КОМПОЗИЦИЯ АКТИВАТОРА-ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК B03D1/18 

Настоящее изобретение связано с композицией активатора-вспенивателя хорошей избирательности, которая может быть использована как дополнительный реагент для флотации минералов тонко измельченного сернистого типа, а также для повторной обработки отходов обогащения флотационной фабрики, когда он может быть применен в качестве единственного реагента.

1.1. Концентрация минералов в горной промышленности
При концентрации или обработке минералов понятна последовательность операций, которые производятся с продуктом или рудой осадка для того, чтобы концентрировать или отделить желаемый минерал для соответствующего извлечения ценного металла, который он содержит.

По определению операции, использованные при концентрации, не изменяют химическую природу минералов, содержащихся в руде. Эти характеристические свойства заключают базовое отличие от альтернативных способов обработки, например, гидрометаллургические процессы. В результате операции концентрации получается концентрат, который представляет собой фракцию руды, обогащенную минералами экономически ценного значения, и отходы обогащения, которые вообще содержат минералы не экономически ценного значения. Последние известны как пустая порода руды или отходы.

В общем случае обогащение минералов включает в качестве первого этапа уменьшение размера руды при этапах дробления и измельчения для достижения соответствующего разделения между ценными минералами и минералами пустой породы руды. Последующим этапом является требуемое обогащение, используя различные физические и физико-химические процессы в зависимости от характеристик минералов, которые подвергаются обработке. Окончательно после соответствующего манипулирования концентратом он готов для извлечения ценного металла, которое традиционно использует пирометаллургический процесс.

Для целей обогащения различные применяемые способы используют физические или физико-химические различия между ценными минералами и минералами пустой породы руды. Эти различия связаны с заданной силой тяжести (гравитационное обогащение), с поверхностными свойствами (обогащение путем флотируемости), с магнитными свойствами (магнитное обогащение), со свойствами электрической проводимости (электростатическое обогащение) либо просто с оптическим свойством (обогащение путем селекции).

1.2. Флотируемость как способ обогащения
Флотируемость, безусловно, является наиболее важным и универсальным способом обогащения минералов. Этот процесс позволял обрабатывать руды проб с более низкими содержаниями ценного компонента и более сложного состава, которые в противном случае не могли бы оказаться экономически ценными. Более того, флотирование успешно использовалось для повторной обработки отходов от других способов обогащения или даже при обработке старых отходов обогащения флотационных фабрик вследствие новых достижений и усовершенствований, которые были разработаны в этой технологии.

Флотируемость является избирательным процессом, который может быть использован для получения сепарации между минералами, представляющими интерес, и минералами пустой породы руды, а также для специфических разделений между ценными минералами в комплексных рудах, например медь-цинк, свинец-цинк и т. п. Процесс был первоначально разработан для обработки минералов сернистого типа, однако со временем область его применения была расширена для обработки минералов оксидного типа и неметаллических минералов.

Ниже приведен перечень минералов, которые могут быть восстановлены путем флотации, однако этот перечень едва ли представляет большое разнообразие минералов, которые могли быть обогащены путем данного метода.

Некоторые минералы, восстанавливаемые путем флотирования
Барий
Тяжелый шпат (BaSO₄)
Кальций
Известковый шпат (CaSO₄)
Цинк
Цинковая обманка (ZnS)
Цинковый шпат (ZnCO₃)
Медь
Борнит (2Cu₂S • CuS • FeS)
Медный колчедан (CuFeS₂)
Медный блеск (Cu₂S)
Ковеллин (CuS)
Железо
Красный железняк (Fe₂O₃)
Магнитный железняк (Fe₃O₄)
Серный колчедан (FeS₂)
Ртуть
Ртутная руда (HgS)
Молибден
Молибденовый блеск (MoS₂)
Золото
Калаверит (AuTe₂)
Сильванит (Ag • Au)Te₂
Серебро
Аргентит (Ag₂S)
Цианид (Ag₃S₃As)
Свинец
Белая свинцовая руда (PbCO₃)
Свинцовый блеск (PbS)
Теория флотирования сложная, все использованные механизмы даже не полностью понятны. Настоящий способ использует различные поверхностные физико-химические свойства минералов, представленных в руде. Частицы минерала, тонко измельченные и диспергированные в пульпе (смеси минерала и воды), обрабатывались определенными химическими реагентами, которые, будучи избирательно поглощенными на поверхности некоторых металлов, влияют на их свойства гидрофобности или отталкиваемости для контактирования с водой. Таким путем, если водная фаза введена в пульпу, например, пузырьки воздуха, гидрофобные частицы будут прилипать к пузырькам и транспортироваться ими к поверхности пульпы, с другой стороны, остаток частиц минерала будет гидрофильным и оставаться в пределах пульпы.

Наиболее важные реагенты флотируемости представляют так называемые коллекторы, которые являются реагентами, вносящими гидрофобные свойства в данные частицы минерала. Однако для успешного процесса необходимо также использовать реагенты, известные как вспениватели, которые обеспечивают поддержание требуемой стабильности в минерализованной пене, которая образована на поверхности пульпы, и использовать реагенты, известные как регуляторы, которые обеспечивают активацию или предотвращение действия коллекторов и контролируют величину pH пульпы (уровень щелочности или кислотности).

1.3. Реагенты коллектора
Коллекторы представляют собой органические компаунды, которые обеспечивают придание гидрофобных свойств определенным минералам, которое имеет место путем адсорбции молекул или ионов реагента на поверхности минерала. Эта адсорбция уменьшает стабильность гидратированного слоя, который отделяет поверхность минерала от пузырька воздуха до степени, при которой может быть установлен контакт. В водяном растворе молекулы коллектора могут диссоциироваться на ионы или оказаться практически не растворимыми, при этом случае гидрофобность получалась путем покрытия поверхности минерала тонкой пленкой коллектора.

В общем случае коллекторы использовались в малых количествах, достаточных для формирования мономолекулярного слоя на поверхности минерала. Большее количество не является необходимым, обеспечивает дополнительные затраты, кроме того, содействуя флотируемости других минералов, тем самым уменьшая избирательность обогащения.

Ионные коллекторы представляют другие коллекторы, которые находят наиболее широкое использование при флотировании. Они представляют гетерополярные молекулы асимметричной структуры. Неполярный углеводородный радикал имеет выраженное отталкивание по отношению к воде, тогда как полярная часть реагирует с водой и демонстрирует некоторый тип физического или химического притяжения к поверхности минерала.

Среди ионных коллекторов группа анионных коллекторов, в частности коллекторы, известные как ксанзиты, представляет типовые коллекторы для флотации минералов сернистого типа. Представительными типами этих коллекторов являются следующие:
Калиевый амилксанзит

Натриевый изопропилксанзит

Предполагалось, что ксанзиты абсорбировались на поверхности минералов благодаря химическим реакциям между полярной группой и поверхностью, формируя строго гидрофобный нерастворимый металлический ксанзит. Исследования в этой области показали, что предварительное воздействие кислорода на поверхность минерала благоприятно для действия коллектора, поскольку большое значение принадлежит процессу ионного обмена между ксанзитом и продуктами окисления на поверхности минерала. Ксанзиты обычно использовались в слегка щелочных пульпах, поскольку они разлагаются в кислотной среде, а в очень щелочном окружении гидроксильные ионы (-OH) могут замещать ионы ксанзита от поверхности минерала.

Дизиофосфаты также представляют важные коллекторы, хотя они используются реже, чем ксанзиты. Они относительно более слабые по сравнению с последними, однако обеспечивают хорошие результаты при совместном использовании.

Катионные коллекторы, среди которых амиды являются наиболее общими, использовались для флотации минералов, таких как окислы и соли угольной кислоты.

Эти коллекторы очень чувствительны к значению pH пульпы, имея большую активность в слегка кислотной среде. В отличие от того, что имеет место с ксанзитами, предполагалось, что амиды существенно абсорбировались путем электростатического притяжения между полярной частью коллектора и поверхностью минерала. Эти силы невелики или необратимы, как химические реакции анионных реагентов, в результате чего свойства этого коллектора слабые.

Гидроксильные коллекторы, среди которых наиболее важными являются карбоксилы или жировые кислоты, использовались при флотации минералов, например, так называемых неметаллических или металлических карбонатов без железа. Жировые кислоты являются сильными коллекторами, однако имеют плохую избирательность.

1.4. Пенообразующие реагенты
В соответствии с гидрофобностью, которую достигает минерал при действии коллектора, стабильный союз с пузырьком воздуха зависит в большой степени от эффективности реагентов, известных как пенообразователи.

Пенообразователи представляют в общем случае гетерополярные органические компаунды, способные абсорбироваться на промежуточной поверхности воздух-вода, с неполярной частью, направленной к газовой фазе, стабилизируя воздушный пузырек путем уменьшения поверхностного натяжения.

Наиболее эффективные пенообразователи включают одну из следующих групп в их составе:
Гидроксильная группа - -OH
Карбоксильная группа -
Карбонильная группа - -C=O
Амидная группа - -NH₂
Сульфидная группа - -OSO₂OH - -SO₂OH
Реагенты алкогольного типа (с гидроксильной группой) являются наиболее широко используемыми, поскольку они практически не имеют свойств коллектора, причем это свойство признано как желательное в хорошем пенообразователе для того, чтобы не влиять на избирательность процесса. В качестве примеров можно упомянуть сосновое масло и кресилиновую кислоту, компаунды, имеющие основу из ароматических алкоголей.

Также использовалось большое количество синтетических пенообразователей, образованных первоначально из алкоголей с высоким молекулярным весом. Преимущество этих реагентов по сравнению с сосновым маслом и кресилиновой кислотой заключается в том, что они являются более стабильными компаундами, позволяя лучший контроль в процессе.

1.5. Реагенты регулятора
Регуляторы или модификаторы использовались при флотировании для модификации действия коллектора, интенсификации либо ослабления гидрофобного эффекта на поверхности минерала. Они классифицированы как активаторы, депрессанты и модификаторы pH.

Активаторы изменяют химическую природу поверхности минерала таким образом, что коллектор может быть абсорбирован на упомянутой поверхности. Вообще они являются растворимыми солями, которые ионизируют в водном растворе, так что ионы представляют собой те, которые реагируют с поверхностью минерала. Одним классическим примером является активация сульфида цинка (цинковая обманка) ионами меди в растворе. Цинковая обманка достаточно флотируется с коллектором типа ксанзита, поскольку ксанзит цинка, флотированный на поверхности, является относительно растворимым. Наличие ионов меди приводит к формированию поверхностных молекул из сульфида меди, которые реагируют достаточно быстро с ксанзитом для формирования нерастворимого ксанзита меди и, следовательно, придания поверхности гидрофобных характеристик.

Депрессанты использовались для повышения избирательности флотирования, которая обеспечивалась путем предотвращения действия коллектора на данные минералы. Действие депрессантов вообще более сложное и менее понятное, в результате чего их контроль более труден по сравнению с другими реагентами. При помощи примера может быть упомянуто действие цианидов при выборочной флотации сульфидов, например цианид натрия. Этот реагент может реагировать с ксанзитами металла, образованными на поверхности минерала, обеспечивая повышение в комплексах растворимости и, следовательно, обеспечивая менее эффективное действие коллектора.

Модификаторы pH использовались для регулирования уровня щелочности или кислотности пульпы, что также является эффективным путем для контроля избирательности при флотировании. Вообще возможно влиять на флотирование в слегка щелочной среде, поскольку большая часть коллекторов стабильны при этих условиях, и более того, проблемы коррекции в оборудовании и установках сведены к минимуму. Для щелочных пульп обычно использовалась известь, а для кислотных пульп - серная кислота.

2.1 Общее описание реагента согласно изобретению
Реагент согласно настоящему изобретению может быть классифицирован как композиция активатора-пенообразователя хорошей избирательности, которая может быть использована в качестве дополнительного реагента для флотирования минералов тонко измельченного сернистого типа, приблизительно ниже 150 меш (число ячеек на один дюйм - прим. перев.). Более того, он применим для повторной обработки отходов флотационной фабрики, в этом случае он может быть применен на практике в качестве единственного реагента. Будучи достаточно растворимым, он требует малого времени гомогенизации или обработки.

Реагент согласно настоящему изобретению стабилен в широком диапазоне pH, хотя наилучшие результаты были получены для значений pH между 6 и 7. По-видимому, действие реагента согласно настоящему изобретению значительно улучшается в присутствии достаточной аэрации пульпы, что могло бы объяснить хорошие результаты при применении ее при флотировании в каскадной системе и в ячейках с интенсивным перемешиванием.

Реагент согласно настоящему изобретению представляет соответствующую комбинацию компаундов, которые в большей или меньшей степени связаны с горной промышленностью. Ими являются сосновое масло, перекись водорода, бикарбонат натрия и сернистый натрий, описания и возможные механизмы действия которых описаны ниже.

2.2. Компонента соснового масла
Сосновое масло принадлежит к категории пенообразующих реагентов, использованных при флотировании минералов, и в таком случае обеспечивает стабильность пенной фазы в упомянутом процессе.

В общем случае масло представляет смесь гетерополярных органических компаундов, способных абсорбироваться на промежуточной поверхности воздух-вода. В водном растворе диполи воды быстро комбинируют с полярными группами соснового масла, однако практически отсутствует реакция с неполярной углеводородной группой и существует тенденция для усиления последнего внутри воздушной фазы. Этим путем действие такого компаунда приводит к его абсорбции на промежуточной поверхности воздух-вода, тем самым пузырьки воздуха, которые транспортируют твердые частицы минерала, достаточно стабилизированы.

Более конкретно, сосновое масло образовано из последовательности алкоголев, наиболее важной составляющей которых является альфа-трипинеол. В структуре этого компонента гидроксильная группа (-OH) является полярной частью.

2.3. Компонента сернистого натрия
Сернистый натрий (Na₂S) принадлежит к категории флотационных реагентов, известных как модификаторы, которые в общем случае изменяют поверхностные свойства частиц минерала для целей активации или подавления.

Одним характеристическим применением сернистого натрия должна быть активация путем сульфинирования оксидированных минералов с соответствующим регулированием количества, добавляемого до требуемого, поскольку излишняя доза может действовать в качестве депрессанта для большого числа сульфинированных минералов; общей практикой является флотация первыми сульфидов, а затем окислов с добавлением на этапах сернистого натрия и коллектора.

Сернистый натрий гидролизирован в растворе и затем диссоциирован, как показано следующими реакциями:

В этих уравнениях концентрация ионов OH^- возрастает более быстро, чем концентрация ионов H⁺, так что пульпа становится более щелочной. Ионы OH^-, S^2- и HS^- реагируют с поверхностями минерала, модифицируя их. Сульфизация приводит к прохождению ионов серы в кристаллическую решетку оксидированных минералов, придает им поверхность, покрывающую псевдосульфиды и обеспечивает их флотацию при помощи коллекторов.

2.4. Компонента перекиси водорода.

Перекись водорода (H₂O₂) также может быть рассмотрена в качестве модифицирующего реагента, но с менее известными применениями.

Среди применений, которые могут быть упомянуты, существует ее использование в операциях выборочной флотации меди молибдена в соответствующих минералах. В этом случае при кислотной среде обработки ее используют для помощи в подавлении меди на стадии флотации молибдена. Перекись (подаваемая в 50% растворе) служит для преобразования растворимых в воде коллекторов в нерастворимые вещества.

Поскольку чистая перекись водорода обычно не приемлема или может быть легко приготовлена, физические величины водных растворов имеют большее практическое значение, чем величины чистой перекиси. В любом случае можно упомянуть, что стабильность перекиси водорода зависит от степени, до которой она была очищена. Для очень чистой перекиси разложение так мало, как от 0,0008% до 0,0002% в час при 50^oC. Различные факторы оказывают влияние на разложение перекиси, такие как температура, наличие определенных взвешенных материалов, значение pH и облучение. Ионы гидроокиси вызывают быстрое разложение перекиси водорода. Влияние pH было полностью изучено, показывая оптимальную стабильность для pH, равного 4.

Существуют две возможные структуры перекиси водорода: симметричная (I или III) и асимметричная (II). В соответствии с их химическим поведением симметричные структуры являются более вероятными, хотя при определенных условиях, например, очень низких температурах, могут быть ожидаемыми асимметричные структуры.

2.5. Компонента бикарбоната натрия
Бикарбонат натрия (NaHCO₃) также может быть рассмотрен как модифицирующий реагент, хотя не существует основных примеров его использования при флотации.

Бикарбонат разлагался при умеренных температурах, оно начинается с потери двуокиси углерода при температуре около 50^oC, становясь в основном карбонатом натрия (Na₂CO₃) при температуре выше 100^oC. Более того, он легко разлагался в присутствии слабых кислот. Поскольку бикарбонат является фармацевтическим продуктом, он имеет высокую степень чистоты, с концентрациями от 99,8% до 99,9% для его сбыта.

Карбонат натрия или кальцинированная сода (Na₂CO₃) более связан с флотируемостью. Когда отходы пустой породы руды представляют серьезную проблему, кальцинированная сода может быть эффективна для улучшения как пробы концентрата с более низким содержанием ценного компонента, так и для восстановления.

2.6. Композиция реагента согласно настоящему изобретению
Композиция реагента согласно настоящему изобретению была приготовлена путем использования достаточных количеств четырех компонентов, упомянутых выше, именно (a) сосновое масло, (b) Na₂S, (c) H₂O₂ и (d) NaHCO₃ для подготовки реагента активатора-пенообразователя хорошей избирательности при использовании в процессах флотации минералов сернистого типа.

Величины каждой компоненты, использованные предпочтительно для подготовки композиции этого реагента согласно настоящему изобретению, будут изменяться в зависимости от использованных компонентов (a), (b), (c) и (d), специфической руды, подлежащей обработке, и требуемых систем восстановления и избирательности.

Композиция содержит приблизительно от 1% до 10% и предпочтительно от 2% до 8% компоненты (a), приблизительно от 10% до 30% и предпочтительно от 12% до 20% компоненты (b) в 10%-ном растворе, приблизительно от 15% до 36% и предпочтительно от 22% до 34% компоненты (c) в 50%-ном растворе и приблизительно от 20% до 40% и предпочтительно от 25% до 38% компоненты (d).

Даже более предпочтительно композиция реагента активатор-пенообразователь согласно настоящему изобретению содержит от 3% до 7% по весу компоненты (a), приблизительно от 13% до 18% по весу компоненты (b), приблизительно от 25% до 33% по весу компоненты (c) и приблизительно от 26% до 34% по весу компоненты (d).

Ниже показаны некоторые примеры новой композиции, они служат только в качестве иллюстрации без установления какого-либо ограничения.

Использованный минерал
Поведение реагента согласно настоящему изобретению было проверено в основном для восстановления меди из отходов флотационной фабрики, при этом сернистый медный колчедан является превалирующим медным минералом. Анализ содержания меди путем гранулометрической фракции, произведенной в Национальной лаборатории S.G.S Чили, показан в табл. 1.

Цель, преследуемая с использованием реагента согласно настоящему изобретению, была направлена на получение высоких восстановимостей при получении предварительного концентрата или исходного концентрата, а более того, концентрата, который имеет пробы, совместимые с пробами, которые требуются как подача в обычную флотационную цепь, т.е. со значениями по порядку 1,0% меди или более.

Пример N 1
Отходы обогащения, имеющие характеристики, показанные выше, были обработаны в установках каскадного типа, заключающихся в прохождении отходов через последовательности падений, которые равно расположены одно от другого для получения пенообразования. Реагент согласно настоящему изобретению был использован при подаче в систему соответственно для регулирования pH путем добавления извести.

Образцы концентрата были получены для четырех доз реагента согласно настоящему изобретению, для которого пена была собрана в течение периода 10 минут после каждого падения. Концентраты были выведены в переменный канал и затем высушены, взвешены и направлены для химического анализа. Полученные результаты показаны в табл. 2.

Пример N 2.

Аналогичные отходы, как показано выше, были обработаны в одиночной флотационной ячейке, имеющей емкость 3,86 м³ с обычным механизмом смесителя, однако с увеличенной скоростью до 2000 об/мин. В этом случае полученные результаты как функция дозы реагента согласно настоящему изобретению показаны в табл. 3.

Изобретение относится к реагентам для флотации минералов. Композиция активатора-пенообразователя содержит 1-10 мас.% соснового масла, 10-30 мас.% сернистого натрия в 10%-ном растворе, 15-36 мас.% перекиси водорода в 50%-ном растворе, 20-40 мас.% бикарбоната натрия. Композиция предназначена для флотации тонкоизмельченных минералов сернистого типа. Она может служить в качестве дополнительного реагента для флотации или в качестве единственного реагента для повторной обработки отходов флотации. Результат изобретения: хорошая избирательность, повышение содержания целевого компонента в концентрате. 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Композиция активатора-пенообразователя хорошей избирательности для использования в качестве дополнительного реагента для флотации тонко измельченных минералов сернистого типа или в качестве единственного реагента для повторной обработки отходов флотации, содержащая 1 - 10% по весу соснового масла, 10 - 30% по весу сернистого натрия (Nа₂S) в 10%-ном растворе, 15 - 36% по весу перекиси водорода (Н₂О₂) в 50%-ном растворе, 20 - 40% по весу бикарбоната натрия (NаНСО₃). 2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит предпочтительно: 2 - 8% по весу соснового масла, 12 - 20% по весу сернистого натрия (Nа₂S) в 10%-ном растворе, 22 - 34% по весу перекиси водорода (Н₂О₂) в 50%-ном растворе, 25 - 38% по весу бикарбоната натрия (NаНСО₃). 3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит предпочтительно 3 - 7% по весу соснового масла. 4. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит предпочтительно 13 - 18% по весу сернистого натрия. 5. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит предпочтительно 25 - 33% по весу перекиси водорода. 6. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит предпочтительно 26 - 34% по весу бикарбоната натрия.