Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

POLYSTYRILPHOSPHINOXID AS FLOTATION REAGENT IN THE ENRICHMENT OF DISSEMINATED COPPER-NICKEL ORES

Markosyan S.M. 1 Timoshenko L.I. 1
1 Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS
Вкрапленные медно-никелевые руды, бедные по содержанию ценных компонентов, обогащаются по коллективной схеме флотации с применением в качестве собирателя бутилового ксантогената калия (БКК). Представлены результаты исследования флотоактивности полистирилфосфиноксида (В-56) (фосфорсодержащего полимера) в качестве дополнительного реагента к БКК при обогащении вкрапленных медно-никелевых руд. Реагент получен прямым фосфорилированием фенилацетилена красным фосфором в сверхосновной системе (гидроксид калия–диметилсульфоксид) при микроволновом облучении. Результаты флотационных опытов, выполненных в лабораторных условиях, показали эффективность применения в качестве собирателя смеси БКК и фосфорсодержащего полимера. Оптимальные результаты получены при расходе БКК 75г/т и В-56 – 60г/т. При этом расход БКК сокращен на 50% по сравнению со стандартным режимом. Реагент В-56 обладает также пенообразующими свойствами и может быть применен как пенообразователь.
The disseminated copper-nickel ores, poor in content of valuable components, are enriched by the collective flotation scheme using potassium butyl xanthate (PBX) as a collector. The results of the study on the flotation activity of the polystyrylphosphinoxide (B-56) (a phosphorus-containing polymer) as an additional reagent to PBX for the enrichment of disseminated copper-nickel ores are presented. The reagent is obtained by direct phosphorylation of phenylacetylene red phosphorus in over based system (potassium hydroxide - dimethylsulfoxide) under microwave irradiation. The results of the flotation experiments performed in the laboratory showed the effectiveness of the application of PBX and phosphorus-containing polymer mixture as a collector. Optimal results were obtained at the rate of PBX 75g/t and B-56 - 60g /t. The consumption of PBX is reduced by 50% compared to the standard mode. The reagent B-56 also has foaming properties and can be used as a foaming agent.
flotation
collectors
disseminated ore
bulk concentrate
foamer

Сульфгидрильные собиратели – ксантогенаты щелочных металлов с различными заместителями и дитиофосфаты (аэрофлоты) продолжают оставаться самыми распространенными и эффективными собирателями для флотации сульфидных медно-никелевых руд. Однако известно [1,2,4], что для флотации сложного по составу, с низким содержанием ценных компонентов сырья в настоящее время используются в качестве собирателей композиции сульфгидрильных собирателей с дополнительными реагентами. Одним из методов повышения технологических показателей флотации сульфидных руд, является также применение дополнительных аполярных реагентов в качестве интенсифицирующих добавок [3], синергетический эффект действия которых в сочетании с сульфгидрильными собирателями известен для флотационного обогащения как цветных металлов, так и благородных, ассоциированных с сульфидами. Эффективность совместного действия водорастворимых ионогенных собирателей и аполярных реагентов при флотационном разделении частиц обусловлена тем, что эти реагенты действуют, в основном, на различных границах раздела фаз, дополняя друг друга.

Ранее были разработаны и испытаны в промышленных и лабораторных масштабах реагенты для флотации сульфидных медно-никелевых руд, представляющие собой соединения из классов сульфоксидов, фосфиноксидов, ди- и полиолы с ацетиленовой связью и др.[6-8]. Особенно эффективными при обогащении сульфидных медно-никелевых руд в сочетании с основным реагентом-собирателем, бутиловым аэрофлотом, оказались олигомеры, содержащие сульфоксидную группу, проявившие свойства микродобавок-интенсификаторов. Эти исследования выполнялись на пробах руд, богатых по содержанию меди и никеля (Cu- 9,55 %, Ni-2,90 %).

В то же время представляет интерес обогащение бедных по содержанию меди и никеля, однако являющихся перспективным источником платинометалльного сырья, вкрапленных норильских медно-никелевых руд (в пересчете на сульфидную массу вкрапленные руды почти в 3 раза более обогащены платиноидами, чем богатые руды) [5].

Экспериментальная часть

Характеристика исходной руды

Главными рудообразующими минералами вкрапленных руд являются: пирротин, халькопирит, кубанит, пентландит; второстепенными: пирит, макинавит, виоларит, сфалерит, галенит, никелин, аргентопентландит, валлериит, марказит. Оксидные минералы представлены магнетитом, титаномагнетитом, ильменитом, хромшпинелидами, изредка – гематитом. Из редких образований отмечены минералы драгоценных металлов. Платина, палладий, родий, золото и серебро в сульфидных рудах находятся в двух формах: образуют собственные минералы, либо изоморфно входят в состав основных рудообразующих минералов.

Основные минералы пустой породы представлены полевыми шпатами, пироксенами и оливином, вторичные – серпентином, тальком, хлоритом, актинолитом, роговой обманкой и слюдой [2].

Данные количественного минералогического анализа вкрапленных руд (табл. 1), свидетельствуют о высоком содержании породообразующих минералов, многие из которых, являясь флотоактивными, переходят в концентраты, существенно снижая их качество.

Таблица 1

Результаты количественного минералогического анализа исходной руды, дробленой до крупности 2-0 мм

Класс крупности,

мм

Содержание, %

Пирротин

Пентландит

Халькопирит

Магнетит

Основные породообразующие минералы*

-2 + 1

10

7

8

3

50

-1 + 0,5

20

5

10

10

60

-0,5 + 0,25

25

10

20

7

50

-0,25 + 0,125

15

10

5

10

50

-0,125 + 0,074

15

8

12

4

50

-0,074+0,044

10

4

8

10

10

-0,044

17

10

15

10

10

*Пироксен, полевые шпаты, оливин.

Вследствие тонкой вкрапленности сульфидов основным способом обогащения этих руд является флотация [1].

Традиционно используемые при флотации богатых медно-никелевых руд флотореагенты оказываются недостаточно эффективными для этих руд. Таким образом, эффективное флотационное обогащение вкрапленных руд, подбор новых реагентов и сочетаний их с традиционно используемыми флотореагентами является актуальной задачей.

Синтез фосфорсодержащего полимера

Полистирилфосфиноксид (В-56) получен в Иркутском институте химии СО РАН прямым фосфорилированием красным фосфором фенилацетилена в сверхосновной системе КОН – диметилсульфоксид (ДМСО) при микроволновом облучении реагентов (600 вт, 8 мин). В указанных условиях реакция направляется на образование полимера с выходом 65%, (выход рассчитан на фенилацетилен), а также образуются Z,Z,Z- и E,Z,Z-изомеры тристирилфосфина и - тристирилфосфиноксида с выходом 20% (рис.2).

Рис. 1. Схема получения фосфорсодержащего полимера

Ранее было показано, что реакция красного фосфора и фенилацетилена в аналогичных условиях, но без использования микроволнового воздействия приводит к образованию только Z,Z,Z- и E,Z,Z-изомеров тристирилфосфина [9].

Фосфорсодержащий полимер состава (С25Н30О5Р2)к, выделяют из подкисленных до рН 4.5-5 водных растворов экстракцией хлороформом и последующим упариванием последнего при низком давлении.

Подготовка пробы к исследованиям осуществлялась по стандартной схеме (рис.2), включающей последовательное дробление в замкнутом цикле с грохочением, а также операции перемешивания и сокращения с последующим измельчением дробленой руды до крупности 62% класса – 0,071 мм.

Рис..1.JPG

Рис.2. Схема подготовки пробы исходной руды

Исследования флотоактивности реагента В-56 при обогащении вкрапленной медно-никелевой руды осуществлялись по коллективной схеме флотации (рис.3), включающей коллективный цикл (5 мин.) и контрольную флотацию (5 мин.). Флотация проводилась в лабораторной флотомашине 237ФЛ. рН – 9,3 устанавливался содой (200 г/т), в качестве вспенивателя использовались реагент Т-80 и В-56, а в качестве собирателя – композиция бутилового ксантогената (БКК) с реагентом В-56 (при разном их соотношении). Реагент В-56 в процесс подавался в виде 0,1%-ого водно-спиртового раствора (Н2О:С2Н5ОН=3:1). Продукты флотации анализировались методом рентгено-спектрального анализа. Результаты сравнивались с показателями обогащения, полученными при использовании одного БКК в качестве собирателя и Т-80 в качестве вспенивателя.

Рис.3. Схема флотации вкрапленной медно-никелевой руды

Результаты и их обсуждение

Результаты флотационных опытов, полученные при использовании реагента В-56 в сочетании с БКК в различных соотношениях, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Зависимость результатов флотации от соотношения БКК и В-56  

опыта

Реагентный режим флотации

Продукты флотации

Выход, %

Содержание, %

Извлечение,

%

Ni

Cu

Ni

Cu

1

 

Сода- 200 г/т

БКК - 150 г/т

Т-80 -100 г/т

 

Коллективный концентрат

Конц. контр. флотации

Хвосты

Исходная руда

15,91

2,29

81,80

100,0

2,69

0,86

0,20

0,61

2,46

1,11

0,20

0,58

70,02

3,22

26,76

100,0

67,44

4,37

28,19

100,0

2

 

Сода - 200 г/т

БКК - 75 г/т

В-56 - 7,5 г/т

Т-80 -100 г/т

 

Коллективный концентрат

Конц.  контр. флотации

Хвосты

Исходная руда

15,66

2,82

81,52

100,0

2,62

0,92

0,17

0,57

2,42

1,06

0,18

0,56

71,37

4,52

24,11

100,0

68,20

5,39

26,41

100,0

3

 

Сода - 200 г/т

БКК - 75 г/т

В-56 - 15 г/т

Т-80 -100 г/т

 

Коллективный концентрат

Конц.  контр. флотации

Хвосты

Исходная руда

13,20

1,52

85,28

100,0

3,30

1,07

0,15

0,58

3,12

0,48

0,16

0,56

75,13

2,81

22,06

100,0

74,13

1,31

24,56

100,0

4

 

Сода - 200 г/т

БКК - 75 г/т

В-56 - 30 г/т

Т-80 -100 г/т

 

Коллективный концентрат

Конц.  контр. флотации

Хвосты

Исходная руда

16,81

2,32

80,87

100,0

2,74

0,79

0,13

0,58

2,42

0,79

0,15

0,55

78,86

3,14

18,00

100,0

74,44

3,36

22,20

100,0

5

 

Сода - 200 г/т

БКК - 75 г/т

В-56 - 60 г/т

Т-80 -100 г/т

 

Коллективный концентрат

Конц.  контр. флотации

Хвосты

Исходная руда

20,7

3,16

76,14

100,0

2,23

0,85

0,12

0,58

2,13

0,69

0,13

0,56

79,61

4,63

15,76

100,0

78,50

3,88

17,62

100,0

6

 

Сода - 200 г/т

БКК - 75 г/т

В-56 - 90 г/т

Т-80 -100 г/т

 

Коллективный концентрат

Конц.  контр. флотации

Хвосты

Исходная руда

19,47

3,50

77,03

100,0

2,39

0,70

0,14

0,60

2,15

0,61

0,16

0,56

77,86

4,10

18,04

100,0

74,33

3,79

21,88

100,0

7

 

Сода - 200 г/т

БКК - 75 г/т

В-56 - 120 г/т

Т-80 -100 г/т

 

Коллективный концентрат

Конц.  контр. флотации

Хвосты

Исходная руда

19,96

3,10

76,94

100,0

2,22

0,81

0,14

0,58

1,98

0,76

0,17

0,55

76,94

4,36

18,70

100,0

71,91

4,29

23,80

100,0

 Из данных таблицы можно сделать вывод о том, что использование композиции бутилового ксантогената с реагентом В-56 позволяет повышать извлечение никеля и меди по сравнению со стандартным реагентным режимом (использование одного БКК c расходом 150г/т, оп.1). Лучшие результаты флотации (повышение извлечения в коллективный концентрат никеля на 9,59%, меди на 11,06%) получены при использовании композиции реагентов: БКК– 75 г/т и В-56 – 60 г/т (оп. 5).

На рис. 4 приведена зависимость извлечения никеля и меди в коллективный концентрат и хвосты флотации от количества В-56 в смеси с БКК. Расход БКК во всех точках равен 75г/т. В нулевой точке результаты стандартного опыта; расход БКК составляет 150г/т.

Рис. 4. Зависимость извлечения никеля (1) и меди (2) в коллективный концентрат и в хвосты (4 и 3, соответственно) от количества В-56 в составе смеси БКК/В-56

Извлечение никеля в коллективный концентрат при расходе В-56 равном 30г/т сравнимо с извлечением при расходе 60г/т, однако в этом случае извлечение меди ниже. Таким образом, оптимальным соотношением БКК:В-56 является 75:60 (г/т).

С увеличением расхода В-56 в композиции с БКК повышается также выход концентрата, что свидетельствует о пенообразующих свойствах реагента. Это наблюдалось и визуально в процессе флотации. В связи с этим регент был испытан также в качестве пенообразователя взамен Т-80. Полученные результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты флотации медно-никелевой руды с применением В-56 в качестве пенообразователя

Реагентный режим

Продукты флотации

Выход, %

Содержание, %

Извлечение, %

Ni

Cu

Ni

Cu

Сода –200 г/т

БКК – 150 г/т

В-56 - 30г/т

 

Коллективный концентрат

Промпродукт I перечистки

Концентрат контрольной флотации

Хвосты

Исходная руда

10,72

10,41

2,76

76,11

100,0

3,87

0,53

0,86

0,26

0,69

4,86

0,36

0,35

0,20

0,72

59,97

7,98

3,44

28,61

100,0

72,31

5,21

1,34

21,14

100,0

Сода –200 г/т

БКК – 150 г/т

В-56 - 20г/т

 

Коллективный концентрат

Промпродукт перечистки

Концентрат контрольной флотации

Хвосты

Исходная руда

7,03

9,23

1,85

81,89

100,0

5,41

1,07

0,76

0,25

0,70

6,78

0,87

0,31

0,20

0,72

54,47

14,16

2,02

29,35

100,0

65,59

11,06

0,79

22,56

100,0

Сода –200 г/т

БКК – 150 г/т

В-56 - 10г/т

 

Коллективный концентрат

Промпродукт перечистки

Концентрат контрольной флотации

Хвосты

Исходная руда

3,78

6,21

2,01

88,0

100,0

6,56

2,58

1,61

0,28

0,69

10,51

2,26

1,34

0,18

0,72

36,07

23,35

4,71

35,87

100,0

54,93

19,43

3,72

21,92

100,0

Сода –200 г/т

БКК - 150г/т

Т-80 – 100г/т

 

Коллективный концентрат

Промпродукт перечистки

Концентрат контрольной флотации

Хвосты

Исходная руда

6,72

9,09

3,07

81,12

100,0

4,69

0,92

1,62

0,30

0,69

6,09

0,54

2,14

0,20

0,69

45,56

12,08

7,20

35,16

100,0

59,61

7,15

9,59

23,65

100,0

Результаты опытов, представленные в таблице 3, показывают, что полная замена пенообразователя Т-80 реагентом В-56 (с расходом 20г/т) приводит к повышению суммарного извлечения никеля в концентраты на 5,81%, меди на 1,09%. Расход реагента В-56 в этом случае в 5 раз меньше расхода Т-80.

Заключение

В результате проведенных исследований показана принципиальная возможность использования полистирилфосфиноксида (В-56) в качестве флотореагента при обогащении вкрапленных медно-никелевых руд. При этом он эффективен как в смеси с бутиловым ксантогенатом калия в качестве собирателя, так и как пенообразователь взамен Т-80. В обоих случаях наблюдается повышение извлечения никеля и меди в концентрат и, соответственно, снижаются потери с хвостами.

Рецензенты:

Жереб В.П., д.х.н., доцент, зав. кафедрой металловедения и термической обработки металлов им. В.С. Биронта, ФГАОУ ВПО "Сибирский федеральный университет", г. Красноярск;

Гуревич Ю.Л., д.ф.-м.н., с.н.с., г.н.с., ФГБУН Красноярский научный центр Сибирского отделения РАН, г. Красноярск.