Справочник по обогащению руд. Основные процессы

ред. Богданова О.С.

Недра, 1983 г.

 Железные руды.

Основные типы железных руд представлены: железистыми кварцитами и роговиками (чередующимися магнетито-гематитовыми и кремнистыми прослойками); скарновыми рудами, для которых характерно наличие гранатов, пироксенов и эпидота; железо в этих рудах представлено преимущественно магнетитом, а также мартитом, часто в них присутствует пирит, нередко кобальтсодержащий.

Распространены также месторождения бурожелезняковых руд осадочного типа. Железо в этих рудах представлено лимонитом и другими гидроокислами, а также гематитом и сидеритом.

Встречаются месторождения магматического типа, в которых наряду с магнетитом часто присутствуют апатит и титаномагнетит и месторождения гидротермального типа с основным железосодержащим минералом сидеритом.

До настоящего времени наиболее важное промышленное значение имеют руды магнетитового типа, которые легко обогащаются магнитной сепарацией.

Флотация может найти применение для тонковкрапленных, окисленных гематитовых и мартитовых руд (часто добываемых попутно с магнетитовыми рудами), для  доизвлечения слабомагнитных минералов из хвостов обогащения смешанных магнетито-гематитовых и магиетито-мартитовых руд, в некоторых случаях для обогащения бурожелезияковых руд, а также для получения высококачественных концентратов с содержанием свыше 70 % железа из концентратов магнитного обогащения [44].

Требования, предъявляемые к железным концентратам, твердо не установлены и зависят от состава руд. При обогащении магнетитогематитовых руд с кислой пустой породой содержанием железа в концентрате должно быть не менее 62—65 %. При наличии в рудах основных пород, которые в процессефлотации частично переходят в концентрат, содержание железа может быть меньшим.

При обогащении бурожелезняковых руд концентраты должны содержать не менее 43—50 % Fe, а при обогащении сидеритовых руд—не менее 30—35 % Fe. Содержание вредных примесей в концентратах должно быть не более, %: серы 0,1—0,3; фосфора 0,15— 0,20; мышьяка 0,07—0,1; свинца 0,01—0,015.

Флотационное обогащение железных руд можно осуществить тремя способами: прямой анионной флотацией, обратной анионной флотацией, обратной катионной флотацией.

При прямой анионной флотации окислов железа применяют различные жирнокислотные собиратели; талловое масло и мыло, сульфатное мыло, кислоту касторового масла, кислоты, получаемые при окислении парафина, окисленный керосин,   окисленный   уайт-спирит   (как от дельно, так н совместно с сульфатным мылом), ветлужское масло и др.

Из перечисленных реагентов наименее токсично и сравнительно доступно — талловое масло и сульфатное мыло. Расход таллового масла при флотации гематитовых и мартитовых руд составляет 250—600 г/т.

Этн реагенты показали хорошие собирательные свойства в слабокислой и щелочной средах при рН 5,5—9,5 (добавка серной кислоты или соды). Высокими собирательными свойствами обладают также алкил-сульфаты.

В качестве собирателей железных руд за рубежом предложены сульфированные жирные кислоты, растительные или нефтяные масла (сульфированное касторовое масло, сульфированная олеиновая кислота, алкнл-сульфаты н т. д.). Некоторые из этих собирателей (например, алкилсульфаты) рекомендуется применять в кислой среде (рН около 2—4). При наличии в руде карбонатов применение этих собирателей   нерационально.

Если в рудах содержится апатит, предпочтительна флотация в слабокислой среде при добавках фторидов или фторсиликатов.

В качестве депрессоров пустой породы предложены жидкое стекло и коллоидная кремниевая кислота, причем целесообразно добавлять лишь незначительное количество жидкого стекла (до 100 г/т), так как избыток его вызывает депрессию железных минералов. Селективность действия жидкого стекла повышается в присутствии ионов алюминия, меди и др.

Встречающиеся в некоторых железных рудах силикаты железа (роговые обманки и др.) переходят при флотации карбоксильным собирателем в пенный продукт. В этом случае более перспективна обратная флотация.

Флотация гидроокислов железа протекает менее эффективно, чем гематита и мартита, требует большего расходасобирателя (например, таллового масла до 1 кг/т).

Так как карбоксильные собиратели не обеспечивают хорошей селекции в жесткой воде вследствие активацииминералов пустой породы нонами кальция и магния, приходится предусматривать умягчение ее.

В США и СССР разработаны схемы обратной анионной флотации железных руд — кварц и силикаты флотируют карбоксильным собирателем (0,2—0,6 кг/т) с применением извести в качестве активатора пустой породы (рН около 11), а флотация железных минералов подавляется крахмалом (0,6— 1 кг/т), обработанным едким натром, таннином, метафосфатами, лигнинсульфонатами, бардой сульфитных щелоков (1,8— 2,5 кг/т). В этом случае умягчать воду не требуется.

Железосодержащие минералы многих руд успешно отделяют от пустой породы при помощи катионного собирателя АНП или ИМ-11 (200—350 г/т).

Подавление окисленных железных минералов производится крахмалом, декстрином, таннином и др. Дефицитный крахмал

заменяют отходами мукомольного произвол^-ства, из которых удалены белки, или применяют оксиэтилцеллюлозу низких ступеней замещения н др.

Расход крахмала и других аналогичных депрессоров составляет 0,5—1 кг/т. Наилучшая селекция происходит прн рН 8—9> создаваемом содой.

При наличии в применяемой воде железа необходимо удалять его ноны, так как адсорбция этих ионов силикатами вызывает депрессию их при флотации катионными собирателями.

Находящиеся в руде силикаты железа извлекаются в пенный продукт вместе с минералами пустой породы, что позволяет получать более высококачественный железный концентрат, чем при прямой флотации анионным собирателем.

Применение катионного реагента при обогащении ряда гематитовых или мартитовых руд позволило получить более высокие показатели разделения, чем при прямой анионной флотации.

Имеются также сведения об успешной флотации этим методом бурожелезняковых руд. Обесшламленная руда крупностью —0,1 мм флотировалась с применением амина С₁₂ и карбокснметилцеллюлозы в качестве депрессора лимонита.

Общие особенности флотации железных руд как катионными, так и анионными собирателями:

для обогащения железных руд существенное значение имеет гидродинамический режим работы флотационных машин, например, в механических машинах со статором при понижении частоты вращения импеллера значительно повышается Селективность обогащения;

при измельчении руды до 75—95 % класса — 0,074 мм флотации железных руд проходит успешно в относительно плотной пульпе (Т : Ж = 1 : 2 до 1 : 2,5);

при высоком содержании шламов (крупностью 5—10 мкм) в ряде случаев необходимо предварительное обесшламливание руды перед флотацией;

при использовании соды в качестве модификатора лучшие результаты достигнуты при загрузке ее в мельницу.

Для сокращения потерь со шламами применяется селективная флокуляцня. Для этого-пульпа предварительно диспергируется, после чего вводится флокулянт. В качестве флокулянтов могут быть применены крахмал н другие полимеры.

Этот процесс осуществлен на фабрике «Тилден», США, где в качестве диспергаторов применены жидкое стекло и едкий натр, загружаемые в мельницы, а флокулянта — крахмал. После этого пульпа поступает на дешламацию, причем в шламы удаляются преимущественно силикатные минералы, а затем пульпа поступает на флотацию, где катионным собирателем флотируется оставшаяся часть силикатов.

Схемы с обратной флотацией целесообразна применять,   по-видимому,   при обогащении руд и продуктов с высоким содержанием железа [19]. Наоборот, схемы прямой анионной флотации железных минералов предпочтительны при обогащении руд с низким содержанием железа. Для обогащения руд, в состав которых входят апатит и ангидрит, предпочтительна схема с флотациейминералов пустой породы вследствие относительно невысокого содержания указанных примесей. В этом случае в начале процесса следует •осуществлять флотацию щелочноземельных минералов, а затем силикатных.

Марганцевые руды обычно представлены пиролюзитом Мп0₂, псиломеланом т МлО-Мп0₂пН₂0 и карбонатами марганца, приуроченными к кремнисто-глинистым отложениям.

На марганцевые концентраты разработаны -различные технические условия в зависимости от их назначения и вещественного состава РУД-

Содержание марганца в окисных концентратах должно быть от 22 до 48 %. а в карбонатных — от 18 до 28 %. Содержание фосфора не должно превышать 0,2 %.

Флотационное обогащение марганцевых руд может осуществляться теми же способами, что и флотация железных руд. Однако наиболее детально разработаны схемы прямой флотации анионными собирателями по коллективной или селективной схемам.

При селективной флотации первоначально при небольших расходахсобирателя (до 0,5 кг/т) в присутствии жидкого стекла флотируются карбонаты. Затем повышенными загрузками собирателя (до 2 кг/т) флотируются окисные марганцевые минералы.

Значительная часть марганцевых руд содержит легкошламующиеся маргаицевые минералы. Поэтому флотационное обогащение этих руд, наряду с обесшламливанием требует высокого расхода собирателя.

В качестве собирателя могут быть применены талловое масло (сырое или дистиллированное) 2—3 кг/т в виде мыла или эмульсий с различными добавками поверхностно-актнвиых веществ типа оксиэтилированных алкилфенолов (ОП-4, ОП-7; Расход 20— 100 г/т), а также другие анионные собиратели, используемые при флотации железных

РУД-

Оптимальный рН находится в пределах 7—9 (создается обычно содой). В качестве депрессора пустой породы и отчасти марганцевых минералов (при селективной флотации) применяют жидкое стекло.

Разработаны условия обратной флотации .анионным собирателем -руд, в которых пустая порода представлена карбонатами, а марганцевые минералы — окислами. При -относительно невысоких дробных расходахсобирателя (общий Расход 0,3—0,5 кг/т) флотируют карбонаты, а в хвостах остаются окислы марганца; флотация проводится при рН 9—10, создаваемом содой или едким натром.

Применяемые методыфлотации позволяют •получать пока лишь марганцевые концентраты низких сортов, которые не находят широкого сбыта. Тем не менее флотационные методы в сочетании с химическим обогащением могут найти широкое применение при обогащении тонких классов марганцевой РУДЫ.

В промышленных условиях освоена пеиная сепарация зернистых марганцевых шламов [71]. На Чиатурской центральной флотационной фабрике из шламов крупностью —1 + 0,04 мм с содержанием 11— 15 % марганца был получен карбонатныйконцентрат с содержанием 22—23% марганца при извлечении 16,5—20,5 % исходных шламов и окисный концентрат с содержанием 34—38 % при извлечении 16—22 %.

Извлечение марганца от обесшламленного продукта, поступающего в пенную сепарацию, достигает 80—90 %.

Расход реагентов составлял: жидкого стекла 0,4—0,7 кг/т, омыленного сырого таллового масла 0,7 кг/т в карбонатныйцикл и 2,5—3 кг/т в окисный, соответственно Расход солярового масла 0,6—0,9 и 1,6—2 кг/т, соснового масла 10 г/т.

Хромитовые руды. Единственный промышленный минералхрома — хромитFeO-Cr₂0₃, встречающийся в ультраосновных изверженных я ли серпентиновых породах. Основное назначение хромитов — производство феррохрома.

Для футеровки печей хромитовый кирпич применяют как огнеупорный   материал.

Хромит успешно флотируется в кислой и щелочной средах жирнокислотиым собирателем. В качестве подавителя пустой породы (серпентина и оливина) применяют фтористый и кремнефтористый натрий (кислая среда), карбоксиметилцеллюлозу, сульфитцеллюлозные щелоки, жидкое стекло (щелочная среда). Для подавления кальцита применяютгексаметафосфат натрия. Возможна обратная флотация с переводом в пенный продукт серпентина. флотация в этом случае осуществляется в сильнощелочной среде при рН > 12 с применением аминного собирателя жирного ряда [18].

§ 3. флотация шламов

Проблема флотациишламов имеет особо важное значение при обогащении несульфидных руд. Применение более слабых собирателей улучшает селекцию при флотации шламов. флотация также улучшается в присутствии углеводородных масел, которые в данном случае скорее,— регуляторы пены, чем дополнительные собиратели [71].

Лучшие результаты могут быть получены при флотации, когда воздух выделяется из раствора   [18].

Одно из направлений во флотации шламов— применение селективной флокуляции. Перед флокуляциейпульпа должна быть хорошо диспергирована. При обогащении немагнитных таконитов разработана следующая технология. Руду измельчают в присутствии диспергаторов (едкого натра, силикатанатрия или полифосфатов натрия) при расходе от 0,2 до 2 кг/т, затем пульпу перемешивают с флокулянтом (крахмал тапиока до 0,6 кг/т). При этом флокулированные окислы железа осаждаются, а находящиеся во взвешенном состоянии тонкие шламы пустой породы, затрудняющие флотацию, удаляются дешламацией. Далее флотируют железные минералы жирнокислотными собирателями либо кварц катионным собирателем при депрессии окислов железа дополнительными загрузками крахмала, или кварц флотируют жирно-кислотным собирателем в снльнощелоч-ной среде при активации ее солями кальция.

В других случаях (например, при флотации растворимых солей) применение флокулянтов при небольших расходах (полиакриламид, 10—15 г/т) позволяет селективно сфлокулировать шламы пустой породы и затем удалить их флотацией.

Имеются сведения, что применение поли-акриламида при небольших расходах (до 3— 5 г/т) при флотации медно-молибденовой руды позволяет селективно сфлокулировать и несколько повысить извлечение шламистого молибденита и медных минералов.

Другое направление во флотациишламов — применение «носителей» [18] — так называемая ультрафлотация. В качестве носителя используют гндрофобизированные крупные частицы какого-либо минерала (в том числе и флотируемого из данной руды).

Для флотациикаолина предложено в качестве носителя использовать кальцит, обработанный жирнокислотным собирателем, а при флотации фосфористых шламов — серу. Гидрофобизированная песковая фракция медной руды может являться «носителем» при флотации тонкоизмельченных шламистых промпродуктов.

Носители могут быть использованы не только для флотации тонких частиц, но и для усиления их депрессии. Например, обработанный депрессорами зернистый сфалерит улучшает депрессию ошламованных цинковых минералов при разделении медно-цннковых концентратов. Аналогичный эффект можно получить при разделении медно-свннцовых концентратов. В указанных примерах в качестве носителей применялась зернистая фракция, выделенная из концентрата депрессируемого минерала. Сообщается также об успешной флотации шламистого лимонита и гематита крупностью — 60 мкм лаурилсаркозидом в электрическом поле. Предполагается, что в этом случае предотвращается активация кварцаионами железа, образующимися при растворении железных минералов в кислой среде.