СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛИМИНЕРАЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ Российский патент 2010 года по МПК B03B7/00 B03B1/00 

Изобретение относится к технологиям обработки суспензий - жидкотекучего сырья или материала, находящегося в жидкотекучей среде, и может быть использовано в нефтяной, горнодобывающей, гидрометаллургии, при обогащении рудных и нерудных материалов и других отраслях промышленности.

Известны способы обогащения суспензий гравитационным обогащением, где разделение частиц, отличающихся плотностью, размером, формой, обусловлено их различием в характере и скорости их движения под действием сил тяжести и сил сопротивления среды разделения (В.Н.Шохин, А.Г.Лопатин, Гравитационные методы обогащения. Издательство «Недра», 1993).

Недостатком данных способов является трудность разделения полиминеральных суспензий руд с размерами частиц менее 40 микрон.

Для осуществления обогащения полиминеральных суспензий руд методом пенной флотации известно использование множества соединений, таких как коллекторы, вспениватели, модификаторы, депрессоры, диспергаторы, регуляторы рН и различные промоторы и добавки ("Reagents for Better Metallurgy", опубликовано Society for Mining Metallurgy and Exploration, Inc. 1994).

При этом одно соединение может выполнять более чем одну функцию. Конкретные добавки, применяемые при определенном способе флотации, обычно выбирают в зависимости от природы руды, условий, при которых происходит флотация подлежащего извлечению минерала, и от вида других добавок, которые собираются использовать в комбинации с ними.

Алкилированные диарилоксидмоносульфонатные коллекторы представлены в патенте US 5015367. Диалкиларилмоносульфонатные коллекторы раскрыты в патенте US 5173176. Способ флотации фосфатов, в котором применяют различные арилдисульфонаты, раскрыт в патенте US 4172029.

Известен «Способ обогащения угольных шламов» путем диспергирования некоторого количества поверхностно-активного вещества по объему шлама, при котором поверхность частиц угля селективно покрывалась поверхностно-активным веществом с образованием активированных частиц угля. Затем поверхность активированных частиц угля селективно покрывалась маслом с образованием промасленных частиц угля с последующей флотацией промасленных частиц угля. (RU, патент №2223828, B03D 1/02, 2004.02.20).

Известен способ разделения твердых веществ в водных суспензиях, при котором к водной суспензии добавляют алканоламин, способный изменить характер взаимодействия твердых веществ с водной средой, обеспечивающий улучшенное селективное разделение твердых веществ (RU, патент №2078614, В03В 1/00, 1997.05.10).

Несмотря на множество соединений и комбинаций соединений, специалисты в данной области постоянно работают над новыми способами усовершенствования обогащения руд и разделения твердых веществ в водных суспензиях.

Особое место в улучшении способов разделения твердых веществ в водных суспензиях занимают полиэлектролиты - полимеры или поликислоты, в макромолекулах которых содержатся ионогенные и неиогенные группы.

Известен «Способ обогащения сульфидных минералов», включающий образование суспензии, содержащей воду и частицы руды, смешение указанной суспензии со вспенивающим агентом и коллектором, в качестве которого использован N-бутоксикарбонил-O-алкилтионокарбамат (RU, патент №2318607, B03D 1/012, 2008.03.10).

Известен также «Способ извлечения мелкого золота», который относится к обогащению полезных ископаемых, в котором исходный материал смешивают с водой в соотношении Т:Ж-1:0,25 с одновременным введением реагента, после контакта с которым суспензию подвергают гравитационному обогащению. В качестве реагента используют смесь иода и иодистого калия в количестве 24-50 г/т, твердого при рН среды 4-8 (RU, патент №2235796,, В03В 1/00, 2004.09.10).

Данные способы не позволяют разделять полиминеральные тонкодисперсные дисперсии с размером частиц менее 40 микрон.

Прототипом настоящего изобретения является использование для выделения из водных растворов металлов с помощью раствора полиалкил ароматической сульфокислоты, в качестве которой использована динонилнафталиндисульфоновая кислота (US 4166837 и 4255395).

Данный способ имеет ограниченное применение и используется целенаправленно на извлечение металлических частиц меди и цинка.

Технический результат предлагаемого изобретения - выделение и разделение полиминеральных тонкодисперсных суспензий с размером частиц менее 40 микрон.

Для достижения указанного результата предлагается способ обогащения полиминеральных суспензий, включающий приготовление суспензии и ее гравитационное обогащение, отличающийся тем, что для селективного выделения тонкодисперсных мономинеральных фракций в суспензию вводят соли полиакриловой кислоты, содержащей от 10 до 120 мономерных звеньев или алкилнафталинсуфокислоту, модифицированную формальдегидом, содержащую от 2 до 8 мономинеральных звеньев, в количестве менее 2,5 вес.% от веса твердой фазы суспензии. Способ, отличающийся тем, что в качестве алкила используют бутил, изобутил.

Пептизаторы в виде солей полиакриловой кислоты или алкилнафталинсуфокислоты, модифицированной формальдегидом, на поверхности частиц суспензии создают адсорбированный слой, который вследствие экранирующего действия препятствует эффективности проявления дальнедействующих кулоновских сил и соответственно возникновению устойчивых периодических коллоидных структур и других упорядоченных образований, которые требуют затрат энергии на их разрушение в процессе обогащения. Такие коллоидные периодические структуры довольно устойчивы, и не всегда могут быть разрушены полностью гравитационными методами и, соответственно, их образование препятствует более полному обогащению суспензии по целевым продуктам.

Проявление эффектов ослабления дальнедействующих сил и усиления близкодействующих между частицами одного типа по химическому составу и минералогической форме наблюдается при введении уже 0.001% весового соли полиакриловой кислоты или алкилнафталинсульфокислоты, модифицированной формальдегидом. Экспериментально установлено, что повышение концентрации данных реагентов выше 2,5% не дает заметного повешения эффективности выделения тонкодисперсных фракций и однородности фракций по минеральному составу.

Кроме того, поверхностные адсорбционные структуры на основе солей полиакриловой кислоты или алкилнаталинсульфоксилоты, модифицированной формальдегидом, изменяют структуру поверхностных водных слоев, существенно уменьшая их толщину, что, в свою очередь, ослабляет дальнедействующие силы взаимодействия между частицами суспензии и способствует скольжению частиц суспензии относительно друг друга при значительно меньшем сдвиговом усилии. Уменьшение толщины поверхностных слоев способствует снижению веса частиц суспензии и более полному проявлению весового фактора при их гравитационном разделении.

Обеспечение солями полиакриловой кислоты или алкилнафта-линсульфокислотой, модифицированной формальдегидом, направленное модифицирование поверхностных слоев в части уменьшения их толщины и изменения их структуры, создает условия проявления селективности взаимодействия между частицами одного минералогического состава, ослабляя взаимодействия между разнородными частицами.

Примеры осуществления предлагаемого способа.

Готовят 25% раствор соли полиакриловой кислоты, содержащей от 10 до 120 мономерных звеньев. С этой целью расчетное количество воды нагревают до 60 градусов и при интенсивном перемешивании вводят заданное количество порошка полиакрилата натрия, калия или аммония до полного растворения. Затем раствор при перемешивании нагревают до 95 градусов, выдерживают 10-15 минут для стабилизации раствора и охлаждают. Максимальная рабочая концентрация соли полиакрилата в рабочей суспензии не должна превышать 2,5 вес.% от содержания твердой фазы. Полученный раствор вводят в рабочую суспензию, тщательно перемешивают в течение 10-15 минут.

Алкилнафталинсуфокислоту используют, модифицируя ее реакцией конденсацией с формальдегидом до олигомеров, содержащих от 2 до 8 мономерных звеньев, в качестве алкила может быть бутил, изобутил.

Эффективность способа проверялась при обогащении суспензии мелом. С этой целью была приготовлена при непрерывном перемешивании водная 40% суспензия мела с максимальным размером частиц 6 микрон, которая подлежала обогащению. В каждые 90 грамм суспензии при интенсивном перемешивании вводилось 10 грамм 25% раствора соли полиакриловой кислоты. Полученную смесь центрифугировали со скоростью 6 тысяч оборотов в минуту в течение 3 минут. После отключения центрифуги прозрачный слой водного раствора жидкости сливали, осадок высушивали в термостате при температуре 105°С в течение 1 часа. Нижнюю и верхнюю части осадка, имеющие более темную окраску, отделяем от самой светлой средней части. Степень обогащения меловой суспензии оцениваем по белизне порошка мела по сравнению с белизной исходного мелового продукта. Исходный мел показал белизну на уровне 88 единиц. Меловая суспензия после гравитационного обогащения по предлагаемому способу показала белизну, равную 93 единицы.

Суспензия мела, приготовленная без использования заявляемых солей поликислот, не показала заметного разделения по цвету, а цветовой показатель остался на уровне 88 единиц.

Пример осуществления предлагаемого способа обогащения хромитовых шламов на винтовом шлюзе.

Обычно шламовый цикл при гравитационном обогащении хромитовых руд включает:

- основную концентрацию на винтовом шлюзе;

- двукратную перечистку концентрата основной операции;

- двукратную контрольную операцию хвостов основной сепарации;

- двукратную перечистку концентрата контрольных операций.

Крупность шламов: -0,074 мм.

Для обогащения были приготовлены следующие составы:

Пульпа №1 - Шлам с водой, содержание твердого 70%.

Пульпа №2 - Шлам с олигомером натриевой соли акриловой кислоты, концентрация олигомера 0.02% от содержания твердого.

Пульпа №3 - Шлам с олигомером натриевой соли акриловой кислоты, концентрация олигомера 2.5% от содержания твердого.

Пульпа №4 - Шлам с олигомером натриевой соли акриловой кислоты, концентрация олигомера 2.8% от содержания твердого.

Пульпа №5 - Шлам с олигомером натриевой соли бутилнафталинсульфокислоты, модифицированной формальдегидом, концентрация олигомера 0.02% от содержания твердого.

Пульпа №6 - Шлам с олигомером натриевой соли бутилнафталинсульфокислоты, модифицированной формальдегидом, концентрация олигомера 2.5% от содержания твердого.

Пульпа №7 - Шлам с олигомером натриевой соли бутилнафталинсульфокислоты, модифицированной формальдегидом, концентрация олигомера 2.8% от содержания твердого.

Таблица 1 Результаты обогащения хромитовых шламов. Наименование пульпы, /концентрация олигомера в %. Выход продукта, %/ наименование продукта Содержание Сr₂О₃, % Извлечение Сr₂О₃, % Пульпа №1/0 31.6 / концентрат шламовый 40.7 75.6 Пульпа №1/0 68.4 / хвосты шламовые 6.07 24.4 Пульпа №2/0.02 29.8 / концентрат шламовый 45.2 79.12 Пульпа №2/0.02 70.2 / хвосты шламовые 5.05 20.88 Пульпа №3/2.5 29.5 / концентрат шламовый 45.76 79.3 Пульпа №3/2.5 70.5 / хвосты шламовые 4.99 20.7 Пульпа №4/2.8 29.5 / концентрат шламовый 45.76 79.3 Пульпа №4/2.8 70.5 / хвосты шламовые 4.99 20.7 Пульпа №5/0.02 29.7 / концентрат шламовый 45.47 79.36 Пульпа №5/0.02 70.3 / хвосты шламовые 4.99 20.64 Пульпа №6/2.5 29.8 / концентрат шламовый 45.8 80.18 Пульпа №6/2.5 70.2 / хвосты шламовые 4.8 19.82 Пульпа №7/2.8 29.82/ концентрат шламовый 45.70 80.07 Пульпа №7/2.8 70.18 / хвосты шламовые 4.83 19.93

Пульпа №1 обогащалась по стандартному циклу обогащения шламов.

Пульпа №2, 4, 5, 6, 7 обогащалась по более простой схеме в замкнутом цикле с исключением перечисток.

Результаты опытов приведены в таблице, из которой видно, что использование предлагаемого способа позволяет получить более богатый концентрат с содержанием Сr₂O₃ 45.2%, … 45.7% против 40.7%, а извлечение увеличить до 80.18%.

Увеличение концентрации модификатора до 2.8% по сравнению с концентрацией 2.5%, рекомендуемой по предлагаемому способу относительно содержания твердого в пульпе не позволило достичь более существенного накопления целевого продукта в концентрате.

Пример осуществления предлагаемого способа обогащения шламов (-0,020 +0,005 мм), содержащих ниобий на концентрационном столе фирмы Холман.

Для обогащения были приготовлены следующие составы:

Пульпа №1 - шлам с водой, содержание твердого 40%.

Пульпа №2 - шлам с олигомером натриевой соли акриловой кислоты, концентрация олигомера 0.02% от содержания твердого.

Пульпа №3 - шлам с олигомером натриевой соли акриловой кислоты, концентрация олигомера 2.5% от содержания твердого.

Пульпа №4 - шлам с олигомером натриевой соли акриловой кислоты, концентрация олигомера 2.8% от содержания твердого.

Пульпа №5 - шлам с олигомером натриевой соли бутилнафталинсульфокислоты, модифицированной формальдегидом, концентрация олигомера 0.02% от содержания твердого.

Пульпа №6 - шлам с олигомером натриевой соли бутилнафталинсульфокислоты, модифицированной формальдегидом, концентрация олигомера 2.5% от содержания твердого.

Пульпа №7 - шлам с олигомером натриевой соли бутилнафталинсульфокислоты, модифицированной формальдегидом, концентрация олигомера 2.8% от содержания твердого.

Расход пульпы составляет 1.7 л в минуту.

Таблица 2 Результаты обогащения шламов (класс -0,020+0,005 мм) содержащих ниобий на концентрационном столе фирмы Холман. Содержание Nb₂O₅ в шламе 0.22% Наименование пульпы,/ конц. олигомера в % Выход тяжелой фракции, г./% Содержание Nb₂O₅,% Выход легкой фракции, г./% Содержание Nb₂O₅, % №1 /0 861,0/55,12 0,22 701,0 / 44,88 0,21 №2 /0.02 382,0 /24,45 0,48 1180,0 / 75,54 0,14 №3 /2.5 381,5/24,42 0,48 1180,5 / 75,58 0,13 №4 /2.8 382.0/24.45 0.45 1180.0 / 75.54 0.14 №5 /0.02 380,7 / 24,37 0,48 1181,3 / 75,65 0,13 №6 /2.5 381,4 / 24,41 0,47 1180,6 / 75,59 0,13 №7 /2.8 382.3 / 24.4 7 0.42 1179.7 / 75.52 0.15

Обогащение водной пульпы -0,020+0,005 мм с концентрацией твердого 40% на концентрационном столе не позволяет достичь накопления целевого продукта ни в одной из двух фракций.

Введение модификатора при начальной концентрации 0.02 вес.% от содержания твердого дает возможность реализовать заметное накопление целевого элемента в тяжелой фракции до 0.48% при исходном содержании 0.22%. Дальнейшее увеличение концентрации модификатора выше 2.5%, до 2.8% не позволяет существенно изменить протекание процесса обогащения и достичь существенного накопления целевого продукта в концентрате.

Изобретение может быть использовано в нефтяной, горнодобывающей промышленности, гидрометаллургии, при обогащении рудных и нерудных материалов и других отраслях промышленности. Способ включает приготовление суспензии и ее гравитационное обогащение. Для селективного выделения тонкодисперсных мономинеральных фракций в суспензию вводят соли полиакриловой кислоты, содержащей от 10 до 120 мономинеральных звеньев или алкилнафталинсуфокислоту, модифицированную формальдегидом, содержащую от 2 до 8 мономинеральных звеньев, в количестве менее 2,5 вес.% от веса твердой фазы суспензии. В качестве алкила использован бутил, изобутил. Технический результат - повышение эффективности разделения полиминеральных тонкодисперсных суспензий с размером частиц менее 40 микрон. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ обогащения полиминеральных суспензий, включающий приготовление суспензии и ее гравитационное обогащение, отличающийся тем, что для селективного выделения тонкодисперсных мономинеральных фракций в суспензию вводят соли полиакриловой кислоты содержащей от 10 до 120 мономинеральных звеньев или алкилнафталинсуфокислоту, модифицированную формальдегидом, содержащая от 2 до 8 мономинеральных звеньев, в количестве менее 2,5 вес.% от веса твердой фазы суспензии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкила использован бутил, изобутил.