Обогащение минерального сырья

В учебнике изложены физико-химические основы и технология производства благородных металлов. Дана характеристика исходного сырья, представлены технологические схемы его переработки, описано используемое оборудование, приведены показатели металлургических процессов.

В продуктах ступенчатого обжига пирит-арсенопиритовых концентратов выявлено присутствие фаз арсенатов железа FeAsO4, Fe4As2O11, Fe3(AsO4)2. Представлены результаты исследований по выщелачиванию огарков в щелочной среде, создаваемой гидроксидом натрия с использованием пероксида водорода в качестве окислителя. Экспериментально подтверждена эффективность щелочного выщелачивания в присутствии H2O2 для вскрытия золота, связанного с арсенатами железа (II) и (III) и снижения содержания мышьяка от 1.2 – 1.4 до 0.06 – 0.15 %. Показано, что предварительное выщелачивание огарков способствует повышению извлечения золота цианированием от 91 – 91.9 до 97.3 – 97.9 %

В монографии изложены результаты изучения возможности обогатимости полезных ископаемых в лабораторных условиях, построения кривых обогатимости, рассмотрены возможности моделирования результатов обогащения по полученным кривым (плотности разделения, выходу и зольности концентрата и выходу промежуточного продукта и хвостов), а именно: моделирования сепарационного процесса тяжелосредного обогащения, которое позволяет решить проблему прогнозирования и уменьшить различия между теоретическими расчетами и реальными результатами обогащения.

Рассмотрена собирательная способность производных форм этилового и бутилового ксантогенатов, образованных нестехиометрическим взаимодействием их с окислителем. Дано визуальное доказательство наличия в растворе тонких микрокапель, стабилизированных отрицательным зарядом. Определены размер и ζ-потенциал микрокапель, а также скорость растекания эмульсии по поверхности воды. Установлено, что указанная скорость превышает скорость растекания продуктов, полученных при нестехиометрическом взаимодействии ксантогената с солями тяжелых металлов. Показано, что продукты взаимодействия ксантогенатов с окислителем в момент прорыва водной прослойки, разделяющей минеральную частицу и пузырек газа, могут десорбироваться с минеральной поверхности и переходить на границу раздела “газ – жидкость” (ДС-формы). Растекание ДС-форм реагента по границе раздела оказывает силовое воздействие на жидкость в прослойке и приводит к ее удалению. Дана численная оценка сил, действующих на жидкость в прослойке со стороны ДС-форм этилового и бутилового ксантогенатов. Установлена зависимость объемного расхода жидкости, вытекающей из прослойки, от поверхностного давления активных на границе раздела “газ – жидкость” форм реагента. Найдены численные значения поверхностного давления эмульсии “диксантогенид – ксантогенат” в зависимости от исходной концентрации ксантогената. Показано, что собирательная способность реагента зависит от поверхностного натяжения раствора его ДС-форм и определяется структурой углеводородного фрагмента собирателя.

В предлагаемой вниманию читателей монографии впервые в отечественной и мировой литературе рассмотрена в широком аспекте многостадийная модель флотации, предложенная автором более 30 лет назад. Показаны возможности ее использования в различных направлениях флотационной очистки воды, сгущения осадков и обогащения полезных ископаемых. Широко освещены вопросы, касающиеся нового флотационного оборудования в виде флотокомбайнов, разработанных на основе модели многостадийной флотации. Указаны перспективы и пути интенсификации флотационных процессов очистки воды.

В работе рассматриваются вопросы обогащения хвостов гравитационного обогащения Васильковской сульфидной золотосодержащей руды.

Дан анализ низкой эффективности барабанных мельниц при раскрытии сростков повышенной прочности в труднообогатимых рудах. Показано, что основной причиной являются недостаточные разрушающие нагрузки. Приведены основные структурно-химические характеристики свойств минеральных срастаний и роль дефектов при их разрушении. Обоснованы принципы оценки необходимого уровня энергетических воздействий для раскрытия сростков минералов с различными типами и значениями межатомных и межмолекулярных связей при использовании высокоэнергетических и высокоскоростных воздействий свободного удара в дезинтеграторах. Приведены примеры необходимых скоростей соударений минералов и разрушающих органов дезинтегратора при раскрытии сростков сульфидных и редкометальных руд и углей.

Выполнен сопоставительный анализ собирательной активности карбоновых кислот и поверхностного давления их пленок на поверхности воды. Установлено, что между этими параметрами существует корреляция, при этом величина поверхностного давления пленок зависит от длины углеводородного радикала, его насыщенности, разветвленности и наличия заместителей. Численно решена задача по удалению жидкости из прослойки, заключенной между пузырьком и минеральной частицей. Показано, что основная сила, действующая в прослойке на жидкость, обусловлена поверхностным давлением молекул в пленке. Сила флотационного реагента определена как мера его воздействия на объем жидкости в прослойке. Дана зависимость объемного расхода жидкости, вытекающей из прослойки, от поверхностного натяжения активных на границе раздела “газ – жидкость” форм реагента. Предложен метод оценки собирательной активности физически закрепившегося реагента по величине силы, оказываемой пленкой реагента на жидкость в прослойке.

Комплексом аналитических исследований установлены различия в составе минеральных образований на поверхности природных алмазов интенсивно измененных кимберлитов в условиях залегания и переработки алмазосодержащих руд. Предложена классификация минеральных образований на алмазах в зависимости от их происхождения, свойств и способа закрепления на поверхности кристаллов.

Представлены новые результаты исследований структурно-химических свойств минеральных образований на поверхности гидрофильных природных алмазов, полученные методами рамановской, РФС и ОЖЕ-спектроскопии. С применением сканирующего электронного микроскопа Jeol-5610 и анализатора INCA исследованы морфологические особенности минеральных нанообразований. На основе изучения фазового состава неизвлеченных алмазов в процессе обогащения кимберлитовых руд установлено два типа минеральных образований на их поверхности: микрообразования в виде глобул силикатной природы < 1 мкм; образования, представленные нанопленкой на глубину более 5 нм, в виде силикатов. На исследуемых алмазах диагностированы силикаты тальковой группы, имеющие слоистую структуру и обуславливающие гидрофильность поверхности кристаллов

Приведены результаты экспериментальных исследований магнитных свойств железосодержащего техногенного минерального сырья при радиационно-термической обработке. Установлено, что объемная магнитная восприимчивость пирит и арсенопирит содержащего оловянного техногенного сырья возросла в среднем в 5 раз. Показано, что при радиационнотермической магнетизации и магнитной сепарации из оловянного техногенного сырья Новосибирского оловокомбината возможно получение оловянного концентрата марки КОС-3, отвечающего требованиям фьюминг-процесса

На моно- и полиминеральных фракциях, рудном материале и концентратах изучено влияние основных технологических факторов на разделение минералов. Установлены главные критерии, определяющие выбор способов селективного фракционного выделения минералов и их разновидностей в разных циклах технологической схемы. К основным критериям отнесены: степень активирующего влияния минералов меди на другие сульфиды; многофункциональная роль соединений железа; значения pH среды; сочетание и концентрации депрессирующих ионов модификаторов; соотношения долей композиции селективных собирателей; научные принципы построения технологических схем; основы концентрирования и выделения минералов в разных операциях процессов обогащения

Рассмотрена возможность извлечения благородных и редких металлов из каустобилитов (сланцы, природные битумы и др.). Представлены результаты минералого-технологических исследований проб, анализ которых показывает повышенное содержание ценных микроэлементов в некоторых объектах. Все исследуемые объекты содержат углерод различной степени метаморфизма. В зависимости от типа сырья, исследования выполнялись по трем направлениям: стадиальное диагностическое сорбционное выщелачивание, флотационное обогащение с предварительным измельчением пробы в среде аминоуксусной кислоты и магнитное обогащение. Проведенные исследования рассеянного углеродистого вещества из каустобилитов позволяют предположить, что концентраторами металлов являются асфальтеновые фракции битумоидов. Результаты исследований показали перспективность вовлечения в переработку нетрадиционного углеродсодержащего сырья для извлечения редких и благородных металлов.

Обсужден вопрос взаимодействия минеральной частицы с пузырьком газа применительно к условиям пенной флотации. Рассмотрено истечение жидкости из прослойки, разделяющей объекты взаимодействия, обусловленное преимущественно гидрофобной составляющей расклинивающего давления. Предположено, что для извлекаемого минерала электростатическое взаимодействие оказывает значительно меньшее влияние на сближение объектов и утончение жидкой прослойки. В этой связи основное внимание уделено влиянию степени гидрофобности минеральной поверхности на скорость удаления жидкости из прослойки. Установлено, что расход жидкости за счет гидрофобной составляющей расклинивающего давления меньше расхода жидкости, вызванного действием физической формы сорбции реагента. Высказано предположение, что гидрофобизация минерала имеет своим назначением создание участков поверхности, на которых активные по отношению к границе раздела “газ – жидкость” формы реагента закрепляются по правилу уравнивания полярностей. Физически закрепившиеся формы реагента удаляют жидкость из прослойки после ее прорыва и тем самым снимают кинетическое ограничение образованию флотационного контакта

О технологической и экономической эффективности использования немеханических энергетических воздействий при переработке труднообогатимого минерального сырья

На основе комплекса минералогических исследований установлена идентичность состава измененных кимберлитов и образованных в процессе переработки шламов. Выявлен высокий процент содержания глинистых минералов типа талька, тальк-сапонита, хлорит-сапонита, Na-сапонита и рентгеноаморфной фазы до 50 %. Присутствует кальцит, доломит, серпентин. Методами оптической микроскопии, инфракрасной спектроскопии и микрорентгеноспектрального анализа изучен состав поверхности природных алмазов при взаимодействии с диагностированными минералами. Установлена последовательность и условия формирования минеральных образований на поверхности кристаллов в условиях переработки метасоматически измененных кимберлитов.

Представлены новые экспериментальные данные о химическом и фазовом составе, структуре и физико-химических свойствах поверхности минералов метасоматически измененных кимберлитовых пород. Установлены условия формирования и основные генетические типы минеральных микро- и наноразмерных фаз на поверхности алмазов в виде алюмосиликатных минералов, примазок в виде тонких слоев глинистых минералов, кальцита и доломита, связанных цементирующим веществом карбонатного состава, а также эффект их негативного влияния на извлечение алмазов в процессе пенной сепарации. Вскрыты механизмы и предложены эффективные методы комбинированных энергетических воздействий на природную гетерогенную систему “алмаз – поверхностные минеральные фазы” для разрушения гидрофильных минеральных пленок на поверхности кристаллов алмазов, предотвращения их повторного образования и снижения потерь алмазов в процессах переработки алмазосодержащих кимберлитов

Приведены аналитические данные и результаты исследований по разделению сульфидных минералов коллективных концентратов полиметаллических руд. Выбраны способы разделения минералов с близкими технологическими свойствами. Выявлены факторы, влияющие на эффективность разделения минералов упорных руд и полиметаллических концентратов. Приведены новые данные по активирующему влиянию катионов меди на флотируемость разновидностей сфалерита, галенита, пирита и пирротина и изучены факторы активирующего действия медных минералов. Изучено влияние разновидностей пирита и сульфидов цветных металлов на окисление, флотируемость и депрессию минералов. Исследованы способы разделения полиметаллических концентратов, предусматривающие многостадийную схему флотации с извлечением разновидностей труднофлотируемых минералов в черновые концентраты и продукты с выделением их в разных циклах. Разработан и рекомендован системный режим дозирования селективных собирателей, депрессоров, модификаторов, которые обеспечивают получение лучших результатов.

Сборник статей «Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов» включает материалы XIII Международной научно-практической конференции, проходившей 27-29 ноября 2013 г. в Забайкальском государственном университете. Сборник состоит из пяти частей. Часть III содержит доклады секций «Обогащение полезных ископаемых», «Геология и геофизика», «Геолого-технологическая».

В учебном пособии кратко изложены основы кристаллографии и минералогии, методы обогащения полезных ископаемых. Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Металлургия». Может быть полезно инженерам-обогатителям, горнякам, геологам и технологам.

Сборник статей «Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов» включает материалы XIII Международной научно-практической конференции, проходившей 27-29 ноября 2013 г. в Забайкальском государственном университете. Сборник состоит из пяти частей. Часть I содержит доклады секции «Современные технологии производства».

Представлены структура и технологические особенности водно-шламовой схемы с замкнутым внутрифабричным водооборотом на основе двухстадиальной гидроклассификации в гидроциклонах с применением системы «ContiClass®» и гидросайзерах и последующим осветлением их слива в радиальных сгустителях, а также уплотнением сгущенного продукта в гидроциклонах, работающих в замкнутом цикле с установками по осветлению шламовых вод. В такой схеме не применяются флотомашины и пресс – фильтры.

Рассмотрена собирательная способность легко десорбируемых форм (ДС-формы) этилового и бутилового ксантогенатов. Дано визуальное доказательство расширения “сухого” пятна на минеральной поверхности при десорбции с нее активных по отношению к границе раздела “газ – жидкость” форм ксантогената. Показано, что ДС-формы реагента, представленные продуктами от взаимодействия ксантогенатов с солями тяжелых металлов, могут оказать эффект удаления жидкости из прослойки, разделяющей минеральную частицу и пузырек газа. Основная сила, действующая в прослойке на жидкость, обусловлена неоднородностью поверхностного натяжения, возникшей в момент локального прорыва, и поверхностным давлением молекул в пленке ДС-форм реагента. Собирательная способность ДС-форм ксантогената определена как мера его воздействия на объем жидкости в прослойке. Дана численная оценка сил, оказываемых на жидкость в прослойке легко десорбируемыми формами этилового и бутилового ксантогенатов. Установлена зависимость объемного расхода жидкости, вытекающей из прослойки, от поверхностного натяжения активных на границе раздела “газ – жидкость: форм реагента. Показано, что собирательная способность реагента зависит от поверхностного натяжения раствора его ДС-форм и определяется структурой углеводородного фрагмента собирателя.

В статье обосновывается необходимость разработки нового концептуального подхода к изучению технологических и экономических свойств минерального сырья при его исчерпании и активном развитии фазовых технологий обогащения.

Дана численная оценка соотношения активностей физической и химической форм сорбции реагента на сульфидных минералах. Сделан ряд допущений: 1) основным кинетическим ограничением образованию флотационного контакта является прослойка жидкости, разделяющая минеральную частицу и пузырек газа; 2) вклад в удаление жидкости из прослойки вносится обеими формами сорбции реагента; 3) объем жидкости, удаляемый физической формой сорбции реагента, определяется разностью объемов жидкости в прослойках, ограниченных поверхностями менисков с наступающим ΘA и отступающим краевыми углами ΘR, имеющими радиус шейки R. Объем жидкости, удаляемый в результате действия поверхностных сил (гидрофобных, дисперсионных), не учитывался по причине низкой плотности и мозаичности закрепления реагента. Приведены результаты экспериментальных работ по определению предельных значений наступающих и отступающих статических контактных углов на поверхности ряда сульфидов цветных металлов. Показано, что селективность флотационного разделения сульфидов зависит от соотношения объемов жидкости, удаляемых десорбируемой физической и недесорбируемой химической формами сорбции реагента. Предложенный метод оценки селективности пригоден для минералов с близкими поверхностными свойствами, когда стабилизирующее ионно-электростатическое взаимодействие минералов с пузырьками газа отсутствует или незначительно. Результаты расчета могут быть полезны для оптимизации собирательной способности физически закрепившегося малополярного или десорбируемых производных форм ионногенного реагента с целью повышения селективности разделения сульфидных минералов.

Представлены новые экспериментальные данные по исследованию спектральных характеристик фотолюминесценции природных алмазов с глубоких горизонтов трубок “Мир” и “Интернациональная” (Республика Саха (Якутия)) в зависимости от состава основных и дополнительных оптически активных структурных дефектов в кристаллах и температурных режимов регистрации спектров с учетом кинетики люминесценции. Высказано предположение о возможности повышения эффективности фотолюминесцентной сепарации алмазных кристаллов за счет применения низкотемпературных воздействий.