Обогащение тонких классов апатит- штаффелитовых руд с применением процессов флокуляции и селективной флотации

Задача эффективного обогащения апатит-штаффелитовых руд может быть решена путем применения новых технологических схем и режимов, обеспечивающих минимальные потери тонких классов апатита и штаффелита в процессах сгущения и флотации [1,2].

Апатит-штаффелитовые руды подразделяют на т.н. каменистые и рыхлые, отличающиеся по механическим и физико-химическим свойствам [3]. Нами было установлено, что рыхлый тип руд характеризуется сходным минеральным составом с каменистыми рудами, однако, вследствие высокой степени экзогенных и гипергенных изменений апатита и штаффелита, в рыхлых рудах отмечается увеличение в 1,7 раза массовой доли труднообогащаемых тонких классов (-5 мкм) в измельченной руде.

Именно эти классы и обуславливают столь большие потери пятиокиси фосфора с вторичными шламами. Как видно из результатов обработки результатов флотационных опытов, апатит рыхлых АШР флотируется на 4-5% хуже, чем из массивных руд (рис. 1).

Штаффелит обладает пониженной флотируемостью относительно апатита (на 3-5%), при этом мелкие классы штаффелита из рыхлых апатит-штаффелитовых руд флотируются хуже (на 4-5%), чем из массивных руд.

При подготовке к флотации шламов возникает задача интенсификации их сгущения. В результате проведенных исследований мы остановились на синтетических флокулянтах - производных полиакриламида [4].

Рис. 1. Флотируемость классов крупности минералов из апатитсодержащих Ковдорских руд: 1- апатит из комплексных железо-апатитовых руд; 2,3 - апатит и штаффелит из каменистых АШР; 4,5 - апатит и штаффелит из рыхлых АШР

Исходя из более высокой флоккулирующей способности, первоначально были предложены флокулянты с высокой концентрацией ионогенных акрилатных групп [5]. Однако, несмотря на хорошие показатели при сгущении, по предложенным режимам не удалось получить приемлемые показатели флотационного обогащения по извлечению пятиокиси фосфора в концентрат и по качеству получаемого концентрата. Для обоснованного выбора флокулянта была проведена работа по исследованию процессов флотации фосфатных минералов из апатит– штаффелитовых руд в условиях применения операции предварительного сгущения шламов с применением флокулянтов [6].

Схема проводимых опытов представлена на рис. 2. В начале опыта устанавливались параметры процессов первичной флокуляции и сгущения. Сгущенный продукт репульпировался и направляется на флотацию, однако предварительно изучался процесс вторичной флокуляции. Естественно, процесс вторичной флокуляции изучался в присутствии комплекса флотационных реагентов, применяемых в операциях флотации [7].

Шламовая проба

Подача флокулянта

Взмучивание и осаждение

Отделение слива 1

Добавление воды

Подача флотореагентов

Взмучивание и осаждение

Репульпация

Флотация объединенного продукта

Рис. 2. Последовательность операций комбинированного опыта по сгущению и флотации шламовой пробы АШР с контролем процесса вторичной флокуляции

Время осаждения, с Вр ^{емя осаж} д ^{ения, с}

Рис. 3. Седиментационные кривые шламов АШР при сгущении в различных режимах: 1 – осаждение исходных шламов; 2 – вторичное осаждение шламов после удаления слива и репульпации; 3 - то же что 2 в присутствии флотационных реагентов; 4 – осаждение шламов с добавлением флотационных реагентов реагентов; 5 – вторичное осаждение шламов после удаления слива и разбавления (в режиме рефлокуляции) 6 – то же что 3 в присутствии флотационных реагентов.

Анализ результатов кривых седиментации (рис. 3) показал, что вторичная флокуляция протекает с меньшей скоростью, чем первичная (кривые 1 и 2, 4 и 5). При этом установлено стабилизирующее действие флотационных реагентов на шламовую фракцию (кривые 5 и 6).

Для оценки эффективности флокулянтов использовали показатель флокуляции D для интервала 0 – 5 мин, рассчитываемый по уравнению:

D = (V осаж^фл - V осаж⁰ ) / V осаж⁰ = (h осв^фл - h осв⁰

)/h осв⁰

где: V_осаж ^фл и V_осаж ⁰ – скорость осаждения твердого при использовании флокулянта и в контрольном опыте; h_осв ^фл и h_осв ⁰ _- высота осветленного слоя жидкости при использовании флокулянта и в контрольном опыте (при времени осаждения 4 мин).

Анализ данных на рис. 4 показал закономерное увеличение скорости сгущения шламов при повышении ионогенности анионного полиакриламида. Наилучшие результаты достигаются в интервале расходов флокулянта от 15 до 25 г/т шламов.

Рис. 4. Зависимость показателя флокуляции D от степени ионогенности анионных флокулянтов на основе ПАА: 1- при расходе 10 г/т; 2 – при расходе 15 г/т; 3 – при расходе 25 г/т, 4 -при расходе 30 г/т

Результаты анализа химического состава разделяемых продуктов показали, что повышение степени ионности полиакриламида увеличивает «селективность» флокуляции, которая характеризовалась специальным критерием:

К сф = β Р 2 О 5 сгущ / β Р 2 О 5 слив

где β Р 2 О 5 сгущ – массовая доля пятиокиси фосфора в сгущенном продукте; β Р 2 О 5 слив - массовая доля пятиокиси фосфора в сливе.

Как видно из рис. 5, при использовании анионных полиакриламидов со степенью ионности от 27 до 40% достигаются наибольшие значения коэффициента селективности флокуляции.

Рис. 5. Зависимость селективности флокуляции при сгущении шламовой фракции от степени ионогенности анионных флокулянтов на основе ПАА: 1- при расходе 10 г/т; 2- при расходе 15 г/т; 3 – при расходе 20 г/т; 4- при расходе 25 г/т;

Полученные результаты позволяют рекомендовать интервал значений ионогености анионного полиакриламида от 17 до 37% как рациональный с позиции максимальной скорости сгущения шламового продукта и проявления эффекта селективной флокуляции.

Использование анионного полиакриламида со средней и высокой концентрацией ионогенных групп способствует образованию крепких мостиковых связей между частицами и к образованию устойчивых агрегатов. Это явление оказывает негативное явление на процесс флотации, препятствуя селективному закреплению гидрофобизированных зерен фосфатных минералов на воздушных пузырьках, и способствуя выносу зерен породных минералов в пенный слой.

Явление вторичного флокулообразования является нежелательным фактором, снижающим эффективность селективной флотации. Результаты проведенных исследований показали, что во флотационной пульпе одновременно протекает процесс вторичной флокуляции, интенсивность которого растет с повышением ионогенности анионного полиакриламида, что иллюстрируется рис. 6.

Рис. 6. Зависимости выхода вторично-сфлокулированного осадка при сгущении шламовой фракции от ионогенности флокулянтов на основе ПАА: 1- при расходе флокулянта 10 г/т; 2 – при расходе флокулянта 15 г/т; 3 – при расходе флокулянта 20 г/т; 4 – при расходе флокулянта 25 г/т

Процесс вторичной флокуляции является тем негативным фактором, который снижает показатели флотации шламовых продуктов апатит-штаффелитовых руд. Обоснованность этого вывода подтверждается снижением извлечения пятиокиси фосфора и качества получаемого концентрата при увеличении ионогенности полиакриламида более 28% (рис. 7 а, б).

Сопоставление показателей флотации сгущенных с применением флокулянта шламов с результатами исследований процессов первичной флокуляции показывает, что снижение извлечения пятиокиси фосфора при низкой степени ионогенности анионного ПАА (менее 17%) обусловлено значительными потерями фосфатов со сливом операции сгущения. Увеличение потерь пятиокиси фосфора при степени ионогенности флокулянта более 28% обусловлено интенсификацией процесса вторичной флокуляции.

В результате проведенных исследований для интенсификации процесса сгущения был выбран анионный флокулянт «Праестол 2530» с концентрацией ионогенных групп 20%. Несмотря на относительно меньшую скорость сгущения шламов и, соответственно, б о льшие потери фосфатных минералов со сливом сгущения, применение этого реагента обеспечивает устойчивое протекание процесса флотации фосфатных минералов и значительный рост извлечения и массовой доли пятиокиси фосфора в концентрате.

Рис. 7. Показатели флотации шлама, сгущенного при использовании флокулянтов на основе ПАА с различной степенью ионогенности: 1 - при расходе флокулянта 10 г/т; 2 - при расходе флокулянта 15 г/т; 3 - при расходе флокулянта 20 г/т; 4 - при расходе флокулянта 25 г/т

Дальнейшие исследования были нацелены на выбор оптимальной схемы операций сгущения и флотации. При проведении замкнутых опытов были испытаны три схемы рудоподготовки и флотации. По первой схеме на флотацию направлялась измельченная необесшламленная руда (рис.8а). По второй схеме измельченная руда подвергалась обесшламливанию, песковая часть флотировалась а шламовый продукт сбрасывался (рис 8б). По третьей схеме шламовый продукт сгущался и направлялся на шламовую флотацию (схема в). По четвертой схеме (г) шламовый продукт после сгущения направлялся на флотацию вместе с песковой фракцией измельченной руды.

В качестве реагентов-регуляторов среды использовали кальцинированную соду. В качестве депрессора породных минералов применяли сульфит-спиртовую барду и жидкое стекло. В качестве собирателя применяли омыленную ЖКТМ и омыленное талловое масло из хвойных пород.

В результате проведенных укрупненных флотационных исследований с применением процесса сгущения шламовой фракции с использованием флокулянта «Праестол 2530» были получены концентраты с содержанием 37,6% Р₂О₅ при извлечении Р₂О₅ от питания флотации 72,5% . Полученные результаты для схемы с совмещенной флотацией (схема г) были выше, чем для опытов с раздельной флотацией песков и шламов, что обосновывает эффективность схемы с совмещенной флотацией.

Флокулянт

б

Измельчение     Обесшламливание

Флотация (песк)

Классификация 1

Измельчение

Концентрат

Хвосты

Обесшламливание

Флотация (песк)

Флотация (шл)

Концентрат

Флокулянт

Классификация 1

Концентрат              Хвосты

Рис. 8. Принципиальные схемы измельчения и флотации АШР: а) - с флотацией необесшламленного материала; б) – с песковой флотацией; в) - с раздельной песковой и шламовой флотацией; г) – с совмещенной флотацией песков и сгущенного шламового продукта

Полная технологическая схема, испытанная на полупромышленной установке Ковдорского ГОКа, представлена на рис. 9. Она предполагает последовательное дробление, отмывку и измельчение руды, разделение песков и шламов, сгущение шламов и совмещенную флотацию песковой и шламовой фракций.

В результате обработки результатов проведенных укрупненных испытаний с применением операции сгущения шламовой фракции с использованием флокулянта «Праестол 2530» были получены концентраты со средним содержанием 38,1% Р 2 О 5 при извлечении 92,5% Р 2 О 5 от питания флотации или 70,8% от исходного питания.

В конечном итоге удается повысить извлечение пятиокиси фосфора на 5,5% при сохранении товарного качества концентрата.

Снижение массовой доли пятиокиси фосфора в товарном концентрате с 38,5 до 38,1% не приводит к уменьшению стоимости концентрата. Увеличение расходов реагентов и расхода электроэнергии увеличивает затраты на обогащение на 0,8 – 1,2%. Все эти издержки и потери (около 2%) перекрываются увеличением выпуска товарной продукции и, соответственно, снижением себестоимости обогащения на 8%.

Рис. 9. Технологическая схема обогащения апатит-штаффелитовых руд

Полученные результаты оказались выше, чем для проектной схемы с удалением шламовой фракции (табл.1), что обосновывает эффективность разработанной схемы с совмещенной флотацией песковой и сгущенной шламовой фракций.

Таблица 1

Технологический регламент и показатели обогащения АШР по проектной и разработанной схеме

№ №	Параметры процесса	По исх. схеме с флотацией песков	По схеме с совм. флотац. песков и сгущ. шламов
1	Крупность измельчения, % кл. -74 мкм	55,0	55,0
2	Расход флокулянта (Праестол 2530), г/т руды	-	5,5
3	Расход собирателя (ЖКТМ), г/т	375	430
4	Расход жидкого стекла, г/т руды	550	655
5	Расход регулятора среды (кальц. соды), г/	700	780
6	Расход сульф.-спиртовой барды, г/т	700	800
7	Расход регулятора вспенив. (М-246), г/т	200	250
8	Извлечение Р 2 О 5 в к-т, %	65,3	70,8
9	Содержание Р 2 О 5 в к-те, %	38,5	38,1

Установлено закономерное увеличение скорости сгущения шламов при повышении ионогенности анионного полиакриламида. Результаты анализа химического состава разделяемых продуктов показали, что повышение степени ионности полиакриламида увеличивает селективность флокуляции. Показано, что во флотационной пульпе одновременно протекает процесс вторичной флокуляции, интенсивность которого растет с повышением ионогенности анионного полиакриламида.

В результате проведенных укрупненных флотационных исследований с применением процесса сгущения шламовой фракции были получены концентраты с высоким содержанием и извлечением Р2О5.

апатит, штаффелит, шламы, флотация, флокуляция, полиакриламид apatite, staffelite, sludges, flotation, flocculation, polyacrylamide