Интенсификация пенной сепарации алмазосодержащих руд на основе электрохимического кондиционирования водных систем

Отечественная технология извлечения алмазов прошла значительный путь становления и развития и, в настоящее время, представляет собой оригинальный, максимально адаптированный к условиям северных российских алмазных месторождений комплекс методов и оборудования, не имеющих аналогов в мировом производстве.

Современное научно-техническое развитие основных процессов обогащения алмазосодержащих кимберлитов направлено на более полное извлечение ценных минералов из рудного сырья.

В области рентгенолюминесцентной сепарации — изучается кинетика рентгенолюминесценции алмазов различных месторождений, ведётся разработка новых типов сепараторов. Совершенствуются и автоматизируются гравитационные методы обогащения (отсадка, винтовая сепарация, тяжелосредная сепарация). Для эффективного ведения процесса пенной сепарации разрабатываются технологические комплексы с использованием современных машин и аппаратуры, для управления процессом пенной сепарации внедряются системы автоматического регулирования подачи реагентов, поддержания уровня пульпы в машинах пенной сепарации и устройства для автоматического регулирования разгрузки хвостов. Для интенсификации процесса пенной сепарации апробируются и внедряются новые реагенты.

Актуальность работы. Процессы рудоподготовки, обогащения, доводки концентратов осуществляются на фабрике в различных водных системах. Измельчение и транспортировка внутри фабрики продуктов обогащения, перемешивание зернистой массы в пульпе позволяют очищать поверхность алмазов от минеральных плёнок и восстанавливать её природную гидрофобность. Однако, при попадании кристаллов в водные системы, которые циркулируют в переделах обогатительных фабрик, на поверхности алмазов адсорбируются ионы, вновь придающие ей гидрофильные свойстваотрицательное воздействие также оказывают шламы и коллоидные образования, блокирующие активность используемых реагентов. В этих условиях протекают сложные процессы, определяющие уровень извлечения алмазов, особенно на переделе пенной сепарации, где извлекаются алмазы класса крупности -2+0,5 мм, составляющие до 40−45% общего содержания полезного компонента в руде и более 15% - по стоимости. Вовлечение в промышленную переработку техногенных месторождений и месторождений, кимберлиты которых подверглись активному вторичному изменению, также отрицательно влияет на технологические показатели процесса пенной сепарации, что приводит к значительным потерям ценного компонента на данном переделе. Потери алмазов в этих случаях достигают 10−20% собственного класса.

Используемые у нас в стране и за рубежом реагентные методы подготовки минерального сырья и регулирования ионного состава жидкой фазы пульпы в процессах обогащения, значительно усложняют состав технологических вод за счет накопления в них реагентов и шламов, что приводит к нарушению селекции процесса в условиях замкнутого водооборота.

Как известно, метод пенной сепарации базируется на одном из физико-химических свойств алмазов — природной гидрофобности поверхности зёрен минералов, поэтому кардинальное решение проблемы повышения извлечения алмазов может быть достигнуто на основе создания и использования принципиально новых методов подготовки сырья перед операцией пенной сепарации, обеспечивающей повышение контрастности поверхностных свойств алмазов и создание оптимальных условий для процессов флотации.

Вопросам разработки и применения методов интенсификации процессов обогащения алмазосодержащего сырья, базирующихся на использовании физико-химических поверхностных свойств алмазов, всегда уделялось большое внимание. Процесс пенной сепарации наиболее.

— чувствителен к изменениям физико-химических характеристик водных систем, что является одной из причин нестабильности и снижения технологических показателей обогащения в целом. Поэтому от решения вопроса обеспечения передела пенной сепарации оборотной водой необходимого качества часто зависит жизнеспособность технологического процесса в целом.

Из всех известных безреагентных методов регулирования свойств минералов (электрохимические, ультразвуковые, термические, радиационные и др.) наибольшую перспективу использования в промышленных условиях имеют электрохимические вследствие наиболее полной научной проработки основ процесса, низких капитальных и энергетических затрат при его реализации.

Вследствие низкой электропроводности алмазов в данной работе был использован электрохимический метод водоподготовки, обеспечивающий возможность управления процессом флотации посредством направленного регулирования ионного состава и газонасыщенности жидкой фазы пульпы.

Научные и практические достижения исследований, проведённые сотрудниками ИПКОН РАН в течение ряда лет, в том числе при участии автора /3−5,76−81/, показали широкие возможности применения электрохимической технологии водоподготовки для интенсификации процессов обогащения и перспективность её применения в различных схемах обогащения.

Таким образом, актуальной проблемой данной работы является разработка и внедрение высокоэффективной технологии обогащения алмазосодержащего сырья на основе использования экологически чистого электрохимического метода водоподготовки.

Перспективность применения в обогатительных процессах электрохимического метода водоподготовки состоит в том, что обработанные водные системы приобретают особые свойства за счёт целенаправленного изменения, как ионного состава, так и окислительновосстановительных свойств, что обеспечивает получение значительных технологических эффектов без введения дополнительных реагентов.

Кроме того, в процессе электрохимической обработки водные системы насыщаются тонкодисперсными пузырьками электролизных газов, выделяющихся на электродах, которые повышают газонасыщенность водной системы, уменьшают прочность гидратной прослойки на поверхности кристаллов алмаза и усиливают взаимодействие между гидрофобизированной поверхностью алмаза и пузырьком воздуха, что способствует выводу ценных минералов в пенный продукт.

Расширению области применения метода электрохимической водоподготовки способствуют простота конструкций электрохимических кондиционеров, надёжность и эффективность лх работы, а так же дополнительные технологические эффекты, как, например, получение электрохимического коагулянта и обесшламливание им технологической воды. Использование электрохимического метода коагуляции позволяет сокращать расход реагентов на 30−50%, снижать скорость коррозии технологического оборудования и даёт возможность доочистки локальных водных систем хозяйственно-питьевого назначения. Основная цель работы заключалась:

• в исследовании основных закономерностей изменения физико-химических характеристик минерализованных оборотных вод обогатительных фабрик в процессе их электрохимической обработки;

• в установлении закономерностей изменения поверхностных и технологических свойств алмазов в условиях взаимодействия с электрохимически обработанными водными системами;

• в оценке возможности применения последних для активации поверхности алмазов;

• в интенсификации процесса пенной сепарации алмазосодержащих кимберлитов- 8.

• в разраб-отке оптимальных режимов обработки технологических вод, обеспечивающих получение высоких технологических показателей процесса при минимальных энергетических затратах. Работа выполнялась в соответствии:

• с приоритетным направлением РАН «Новые процессы максимального извлечения ценных компонентов из руд» ;

• с целевой программой АК «АЛРОСА» «Научные обоснования и разработка комплексной технологии извлечения алмазов 1995;2000 гг.» ;

• с комплексной программой АК «AJIPOCA» «Качество и увеличение стоимости основной продукции» .

ВЫВОДЫ:

1. Анализ существующей технологии обогащения алмазосодержащих кимберлитов показывает, что основную роль в определении уровня технологических потерь играют вещественный состав кимберлитов, поверхностные свойства алмазов, формирующиеся под влиянием этого вещественного состава или приобретаемые в процессе переработки сырья. Основные потери связаны с отвальными хвостами обогатительных фабрик, т. е. алмазами класса крупности менее 2 мм.

2. Впервые на основе гидрофобно-липофильных свойств и флотируемости представлена классификация природных алмазов. Выделено три типа алмазов: 1 тип — флотируемые кристаллы с гидрофобной поверхностью- 2 тип — нефлотируемые кристаллы с гидрофильной поверхностью- 3 типкристаллы со смешанными свойствами. Изучено два типа алмазов: 1ш и 2 т.

3. На основе использования комплекса современных физических и физико-химических методов (РФС, ЭОС) исследований соединений на поверхности кристаллов впервые изучен состав поверхностных плёнок гидрофобных и гидрофильных природных алмазов. Экспериментально установлено, что флотируемые кристаллы с гидрофобной поверхностью покрыты слоем газов типа СОг, радикалами НСОз", а также магниевыми силикатами типа серпентина, а нефлотируемые кристаллы с гидрофильной поверхностью покрыты плёнкой карбонатов и магниевых силикатов тальковой группы. Доля бронирующей плёнки на алмазах первого типа не превышает 20−25% площади поверхности, а на алмазах второго типа она достигает 70%, при этом толщина ее на последних в 2,3 раза больше, чем на первых.

4. Основной эффект повышения извлечения мелких алмазов обусловлен насыщением флотационной пульпы тонкодисперсными пузырьками кислорода и водорода (10−50 мкм) и интенсификацией (в 2−3 раза) процесса осаждения шламистых частиц (< 20 мкм) в процессе бездиафрагменной электрохимической обработки оборотных вод в пенной сепарации, частичной активацией поверхности гидрофильных алмазов.

5. Вскрыт механизм и предложен способ активации алмазов с природной и техногенной гидрофильностью путем их кондиционирования с электрохимически обработанными водными системами. Это обеспечивает снижение содержания железа, кремния и магния на поверхности минералов, что приводит к частичной серпентизации, уменьшению толщины плёнок, а также гидрофобизации поверхности кристаллов и повышению их извлечению в концентрат.

6. За основу разрабатываемой технологии интенсификации процесса пенной сепарации принят электрохимический метод обработки водной фазы в аппарате бездиафрагменного типа. Основными преимуществами данного способа являются:

• простота конструкции аппарата;

• выход электрохимически обработанной воды, поступающей в процесс, составляет 100%;

• продукты обработки водной фазы в аппарате такого типа обладают широким диапазоном изменения окислительно-восстановительных свойств, высокой газонасыщенностью из-за присутствия в них растворимых электролизных газов и незначительным изменением величины рН;

• низкий, по сравнению с другими способами, удельный расход электроэнергии.

7. Результаты теоретических и лабораторных исследований подтверждены полупромышленными и промышленными испытаниями.

Полупромышленными испытаниями при обработке шихты кимберлитов с труднообогатимыми лежалыми хвостами показано, что применение обработанной водной системы в аппарате бездиафрагменного типа при плотности тока на электродах 100−120А/м повышает извлечение алмазов в переделе пенной сепарации в среднем на 29,5%.

Промышленные испытания проведены на фабрике № 3 Мирнинского ГОКа в цикле пенной сепарации с применением кондиционирования водной системы в бездиафрагменном аппарате при плотности тока.

100 А/м. В результате испытаний прирост извлечения алмазов на переделе пенной сепарации составил:

— при обработке всей оборотной воды пенной сепарации в объеме 150 м — 19,2%- - при обработке осветленной технической воды для «подпитки» внутреннего водооборота узла пенной сепарации в объеме 30−50 м3 -13%;

— скорость осветления оборотной воды в период испытаний увеличилась в 2,4 раза;

— удельный расход реагентов (ОПСБ, аэрофлот) сократился на 20−30%.

Схема электрохимического кондиционирования воды в количестве.

30 м /ч с использованием одного аппарата внедрена в эксплуатацию на фабрики № 3 МГОКа и в настоящее время проходит испытания в новом реконструированном узле пенной сепарации с применением машины ПФМ-9. Схема рекомендована к использованию на аналогичных фабриках АК «АЛРОСА» .

Фактический годовой экономический эффект от внедрения метода электрохимической водоподготовки и его промышленной эксплуатации в узле пенной сепарации фабрики № 3 Мирнинского ГОКа составил 1,23 млн. рублей (прил.2), общий ожидаемый экономический эффект от внедрения на обогатительных фабриках АК «АЛРОСА» составит около 60 млн. рублей (прил.З).