СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЦИНКСОДЕРЖАЩЕЙ РУДЫ Российский патент 2020 года по МПК B02C23/06 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов и горнорудной промышленности, может быть использовано при измельчении минерального сырья перед обогащением и гидрометаллургическими процессами, в частности при измельчении сульфидной цинковой руды. Способ заключается в измельчении исходного сырья в мельнице с подачей в нее поверхностно-активных веществ. В качестве поверхностно-активных веществ используют реагенты с гидрофильно-олеофильным соотношением (ГОС) выше 1. Технический результат заключается в повышении эффективности измельчения, а также последующих процессов обогащения и гидрометаллургической обработки, достигаемое за счет увеличения удельной поверхности минерального сырья, вскрытия зерен минералов.

Изобретение относится к горнорудной промышленности, а именно к измельчению минерального и техногенного сульфидного сырья, и может быть использовано при подготовке полезных ископаемых для обогащения или гидрометаллургической переработки, в частности, при подготовке руды, концентрата или другого сырья для выщелачивания цветных металлов.

Широкое применение сверхтонкого измельчения (до крупности -20 мкм и менее) перед обогатительными и гидрометаллургическими процессами обусловлено необходимостью вскрытия ценных минералов из руд, характеризующихся тесной ассоциацией тонкодисперсных ценных минералов с плотной вмещающей породой. С целью повышения эффективности процессов дезинтеграции используют многостадиальные схемы измельчения в шаровых мельницах, применяют также планетарные, струйные, бисерные мельницы. Однако мельницы сверхтонкого измельчения малопроизводительны и их работа характеризуется высокими энергозатратами [Гидрометаллургия. Ч.I. Рудоподготовка и выщелачивание / С.Б. Леонов, Г.Г. Минеев, И.А. Жучков. Иркутск: Изд-во ИРГТУ, 1998.].

Одним из перспективных направлений совершенствования процессов диспергирования является измельчение в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ). Введение ПАВ в измельчающую среду способствуют снижению прочности твердых тел, за счет чего интенсифицируется дезинтеграция, снижаются удельные затраты энергии и увеличивается производительность мельниц. Механизм явления адсорбционного понижения прочности (эффект Ребиндера) заключается в снижении поверхностной энергии и энергии образования микротрещин, из которых развиваются трещины разрушения. ПАВ препятствуют слипанию трещин, распределяясь по их поверхности [Юсупов Т.С., Кириллова Е.А. О технологических возможностях поверхностно-активных веществ при тонком измельчении руд // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. № 5. 2010.].

Известны способы измельчения минерального сырья, заключающиеся в предварительной обработке руды в водном растворе ПАВ с дополнительным воздействием на нее импульсными электрическими разрядами [Авторское свидетельство SU 1618445, приор. 27.01.1989, опубл. 07.01.1991, МПК⁵ В02С 19/18, В02С 23/06] и ультразвуком [Патент RU 2641527 на изобретение; приор. 20.03.2017; опубл. 18.01.2018. МПК В02С 19/18 (2006.01)]. Существенным недостатком способа [Авторское свидетельство SU 1618445, приор. 27.01.1989, опубл. 07.01.1991, МПК⁵ В02С 19/18, В02С 23/06] является применение неионогенного ПАВ ОП-10, который не в полной мере реализует эффект Ребиндера. Кроме того, высоковольтные импульсы негативно воздействуют на ПАВ, приводят к его окислению и перерасходу. Использование ультразвуковых источников требует ограничения неблагоприятного влияния ультразвука на персонал.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измельчения минерального сырья в водных растворах, содержащих ПАВ, отличающийся тем, что в качестве ПАВ используют фторированные одноатомные спирты предельного ряда с общей формулой H-(CF₂CF₂)_n-CH₂-OH, где n=1-5 [Патент RU 2347620 на изобретение, приор. 29.10.2007; опубл. 27.02.2009. МПК В02С 23/06 (2006.01)]. ПАВ подобного типа характеризуются химической устойчивостью, селективностью, молекулы фторированных спиртов имеют меньшие размеры, что позволяет им легко проникать в поры и трещины. Однако наличие фторсодержащих ПАВ недопустимо во многих гидрометаллургических процессах, в частности введение фтора на стадии рудоподготовки цинкового сырья крайне негативно влияет на последующие технологические операции. При электроэкстракции цинка из технологических растворов малейшие содержания фтора резко осложняют сдирку катодного осадка. Фторсодержащие ПАВ являются токсичными реагентами. Кроме того, стоимость фторсодержащих ПАВ в несколько раз выше стоимости углеродных ПАВ.

Технической проблемой, на решение которой направлен предлагаемый способ, является низкая эффективность измельчения, в частности, высокий удельный расход энергии на измельчение, негативное влияние ПАВ на последующие операции переработки сырья. Технический результат заключается снижении удельного расхода энергии при измельчении, повышении эффективности раскрытия минералов и снижении негативного влияния ПАВ на последующие стадии технологии за счет использования оригинального ПАВ и оптимизации его расхода.

Технический результат достигается в способе измельчения минерального сырья в присутствии ПАВ. В отличие от прототипа измельчение минерального сырья проводят с добавлением в измельчающую среду водного раствор дезинтегратора с гидрофильно-олеофильным соотношением (ГОС) выше 1, при этом концентрация ПАВ в водном растворе составляет 0,1-0,3%.

В соответствии с теорией физической и коллоидной химии, гидрофильно-олеофильное соотношение определяется, как отношение энергий мицеллообразования в углеводородной и водной фазах и представляет собой баланс сольвофильных и сольвофобных взаимодействий ПАВ с резко различающимися друг от друга по полярности и сольватирующей способности растворителями [Физико-химические основы процессов микрофлотации / В.В. Свиридов, А.В. Свиридов, А.Ф. Никифоров. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006.]. Таким образом, с помощью величины ГОС можно оценить гидрофильные и гидрофобные свойства поверхностно-активных веществ. Значение ГОС>1 свидетельствует о преобладании гидрофильных групп в составе реагента, что приводит к повышению смачиваемости минералов водными растворами, усиления эффекта диффузии жидкой фазы в микродефекты кристаллической структуры минеральных зерен и, в итоге, понижения прочности частиц (эффект Ребиндера).

Способность ПАВ увеличивать смачиваемость твердой поверхности водными растворами может свидетельствовать об их высокой эффективности при дезинтеграции минерального сырья. Исследованиями показателей смачиваемости установлено, что наиболее эффективное снижение краевых углов смачивания поверхности образцов сульфида цинка достигается при использовании водных растворов додецилбензолсульфоната натрия (ДДБСН). Важнейшими отличиями данного регента от рекомендованного в прототипе является отсутствие в его составе фтора и показатель гидрофильно-олеофильного соотношения. В способе прототипа ГОС рекомендуемого ПАВ меньше 1. Рекомендуемый в настоящем способе ПАВ характеризуется гидрофильно-олеофильным соотношением больше 1. Опытами показано, что оптимальное значение концентрации рекомендованного ПАВ в жидкой фазе соответствует 0,1-0,3%. При меньших концентрациях эффективность ПАВ резко снижается, а концентрация больше 0,3% положительного эффекта не оказывает. Более того, при очевидном избытке ПАВ измельчение протекает хуже.

Наиболее корректным методом оценки эффективности использования ПАВ при измельчении является выход тонких классов в получаемом продукте при идентичности прочих равных параметров процесса: плотность пульпы Ж: Т, продолжительность, температура и пр.

Примером реализации предлагаемого способа служат результаты следующих опытов.

Навески цинковой сульфидной руды массой 200 г исходной крупностью – 15 мм измельчали в одной и той же лабораторной мельнице в присутствии воды при Ж:Т=1:1, комнатной температуре, в течение 30 минут. По окончании опыта пульпу фильтровали, руду сушили и рассевом определяли выход класса - 0,1 мм. В качестве ПАВ использовали два дезинтегрирующего реагента: 1% раствор додецилбензолсульфоната натрия с гидрофильно-олеофильным соотношением равным 1,3 и дидецилдиметиламмоний хлорид (ДДАХ) ГОС которого равняется 1,0. В опытах варьировали концентрацией ПАВ в жидкой фазе. Для сравнения приведен результат опыта, проведенного по способу прототипа. В этом случае использовали фторированный спирт H-(CF₂CF₂)_n-CH₂-OH с n=2.

Результаты (см. фигуру) показывают, что при использовании ПАВ, характеризующихся значением ГОС>1 с рекомендованными концентрациями, в воде выход тонкого класса в измельченной при одинаковых условиях руде для предлагаемого способа в 1,5-2 раза выше, чем достигается при использовании прототипа.

Сопоставительный анализ известных технических решений, в т.ч. способа, выбранного в качестве прототипа, и предлагаемого изобретения позволяет сделать вывод, что именно совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение усматриваемого технического результата. Реализация предложенного технического решения дает возможность при измельчении минерального сырья повысить эффективность измельчения в 1,5-2 раза.

Изобретение относится и горнорудной промышленности, в частности к гидрометаллургии цветных металлов, и может быть использовано при измельчении минерального сырья перед обогащением и гидрометаллургическими процессами, например при измельчении сульфидной цинковой руды. Способ заключается в измельчении исходного сырья в мельнице с подачей в нее поверхностно-активных веществ. В качестве поверхностно-активных веществ используют реагенты с гидрофильно-олеофильным соотношением выше 1. При этом содержание поверхностно-активного вещества в растворе 0,1-0,3%. Способ обеспечивает повышение эффективности измельчения, а также последующих процессов обогащения и гидрометаллургической обработки за счет увеличения удельной поверхности минерального сырья, вскрытия зерен минералов. 1 ил.

Способ измельчения минерального сырья, включающий подачу в мельницу измельчаемого материала по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества и мокрое измельчение, отличающийся тем, что измельчение ведут в растворе поверхностно-активного вещества с гидрофильно-олеофильным соотношением выше 1, причем содержание поверхностно-активного вещества в растворе 0,1-0,3%.