Реагент-модификатор спектральных характеристик алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации Российский патент 2023 года по МПК C09K11/02 B07C5/342 G01N23/223 

Изобретение относится к области переработки полезных ископаемых и в частности к составам реагентов-модификаторов спектральных характеристик несветящихся алмазов, применяемых для обработки обогащаемых классов исходного сырья при извлечении алмазов рентгенолюминесцентной сепарацией с использованием амплитудно-кинетического метода разделения.

Известен реагент-модификатор спектральных характеристик алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации, предназначенный для извлечения несветящихся алмазов из руд и промпродуктов, состоящий из композиции люминофоров и органического коллектора [Чантурия В.А., Двойченкова Г.П., Морозов В.В., Яковлев В.Н., Ковальчук О.Е., Подкаменный Ю.А. Экспериментальное обоснование состава люминофорсодержащих композиций для извлечения нелюминесцирующих алмазов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2019. №1. С. 128-136.]

Указанный способ способствует повышению извлечения алмазов, однако спектральные характеристики не полностью соответствуют настройкам рентгенолюминесцентных сепараторов или характеризуются слабым сигналом. К недостаткам данного способа также относится большой расход люминофоров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является реагент-модификатор спектральных характеристик алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации, представляющий собой эмульсию композиции неорганического люминофора и органического коллектора в водной фазе, содержащей реагенты-регуляторы. [Чантурия В.А., Морозов В.В., Двойченкова Г.П., Ковальчук О.Е., Яковлев В.Н., Макалин И.А., Тимофеев А.С., Подкаменный Ю.А., Черкашин А.В. Патент на изобретение РФ №2775307 МКЛ С01В 32/28 «Способ закрепления люминофорсодержащей композиции на поверхности алмазов, опубл. 2022.06.29 (прототип)].

При использовании используемого в прототипе реагента-модификатора наблюдается недостаточно прочное закрепление и отрыв капель органической жидкости - коллектора с люминофором от поверхности алмазов. Кроме того данный способ характеризуется сниженной эффективностью при использовании в схеме обогащения доводочных операций с применением операции транспортирования и сушки, в которых происходит испарение используемого коллектора и осыпание люминофора с поверхности алмазов. Уменьшение количества люминофора на алмазах приводит к снижению сигнала рентгенолюминесценции и, как следствие, к пропуску кристалла системой детектирования рентгенолюминесцентного сепаратора и его попаданию в хвосты сепарации.

Технической задачей изобретения является увеличение извлечения аномально- и слабо люминесцирующих алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации за счет повышения прочности закрепления люминофорсодержащей композиции на поверхности алмазов.

Указанная цель достигается тем, что в реагенте-модификаторе спектральных характеристик алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации, представляющего собой эмульсию композиции неорганического люминофора и органического коллектора в водной фазе, содержащей реагенты-регуляторы, в качестве коллектора используют смесь светлого высоковязкого нефтепродукта с высокой массовой долей микрокристаллического парафина из ряда петролатум, церезин с нефтяными масляными фракциями, а также с масло-, водорастворимыми органическими жидкостями следующего ряда: метилэтилкетон, диэтилкетон, циклогексанон, глицерин. Кроме того, указанная цель изобретения достигается за счет того, что органические жидкости ряда метилэтилкетон, диэтилкетон, циклогексанон, глицерин при растворении в органических компонентах, например маслосодержащем церезине и петролатуме, существенно снижают их вязкость. Это обеспечивает прочное адгезионное адгезионное закрепление органического коллектора с люминофором на на поверхности алмазов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема устройства для применения люминофорсодержащей композиции заявляемого состава при извлечении алмазов из руд и промпродуктов методом рентгенолюминесцентной сепарации.

Устройство содержит приспособление для разделения исходного питания на классы крупности (грохота) -1, емкости для обработки выделенных классов исходного питания люминофорсодержащей эмульсией -2, приспособления для удаления люминофорсодержащей эмульсии (грохота) -3, дозатора исходного питания -4 и рентгенолюминесцентного сепаратора -5. Технологическая цепочка аппаратов 1-5 оснащена приспособлением для приготовления и дозирования люминофорсодержащей эмульсии, выполненной в виде двух последовательно установленных емкостей -6 и -7 с мешалками, оснащенных дозаторами реагентов и воды, и предназначенных для приготовления смеси неорганического люминофоров с органическим коллектором в виде нефтепродукта с высокой массовой долей микрокристаллического парафина с нефтяной масляной фракцией, а также масло- водорастворимых органических жидкостей (емкость -6) и для приготовления или восстановления эмульсии (емкость -7). Для возврата эмульсии в технологический процесс установлен зумпф -8 с возвратным насосом.

Для достижения наилучшего результата при смешивании компонентов органического коллектора поддерживают массовую долю микрокристаллических парафинов 35-57%, нефтяных масляных фракций - 32-55%, масло- и водорастворимых органических жидкостей - 5-20%.

Церезин (ГОСТ 2488-79) марок 65, 70, 75, 80 представляет собой смесь твердых углеводородов метанового ряда, получающихся вследствие обработки естественных озокеритов (горного воска), которые встречаются в песках и известняках, и из парафиновой нефти. Нефтяной церезин также содержит микрокристаллический парафин и выделяется как фракция нефтепереработки. Петролатум (ГОСТ 4096-62) представляет собой смесь микрокристаллического парафина с нефтяными маслами. Процентное содержание масела в сыром петролатуме изменяется в пределах от 20 до 40%.

Сравнение с другими органическими коллекторами показывает, что петролатум с содержанием микрокристаллического парафина 30-50%, характеризуются повышенной температурой застывания (40-50°С), высокой вязкостью, гидрофобностью и адгезионной активностью.

Нефтяные масляные фракции представляют собой смесь углеводородов парафинового, нафтенового, ароматического и нафтено-ароматического рядов, а также кислородных, сернистых и азотсодержащих производных углеводородов.

В гетерофазной системе масло - вода масло-, водорастворимые органические жидкости выбранного ряда имеют большее сродство к водной фазе и переходят в нее в диффузионном режиме. При этом происходит увеличение вязкости органического коллектора и упрочнение агрегатов алмаз - органический коллектор - зерна люминофоров. Аналогичный процесс происходит при сушке концентратов и промпродуктов, когда низкокипящие добавки (метилэтилкетон, диэтилкетон, циклогексанон, глицерин) испаряются при температуре до 150°С.

Необходимость использования в составе композиции нефтяные масляных фракций обусловлена тем, что церезин и нефтяной церезин имеют высокую температуру застывания (более 40°С) и в обычных условиях представляют собой выкристаллизованные зерна парафинов с добавками масел. Эти соединения не могут быть использованы в люминофорсодержащей композиции, поскольку практически не закрепляются на поверхности алмазов.

Добавление в высоковязкие нефтепродукты с высокой массовой долей микрокристаллического парафина нефтяных масляных фракций позволяет получить гомогенные композиции с вязкостью 140-300 мПа с (при 25°С). Такие свойства не обеспечивают необходимую адгезионную активность коллектора и не способствуют образованию устойчивых комплексов алмаз - органический коллектор - люминофор. Добавление в состав органического коллектора масло-, водорастворимых органических жидкостей следующего ряда: метилэтилкетон, диэтилкетон, циклогексанон, глицерин обеспечивает снижение вязкости органической фазы композиции до 20-80 мПа с (при 25°С), при которой наиболее эффективно протекает закрепление люминофорсодержащей композиции на поверхности алмазов. Диффузионное удаление растворителей из капель органического коллектора приводит к обратному увеличению вязкости парафин-масляных смесей до 180-200 мПа с и более, что обеспечивает существенное увеличение устойчивости агрегатов алмаз - коллектор - люминофор, которые не разрушаются в операциях промывки, транспортирования и сушки алмазосодержащих продуктов перед операцией рентгенолюминесцентной сепарации. Такая устойчивость обеспечивает сохранение люминофора на поверхности алмазов, модифицирование их спектрально-кинетических характеристик, что позволяет извлекать слабо- и аномально люминесцирующие алмазы в действующих схемах. Соотношение парафинов, масляных фракций и масло-, водорастворимых органических жидкостей (в представленной серии - диэтилкетона), обеспечивающее эффективное закрепление люминофоров на поверхности алмазов, подтверждается результатами исследований, представленных в табл. 1.

Опыты 1-5 проводились с использованием петролатума, разбавляемого нефтяной масляной фракцией с последующей добавкой диэтилкетона. Опыты 7-13 проводились с использованием петролатума, разбавляемого диэтилкетоном. Органический коллектор в опыте 14 получен из коллектора по опыту 3 путем выдерживался при температуре 100°С до потери массы 10%. Органический коллектор в опыте 15 был получен из коллектора по опыту 3 путем выдерживался при температуре 100°С до потери массы 15%.

При массовой доле мелкокристаллических парафинов в смеси более 57% не удается получить гомогенную адгезионно активную смесь, поскольку парафины кристаллизуются и становится инертными. При массовой доле фракции мелкокристаллических парафинов в смеси менее 35% не удается достичь требуемой вязкости органической фазы, которая удерживала бы люминофорсодержащую композицию на алмазах. При массовой доле нефтяной масляной фракции менее 32% не достигается растворение парафинов в смеси и снижается интенсивность адгезионного взаимодействия люминофоров и алмазов с органическим коллектором. При массовой доле нефтяной масляной фракции более 55% резко снижается вязкость органической жидкости и уменьшается способность удерживания люминофоров на алмазах в операциях промывки, транспортирования и сушки алмазосодержащих продуктов перед операцией рентгенолюминесцентной сепарации. При массовой доле масло-, водорастворимых органических жидкостей в смеси менее 5% не удается получить гомогенную адгезионно активную смесь, поскольку вязкость органической жидкости превышает граничные значения и эффективность адгезии люминофоров и закрепления на алмазах снижается. При массовой доле масло-, водорастворимых органических жидкостей в смеси более 20% вязкость органической фазы снижается чрезмерно, что приводит к удалению органической фазы с люминофором с поверхности алмазов в турбулентном режиме или за счет разности плотностей органического коллектора и водной фазы.

Реагент-модификатор работает следующим образом.

Руда или алмазосодержащий промпродукт (хвосты основной рентгенолюминесцентной сепарации) подаются на грохот -1, где разделяется на классы крупности +3 - 6 мм, +1,2 - 3 мм и шламы. Отдельные классы крупности, представляющие собой исходное питание операции рентгенолюминесцентной сепарации, поступают в емкость -2, где в режиме интенсивного перемешивания осуществляется их обработка водной эмульсией, состоящей из смеси неорганического люминофора с органическим коллектором (люминофорсодержащей композиции) и водной фазы, содержащей реагент-диспергатор. При обработке исходного питания эмульсией люминофорсодержащая композиция за счет адгезии органического коллектора селективно закрепляется на поверхности алмазов. После обработки исходного питания избыток люминофорсодержащей эмульсии отделяется на грохоте -3.

Обработанный алмазосодержащий продукт поступает в рентгенолюминесцентный сепаратор -4, где с использованием амплитудно-кинетического метода производят разделение алмазов и породных минералов. Закрепившаяся на поверхности алмазов люминофорсодержащая композиция генерирует оптический сигнал, который соответствует настройкам детектора сепаратора, что обеспечивает извлечение в концентрат кристаллов алмаза, которые не полностью соответствуют настройкам рентгенолюминесцентных сепараторов. Получаемый алмазосодержащий концентрат в соответствии с используемой технологической схемой поступает на доводку в рентгенолюминесцентный сепаратор с использование операции сушки (на чертеже не показано).

Реагент-модификатор спектральных характеристик алмазов приготавливают путем одновременного смешивания неорганического люминофора, светлого высоковязкого нефтепродукта, нефтяные масляных фракций, масло-, водорастворимых органических жидкостей в емкости 6. Для облегчения процесса смешивания производят нагревание светлого высоковязкого нефтепродукта до 50-60°С.

Полученный реагент-модификатор дозируют в емкость -7, куда одновременно подают воду и раствор реагентов-диспергаторов, например, полифосфата и сульфоната натрия. В режиме интенсивного перемешивания образуется устойчивая люминофорсодержащая эмульсия, в которой зерна люминофора закрепляются на поверхности капель органического коллектора. Приготовленная эмульсия дозируется в емкость -2. Люминофорсодержащая эмульсия, отделенная на грохоте 3 от обработанного эмульсией исходного питания рентгенолюминесцентной сепарации накапливается в зумпфе 8 и направляется в емкость 2.

Пример.

Эмульсии с выбранным составом органического коллектора были апробированы при подготовке исходного питания операции рентгенолюминесцентной сепарации на сепараторе «Полюс-М. Исходная проба содержала безалмазные хвосты 2-й стадии рентгенолюминесцентной сепарации и 20 кристаллов алмаза той же крупности. Для экспериментов использовали выборку слабо- и аномально люминесцирующих алмазов, теряемых в процессе рентгенолюминесцентной сепарации, а также безалмазные пробы хвостов рентгенолюминесцентной сепарации.

В процессе экспериментов варьировали компонентный состав органического коллектора.

Использование в составе эмульсии коллектора заявляемого состава обеспечивает эффективное извлечение в процессе рентгенолюминесцентной сепарации. В выбранных интервалах варьирования массовых долей компонентов органического коллектора достигается извлечение алмазов 70% и более (таблица 2).

Сравнение с результатами экспериментов, проведенных с использованием в качестве коллектора дизельного топлива (прототип) показывает большую эффективность заявляемого состава реагента-модификатора. Анализ полученных результатов показывает, что выход за оптимальный диапазон массовых долей фракций органического коллектора приводит к уменьшению положительного эффекта (таблица 2).

Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве светлого высоковязкого нефтепродукта церезина а в качестве масло-, водорастворимых органических жидкостей метилэтилкетона, циклогексанона, глицерина.

Таким образом, полученные результаты подтверждают эффективность выбранного композиционного состава органического коллектора в составе реагента-модификатора и обоснованность границ интервалов разрешенных значений массовых долей фракций в органическом коллекторе.

Использование: для рентгенолюминесцентной сепарации. Сущность изобретения заключается в том, что реагент-модификатор спектральных характеристик алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации включает эмульсию композиции неорганического люминофора и органического коллектора в водной фазе, содержащей реагенты-регуляторы, при этом в качестве коллектора используют смесь светлого высоковязкого нефтепродукта с высокой массовой долей микрокристаллического парафина из ряда петролатум, церезин с нефтяными масляными фракциями, а также с масло- водорастворимыми органическими жидкостями следующего ряда: метилэтилкетон, диэтилкетон, циклогексанон, глицерин. Технический результат: обеспечение возможности повышения прочности закрепления люминофорсодержащей композиции на поверхности алмазов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Реагент-модификатор спектральных характеристик алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации, включающий эмульсию композиции неорганического люминофора и органического коллектора в водной фазе, содержащей реагенты-регуляторы, отличающийся тем, что в качестве коллектора используют смесь светлого высоковязкого нефтепродукта с высокой массовой долей микрокристаллического парафина из ряда петролатум, церезин с нефтяными масляными фракциями, а также с масло- водорастворимыми органическими жидкостями следующего ряда: метилэтилкетон, диэтилкетон, циклогексанон, глицерин.

2. Реагент-модификатор спектральных характеристик алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации по п. 1, отличающийся тем, что при смешивании компонентов органического коллектора поддерживают массовую долю микрокристаллических парафинов 35-57%, нефтяных масляных фракций - 32-55%, масло- и водорастворимых органических жидкостей - 5-20%.