Флотационные методы обогащения

Министерство образования РФ

Иркутский государственный технический университет

Кафедра обогащение полезных ископаемых и инженерной экологии

Курсовая работа

по дисциплине:

Флотационные методы обогащения

                                                                       Выполнил:

                                                                                   студент гр. ОП-02

                                                                         Вариант №1

                                                                  Принял:

                                                                доцент

                                                                                  Баденникова Г.А.                                                                                             

Иркутск 2006

СОДЕРЖАНИЕ.

              Стр.

Исходные данные для расчета……………………………………………

Введение……………………………………………………………………

I Расчет однокомпонентной руды………………………………………...

II Расчет двухкомпонентной руды………………………………………..

III Расчет трехкомпонентной руды………………………………………..

IV Выбор и обоснование типа флотационных машин………………...…

Заключение…………………………………………………………………

Список литературы…………………………………………………………

Исходные данные.

Введение.

Флотация является основным технологическим процессом обогащения многих полезных ископаемых. В настоящее время только в России работают сотни обогатительных фабрик, на которых флотируют руды цветных, редких и черных металлов, каменные угли, фосфатные руды, серу, полевой шпат, борные руды, плавиковый шпат, калийные соли и другие полезные ископаемые. Для многих руд, особенно руд цветных и редких металлов, нет другого технологического процесса обогащения, который был бы в состоянии конкурировать с флотацией.

Как и всякий процесс обогащения полезных ископаемых, флотация основана на различиях в свойствах разделяемых минералов. При этом используется различие в физико-химических свойствах поверхностей минералов, а именно, различие в их удельных свободных поверхностных энергиях. 

I Однокомпонентная руда.

Пирит (FeS2). Наиболее распространенный сульфидный минерал: Fe=46,6 %, S=53,4 %, твердость 6, плотность 5.  Пирит часто содержит золото, серебро, медь, кобальт, никель, которые увеличивают его ценность и присутствуют в виде тонких включений, изоморфных примесей или твердого раствора. В кристаллической решетке пирита ионы серы расположены в местах, легкодоступных действию кислорода, что является одной из причин его быстрой окисляемости. При измельчении пирит поглощает большое количество кислорода из воды и образует хорошо растворимые в воде соединения, состав которых зависит от щелочности среды: в кислой среде образуются ионы , а в щелочной .

Слабоокисленный  пирит принадлежит к наиболее легкофлотируемым сульфидам. Его можно флотировать сульфгидрильными собирателями, жирными кислотами и мылами. Ксантогенаты весьма прочно закрепляются пиритом и могут быть вытеснены с его поверхности лишь аниономи ОНˉ. Одной из наиболее важных особенностей флотационного поведения пирита является его резкая депрессия в щелочной и полная флотация в кислой средах. Поведение пирита во многом связано с его способностью быстро окисляться. В результате окисления в присутствии воды на его поверхности образуется пленка гидроокиси железа Fe(OH)3, приводящая к резкой гидрофобизации минерала. Резкая депрессия пирита в этих случаях связана также и с полной неспособностью Fe(OH)3 закреплять какие-либо собиратели.

Практически наиболее важным депрессором пирита является известь ввиду ее дешевизны и доступности. Установлено, что депрессирующее действие оказывают при этом не только гидроксильные, но и кальциевые ионы. Последние с продуктами окисления сульфидов в щелочной среде образуют пленки сульфата кальция, образованию которых на поверхности пирита способствует высокая концентрация сульфат-ионов (возникающих при окислении пирита), особенно вблизи поверхности минерала.

Эффективным депрессором пирита является цианид, действие которого связано с гидроксильными ионами, образующимися при гидролизе NaCN, а также с ионами CNˉ, которые при определенной концентрации препятствуют закреплению собирателя на пирите. Особенно полезным является применение цианида для депрессии пирита, активированного медью и поэтому легко переходящего в медный концентрат. В этих случаях целесообразно совместное применение цианида и извести. Эффективным методом восстановления флотации депрессированного пирита является применение кислой среды, (кислота снимает с пирита пленку гидрата окиси железа) или флотация пирита в содовой среде. Активация пирита достигается успешно в некоторых случаях применением сернистого натрия или введением повышенных количеств собирателя. Эффективность указанных методов достигается лишь в тех случаях, когда его депрессия была осуществлена не при очень высоких расходах щелочных регуляторов.

Пирит обычно входит в состав полиметаллических руд. В этом случае его депрессируют известью, при ее расходе до 1-4 кг/т. Затем пирит флотируют  в слабокислой среде pH=6,3-7 при расходе собирателя до 200г/т. Также пирит может быть выделен в коллективный концентрат сульфидной флотации, а затем отделен в цикле селективной флотации.

Технологическая схема обогащения.

Измельчение.

           Сульфидная флотация.  pH=12

                    Коллективный концентрат.              Хвосты, FeS2.

                                                                          Пиритная флотация. pH=6,3-7

              Пиритный концентрат.              Хвосты.

Расчет качественно-количественной схемы.

Содержание

Производительность Q=5 000 т/сут.

Расчетные формулы:

;  ;  ;  ;                   ; ; 

Расчеты:

т/сут.,

т/сут.

Таблица 1.

Данные расчета однокомпонентной руды (FeS2).

II Двухкомпонентная руда (Cu - FeS2).

К промышленным относятся месторождения, содержащие более 0,35-0,4% меди. Медь в рудах в основном представлена халькопиритом CuFeS2, борнитом Cu5FeS4, халькозином Cu2S и небольшим количеством (5-15%) окисленных медных минералов. Неизменным спутником являются сульфиды железа (пирит FeS2 и пирротин FeS), содержание которых в рудах изменяется от нескольких процентов (в медных порфировых рудах) до 65-85% (в медистых пиритах).

Халькозин Cu2S содержит Cu 79,83%, S 20,17%, твердость 2-3, плотность 5,5. Халькозин – сульфид меди вторичного, а иногда первичного происхождения, с наиболее высоким содержанием металла, весьма склонен к переизмельчению. В качестве примесей встречают серебро, железо, кобальт, никель, мышьяк, золото. Халькозин весьма быстро окисляется, отдавая в пульпу значительное количество ионов меди, активирующих цинковую обманку, пирит и другие минералы, что усложняет ведение процесса флотации, особенно при разделении медных минералов и цинковой обманки. Он хорошо флотируется ксантогенатоми и другими анионными собирателями, а также аминами. При применении цианида необходимо постоянно иметь в пульпе свободные ионы цианида, так как при окислении халькозина в процессе флотации непрерывно образуют ионы меди. Взаимодействуя с цианидом, они восстанавливают флотируемость халькозина. При взаимодействии цианида с Cu2S в присутствии кислорода ионы меди связываются в Cu2(CN)2 и CuCNS и тем снижают концентрацию свободного цианида в пульпе. Наиболее сильные депрессоры халькозина – гипосульфит Na2S2O3, сульфит Na2SO3, комплексные цианиды железа K4Fe(CN)6 и K3Fe(CN)6, а также Na2S и K2Cr2O7 (при значительном расходе). Известь может заметно снизить флотацию Cu2S и поэтому ее применять надо осторожно.

Халькопирит (медный колчедан) CuFeS2 содержит Cu 34,5%, твердость 3-4, плотность 4,2. Наряду с халькозином является важнейшим медным минералом, главным образом первичного происхождения. С ним нередко ассоциируются золото и серебро, а в некоторых случаях таллий. Халькопирит склонен к переизмельчению и относительно устойчив к окислению. В нейтральной и слабощелочной среде он остается долгое время гидрофобным, при pH=10 и выше заметно окисляется. При окислении в слабокислой среде при pH=6 в раствор переходят ионы политионаты отсутствуют. В щелочной среде при pH=10-11 образуются ионы и ; ионы тяжелых металлов отсутствуют. При длительном окислении CuFeS2 покрывается пленками гидроокислов железа, резко снижающих фллотируемость. Слабоокисленный CuFeS2 легко флотирует с ионными собирателями, применяющимися при флотации сульфидных руд. Цианид может полностью депрессировать CuFeS2 (что связано с переводом железа в гидроокись и неустойчивостью медных ксантогенатов в присутствии цианида) даже при наличии на его поверхности слоя собирателя. Эти особенности CuFeS2 используются для селекции коллективных медно – свинцовых концентратов (флотация галенита при депрессии халькопирита). Известь депрессирует CuFeS2 при больших расходах, чем пирит, что позволяет осуществить селекцию медных минералов и пирита.

Сульфит, гипосульфит, хромпик и монохромат практически не депрессируют халькопирита, что позволяет разделять PbS и CuFeS2 из их коллективных концентратов с применением хроматов.

Борнит Cu3FeS3 содержит Cu 55,5%, твердость 3, плотность 5,1. Большей частью Cu3FeS3 вторичный сульфид. Сравнительно устойчив к окислению. По своим флотационным свойствам борнит занимает промежуточное положение между халькозином и халькопиритом. Так же как и CuFeS2, он чувствителен к цианиду. По флотационным свойствам уступает халькозину, но в мелких классах не отличается от него.

Ковеллин CuS содержит Cu 64,4%, твердость 1-2, плотность 4,5. Ковеллин является вторичным сульфидом. Он чрезвычайно хрупок и мягок (особенно сажистый ковеллин). CuS уступает по своей флотируемости халькопириту.

При применении извести при флотации медных руд для подавления пирита и пирротина pH пульпы поддерживают в пределах 8,5-10 на рудах с халькопиритом и около 12, если в руде имеются халькозин и борнит. Совместно с известью применяют при пирите, активированном медью, некоторое количество цианида (до 200-300 г/т). При наличии в руде свободного золота вместо извести (депрессируют золото) целесообразнее применять соду. В последнее время применяют вместо отдельных собирателей их сочетания (например, бутиловый и изопропиловый ксантогенаты, ксантогенат и дитиофосфат). Применение дитиофосфатов позволяет получить медный концентрат более чистый по пириту.

Технологическая схема обогащения.

Руда.

                                          Измельчение 40-55% кл. -0,074 мм.

pH=8, Na2S 100г/т, БКК 120г/т,

50г/т, с. м. 60г/т.                        Классификация.

                                    Коллективная Cu-FeS2 флотация.

                                 Контрольная.

              Сгущение.              к-т

      Слив.

              Измельчение 95% кл. -0,074 мм.

              Хвосты в отвал.

              Классификация.             

                                                                pH=11 CaO 1,5кг/т, Na2S 100г/т,

                                                    БКК 120г/т, с. м. 60 г/т.

              Основная Cu флотация.

              к-т              хв

              Перечистная.              Контрольная.

              Основная FeS2 флотация.

              Медный концентрат.

              к-т

pH=7 H2SO4, БКК 100г/т, с. м. 40г/т.              Перечистная.

Пиритный концентрат.

Расчет качественно-количественной схемы.

       Содержание.

        исходное:                           

        в медном концентрате:    

        в пиритном концентрате:

        в хвостах:                          

Производительность Q=5 000 т/сут.

      Расчетные формулы:

                Расчеты:

т/сут.,

т/сут.,

т/сут.

Таблица 2.

Данные расчета двухкомпонентной руды (Сu-FeS2).

III Трехкомпонентная руда (Cu-Zn-Pb).

Полиметаллические руды содержат галенит, сульфиды меди, сфалерит, пирит и пустую породу. В некоторых случаях отдельные минералы содержаться в непромышленных количествах и “трехметальная” руда переходит в одну из разновидностей биметаллической руды.

Суммарное содержание цветных металлов в перерабатываемых полиметаллических рудах обычно превышает 2-3%. Основные сульфидные минералы в рудах: галенит (86,6% Pb), сфалерит (67% Zn), халькопирит (34,5% Cu), пирит (46,6% Fe). В некоторых рудах встречается пирротин.

Окисленные минералы в сульфидных полиметаллических рудах обычно содержатся в малых количествах. Часто присутствуют золото и серебро, связанные в виде тонкодисперсной вкрапленности с пиритом, халькопиритом, галенитом и в меньшей степени – сфалеритом.

Для полиметаллических руд характерна “агрегатная” вкрапленность: отдельные сульфиды тесно срастаются между собой, образуя агрегаты, которые в свою очередь вкраплены в пустую породу. Для освобождения агрегатов из сростков с породой обычно достаточно измельчение до 45-55% класса -0,074 мм, а для раскрытия сульфидов из агрегатов необходимо тонкое измельчение до 90-99% класса -0,074 мм. В отдельных случаях требуется более тонкое измельчение.

Задача обогащения полиметаллических руд состоит в получении кондиционных медного, свинцового, цинкового и пиритного концентратов с максимальным извлечением в них одноименных компонентов. Иногда выделение пиритных концентратов экономически невыгодно, тогда пирит вместе с пустой породой направляется в хвосты.

Галенит (свинцовый блеск) PbS содержит 86,6% Pb, плотность 7,5 г/см3, твердость 2,5. Обычные примеси: серебро (до десятых долей процента), медь, цинк, иногда селен (встречается в виде тонких включений). Галенит является наиболее важным и распространенным в сульфидных рудах минералом свинца. Он весьма эффективно флотируется сульфгидрильными и оксигидрильными собирателями (последние ввиду пониженной селективности не применяются). Сильно окисленный галенит легко флотируется при применении сульфидизатора. Цианиды и цинковые соли не депрессируют, а медный купорос не активирует галенит, но в некоторых случаях депрессия и активация наблюдается. Эффективные депрессоры галенита – хромовые соли. Галенит депрессируется известью и ионами тяжелых металлов. Флотация протекает успешно при pH до 9-10 (при использовании соды и других водорастворимых щелочей). Галенит легко переизмельчается.

Сфалерит (цинковая обманка) ZnS содержит 67,1% цинка, плотность 4,1 г/см3, твердость 3-4. Сфалерит является основным промышленным минералом цинка. Катионы цинка в решетке сфалерита легко замещаются катионами других металлов, особенно меди и железа. Содержание железа изменяет цвет сфалерита от белого бесцветного (клейофан) до темных, железистых разновидностей (марматит), содержащих до 20% железа. Почти всегда сфалерит содержит в виде изоморфной примеси кадмий, индий и галлий. Адсорбция этилксантогената снижается с увеличением содержания железа; последнее приводит также к повышению эффективности аэрации, вызывающей повышение сорбции ксантогената. Незначительные концентрации ионов меди резко активируют сфалерит. Все разновидности сфалерита депрессируются цианидами, действие которых усиливается совместным применением цинкового купороса (при этом расход цианида резко снижается). Депрессия цианида легко устраняется применением медных солей. Избыток последних весьма нежелателен, так как вызывает активацию пирита и загрязнение им цинкового концентрата, увеличение расхода собирателя. Цианид способен депрессировать цинковую обманку даже в тех случаях, когда она сфлотирована и покрыта адсорбционным слоем ксантогенатов. Способность сфалерита активироваться медью и флотироваться в широком диапазоне значений pH и в сильнощелочной (в том числе известковой) позволяет разделять сфалерит от пирита.

В цикле свинцово – медной флотации галенит и халькопирит отделяют от сфалерита, пирита и пустой породы. Флотация ведется в слабощелочной среде (pH=7-9), создаваемой обычно загрузкой соды и реже известью при дозировках цианида 25-100 г/т и сернокислого цинка в количестве, в 5-10 раз превышающем загрузку цианида натрия.

В цикле разделения медно – свинцового концентрата галенит отделяется от сульфидов меди следующим способом. Галенит депрессируется хромпиком в слабокислой или слабощелочной среде (pH=6-8), а халькопирит и другие сульфиды меди флотируются. Расход Na2Cr2O7 от 0,5 до 1,5 кг/т концентрата.

В цикле цинковой флотации сфалерит отделяется от пирита и пустой породы. Для депрессии пирита флотацию ведут в сильнощелочной среде (pH=12), создаваемой загрузкой извести. Для активации сфалерита добавляют сернокислую медь в количестве по безводной соли 0,2-0,4 кг/т твердого в питании.

Технологическая схема обогащения.

Руда

pH=9 CaO 1кг/т, ZnSO4 1,5кг/т,                           Измельчение 65-95% кл. -0,074 мм.

NaCN 100г/т, БКК 120г/т,

с. м. 60г/т.              pH=12 CaO 1,5кг/т,

                      Цикл Cu-Pb флотации.              CuSO4 0,4 кг/т,

pH=8 CaO, Na2Cr2O7 1 кг/т к-т,                                                                      БКК 120г/т,

БКК 120г/т, с. м. 60г/т.              с. м. 60г/т.

          Цикл селективной Cu-Pb флотации.                    Цикл Zn флотации.

              к-т              хв

Cu концентрат.              Pb концентрат.              Zn концентрат              Хвосты.

Расчет качественно-количественной схемы.

       Содержание.

        исходное:                           

        в медном концентрате:    

        в свинцовом концентрате:

        в цинковом концентрате: 

        в хвостах:                          

Производительность Q=5000 т/сут.

Расчетные формулы:

Расчеты:

т/сут.,

т/сут.,

т/сут.,

т/сут.

Таблица 3.

Данные расчета трехкомпонентной руды (Сu-Pb-Zn).