Підвищення селективності розділення комплексних флюоритових руд на основі особливостей структури мінералів та адсорбції реагентів - Автореферат

Криворізький технічний університет Робота виконана у відділі збагачення руд кольорових металів та феросплавної сировини науково-дослідного інституту Механобрчормет і на кафедрі збагачення корисних копалин Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України Офіційні опоненти доктор технічних наук, професор Губін Георгій Вікторович Криворізький технічний університет, завідувач кафедрою збагачення корисних копалин доктор технічних наук, професор Пілов Петро Іванович Дніпропетровськ, проректор з навчальної роботи, завідувач кафедрою збагачення корисних копалин кандидат технічних наук Магарь Надія Георгіївна, Філія Запорізького інституту економіки та інформаційних технологій Міністерства освіти і науки України, м. Захист відбудеться “29” липня 2000 р. о “11” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.03 у Криворізькому технічному університеті за адресою: ауд.Вирішити проблему дефіциту вітчизняної флюоритової сировини можливо шляхом створення підприємства по переробці комплексних флюоритових руд на базі розвіданого Бахтинського родовища, а також Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони. Бахтинське родовище знаходиться у Віницькій області - Подільській тектонічній зоні, а Центральна ділянка - у північ-но-західній частині Українського кристалічного щита. Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні задачі: - вивчення мінералогічних, trialних, хімічних та флотаційних властивостей головних мінералів родовищ Бахтин та Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони; Упереджене утворення хемосорбційного шару, на поверхні якого фізично сорбуються іони, молекули та молекулярні комплекси аніонактивного колектору талактаму, забеспечує достатню для флотаційного збагачення комплексних флюоритових руд України гідрофобізацію поверхні флюориту, кварцу та польового шпату. Селективність дії та поверхневу активність органічних сполук, як реагентів при флотаційному розділенні кварцу та польових шпатів комплексних флюоритових руд України , визначає взаємозвязок адсорбції реагентів та енергій вищих зайнятих та нижчих вільних молекулярних орбіталей оксидів мінералів і колекторів, що доближаються відповідно до 2 та 10 ЕВ.Вивчення механізму взаємодії реагентів з поверхнею флюориту, кварцу, польового шпату призвело до розробки ряду гіпотез, заснованих на хімічній та фізичній адсорбції, які до цього часу не дають загального уявлення про процес. У другому розділі викладено результати дослідження речовинного складу флюорит-кварц-польовошпатової руди Бахтинського родовища та ітрофлюоритової руди Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони. Відмічено, що головними породоутворюючими мінералами руди є флюорит, кварц, польові шпати. Встановлено, що відмінною особливістю руди є те, що флюорит виконує цементуючу роль для зерен кварцу та польових шпатів. В результаті вимірювання ?-потенціалів встановлено, що ізоелектрична точка флюориту із руд Бахтинського родовища, досягається ПРИРН~10, кварцу - ПРИРН ~4, польових шпатів-ПРИРН ~ 3.У результаті дослідження механізму флотації флюориту вирішено ряд теоретичних питань: - методом ІЧ-спектроскопії вивчено дію й форми закріплення талактаму та МСТМ на поверхні мінералів. Встановлено, що має місце як фізична, так і хімічна сорбція цих колекторів на поверхні флюориту, кварцу та польових шпатів. сформульовано механізм взаємодії талактаму з поверхнею флюориту, кварцу й польових шпатів, який полягає у тому, що спочатку утворюється хемосорбційний шар, на поверхні якого фізично сорбуються іони, молекули та молекулярні комплекси реагенту. Вперше розроблена модель флотації польового шпату та кварцу руд Бахтинського родовища, яка відображає взаємозвязок атомно-молекулярної структури мінералу та адсорбції ПАР на оксидах кремнію та алюмінію. В роботах, написаних у співавторстві, дисертанту належить: в [1, 2] - аналіз технологічних моделей, в [3, 9, 8, 11] - розробка методики проведення, аналіз результатів досліджень, вибір оптимального режиму, висновки, в [4] - розробка методики проведення, аналіз результатів досліджень флотації польового шпату, в [7] - аналіз флотаційної практики збагачення польовошпатових руд, напрямків рішення проблем розділення кварцу та польового шпату. trialик Т. А.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічної задача - створення технології збагачення флюорит-кварц-польовошпатових руд двох родовищ України.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному.

1. Розглянуті структурні та флотаційні властивості флюориту, кварцу й польових шпатів. Показано, що подібність властивостей кварцута польового шпатуобумовлюють значні труднощі їх флотаційного розділення.

2. У результаті дослідження механізму флотації флюориту вирішено ряд теоретичних питань: - методом ІЧ -спектроскопії вивчено дію й форми закріплення талактаму та МСТМ на поверхні мінералів. Встановлено, що має місце як фізична, так і хімічна сорбція цих колекторів на поверхні флюориту, кварцу та польових шпатів. При цьому, з підвищенням РНВІД 9 до12 зростає доля хемосорбованих іонів;

- сформульовано механізм взаємодії талактаму з поверхнею флюориту, кварцу й польових шпатів, який полягає у тому, що спочатку утворюється хемосорбційний шар, на поверхні якого фізично сорбуються іони, молекули та молекулярні комплекси реагенту.

12

- результати вимірювання ?-потенціалу поверхні мінералів показали, що талактам має більш сильні властивості колектора, ніж МСТМ, по відношенню до флюориту Бахтинського родовища;

-встановлено оптимальне співвідношення депресорів -силікатунатрію та сульфатуалюмінію (1,7 : 1), яке забезпечує отримання флюоритових концентратів з масовою часткою CAF2 95,7 - 95,8 %;

- у результаті математичної обробки досліджень кінетики флотації флюориту визначено, що швидкість процесу підпорядковується рівнянню двомірної дифузії.

3. Вперше розроблена модель флотації польового шпату та кварцу руд Бахтинського родовища, яка відображає взаємозвязок атомно-молекулярної структури мінералу та адсорбції ПАР на оксидах кремнію та алюмінію. При цьому встановлено, що: -якщо ПАР адсорбується на оксиді кремнію, то він обовязково буде адсорбуватися і на оксиді алюмінію;

- максимальну поверхневу активність мають сполуки з енергіями ВЗМО та НВМО, які наближаються відповідно до 2 та 10 ЕВ;

- найбільш селективні сполуки з NH2-групами;

- процес катіонної флотації польових шпатів описується кінетичним рівнянням 1-го порядку. 4. На підставі теоретичних досліджень флотації флюориту науково обґрунтовані та розроб- trial

- технологічна схема пінної сепарації ітрофлюоритової руди Центральної ділянки Сущано-Пержанської зони;

- дві технології селективного флотаційного розділення флюорит-кварц-польовошпатових руд Бахтинського родовища.

5. У напівпромислових умовах уточнені оптимальні параметри розроблених технологічних схем, уяких передбачено два окремих цикли водооберту: флюоритовий та кварц-польовошпатовий. Для забезпечення екологічної безпекидвох технологій збагачення руди розроблені режимиобробки відходівсірчаною кислотою, сульфатом алюмінію та бентонітом з метою їх очисткивід реагентівдо норм ГДК та режим очистки відходячих газів флотації від іонів тетрафторидукремнію. Встановлені оптимальні витрати: сірчаної кислоти - 0,15, сульфату алюмінію - 0,4, бентоніту - 5,3 кг/м3 оборотної води.

6. Показано, що обидва варіанти збагачення руди забезпечують отримання конкурентtrialроможних на світовому ринку флюоритових, кварцових та польовошпатових концtrialтів. Встановлена придатність флюоритових концентратів Бахтинського родовища для дифузійного розкислення прецизійних марок сталі та виробництва флюсу АНФ-6, а кварцових й польовошпатових концентратів - для отримання високоякісних фарфорових trialів.

7. Встановлено, що варіант схеми з катіонною флотацією польових шпатів забезпечує ма-ловідхіднутехнологію й високі техніко-економічні показники. Витрати у цінах 1999 рока, стосовно фабрики продуктивністю 500 000 т/р склали: капітальні - 90,09 млн. грн, експлуатаційні -15,424 млн. грн. Визначено, що окупність підприємства за умов реалізації продукції за цінами світового ринку змінюється від 5,98 до 12,7 років, рівень рентабельності підприємства до основних фондів - від 7,5 до 11,51 %, у залежності від масової частки флюориту в вихідній сировині.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У РОБОТАХ: 1. Адсорбция органических соединений из водных растворов на силикагеле и ? - оксиде алюминия/ Н. В. Николенко, И. Б. Таран, И. Л. Плаксиенко, Н. К. Воробьев, Т. А. Олейник /Коллоидный журнал, 1997 - том 59, № 4. - С. 514 - 519).

2. Адсорбция органических соединений из водных растворов на силикагеле и ?-оксиде алюминия: анализ взаимодействия граничных орбиталей/Н. В. Николенко, И. Б. Таран, И. Л. Плаксиенко, Н.К. Воробьев, Т.А. Олейник / Вопросы химии и химической технологии, Днепропетровск, -1998 - № 1 - с. 15-18

3. Разработка технологии обогащения флюорит-кварц-полевошпатовых руд Бахтынского месторождения/Л. С. Воробьева, Т. А. Олейник, П. Б. Тасиц, Н. К. Воробьев, Ю. А. Новосельцев//

13

Новые технологии и техника для переработки руд черных металлов. Сб. статей// Механобрчемет. - Кривой Рог, 1995.- С. 116 -120

4. Технология обогащения редкометально-нефелин-полевошпатовых руд одного из месторождений Приазовья /Н. К. Воробьев, Г. А. Дошлыгина, З. В. Лободина, Л. С. Воробьева, Т .А. Олейник, Е .М. Коваль// Новые технологии и техника для переработки руд черных металлов. Сб. статей// Механобрчемет. - Кривой Рог, 1995.- С. 121-127

5. Олейник Т. А. Иттрофлюоритовые руды Центрального участка Сущано-Пержанской зоны и особенности их переработки//Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 1: Сб. научных трудов// Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 92-95

6. Олейник Т. А. Формирование оборотной воды при флотационном обогащении флюорит-квац-полевошпатовых руд Бахтынского месторождения//Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 1: Сб. научных трудов// Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 95 - 101.

7. Олейник Т. А., Губин Г. В. Современные проблемы производства полевошпатовых концентратов и пути их решения// Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 2: Сб. научных трудов//Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 97 - 105.

8. Олейник Т. А., Николенко Н. В. Поиск возможности повышения селективности разделения кварца и полевых шпатов в щелочной среде// Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 2: Сб. научных трудов//Механобрчермет. - Кривой Рог, 1998. - С. 105 - 115.

9. Сравнительные испытания катионной и анионной флотации кварц-полевошпатовых хвостов флюоритовой флотации руд Бахтынского месторождения/Олейник Т. А., Воробьева Л. С., Тасиц П. Б., Воробьев Н. К.// Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 3: Сб. научных трудов//Механобрчермет. - Кривой Рог, 1999. - С. 53 - 58.

10. Олейник Т. А. Особенности взаимодействия карбоксильных собирателей с поверхностью ми-нераловв условиях прямой селективной флотации флюорита из руд Бахтынского месторождения /Збагачення корисних копалин. Науково-технічний зб.// Національна Гірнича Академія України - Дніпропетровськ, 1999. - С. 92-97

11.Комплексная переработка иттрофлюоритовых руд Житомирской области/ Олейник Т. А. и др.//Тез. докл. II Международной науч.-техн. конф Благородные и редкие металлы - Донецк: государственный технический университет. - 1997. - С. 161-162.

В роботах, написаних у співавторстві, дисертанту належить: в [1, 2] - аналіз технологічних моделей, в [3, 9, 8, 11] - розробка методики проведення, аналіз результатів досліджень, вибір оптимального режиму, висновки, в [4] - розробка методики проведення, аналіз результатів досліджень флотації польового шпату, в [7] - аналіз флотаційної практики збагачення польовошпатових руд, напрямків рішення проблем розділення кварцу та польового шпату. trialик Т. А. Підвищення селективності розділення комплексних флюоритових руд на основі особливостей структури мінералів та адсорбції реагентів - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 15. 08 - збагачення корисних копалин - Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2000.

Дисертацію присвячено питанням розробки технології збагачення комплексних флюоритових руд двох родовищ України на основі встановлення закономірностей та залежностей селективності розділення мінералів від їх структури та адсорбції ПАР. В дисертації визначені основні показники, що впливають на процеси флотації флюориту, кварцу, польових шпатів. Вперше сформульовано механізм дії талактаму як колектора при збагаченні комплексних флюоритових руд, а також модель флотації кварцу, польових шпатів на підставі визначення енергії нижчих вільних та вищих зайнятих молекулярних орбіталей. Розроблено дві технології збагачення руд. Результати досліджень підтверджені випробуваннями в напівпромислових умовах. Основні результати праці знайшли впровадження при розробці техніко-економічного обгрунтування кондицій по Бахтинсь-кому родовищу плавикового шпату.

14

Ключові слова: флюорит, кварц, польові шпати, флотаційне збагачення, адсорбція, молекулярні орбіталі, реагентний режим.

Otrialk Т. А. Повышение селективности разделения комплексных флюоритовых руд на основе особенностей структуры минералов и адсорбции реагентов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.08 - обогащение полезных ископаемых - Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки технологии обогащения комплексных флюоритовых руд двух месторождений Украины на основе установления закономерностей и зависимостей селективности флотационного разделения минералов от их структуры и адсорбции ПАВ.

В работе использованы численные методы, комплекс физико-химических методов, ИК

-спектроскопия, спектрофотометрия, измерение ? -потенциала, изучение адсорбции реагентов на атомно-молекулярном уровне и флотация минералов.

Анализ вещественного и минерального состава руд Бахтынского месторождения и Центрального участка Сущано-Пержанской зоны показал, что главными породообразующими минералами являются флюорит, кварц и полевые шпаты. Руды Бахтынского месторождения не имеют аналогов. В руде Центрального участка Сущано-Пержанской зоны присутствуют редкоземельные элементы. Установленные особенности состава и строения комплексных флюоритовых руд определили флотационное разделение минералов.

В работе установлены закономерности изменения флотационных свойств руды, позволяющие обоснованно выбрать оптимальный режим разделения минералов. Впервые сформулирован механизм действия таллактама, как коллектора при флотации комплексных флюоритовых руд. Методом ИК -спектроскопии установлено, что имеет место как физическая, так и химическая сорбция карбоксильных собирателей, а с увеличением РН от 9 до 12 возрастает доля хемосорби-роанных ионов. Установлено, что эффективность флотации флюорита зависит от сочетания де-пресоров: силиката натрия и сульфата алюминия и только при их соотношении 1.7:1 можно получить флюоритовые концентраты с массовой долей полезного компонента 95,7…95,8 %.

В работе показано, что подобие свойств кварца и полевого шпата обуславливает значительные трудности их разделения. Впервые предложена модель флотации кварца и полевых шпатов руд Бахтынского месторождения, показывающая возможность оценки селективности действия реагентов на основе определения энергии высших свободных и низших занятых орбиталей минерала и коллектора. Установлена избирательность флотационного действия аминовна кварц и полевые шпаты.

Впервые, с помощью математической обработки кинетического анализа, рассчитана продолжительность флотации минералов и изучены кинетические характеристики.

Выявлены зависимости между качеством флюоритовых, кварцевых, полевошпатовых концентратов и параметрами процесса флотации в кислой и щелочной средах. Показано, что комбинированная технология с анионной флотацией флюорита и катионной флотацией полевого шпата позволяет получать концентраты, соответствующие техническим условиям, предъявляемым к концентратам при производстве стали, электродов, фаянсовых изделий.

В полупромышленных условиях определены оптимальные режимы флотации минералов и выработаны параметры их регулирования.

Разработаны две технологии обогащения флюорит-кварц-полевошпатовой руды Бахтынского месторождения, а также технологическая схема пенной сепарации иттрофлюоритовой руды Центрального участка Сущано-Пержанской зоны. Предложены схемы водооборота и реагентный режим очистки воды. Выполнена потребительская оценка наработанных партий концентратов в Днепропетровской металлургической академии и Украинском НИИ фарфорофаянсовой промышленности (г. Киев). Согласно полученным актам испытаний, флюоритовые концентраты могут быть использованы для разжижения шлаков в период диффузного раскисления при выплавке ответственных марок сталей и при производстве флюса АНФ-6; полевошпатовые, кварцевые и

15 кварц-полевошпатовые концентраты - при производстве фарфоровых изделий, с показателем белизны 61,8 %.

Технико-экономическая оценка показала целесообразность внедрения технологии обогащения руды с анионной флотацией флюорита и катионной флотацией полевого шпата.

Основные результаты работы нашли практическое применение при разработке Технико-экономического обоснования кондиций по Бахтынскому месторождению, на основании которого утверждены запасы в ГКЗ Украины.

Ключевые слова: флюорит, кварц, полевые шпаты, флотационное обогащение, адсорбция, молекулярные орбитали, реагентный режим.

Oleynik T. A. Increase of selectivity of division of ores complex fluorspar by the basis of features minerals structure and reagents adsorption. - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering sciences on the speciality 05.15.08 - dressing of minerals - Krivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 2000.

The dissertation is dedicated to questions of development of technology of enrichment complex of ores of fluorspar of two deposits of Ukraine on the basis of an establishment of laws and dependences of selectivity of division of floatation of minerals from their structure and adsorption of superficial - active substances. In the work the basic parameters have determined which influence on the process of the floatation of the fluorspar, the quartz, the feldspar. The mechanism of action of tallactam, as collector at floatation of ores fluorspar complex is offered in the work for the first time. The model of floatation of quartz and feldspar on the basis of definition of energymaximum free and lowest engaged orbital is offered for the first time. Two variants of technology enrichment of ores are developed. The results of researches in half-industrial conditions are confirmed . The basic results of work had found practical application in the development of the feasibility Report quality requirements on to a deposit of Bahtin.

Key words: fluorspar, quartz, feldspar, and enrichment of floatation, adsorption, molecular orbital, a mode of reagents.

АВТОРЕФЕРАТ

Підписано до друку 4.04.2000 р. Формат 60х84 1/16 Папір писальний Друк офсетний. Ум.-друк.арк. 0,93. Тираж 100 прим. Зам. № 128

Видавництво “Мінерал” АГН України. Вул. Пушкіна, 37, м. Кривий Ріг, 50099