Способ извлечения алмазов из руд и промпродуктов Российский патент 2023 года по МПК C01B32/28 C09K11/02 G01N21/64 G01N23/02 

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых и в частности к способам извлечения алмазов из руд и промпродуктов, включающим обработку обогащаемых классов исходного сырья люминофорсодержащими эмульсиями и извлечение алмазов рентгенолюминесцентной сепарацией с использованием амплитудно-кинетического метода разделения.

Известен способ извлечения алмазов из руд и промпродуктов, включающий разделение исходного сырья по классам крупности и извлечение алмазов рентгенолюминесцентной сепарацией с использованием амплитудно-кинетического метода разделения [Шлюфман Е.М., Миронов В.П., Гурва Л.А., Цхай Н.К. Состояние и перспективы радиометрической сепарации алмазов. // Горный Журнал. - 2005. - 7. - С. 102-105.].

Данный способ не обеспечивает извлечение алмазов, спектральные характеристики которых не полностью соответствуют настройкам рентгенолюминесцентных сепараторов или обладают слабым сигналом. Такими характеристиками обладают мало- и безазотные алмазы, а также непрозрачные алмазы с повышенным содержанием других элементов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения алмазов из руд и промпродуктов, включающий обработку обогащаемых классов исходного сырья люминофорсодержащими эмульсиями, содержащими композицию неорганического люминофора, предварительно измельчаемого до крупности -5+0 мкм, и органического коллектора, состоящего из нефтяных фракций, и извлечение алмазов рентгенолюминесцентной сепарацией с использованием амплитудно-кинетического метода разделения [патент RU 2754403 С1, МПК В03В 13/02 2021 Способ извлечения алмазов из руд и промпродуктов, Чантурия В.А., Морозов В.В., Двойченкова Г.П. и др. (прототип)].

Указанный способ способствует повышению извлечения алмазов, спектральные характеристики которых не полностью соответствуют настройкам рентгенолюминесцентных сепараторов или характеризуются слабым сигналом. Однако данный метод характеризуется малой эффективностью извлечения гидрофилизированных алмазов и алмазов малой крупности (1,2 - 3 мм) вследствие недостаточной интенсивности сигнала от закрепившихся люминофоров или недостаточного соответствия длине волны и форме сигнала рентгенолюминесценции природных алмазов.

Технической задачей изобретения является увеличение извлечения аномально- и слабо люминесцирующих алмазов мелких классов за счет придания сигналу рентгенолюминесценции алмазов с закрепившейся люминофорсодержащей композицией увеличенной интенсивности.

Указанная цель достигается тем, что в способе извлечения алмазов из руд и промпродуктов, включающем обработку обогащаемых классов исходного сырья люминофорсодержащими эмульсиями, содержащими композицию неорганического люминофора, предварительно измельчаемого до крупности -5+0 мкм, и органического коллектора, состоящего из нефтяных фракций, и извлечение алмазов рентгенолюминесцентной сепарацией с использованием амплитудно-кинетического метода разделения, в качестве неорганического люминофора используют сульфид цинка и/или кадмия активированные медью или серебром с характеристическим излучением в диапазоне 400-540 нм, предварительно обработанные в растворе медного купороса с концентрацией от 10^-4 до 10^-3 моль/л и бутилового ксантогената калия с концентрацией от 10^-5 до 10^-4 моль/л, в качестве органического коллектора используют смесь тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в массовом соотношении от 9:1 до 6:1, при этом массовое соотношение неорганического люминофора и органического коллектора составляет от 1:50 до 1:10.

Люминофоры на основе сульфидов цинка и кадмия являются весьма представительным классом, проявляющим свойства рентгенолюминесценции. Люминофоры на основе сульфида цинка имеют кристаллическую решетку сфалерита и вюртцита формулу Zn_(1-x)S:xCu²⁺. Люминофоры группы ZnS:Cu (Э-515-115, ФК-110 и др.) в зависимости от условий приготовления и концентрации меди, могут излучать в красной, синей и зеленой области спектра. Люминофоры имеют общую формулу ZnS:Ag (ФК-1, ФК-2 и др.) характеризуются голубым и синим свечением. Производятся смешанные люминофоры ZnS, CdS:Cu и ZnS, CdS:Ag (Р-530 и др.) со свечением синей и зеленой и желтой области спектра.

Сравнение с другими люминофорами показывает, что выбранные люминофоры группы сульфидов цинка и кадмия характеризуются высокой яркостью люминесценции и приемлемыми спектральными характеристиками

Тяжелый газойль каталитического крекинга - остаточный жидкий продукт, получаемый в результате термокаталитической переработки нефтяных фракций, начинающий кипеть при температуре выше 270°С. Содержит до 60% ароматических углеводородов, в частности полициклических. Свойства тяжелого газойля каталитического крекинга определяются ТУ 0258-005-48671436-2006. Дизельная технологическая фракция производится при прямой перегонке нефтяных продуктов с добавлением газойлевых фракций. Дизельная технологическая фракция является базовым продуктом (96-99%) для производства дизельного топлива, судового маловязкого топлива и печного топлива светлого. Дизельная технологическая фракция выпускается различными предприятиями по техническим условиям на товарную продукцию, например ТУ 38.101567-2014. «Судовое маловязкое топливо».

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема устройства для реализации способа извлечения алмазов из руд и промпродуктов.

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 смеси тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции (емкость -6) и для приготовления или восстановления эмульсии (емкость -7). Для возврата эмульсии в технологический процесс установлен зумпф -8 с возвратным насосом.

Способ реализуется 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. Классы крупности +3 - 6 мм, +1,2 - 3 мм, 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, содержащую реагенты - диспергаторы. 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 -5, где с использованием амплитудно-кинетического метода производят разделение алмазов и породных минералов. Закрепившаяся на поверхности алмазов люминофорсодержащая композиция генерирует оптический сигнал в области 400-540 нм, который по соотношению быстрой и медленной компонент полностью соответствует настройкам детектора сепаратора, используемого в режиме амплитудно-кинетического метода, что обеспечивает извлечение в концентрат, как случайно не извлеченных кондиционных кристаллов, так и кристаллов алмаза, которые не полностью соответствуют настройкам рентгенолюминесцентных сепараторов или обладают слабым сигналом (аномально и слабо люминесцирующие алмазы). Получаемый алмазосодержащий концентрат в соответствии с используемой технологической схемой поступает на доводку, а хвосты направляются в операцию самоизмельчения.

Используемый при приготовлении люминофорсодержащей композиции неорганический люминофор предварительно измельчают до крупности -5+0 мкм и обрабатывают в растворе медного купороса при концентрациях от 10^-4 до 10^-3 моль/л и затем в растворе бутилового ксантогената калия при концентрациях 10^-5 до 10^-4 моль/л. Рациональными условиями, обеспечивающими достижение положительного эффекта, являются интервал температур 20-25°С, продолжительность обработки медным купоросом до 3 мин и бутиловым ксантогенатом калия до 5 мин.

Приготовленный и высушенный неорганический люминофор в емкости -6 смешивают и диспергируют с органическим коллектором, состоящим из тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в весовом соотношении от 9:1 до 6:1. Наряду с дизельной технической фракцией в качестве компонента органического коллектора могут быть применены нефтепродукты ряда: дизельное топливо, судовое маловязкое топливе и печное топливо светлое.

Неорганический люминофор смешивают и диспергируют при предпочтительном массовом соотношении с органическим коллектором от 1:50 до 1:10.

Полученную композицию люминофора и коллектора дозируют в емкость -7, куда одновременно подают воду и раствор реагентов - диспергаторов, например, тринатрийфосфата или полифосфата натрия, сульфоната натрия. При этом поддерживают предпочтительное соотношение между массами приготовленной смеси люминофорсодержащей композиции и добавляемой воды от 1:50 до 1:20. 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.

Использование в качестве люминофора сульфидов цинка и/или кадмия активированные медью или серебром с характеристическим излучением в диапазоне 400-540 нм обеспечивает получение сигнала высокой интенсивности, существенно превышающим интенсивность, например, свечения люминофора ФЛ-530 (табл. 1 - по амплитуде быстрой компоненты А_БК), что обеспечивает положительный результат для мелких классов (-3 +1,2 мм).

Другие параметры спектрально-кинетической характеристики люминофоров (свертка сигнала Sv, постоянная времени затухания τ_з, соотношение амплитуд быстрой и медленной компонент К_А) соответствуют настройкам рентгенолюминесцентных сепараторов (табл. 1).

Предварительное обработка сульфидов цинка и/или кадмия активированные медью или серебром в растворах медного купороса и бутилового ксантогената калия обеспечивает повышение их олеофильности и максимальную устойчивость капельных агрегатов коллектор - зерна люминофора в эмульсии и предотвращает переход неорганического люминофора в водную фазу.

Требуемые результаты достигаются при обработке неорганического люминофора, например сульфида цинка, активированного ионами меди (Э-515-115), растворами медного купороса, проводимая при концентрации 10^-4 - 10^-3 моль/л и бутилового ксантогената калия - при концентрации 10^-5 - 10^-4 моль/л. Такой режим обработки люминофора Э-515-115 обеспечивает повышение его олеофильности и способности экстрагироваться каплями органического коллектора. Доля не экстрагируемого в органический коллектор люминофора и, соответственно, потери в процессе для обработанного люминофора уменьшаются до 25 раз (таблица 2). Аналогичные результаты получены для других люминофоров на основе сульфидов цинка и кадмия.

Применение в качестве органического коллектора смеси тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в весовом соотношении от 9:1 до 6:1 обеспечивает образование устойчивой масло-водной дисперсной системы, органическая фаза которой (коллектор) характеризуется высокой адгезионной способностью как по отношению к поверхности алмазов (в т.ч. гидрофилизированых), так и люминофоров. Устойчивость дисперсной системы коллектор - водная фаза усиливается тем, что плотность капель люминофорсодержащей композиции выбранного состава (0,94-0,98) близка к плотности водной фазы (1,0), что уменьшает расслаивание эмульсии. При соотношении тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции менее 6:1 наблюдается снижение прочности его закрепления на поверхности алмазов, а при соотношении более 9:1 наблюдается существенное уменьшение устойчивости эмульсии, обусловленное быстрым слипанием капель коллектора. Для повышения устойчивости эмульсии применяют добавки тринатрийфосфата, полифосфата, и сульфоната натрия.

Сочетание применения в качестве люминофора сульфидов цинка и/или кадмия, активированных медью или серебром с характеристическим излучением в диапазоне 400-540 нм и применения в качестве органического коллектора смеси тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в весовом соотношении от 9:1 до 6:1 обладает выраженным синергетическим эффектом, способствующим достижению поставленной цели.

Повышенная концентрация алкилнафтеновых или алкилароматических углеводородов в ТГКК обеспечивает формирование дополнительного сигнала рентгенолюминесценции в области 360 - 485 нм, который обладает заметной быстрой компонентой и схож с сигналом люминофора антрацен, применяемого в прототипе. Это позволяет исключить антрацен из применяемой композиции. При массовом соотношении неорганического люминофора и органического коллектора от 1:50 до 1:10 достигаются соответствие спектрально-кинетических характеристик настройкам сепаратора.

Выбранные люминофоры состав органического коллектора композиции были апробированы при извлечении природных алмазов с использованием рентгено-люминесцентного сепаратора «Полюс-М». Параметры режима рентгенолюминесцентной сепарации с использованием сепаратора «Полюс-М» соответствовали параметрам, применяемым в промышленных аппаратах. Для экспериментов использовали выборку слабо- и аномально люминесцирующих алмазов, теряемых в процессе рентгенолюминесцентной сепарации, а также безалмазные пробы хвостов рентгенолюминесцентной сепарации.

В процессе экспериментов испытывали различные неорганические люминофоры, а также варьировали компонентный состав органического коллектора.

Применение в качестве люминофора сульфидов цинка и/или кадмия активированные медью или серебром с характеристическим излучением в диапазоне 400-540 нм, предварительно обработанные в растворах медного купороса и бутилового ксантогената калия, обеспечивает в сравнении с режимом прототипа увеличение извлечения алмазов на 10-15% (табл. 3, серия 1).

Наилучшие результаты были достигнуты при использовании в качестве органического коллектора смеси тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции. Интервал соотношений компонентов органического коллектора, в котором достигается наилучший результат (статистически значимый прирост извлечения 20-35%), составляет от 6:1 до 9:1 (табл. 3, серии 4-7).

При соотношении тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции менее 6:1 (табл. 3, серии 2, 3) и более 9:1 (табл. 3, серия 8) наблюдается существенное уменьшение извлечения алмазов. В выбранных пределах соотношений обеспечивается максимальное извлечение (75 и более %) обработанных люминофорсодержащей эмульсии алмазов в концентрат РЛС (таблица 2).

В процессе испытаний были определены рабочие параметры технологии. Результаты экспериментов показали следующее. Рациональное соотношение между массами неорганического люминофора и органического коллектора в люминофорсодержащей композиции составляет от 1:50 до 1:10. При соотношении менее 1:50 снижается интенсивность сигнала рентгенолюминесценции вследствие уменьшения количества люминофора, закрепляющегося на поверхности алмаза. При соотношении более 1:10 увеличиваются потери неорганического люминофора за счет его перехода в водную фазу.

Рациональное соотношение между массами приготовленной смеси люминофорсодержащей композиции и воды составляет от 1:50 до 1:20. При соотношении органической фазы и воды менее 1:50 извлечение алмазов снижается, поскольку существенно увеличивается время, необходимое для закрепления люминофорсодержащей эмульсии на алмазах. При соотношении органической фазы и воды более 1:20 наблюдалось снижение селективности процесса за счет усиления закрепления люминофорсодержащей композиции на минералах кимберлита.

Пример.

Способ был апробирован в условиях операции рентгенолюминесцентной сепарации на сепараторе «Полюс-М», проводимой в динамическом режиме. Исходная проба содержала безалмазные хвосты 2-й стадии рентгенолюминесцентной сепарации (класс -3+1,2 мм) и 100 кристаллов алмаза той же крупности.

В первой серии опытов обработку исходного питания люминофорсодержащей эмульсией не проводили. Во второй серии опытов обработку смеси алмазов и минералов проводили в течение 1 мин путем перемешивания с эмульсией люминофорсодержащей композиции из люминофора ФЛ-530, антрацена сцинциляционного (в соотношении 40:1) и дизельного топлива летнего в водной фазе (при соотношении органический коллектор - водная фаза 1:25), что соответствовало описанию в прототипе. В третьей серии опытов использовали технологию, описанную в формуле изобретения, предполагающую измельчение люминофора Э-515-115 до крупности - 5 мкм, обработку при 24°С в течение 3 мин в растворе медного купороса при концентрации 10^-3 моль/л и при 24°С в течение 4 мин растворе бутилового ксантогената калия при концентрации 10^-4 моль/л и использование в качестве органического коллектора дизельного топлива «летнего». При этом массовое соотношение неорганического люминофора и органического коллектора составляет от 1:25.

В четвертой серии повторяли условия подготовки люминофора серии 3, но при этом в качестве органического коллектора использовали смесь тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в весовом соотношении 5,66:1 (15% дизельной технической фракции в смеси).

Анализ представленных в табл. 4 результатов сепарации алмазосодержащего продукта - хвостов основной операции РЛС на приборе «Полюс-М» в динамическом режиме показывает, что использование предложенного способа позволяет повысить извлечения алмазов на 12-17%.

При этом не происходит увеличения выхода минералов кимберлита в концентрат и, соответственно, достигается существенное увеличение селективности процесса. Анализ спектрально-кинетических характеристик извлеченных алмазов показал, что повышение показателей сепарации достигается за счет увеличения на 45-120% интенсивности сигналов приобретенной рентгенолюминесценции алмазов при выдерживания величины длины волны, свертки сигнала люминесценции и соотношения быстрой и медленной компонент обработанных алмазов в пределах диапазона настроек параметров анализатора, соответствующего режиму извлечения в концентрат.

Изобретение может быть использовано при добыче полезных ископаемых. Обогащаемые классы исходного алмазосодержащего сырья, такого как руды и промпродукты, обрабатывают люминофорсодержащими эмульсиями, содержащими композицию неорганического люминофора и органического коллектора, состоящего из нефтяных фракций, при массовом соотношении неорганического люминофора и органического коллектора от 1:50 до 1:10. В качестве неорганического люминофора используют сульфид цинка и/или кадмия, активированный медью или серебром, с характеристическим излучением в диапазоне 400-540 нм. Указанный люминофор предварительно измельчают до крупности -5+0 мкм и обрабатывают в растворе медного купороса с концентрацией от 10^-4 до 10^-3 моль/л и бутилового ксантогената калия с концентрацией от 10^-5 до 10^-4 моль/л. В качестве органического коллектора используют смесь тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в массовом соотношении от 9:1 до 6:1. После обработки алмазосодержащего сырья избыток люминофорсодержащей эмульсии отделяют, а обработанный алмазосодержащий продукт подают на рентгенолюминесцентную сепарацию с использованием амплитудно-кинетического метода разделения для извлечения алмазов. Увеличивается извлечение мелких классов аномально- и слабо люминесцирующих алмазов за счет увеличения интенсивности сигнала рентгенолюминесценции алмазов с закрепившейся на них люминофорсодержащей композицией. 1 ил., 4 табл., 1 пр.

Способ извлечения алмазов из руд и промпродуктов, включающий обработку обогащаемых классов исходного сырья люминофорсодержащими эмульсиями, содержащими композицию неорганического люминофора, предварительно измельчаемого до крупности -5+0 мкм, и органического коллектора, состоящего из нефтяных фракций, и извлечение алмазов рентгенолюминесцентной сепарацией с использованием амплитудно-кинетического метода разделения, отличающийся тем, что в качестве люминофора используют сульфид цинка и/или кадмия, активированный медью или серебром, с характеристическим излучением в диапазоне 400-540 нм, предварительно обработанный в растворе медного купороса с концентрацией от 10^-4 до 10^-3 моль/л, и бутилового ксантогената калия с концентрацией от 10^-5 до 10^-4 моль/л, в качестве органического коллектора используют смесь тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в массовом соотношении от 9:1 до 6:1, при этом массовое соотношение неорганического люминофора и органического коллектора составляет от 1:50 до 1:10.