Новые технологические решения рудоподготовки и извлечения ценных минералов

Вступление России в мировой рынок привело к резкому повышению требований к качеству рудных концентратов по технологическим и экологическим аспектам использования сырья. Из-за отсутствия достаточно эффективных технологий переработки (как селективного измельчения, так и немеханического воздействия на минеральное сырье) и высокопроизводительных обогатительных методов получения концентратов требуемого качества в разряд забалансовых должно перейти порядка 30—40 % алюминиевых, титановых и других трудно-обогатимых руд.

Анализ минералого-петрографических и химических особенностей вышеуказанных типов руд показывает, что основными факторами их трудной обогатимости являются тонковкрапленность ценных минералов и низкая разделительная способность обогатительных процес- сов, в том числе и флотационных. В этом свете очень остро стоит вопрос поиска новых технологических решений, позволяющих рентабельно перерабатывать бедные, тонковкрапленные руды вводимых в эксплуатацию месторождений.

Раскрытие сростков в таких рудах требует, как правило, измельчения до крупности зерен ниже 50 и даже 30 мкм. При этом поверхность зерен минералов подвергается механохимическому преобразованию с частичной ее аморфизацией, и в результате снижается эффективность флотационного разделения. Следовательно, для обогащения тонковкрапленных руд надо решить две основные задачи: 1) выявить новые селективно работающие реагенты с высокими собирательными свойствами и установить механизм их действия; 2) разработать способ энергетического воздействия на минеральное вещество, способствующий образованию новых фаз, обогащенных полезными компонентами. Решение этих задач можно показать на двух примерах.

Разработка условий флотации лейкоксенового концентрата в кислых средах с использованием флотореагентов на основе сераорганических природных и синтетических соединений. Флотационный метод является одним из основных способов обогащения различных типов руд, поскольку он предоставляет большие возможности для совершенствования отдельных стадий процесса и технологического оборудования. Флотационным обогащением титансодержащих руд и последующей переработкой титановых концентратов получают разнообразные титанооксидные продукты. Однако в настоящее время полнота извлечения ценных компонентов из указанных руд и качество получаемых концентратов не соответствует потребностям многих отрас- лей народного хозяйства, базирующихся на титановом сырье. В связи с этим исследования по оптимизации обогащения титансодержащих руд являются актуальными как в теоретическом, так и в практическом плане [1].

Лейкоксеновый кварц-рутиловый концентрат (ЛК), получаемый с использованием природных флотореагентов из остаточной нефти на обогатительной фабрике в п. Ярега (Ухтинский р-н, Республика Коми), содержит большое количество (до 50 мас. %) кварца, который прочно агломерирован с титаном. Эффективность процессов флотационного выделения титанооксидных компонентов руды можно повысить путем оптимизации собственно процесса флотации, используя более эффективные флотореаген-ты или включая в технологический цикл переработки сырья дополнительные подготовительные операции.

В первом случае резервом будет увеличение выхода полезного продукта (диоксида титана) на 10—15 % за счет более полного отделения несвязанных кварцсодержащих компонентов. Второй подход может стать более эффективным за счет предварительной подготовки сырья для создания благоприятных условий селективного (избирательного) разделения минералов. При проведении экспериментальных исследований мы использовали оба варианта.

Представительные образцы ЛК измельчали на вибромельнице с металлическими мелющими телами. Помол проводили в течение 10, 15 и 20 мин, поскольку длительность помола способствует увеличению доли мелкой фракции. Перед загрузкой ЛК в помольную камеру к части проб добавляли химические соединения — компоненты фло-тосистемы, усиливающие взаимодействие флотореагентов с образующейся новой поверхностью при помоле частиц. После помола просеивали образцы через сита и выделяли фракцию 0.063— 0.2 мкм, которую затем подвергали обработке флотореагентами в водной и водно-спиртовой (1:1) среде, моделируя стандартные условия проведения флотации. Спирт использовали для более полного растворения ряда флотореагентов. Флотацию проводили в слабо кислой среде (рН 5.0—6.5). Значения рН регулировали серной кислотой. Для депрессии силикатных пород применяли фтористый натрий.

Как известно, сульфиды, сульфооксиды и продукты окисления тиолов — тиолсульфонаты и сульфокислоты — являются перспективными флотореагентами и экстрагентами палладия и платины и комплексообразователями металлов.

Поэтому в качестве флотореагентов нами были испытаны синтетические сераорга-нические соединения дибензилтиолсуль-фонат (обр. 1), и 1-метилимидазол-2-сульфокислота (обр. 2), а также продукты первичной переработки арланской нефти: керосиновый концентрат (обр. 3), концентрат керосинового дистиллята — фракция 270—275 оС (обр. 4), дизельное топливо (обр. 5).

Дибензилтиолсульфонат (обр. 1) и 1-метилимидазол-2-сульфокислота (обр. 2) получаются путем окисления бензилмеркаптана и 1-метилимидазол-2-тиола диоксидом хлора, который выпускается в промышленных масштабах и используется для отбелки целлюлозы и очистки питьевой и сточной вод. В результате окисления образуются соединения, содержащие функциональные группы —S—SO 2 — (обр. 1) и SO 3 H (обр. 2), наличие которых могут обусловливать флотационную активность реагентов.

Перспективность практического применения серосодержащих соединений углеводородного сырья связана с их доступностью и возможностью использования в качестве экстрагентов благородных металлов, а также флотореагентов — собирателей руд. Образцы серосодержащих нефтяных концентратов были получены в Институте органической химии Башкирского научного центра РАН. По составу сероорганические соединения в этих концентратах (обр. 3—5) соответствуют двум классам — сульфидам (65—72 мас. %) и тиааренам (28—35 мас. %) с различными пределами выкипания и средними молекулярными массами в пределах 105— 205. Компоненты сульфидной части концентратов представлены преимущественно насыщенными тиациклоалканами (65—81 отн. %) с числом конденсированных нафтеновых колец от 1 до 4, среди которых преобладают тиамоноциклоалканы (52—87 отн. %). К тиааренам относятся алкил- и циклоалкилзамещен-ные тиофены, а также алкилбензотиофены [2, 3].

Испытания новых реагентов проводились на ярегском лейкоксеновом концентрате, в котором (по данным рентгенофлюоресцентного анализа) содержание диоксида титана (T1O 2) составляло 48.2 мас. %, а содержание красящих компонентов (в частности, оксидов железа) — около 3 мас. %. Результаты испытаний показали, что при использовании 1-метилимидазол-2-сульфокислоты (обр. 2) достигается наилучший выход продукта с содержанием 70 мас. % T1O 2 и низким (около 1 мас. %) содержанием пигментов.

Следует отметить, что эффективность предложенной схемы переработки ЛК заметно падает при увеличении времени помола (содержание диоксида титана в продуктах флотообогащения снижается до 59 %), что может быть связано с длительностью термического воздействия на органические реагенты, введенные в помольную камеру перед измельчением.

Помимо разработки новых эффективных флотореагентов приоритетными являются исследования в области немеханических способов воздействия на вещество, которые позволяют избегать пе-реизмельчения при утилизации минерального сырья. Анализ энергозатрат по стадиям дробления и измельчения показывает, что они сравнительно низкие на стадиях среднего (0.3—0.5 кВт ч/т) и мелкого (0.8—1.2 кВт ч/т) дробления и высокие в процессах тонкого (18—20 кВт ч/т) и сверхтонкого (80 кВт ч/т и выше) измельчения [4]. Большое внимание уделяется использованию мощных электромагнитных импульсов в процессе дезинтеграции труднообога-тимых руд (упорных золото-сульфидных и вкрапленных медно-никелевых) и промпродуктов [5]. Под воздействием этих импульсов происходит эффективное интергранулярное разрушение минеральных компонентов, вскрытие микро- и наночастиц благородных металлов и повышается степень их извлечения при меньших затратах электроэнергии.

Комплексность переработки бокситов реализована пока не в полной мере, в основном на редкоземельные элементы. Большие возможности в области обогащения полезных ископаемых имеет способ лазерного воздействия на вещество, которое может быть использовано при предварительной подготовке руд к обогащению, в частности и при переработке бокситов с предварительным обогащением на титан и получением новой фазы (корунда), что позволяет повысить комплексность и эффективность переработки боксита.

Способ подготовки к обогащению маложелезистых бокситов . Основным способом переработки бокситов является метод Байера. Для доводки низкокачественного сырья, включая некондиционные бокситы, нефелиновые руды, кианиты, цеолиты и другое алюминиевое сырье, до вещества, пригодного для переработки методом Байера, приходится использовать различные методы обогащения.

Линейные размеры исходных зерен минералов титана в бокситах, как правило, не превышают 20 мкм, их извлече-

ние традиционными методами затрудняется. В результате лазерной обработки боксита происходит перераспределение вещества с агломерацией титановых минералов и образованием новых фаз. После агломерации высокообогащенные титаном зоны достигают размеров 100 мкм, что делает возможным извлечение их классическими методами обогащения.

Мы провели лазерную обработку образцов маложелезистых бокситов, отобранных на Вежаю-Ворыквинском месторождении, из которых были изготовлены пластинки размером 10 x 10 x 3 мм. По данным химического анализа (табл.) и рентгеновской дифрактометрии, в состав бокситов входят бёмит (72.8 %), каолинит (18.7 %), рутил и анатаз (в сумме 7.8 %) [6].

Изначально поверхность образца представляла собой зернистую бёмитовую матрицу с включениями рутила, анатаза и редко ильменита.

Химический состав исходного образца

Компонент	Содержание, мае. %	Компонент	Содержание, мае. %
SiO2	6.54	К2О	0.33
ТЮ2	5.45	Na2O	0.28
АЬОз	70.56	р2о5	0.23
Р^Озобщ	1.01	Н.п.и.	14.23
МпО	0.018	FeO	<0.25
СаО	<0.5	Н2О"	<0.1
MgO	<0.5

Результаты наших исследований показали, что при лазерной обработке ка-олинит-бёмитовых бокситов наблюдается перераспределение бокситового вещества с концентрацией титана в спёке (согласно статистической интерпретации данных микрозондового сканирования содержание титана увеличивается в среднем в 1.7 раза), причем концентрация титана происходит при конкретных величинах плотности энергии лазерного излучения. В ходе эксперимента были выявлены оптимальные параметры плотности энергии лазерного излучения, при которых наблюдается кристаллизация новой фазы (возможно, корунда) [6]. Эти результаты поданы в качестве заявки на изобретение (№2012130740/03(048244) «Способ подготовки к обогащению маложелезистых бокситов» / Авторы: О. Б. Котова, А. П. Петраков, А. В. Вахрушев).

Работа выполнена при поддержке программы фундаментальных исследований УрО РАН, проект № 12-М-35-2055 «Разработка научных принципов флотационного извлечения ценных минералов из трудно-обогатимого минерального сырья на основе создания селективно действующих реаген- тов и новых технологических решений рудоподготовки».