в сернокислой среде ослабляет депрессию циркона и нарушает четкость селекции, повышение - ухудшает флотируемость колумбита;

- флотацию колумбита и других оксидов тяжелых металлов без дополнительной подачи собирателя и других вспомогательных реагентов. Циркон и сопутствующие кремнийсодержащие оксиды концентрируются в камерном продукте разделительной флотации.

На стадии основной флотации в сравнении с заявляемым способом испытано действие собирателей аналогов в индивидуальном виде (жирные кислоты таллового масла, олеиновая кислота, фосфорорганический собиратель Метекс, таблица 2).

Результаты испытаний позволяют отметить, что

- индивидуальное применение собирателей-аналогов не обеспечивает избирательность флотации по отношению к пустой породе и комплексность и полноту перевода колумбита и циркона в пенный продукт;

- сочетание собирателей (заявляемый способ) при более высоких скорости процесса (2,5 мин против 5-8,0 мин) и степени концентрирования полезных минералов (~19,5 против 4,8-10,0) обусловливает комплексное и наиболее полное (~86%) извлечение колумбита и циркона в пенный продукт при выводе из дальнейшего процесса обогащения не менее 80% рудного материала в виде отвальных хвостов флотации;

- флотация в заявляемом способе характеризуется умеренно плотной и прочной пеной, что исключает необходимость дополнительного применения регуляторов пенообразования (вспенивателя, аполярных масел) и других реагентов.

Заявляемый способ иллюстрируется данными таблиц 3 и 4 применительно к исходной руде (пример 1) и хвостам гравитации (пример 2), полученным в результате вывода из руды в цикле измельчения наиболее обособленных зернистых фракций колумбита и циркона в гравитационный концентрат и сброса первичных шламов (выход 0,79% при содержании Nb₂O₅ - 3%, ZrO₂ - 7,0% и выход 5,7% с содержанием Nb₂O₅ - 0,1%, ZrO₂ - 0,09% соответственно).

В режиме прототипа (таблица 3) получен коллективный концентрат с содержанием 3,15% оксида ниобия и 3,39% оксида циркония (степень обогащения 14,3 и 10,6 соответственно) при существенном отставании флотируемости циркона с практически двукратным превышением потерь его в сравнении с колумбитом в хвостах флотации (34,7% против 14,6%).

В режиме заявляемого способа (таблица 3, пример 1) в результате флотационного обогащения исходной руды получен обогащенный коллективный концентрат с содержанием оксида ниобия 8,29% и оксида циркония 12,3% при извлечении каждого на уровне 83% и степени обогащения - около 40. Наблюдается интенсификация флотируемости и колумбита, и особенно циркона. Кварц - полевошпатовая составляющая рудного материала практически полностью выводится на стадии основного обогащения в виде хвостов флотации с отвальными содержаниями ценных компонентов.

Эффективность редкометаллической флотации применительно к хвостам гравитации (таблица 3, пример 2) в режиме заявляемого способа равнозначна флотационному обогащению исходной руды.

Разделительная флотация (таблица 4) коллективного концентрата при малом его выходе в расчете на руду (в пределах 2,0-2,5%) в относительно простом реагентном режиме позволяет четко сконцентрировать в пенном продукте колумбит, в камерном - циркон, что значительно упрощает технологию их доводки и подготовки к дальнейшей переработке.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:

- значительное повышение избирательности и интенсивности редкометалльной флотации;

- упрощение реагентной рецептуры;

- существенное сокращение за счет высокой степени обогащения количества материала на доводочные операции и упрощение схемы доводки;

- получение возможности эффективной переработки тонковкрапленных редкометаллических руд и продуктов.