Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

АКТИВАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФЛОТАЦИИ ШЛАМОВ И СИЛЬВИНА ПРИ ОБОГАЩЕНИИ КАЛИЙНЫХ РУД

АЛИФЕРОВА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА

Екатеринбург - 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Флотационное обогащение водорастворимых калийных руд в настоящее время является основным методом производства калийных удобрений на отечественных и зарубежных предприятиях.

Калийные руды Соликамского участка Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКМС) отличаются изменчивостью минерального состава водонерастворимых примесей. Отсутствие данных о составе и технологических свойствах водонерастворимых примесей, их изменении в руде различных участков разрабатываемых шахтных полей не позволяло осуществлять планирование режимов переработки руды с учетом ее технологических свойств.

Повышение температуры маточного раствора (насыщенного раствора электролитов хлоридного типа) в летний период времени до 35 - 37 ^оС отрицательно влияет как на показатели шламовой, так и сильвиновой флотаций.

Технологическая схема флотационной переработки руды включает проведение обесшламливания руды со складированием глинисто-солевых отходов в виде суспензии в шламохранилище, что обусловливает необходимость применения специальных мер по снижению экологического воздействия производства на окружающую среду.

Объектом исследования являются минеральный состав водонерастворимых примесей сильвинитовой руды соликамского участка ВКМКМС и флотационные реагенты их свойства.

Предмет исследования:

-закономерности изменения показателей флотации шламов из калийной руды в зависимости от минерального состава водонерастворимых примесей, состава флокулянта и собирателя шламов;

- закономерности изменения показателей флотации сильвина из калийной руды в зависимости от минерального состава водонерастворимых примесей, температуры маточного раствора, фракционного состава первичных алифатических аминов, органического депрессора.

Цель работы. Активация процессов флотации шламов и сильвина при обогащении калийных руд на основе разработки новых реагентных режимов, новой технологии с учетом изменчивости минерального состава водонерастворимых примесей.

Идея работы заключается в использовании закономерностей изменения флотируемости шламов и сильвина от минерального состава содержащихся в калийных рудах водонерастворимых примесей, состава полиакриламидного флокулянта, оксиэтилированных фенолов, первичных алифатических аминов и применении органического депрессора для разработки новой технологии переработки калийных руд.

Основные задачи исследования:

- изучение минерального состава водонерастворимых примесей калийных руд различных участков Верхнекамского месторождения, разрабатываемых ОАО «Сильвинит», и установление взаимосвязи между составом водонерастворимых примесей и оптимальным расходом реагентов для флотационного выделения шламов;

- изучение влияния состава оксиэтилированных алкилфенолов на эффективность флотационного обесшламливания калийных руд;

- изучение влияния анионности и молекулярной массы полиакриламидных флокулянтов на процессы флотационного обесшламливания калийных руд и сгущения глинисто-карбонатных шламов в насыщенных растворах электролитов хлоридного типа;

- исследование влияния состава первичных алифатических аминов на флотацию хлористого калия в насыщенных растворах электролитов хлоридного типа при температуре 20 - 38^оС;

- разработку новой технологии флотационной переработки калийных руд без предварительного обесшламливания руды.

Методы исследований. В работе использованы: рентгенографический количественный фазовый, химический и гранулометрический методы анализа состава руды и содержащихся в ней водонерастворимых примесей, седиментационный метод определения содержания диспергированных шламов и флокулирующей активности полиакриламидных полимеров, фотометрический метод определения аминов, метод хроматографического определения фракционного состава аминов, вискозиметрическое определение вязкости растворов аминов, флотация шламов и хлористого калия в лабораторных и промышленных установках.

Научные положения, выносимые на защиту.

· Оптимальный расход флокулянта в операции флотации шламов должен соответствовать содержанию силикатных минералов в руде;

· Флотация шламов наиболее эффективна высокооксиэтилированными алкилфенолами (количество молей окиси этилена 20-30) и высокомолекулярным полиакриамидным флокулянтом с анионностью 1, 2 - 1, 4 мг-экв/г;

· Повышение эффективности действия первичных алифатических аминов при флотации сильвина обеспечивается путем изменения в них соотношения октадециламина и гексадециламина;

· Производства хлористого калия флотационным способом из сильвинитовых руд с содержанием н.о. до 2 % возможно по технологии без проведения предварительного обесшламливания.

Научная новизна результатов работы. Получены следующие новые научные результаты:

· Впервые установлена изменчивость минерального состава водонерастворимых примесей калийных руд промышленных пластов Соликамского участка ВКМКМС, проведено определение минерального состава «свободного» и «внутрикристаллического» нерастворимого остатка и установлена зависимость количества образующихся «свободных» (диспергированных) шламов от минерального состава водонерастворимых примесей.

· Выявлена зависимость реагентного режима флотационного обесшламливания калийных руд от минерального состава водонерастворимых примесей.

· Разработаны реагенты нового состава для флотационного обогащения калийных руд:

-высокооксиэтилированные фенолы, получаемые алкилированием фенолов олефиновыми фракциями С₈ - С₁₄ и содержащие 25 оксиэтильных групп;

-полиакриламидный полимер с молекулярной массой 17 млн. а.е.м. и показателем анионности 1, 2 - 1, 4 мг-экв/г;

-первичные алифатические амины с соотношением фракций аминов октадециламин (С₁₈) / гексадециламин (С₁₆), равным 2, 7 - 3, 0.

· Впервые разработана технология флотационного обогащения калийных руд с содержанием водонерастворимых примесей до 2 % без проведения предварительного обесшламливания руды.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается значительным объемом экспериментального материала, удовлетворительной сходимостью результатов параллельных опытов, подтвержденными данными статистического анализа; производственным опытом положительного внедрения разработанных новых реагентных режимов.

Практическое значение состоит в установлении математической зависимости оптимального расхода флокулянта от минерального состава водонерастворимых примесей, разработке новых реагентных режимов и новой технологии переработки калийных руд.

Личный вклад автора состоит в обосновании направлений решения поставленных задач; в организации и проведении анализе всего комплекса лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний; анализе и обобщении результатов исследований.

Реализация результатов работы. Результаты исследований, полученные автором, доведены до практического использования на флотационных фабриках ОАО «Сильвинит». Применение нового высокомолекулярного полиакриламидного флокулянта (Аккофлок А97) и собирателя шламов оксиэтилированного алкилфенола Неонол АФ 9-25 повысило эффективность и селективность флотационного обесшламливания калийных руд, уменьшило расход собирателя в цикле сильвиновой флотации на 15 % и увеличило извлечение хлористого калия в товарный продукт в среднем на 0, 6 %. Экономический эффект от использования новых реагентов в цикле флотационного обесшламливания руды составил 56, 3 млн. руб.. Применение нового катионного собирателя с соотношением фракций С₁₈/С₁₆ 2, 7-3, 0 (амины С₁₇-С₂₀, марка «С») повысило извлечение хлористого калия в готовый продукт в среднем на 0, 7 %. Экономический эффект от использования амина нового состава составил 33, 9 млн. руб.. На флотационной фабрике третьего Соликамского рудоуправления проведены опытно-промышленные испытания разработанной технологии переработки руды без предварительного обесшламливания. Ожидаемый годовой экономический эффект составит 17, 9 млн. руб..

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях: XXII международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (2003 г., г. Кейптаун, ЮАР); международной конференции «Flotation-04» (2004г., г. Фельмоут, Англия); V и VI международных конгрессах обогатителей стран СНГ (2005 г., 2007 г., г. Москва); XXIII международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (2006 г., г. Стамбул, Турция); международной конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (2006 г., г. Екатеринбург).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работа, в том числе 2 патента на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа содержит 178 страниц основного текста, 51 рисунок, 33 таблицы; состоит из введения, 7 глав, заключения, библиографического списка из 98 наименований и 1 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

флотация сильвин калийный руда

Флотация сильвина (KCl) из калийных руд осуществляется в насыщенных растворах электролитов хлоридного типа KCl-NaCl-H₂O (маточный раствор) с использованием катионного собирателя - первичных алифатических аминов. Содержащиеся в руде водонерастворимые примеси (нерастворимый остаток - н.о.) представлены сульфатами, карбонатами, силикатами, которые сорбируют значительное количество вводимого собирателя. Несмотря на относительно низкое содержание нерастворимого остатка (0, 9 - 2 %) в калийных рудах шахтных полей Соликамского участка ВКМКМС и применение флотационного обесшламливания руды, практика переработки этих руд на флотационных фабриках ОАО «Сильвинит» выявила периодическое ухудшение показателей сильвиновой флотации (увеличение содержания хлористого калия в хвостах, ухудшение селективности основной сильвиновой флотации).

Было проведено изучение изменчивости минерального состава нерастворимых примесей калийных руд различных участков шахтных полей Второго и Третьего Соликамских рудоуправлений во взаимосвязи с исследованиями их сорбционной активности и технологических свойств перерабатываемой руды.

Исследования выполнены на отобранных в рудниках второго и третьего Соликамских рудоуправлений ОАО «Сильвинит» пробах глинисто-солевых прослоев из кровли пластов руды («коржей») и пробах руды из массива отрабатываемых пластов руды. Проведенные химический и рентгенографический количественный фазовый анализы выявили значительную изменчивость минерального состава «коржей» и водонерастворимых примесей отобранных проб руды. Нерастворимый остаток, выделенный из проб руды, представлен силикатными (иллитом, хлоритом, кварцем, калиевым полевым шпатом) и несиликатными (ангидритом, доломитом, магнезитом и гематитом) минералами. Содержание силикатных минералов в «коржах» изменялось от 20 до 85 %, в водонерастворимых примесях проб руды - от 60 до 85 %; глинистых минералов в силикатной составляющей водонерастворимых примесей - от 30 до 45 %.

«Свободные» шламы близки по минеральному составу и представлены в основном силикатами (86 - 94 %), в которых доля глинистых минералов составляет 36 - 44 %. Содержание силикатных минералов во «внутрикристаллических» водонерастворимых примесях изменяется от 30 до 78 %, в том числе 14 - 29 % глинистых минералов. Несиликатные минералы «внутрикристаллических» водонерастворимых примесей представлены в основном доломитом (12 - 46 %).

Увеличение общего содержания силикатных минералов в н.о. усиливает отрицательное влияние водонерастворимых примесей на флотируемость хлористого калия, уменьшая извлечение KCl в концентрат. Силикатная минеральная составляющая н.о. состоит из глинистых силикатов (иллит, хлорит) и неглинистых силикатов (кварц, полевой шпат), существенно различающихся по своей сорбционной активности. Проведенные исследования показали, что увеличение в нерастворимых примесях глинистых (слоистых) силикатов приводит к повышению cорбции амина на шламах и усилению отрицательного влияния водонерастворимых примесей на флотацию KCl ( рис.1).



Рис. 1. Влияние содержания силикатных минералов в водонерастворимых примесях на извлечение хлористого калия

Сорбционная активность нерастворимых примесей повышается с увеличением температуры, что ухудшает флотируемость сильвина. При этом разница в сорбционной активности н.о. с различным содержанием силикатов уменьшается и, соответственно, нивелируются различия во влиянии на флотацию хлористого калия нерастворимых примесей с различным содержанием силикатов (рис. 2).

При проведении флотационного обесшламливания руды в пенный продукт преимущественно выделяются «свободные» (диспергированные) шламы. В результате статистического анализа полученных данных было установлено, что количество «свободных» водонерастворимых примесей зависит от количества и состава содержащихся в руде общих водонерастворимых примесей, причем в наибольшей степени от общего количества силикатов в руде (коэффициент корреляции 0, 98).

При содержания общего н.о. в руде от 0, 9 до 3, 7 % количество «свободных » нерастворимых примесей в руде может быть рассчитано по уравнению (1)

Q_{св. нп} =0, 96*Q_Si-3, 44 (1)

где Q_Si - количество силикатных минералов в руде, кг/т руды;

Q_{св. нп-} количество «свободных » нерастворимых примесей в руде, кг/т руды.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Влияние температуры маточного раствора и состава водонерастворимых примесей на изменение флотируемости хлористого калия



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Влияние расхода флокулянта и Неонола АФ 9-25 на извлечение водонераствори мых примесей в пенный продукт флота ции шламов

Количество «свободных» водонерастворимых примесей в питании флотации шламов определяет оптимальные расходы реагентов.

Зависимость извлечения нерастворимого остатка в пенный продукт флотации шламов от расхода флокулянта имеет экстремальный характер (рис. 3). В отличие от экстремального характера влияния расхода флокулянта на флотируемость шламов увеличение расхода собирателя шламов во всех случаях активирует флотацию шламов, повышая извлечение н.о. в пенный продукт до определенного предела, после чего увеличение расхода собирателя мало сказывается на извлечении н.о. в пенный продукт. При расходе флокулянта, превышающем оптимальный, ухудшение флотации шламов не компенсируется повышенным расходом собирателя (рис.3).

Таким образом, для обеспечения максимального извлечения нерастворимых примесей во флотационный шламовый продукт определяющим фактором является выбор оптимального расхода флокулянта при базовом расходе собирателя шламов.

На исследованных пробах руды были проведены опыты по флотации шламов и определены оптимальные расходы флокулянта в зависимости от содержания в руде общих, «свободных» водонерастворимых примесей и содержания глинистых и силикатных минералов. При проведении статистического анализа полученных данных наибольшее значение коэффициента корреляции 0, 97 получено для зависимости оптимального расхода флокулянта от общего количества силикатов в руде. При содержания общего н.о. в руде от 0, 9 до 3, 7 % оптимальный расход флокулянта может быть рассчитан по уравнению (2)

q_паа = (0, 55 Q_Si + 0, 21)*10^-3 (2)

где q_паа - оптимальный расход флокулянта, кг/т руды;

Q_Si - количество силикатных минералов в руде, кг/т руды.

Сравнение оптимальных расходов флокулянтов, полученных экспериментальным и расчетом методами (рис. 4), по критерию Стьюдента показало, что расхождение результатов незначимо (tрасч.=0, 87 < tтабл =2, 18). Разброс значений случайный, выборки при доверительной вероятности Р=0, 95 равнозначны.



Рис. 4. Оптимальные расходы флокулянта для флотации шламов из калийных руд различного состава, полученные экспериментальным и расчетным методами

Полученные результаты показали необходимость разработки реагентного режима флотационного обесшламливания планируемой к переработке калийной руды в зависимости от количества и минерального состава содержащихся в ней водонерастворимых примесей.

Проведены исследования по активации действия реагентов при флотации водонерастворимых примесей и хлористого калия, направленные на повышение эффективности и селективности обесшламливания калийных руд и уменьшение потерь хлористого калия при флотационной переработке калийных руд.

Оксиэтилированные фенолы являются многотоннажным недорогим продуктом. Ранее проведенными исследованиями была показана возможность промышленного применения в качестве собирателя шламов оксиэтилированных изононилфенолов с количеством оксиэтильных групп от 12 до 20. Практика применения выпускаемых промышленностью изононилфенолов 9-12 и 9-14 с содержанием 12 - 14 молей окиси этилена показала недостаточную их эффективность, особенно в условиях повышенной температуры маточного раствора в летний период времени. Одновременно с этим было отмечено, что при использовании данных реагентов наблюдается повышенное пенообразование в процессе шламовой флотации.

В результате исследований по влиянию различных марок оксиэтилированных алкилфенолов на пенообразование было установлено, что с увеличением количества оксиэтильных групп в молекуле значение поверхностного натяжения возрастает. В связи с этим и учитывая, что собирательные свойства оксиэтилированных ПАВ повышаются с увеличением степени оксиэтилирования, была исследована возможность применения в качестве собирателя шламов оксиэтилированных фенолов с увеличенным до 20 - 30 количеством оксиэтильных групп. Исследования проводились с использованием оксиэтилированных фенолов, полученных алкилированием фенолов олефиновыми фракциями С₈ - С₁₄, в т.ч. триммерами и тетрамерами пропилена. Анализ результатов флотации шламов из калийной руды ОАО «Сильвинит» показал, что оксиэтилированные фенолы на основе олефинов с длиной углеводородного радикала С₈, С₉, С₁₄ и количеством оксиэтильных групп от 20 до 30 характеризуются высокой эффективностью и селективностью действия. При использовании в качестве собирателя шламов оксиэтилированного алкилфенола с количеством оксиэтилированных групп 25 в сравнении с оксиэтилированными жирными кислотами (ОЖК) и изононилфенолом, содержащим 12 и 20 оксиэтильных групп, получено более высокое извлечение н.о. в шламовый продукт (рис. 5). На основании результатов исследований был разработан и рекомендован для опытно-промышленных испытаний новый собиратель шламов - оксиэтилированный алкилфенол, получаемый алкилированием фенолов олефиновыми фракциями С₈ - С₁₄ и содержащий 25 оксиэтильных групп - торговое наименование продукта Неонол АФ 9-25.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Флотация шламов Неонолом АФ 9-25 в сравнении с нонилфенолами и оксиэтили рованными жирными кислотами



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Извлечение н.о. в пенный продукт основной флотации шламов (А), массовой доли н.о. в питании флотации сильвина (Б), массовой доли KCl в пенном продукте перечистной флотации шламов (В) при проведении опытно- промышленных испытаний Неонола АФ 9- 25 в сравнении с изононилфенолами 9-12 и 9-14

Опытно-промышленные испытания Неонола АФ 9-25 на флотационных фабриках ОАО «Сильвинит» показали, что при применении его в качестве собирателя шламов достигается более высокое извлечение н.о. в пенный продукт, повышается селективность флотационного обесшламливания калийных руд, уменьшается содержание н.о. в питании сильвиновой флотации, за счет чего улучшаются показатели сильвиновой флотации (рис.6). Неонол АФ 9-25 принят для промышленного применения на флотационных фабриках ОАО «Сильвинит» с 2003 года, и его использование позволило уменьшить расход амина в цикле сильвиновой флотации на 15 %.

Для флотационного выделения из калийных руд диспергированных водонерастворимых глинисто-карбонатных примесей необходима предварительная их эффективная флокуляция. Эффективность действия флокулянта в значительной мере зависит от его молекулярной массы, которая должна составлять не менее 12 млн. а.е.м. для обеспечения процесса флокулирования шламов в насыщенных солевых растворах. Вместе с тем, при введении высокомолекулярных неионогенных полиакриламидных флокулянтов в растворы электролитов наблюдается глобулизация молекул полимера, что снижает эффективность флокулирующего действия и значительно увеличивает расход флокулянта. Увеличение количества ионогенных групп в молекуле полимера способствует развертыванию молекулы, сорбции полимера на большем количестве частиц шламов и повышению степени флокуляции шламов. Были проведены исследования по флотации шламов с использованием полиакриламидных флокулянтов с молекулярной массой 17 млн. а.е.м. и показателем анионности от 1 до 3 мг-экв/г. Исследования показали (рис. 7), что при флотационном обесшламливании калийных руд оптимальной является анионность флокулянта 1, 2 - 1, 4 мг-экв/г. Сравнение флокулирующей активности полиакриламидных флокулянтов с анионностью 1, 4 мг-экв/г и молекулярной массой от 13 до 21 млн. а.е.м. показало, что превышение определенной величины молекулярной массы приводит к снижению скорости осаждения шламов и степени уплотнения осадка в насыщенных растворах электролитов хлоридного типа. Оптимальные показатели флокуляции шламов достигаются при молекулярной массе 17 млн. а.е.м. (наибольшие скорость осаждения и степень уплотнения осадка).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Влияние показателя анионности флокулянта на флотируемость шламов

На основании проведенных исследований был разработан новый флокулянт для флотации и сгущения шламов при переработке калийных руд (Аккофлок А97). Опытно-промышленные испытания полиакриамида Аккофлок А97 с молекулярной массой 16, 5 млн. а.е.м. и анионностью 1, 4 мг-экв/г на флотационной фабрике второго Соликамского рудоуправления в сравнении с ранее применявшимся полиакриламидом с молекулярной массой 18 млн. а.е.м. и анионностью 2, 5 мг-экв/г (Аккофлок А110) показали повышение эффективности и селективности флотации шламов в операциях основной и перечистной флотации шламов и увеличение извлечения хлористого калия в концентрат при последующей флотации сильвина. На основании результатов опытно-промышленных испытаний флокулянт Аккофлок А97 принят с 2005 г. для промышленного применения на фабриках ОАО «Сильвинит», что позволило увеличить товарное извлечение хлористого калия в готовый продукт на 0, 6 %.

На флотационных фабриках ОАО «Сильвинит» длительное время применялись в качестве собирателя сильвина алифатические амины ряда зарубежных фирм. По основным показателям (содержание первичных аминов, фракционный состав аминов, количество непредельных аминов) они мало различаются между собой (табл.1). Практика промышленного применения аминов показала, что при их индивидуальном применении технологические показатели сильвиновой флотации различны, и наилучшие показатели сильвиновой флотации достигаются при использовании смесей аминов Armeen HT (фирма Акзо Нобель) и SK Flot FA-4 (фирма Као Корпорэйшн).

Таблица 1 Технические характеристики аминов, используемых на флотационных фабриках ОАО «Сильвинит»

Наименование показателей	Фирма-производитель
	Акзо Нобель	Као Корпорэйшн	Клариант	Смесь: Аrmeen НТ + SKFlot FA-4 (соотношение 1:2)
	Аrmeen НТ	SKFlot FA-4	Flotigam S
Массовая доля первичных аминов, %	96, 6	97, 9	96, 8	97, 4
Фракционный состав первичных аминов, %	С12	0, 14	0, 41	0, 7	0, 32
	С14	2, 39	2, 34	3, 98	2, 36
	С16	29, 36	29, 87	32, 27	29, 70
	С18	67, 49	66, 61	62, 94	66, 90
	С20	0, 62	0, 77	0, 11	0, 72
Средняя молекулярная масса	260	259	257	259
Температура плавления, оС	40 - 55	39-45	-	-
Точка каплепадения	-	47-49	40	-
Йодное число, г/йода на 100 г	3, 59	2, 2	3, 2	2, 66
Соотношение фракций С18/С16	2, 30	2, 23	1, 95	2, 25

Для обоснования наилучшего состава собирателя на основе импортных аминов для флотационного обогащения калийных руд проведены исследования по сравнению коллоидных и сорбционных свойств водных растворов применяемых марок амина и их флотационной активности при флотации сильвина. Флотационная активность и избирательность действия первичных алифатических аминов С₁₆, С₁₈ - собирателей хлористого калия зависят от их коллоидного состояния в жидкой фазе и сорбции на хлористом калии.

Выявлено, что коллоидное состояние растворов смеси аминов значительно отличается от коллоидного состояния растворов индивидуальных аминов - вязкость растворов смеси аминов меньше в 2-3 раза при температуре раствора 40 ^оС и в 1, 6 раза при температуре 50 ^оС (рис. 8). Исследования сорбции различных аминов на хлористом калии также подтвердили различие в свойствах аминов и их смесей. Смесь аминов Armeen НТ и SKFlot FА-4 находится в водном растворе в наиболее диспергированном состоянии по сравнению с индивидуальными аминами, в наибольшей степени сорбируется на хлористом калии, и, как показали флотационные опыты, ее применение позволяет достичь наиболее высоких показателей по извлечению хлористого калия в концентрат и селективности флотации.

Известно, что увеличение температуры флотационной жидкой фазы калийных фабрик - насыщенных солевых растворов KCl-NaCl-H₂O от 20 - 25 ^оС в зимний период времени и до 32 - 37 ^оС в летний период времени- приводит к ухудшению закрепления аминов на поверхности сильвина и уменьшению его флотируемости, особенно крупных фракций. Результаты проведенных исследований на хлористом калии различной крупности показали более высокую флотоактивность аминов С₁₆ по сравнению с аминами С₁₈. Применение смесей более эффективно, чем индивидуальных аминов. Впервые были проведены исследования влияния на флотационные свойства соотношения в собирателе фракций аминов С₁₈ и С₁₆ как без, так и в присутствии аполярного реагента. Оптимальным соотношением фракций аминов С₁₈ и С₁₆ при флотации хлористого калия без добавки аполярного реагента является 0, 5 - 1, 0. Результаты опытов по флотации хлористого калия аминами различного состава с добавкой каталитического газойля выявили ранее неизвестные особенности действия аминов в присутствии аполярных реагентов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Вязкость растворов аминов при температуре 50 ^оС (А) и сорбция различных аминов на хлористом калии (Б)

В отличие от применения аминов без аполярных реагентов, введение последних в эмульсию амина сдвинуло оптимум соотношения фракций аминов С₁₈ и С₁₆ в область бульших количеств октадециламина, т.е. в сторону увеличения молекулярной массы собирателя. Полученные данные о повышении флотоактивности аминов С₁₆, С₁₈ с увеличением в них доли октадециламина (С₁₈) при добавлении в эмульсию аполярного реагента можно объяснить изменением коллоидных и сорбционных свойств собирателя вследствие увеличения солюбилизации аполярного реагента аминами с бульшей молекулярной массой.

Исследования по влиянию температуры маточного раствора на величину оптимального соотношения фракций аминов С₁₈ и С₁₆ в собирателе были проведены на предварительно обесшламленной руде Второго Соликамского рудоуправления. Амин применялся в виде 1 % водной эмульсии «амин-каталитический газойль-вспениватель». Результаты опытов при температуре маточного раствора 26 ^оС и 35 ^оС показали, что увеличение в собирателе соотношения фракций аминов С₁₈/С₁₆ улучшает флотируемость сильвина как при нормальной, так и повышенной температуре маточного раствора и при определенных соотношениях количеств фракций С₁₈ и С₁₆ (2, 7 - 3, 0) позволяет получить близкое извлечение KCl в концентрат в интервале температуры маточного раствора 26 - 36 ^оС (рис. 9).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Влияние соотношения фракций аминов С18/С16 в собирателе на флотацию сильвина с добавкой аполярного реагента при раз личной температуре маточного раствора

На основании проведенных исследований был предложен новый состав аминного собирателя для флотации калийных руд (амин С₁₇ - С₂₀, марка «С»). Опытно-промышленные испытания на флотационной фабрике Второго Соликамского рудоуправления показали, что применение аминов с увеличенным соотношением фракций С₁₈/С₁₆ позволяет получать равнозначные показатели флотации сильвина при температуре маточного раствора менее 30 ^оС и улучшать показатели при повышенной температуре маточного раствора по сравнению с применением аминов с соотношением фракций С₁₈/С₁₆ = 2, 2 ч 2, 3 (рис.10).

Анализ данных оперативного учета по критерию Фишера показал, что влияние внешних факторов (изменение реагентного режима) на повышение стабильности технологических показателей значимо.

На основании результатов испытаний на флотационных фабриках ОАО «Сильвинит» с 2005 г. начато промышленное применение аминов с соотношением фракций С₁₈/С₁₆ = 2, 7 - 3, 0, позволившее повысить товарное извлечение на 0, 76 %.

Рис. 10. Показатели основной сильвиновой флотации при применении в качестве собирателя аминов С₁₇-С₂₀ марки «С» с увеличенным соотношением фракций С₁₈/С₁₆ при различной температуре маточного раствора

Важнейшим фактором активации катионной флотации является подавление отрицательного влияния содержащихся в рудах силикатных и карбонатных примесей, характеризующихся повышенной сорбционной активностью по отношению к катионным собирателям. Для эффективной катионной флотации необходимо применение органических реагентов-депрессоров, не только гидрофилизирующих поверхность породообразующих минералов, но и «экранирующих» её от сорбции собирателя. Этим требованиям отвечает эффективный и недорогой депрессор - смола карбамидоформальдегидная марки КС-МФ, получаемая на основе синтеза мочевины, формальдегида, полиэтиленполиаминов. Отличительной особенностью депрессора КС-МФ является отсутствие его взаимодействия с катионным собирателем, что позволяет применять его не только на основной сильвиновой флотации, но и в операциях перечистных флотаций, повышая качество концентрата.

Проведены опыты по флотации хлористого калия со средней крупностью 0, 72 мм в присутствии глинисто-карбонатных шламов и с применением депрессора КС-МФ. В качестве вспенивателя к амину добавляли оксаль (30 % от расхода амина), в качестве аполярного реагента - каталитический газойль (30 % от расхода амина). Опыты показали (рис.11), что обработка питания флотации в присутствии н.о. депрессором КС-МФ позволяет нивелировать отрицательное влияние шламов на флотацию хлористого калия и поднять его извлечение до значений, равноценных проведению флотации в отсутствии шламов. При увеличении содержания глинистых минералов в нерастворимых примесях питания сильвиновой флотации применение депрессора обеспечивает стабильность показателей флотации сильвина.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Влияние депрессора на флотируемость KCl в присутствии «свободных» водонерастворимых примесей калийных руд руд. Расход амина - 35 г/т руды.

На основании проведенных исследований предложена технология флотационной переработки калийных руд с содержанием н.о. до 2 % без предварительного обесшламливания руды с применением депрессора КС-МФ для подавления отрицательного влияния шламов на флотацию сильвина.

Переработка калийных руд на флотационных фабриках ОАО «Сильвинит» по предложенной технологии позволит:

- повысить товарное извлечение на флотационных фабриках на 2 - 2, 5 %;

- устранить экологические проблемы, связанные со складированием отходов в жидком виде, улучшить водный баланс производства;

-упростить аппаратурно-технологическую схему флотационных фабрик, значительно уменьшив расход электроэнергии и затраты на эксплуатацию за счет сокращения на 16 камер фронт флотации каждой из 5 - 6 технологических секций флотационных фабрик ОАО «Сильвинит».

Опытно-промышленные испытания предложенной технологии на третьей технологической секции фабрики Третьего Соликамского рудоуправления показали:

- применение депрессора КС-МФ позволяет осуществить переработку руды без предварительного ее обесшламливания с получением общего отвального продукта с содержанием хлористого калия 1, 9-2, 7 %, при содержании хлористого калия в твердой фазе концентрата основной сильвиновой флотации в среднем 85, 2 %. Извлечение хлористого калия в концентрат основной сильвиновой флотации составило в среднем 96, 5 %;

- подача депрессора в цикл перечистной сильвиновой флотации создает условия для подавления флотируемости шламов и получения концентрата 3-й перечистки с содержанием н.о. 0, 7 %. Содержание хлористого калия в твердой фазе концентрата 3-й перечистки составило 95, 97 %, в надрешетном продукте классификации чернового концентрата- 93, 6 %.



В результате испытаний было также установлено, что увеличение содержания н.о. в питании сильвиновой флотации привело к повышению содержания водонерастворимых примесей в концентрате основной сильвиновой флотации. Подача депрессора в питание первой перечистной сильвиновой флотации обеспечила получение готового продукта с содержанием н.о. на уровне флотации сильвина из обесшламленной руды, но привела к накоплению нерастворимых примесей в операции сильвиновой флотации за счет циркулирующих в схеме промпродуктов перечистных флотаций и как следствие этого - к увеличению расхода депрессора по сравнению с данными лабораторных опытов.

Для уменьшения накопления нерастворимых примесей в циркулирующих промежуточных продуктах сильвиновой флотации и снижения расхода депрессора предложено осуществить флотационное выделение шламов из промпродукта. Проведенная проверка возможности флотации шламов после предварительной обработки их депрессором показала, что путем регулирования расхода флокулянта и собирателя шламов создаются условия для эффективного и селективного выделения шламов из промпродукта сильвиновой флотации.

Результаты проведенных опытов и опытно-промышленных испытаний показали, что для снижения расхода депрессора и улучшения условий обогащения по технологии без предварительного обесшламливания руды целесообразно осуществить флотационное выделение шламов из промпродукта перечистной сильвиновой флотации с последующим направлением их на совместное фильтрование с хвостами флотации (рис.12).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получено решение актуальной научно-практической задачи по активации процессов флотации шламов и сильвина на основе разработки новых реагентных режимов, новой технологии при обогащении руд, имеющее существенное значение для флотационного метода производства калийных удобрений.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Проведенными исследованиями с применением количественного рентгенографического фазового и химического методов анализа установлена высокая изменчивость минерального состава водонерастворимых примесей калийных руд Соликамского участка ВКМКМС, разрабатываемого ОАО «Сильвинит». Содержание силикатных минералов в водонерастворимых примесях изменяется от 60 до 82 %, содержание в них глинистых минералов - от 36 до 45 %. Непостоянство минерального состава примесей вызывает изменения технологических показателей процесса флотации.

2. Водонерастворимые примеси представлены как «свободными» диспергированными тонкодисперсными шламовыми частицами, так и «внутрикристаллическими», содержащимися внутри соляных частиц. Более сильное отрицательное влияние на флотируемость сильвина оказывают «свободные» водонерастворимые примеси, которые представлены в основном силикатными и алюмосиликатными минералами и характеризуются повышенной сорбционной активностью по отношению к катионному собирателю - алифатическим первичным жирным аминам.

3. Количество «свободных» водонерастворимых примесей определяет расход реагентов в цикле флотационного обесшламливания руды и эффективность последующей флотации сильвина и зависит от состава и количества общих водонерастворимых примесей. На основании статистического анализа данных минерального состава общих водонерастворимых примесей, количества «свободных» водонерастворимых примесей, расхода реагентов при флотационном обесшламливании проб руды разных участков шахтного поля ОАО «Сильвинит» определена математическая зависимость содержания «свободных» водорастворимых примесей и оптимального расхода флокулянта в цикле флотации шламов от общего содержания силикатных минералов в руде. Ее использование позволяет осуществить прогнозирование технологических свойств руды различных участков разрабатываемого шахтного поля, оптимизировать в производственных условиях расход реагентов в цикле флотационного обесшламливания и, соответственно, показатели работы флотационных фабрик при переработке калийных руд.

4. Проведены исследования по активации действия реагентов при флотационном обесшламливании калийных руд и флотации хлористого калия. Разработаны реагентные режимы, повышающие эффективность флотационного выделения водонерастворимых примесей из руды и флотации сильвина при различной температуре оборотного маточного раствора с использованием:

· нового собирателя шламов - оксиэтилированного алкилфенола, получаемого алкилированием фенолов олефиновыми фракциями С₈ - С₁₄ и содержащего 25 оксиэтильных групп (торговое наименование продукта Неонол АФ 9-25);

· нового высокомолекулярного полиакриламидного полимера с оптимальным значением анионности (1, 2 -1, 4 мол-экв/г) для флотации и сгущения глинисто-карбонатных шламов в насыщенных растворах электролитов хлоридного типа;

· катионного собирателя нового состава на основе применения аминов С₁₆, С₁₈ с увеличенным до 2, 7 ч 3, 0 соотношением фракций С₁₈/С₁₆.

5. Разработана новая технология флотационной переработки калийных руд, позволяющая независимо от минерального состава водонерастворимых примесей осуществить флотацию сильвина без предварительного обесшламливания руды.

6. Экономический эффект от промышленного применения разработанных новых регентов для флотационного обогащения калийных руд составил 90, 2 млн. руб. Ожидаемый годовой экономический эффект от применения технологии переработки калийных руд без предварительного обесшламливания составляет ориентировочно 17, 9 млн. руб..

ЛИТЕРАТУРА

1. Тетерина Н.Н. Влияние несоляных минералов на технологические свойства руды и продукты обогащения Верхнекамского месторождения солей / Н.Н. Тетерина, С.Н. Алиферова, В.Н. Апполонов, Н.Е. Молоштанова // Обогащение руд. - 2005. - № 1. - C. 16-19.

Статьи, опубликованные в научных трудах, материалах конференций:

1. Titkov S. Investigations of cationc flotation`s activation using new reagents / S. Titkov, T. Gurkova, N. Panteleeva, R. Sabirov, S. Aliferova // XXII International Mineral Processing Congress Cape Town South Africa, 2003. - vol. 2 - Р.1063-1071.

2. Aliferova S. Application of nonionic surface-active substances in combination with acrylamide flocculants for silicate and carbonate mineral flotation / S. Aliferova, S. Titkov, R. Sabirov, V. Novoselov, N. Panteleeva // Minerals Engineering, 18, 2005. - Р. 1020-1023.

3. Тетерина Н.Н. Совершенствование технологии обогащения калийных руд с использованием методов минералогического анализа / Н.Н. Тетерина, Е.С. Самбук, Н.Е. Молоштанова, С.Н. Алиферова, Л.Н. Долгорукова // V Конгресс обогатителей стран СНГ. 23.03.2005: Сборник материалов - М.:, Изд-во «Альтекс», 2005. - Т.3. - С. 26-29.

4. Алиферова С.Н. Применение неионогенных поверхноcтно-активных веществ в сочетании с акриламидными флокулянтами для флотации силикатных и карбонатных минералов (на примере калийных руд) / С.Н. Алиферова, Н.Н. Пантелеева, С.Н. Титков, Р.Х. Сабиров, В.А. Новоселов // V Конгресс обогатителей стран СНГ. 23.03.2005. Сборник материалов - М.:, Изд-во «Альтекс», 2005. - Т.3. - С. 179-182.

5. Алиферова С.Н. Исследование свойств аминов, применяемых при флотационном обогащении калийных руд на ОАО «Сильвинит». Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Материалы международной науч-техн. конф., г. Екатеринбург, 22.05.2006. - Екатеринбург, Изд-во АМБ, 2006. - С. 135-139.

6. Titkov S. Reciprocal Effect of Depressants and Frothers on Collectors Interaction with Minerals / S. Titkov, T. Gurkova, R. Sabirov, V. Novoselov, S. Aliferova, T. Chumakova, U. Malishev // Proceeding of XXIII International Mineral Processing Congress Istanbul Turkey, 2006. - Р. 891- 895

7. Алиферова С.Н. Влияние минералогического состава глинисто-карбо-натных примесей сильвинитовых руд шахтных полей ОАО «Сильвинит» на флотируемость хлористого калия при различной температуре насыщенного солевого раствора // Cб. трудов ЗАО «ВНИИ Галургии», Актуальные вопросы добычи и переработки природных солей. Вып. 75, Спб, 2006. - С. 140-148.

8. Алиферова С.Н. Изучение изменчивости минерального состава глинисто-карбонатных примесей и влияние её на обогатимость сильвинитовых руд различных горных участков шахтного поля ОАО «Сильвинит» / С.Н. Алиферова, Н.Н. Пантелеева, В.Я. Поляковский, С.Н. Титков // Cб. трудов ЗАО «ВНИИ Галургии», Актуальные вопросы добычи и переработки природных солей. Вып. 75, Спб, 2006. - С. 149-170.

9 Алиферова С.Н. Разработка состава катионного собирателя для флотации калийных руд в летних и зимних условиях / С.Н. Алиферова, С.Н. Титков, Р.Х. Сабиров, В.А. Новоселов, Т.Г. Чумакова / /Тр. VI конгресса обогатителей стран СНГ. - М., 2007. - С. 188-190.

Патенты:

1. Патент 2237521. Способ флотационного обогащения калийных руд / В.М. Бусыгин, Р.Х. Сабиров, С.Н. Алиферова (Россия). - № 2003115477; Заявлено 23.05.2003; Опубл. 2004, Бюл. № 28.

2. Патент 2284223. Способ флотационного обогащения калийных руд / С.Н. Титков, В.А. Новоселов, Р.Х. Сабиров, С.Н. Алиферова, Т.Г. Чумакова (Россия). - № 2005101542; Заявлено 24.01.2005; Опубл. 2006, Бюл. № 27.

Размещено на Allbest.ru

...