Способ снижения потерь ценных веществ при обогащении минерального сырья (варианты) и его применение (варианты)

Способ снижения потерь ценных веществ при обогащении минерального сырья (варианты) и его применение (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу снижения потерь ценных веществ при обогащении минерального сырья. Флотация, например, флотация перемешиванием, является одним из самых известных и самых эффективных способов обогащения, например, сильвинитовых природных солей и получения из них, например, удобрений, содержащих KCl.

При обогащении минерального сырья главным образом используется различие физических свойств компонентов минеральных смесей, чтобы разделить их и, как правило, повысить содержание одного из компонентов. Например, компоненты смеси можно разделять в соответствии с их размером, формой гранул, плотностью или разными свойствами в электрическом или магнитном поле. Там, где таких критериев разделения компонентов смеси напрямую не имеется, разделению могут способствовать вспомогательные вещества. Так, вспомогательные вещества часто обеспечивают противоположный заряд компонентам при электростатической сортировке или селективной гидрофобизации компонента при флотации.

Благодаря вспомогательным веществам, из которых, например, образуются жидкостные мостики между частицами одного компонента, или с помощью которых определенные частицы каким-либо образом соединяются в более или менее стабильные агломераты или хлопья, свойства образованных агломератов могут значительно отличаться от свойств селективно связанных компонентов. Если свойства агломератов образуют лучшую разницу характеристик, например, большее сопротивление потока по сравнению с другими компонентами, чем у самих агломерированных компонентов, то это также можно использовать как критерий сортировки.

Селективное создание разницы характеристик благодаря вспомогательным веществам особенно хорошо удается, когда разделяемые фракции находятся в виде чистых компонентов. Чистота компонента в природных минеральных системах зависит от степени срастания. Обычно следует ожидать, что в мелкодисперсных фракциях таких систем компоненты по существу модифицированы так, что они находятся практически в чистом виде. Следовательно, тонкодисперсные фракции предоставляют, наряду с прочим, благоприятные условия для применения селективной агломерации или флокуляции.

В уровне техники для флокуляции в рамках флотации солей разработан способ, согласно которому имеющиеся электростатические силы отталкивания сопутствующих минералов уменьшают с помощью полимерного флокулянта и, как следствие, подготавливают процесс агломерации, который благодаря лучшим седиментационным свойствам мелкодисперсных фракций пустой породы препятствует неселективному переносу этих фракций во вспененный продукт и, кроме того, благоприятно влияет также на сгущение шламов пустой породы и их фильтруемость.

Из DE 23009538 известно, что для эффективного получения сильвина из сильвиновых природных солей методом флотации требуется сначала механическим разделением удалить относительно тонкие примеси, такие как глины и силикаты. Как альтернатива механическому разделению было обнаружено, что удаление таких глин или силикатов можно осуществить способом, при котором суспендированную природную соль подвергают селективной флокуляции с помощью высокомолекулярного анионного или неионного полиакрилата, а также добавки катионного ПАВа, и последующей флотации.

Документ US 3438745 описывает применение вспомогательных веществ агломерации для извлечения солевых растворов, которые скапливаются после промывки сильвинитовых природных солей. В рамках этой промывки сначала требуется удалить тонкие примеси, в частности, глинистые компоненты, а затем с помощью экономного использования флокулянта и последующего центрифугирования сгустить так, чтобы содержание солевого раствора, оставшегося в содержащих глину осадках было минимальным.

Патент US 4693830 относится к флокуляции тонкодисперсных твердых веществ с помощью водорастворимых полимеров анионного типа в качестве традиционного способа удаления этих твердых веществ из технологических растворов при обогащении минералов и угля.

Общим у всех этих вышеописанных способов является то, что отходы, скапливающиеся после процесса разделения, все еще включают ценные вещества в диапазоне, составляющем от 2 до 3 вес.%. Сильвин высоко ценится как сырье для промышленности удобрений, причем месторождения для добычи сильвина ограничены. Именно из-за высокого спроса на удобрения, содержащие KCl, и ограниченного наличия природной соли в настоящее время имеется интерес в снижении содержания сильвина, то есть ценного вещества, в пустых породах. В этих пустых породах присутствуют гранулометрические фракции, размер гранул которых составляет до нескольких миллиметров. При этом имеются гранулы, которые на 100% состоят из пустой породы, и гранулы, которые еще содержат некоторую долю ценных веществ. Таким образом, существуют гранулы, которые состоят из доли пустой породы и доли ценного материала.

Таким образом, задача, лежащая в основе изобретения, заключается в том, чтобы снизить долю ценных веществ в минеральной смеси, которая в целом имеет относительно высокую долю пустой породы, составляющую примерно 97%, чтобы тем самым извлечь дополнительный KCl.

Казалось бы, что для этого можно еще раз подвергнуть весь остаток мокрому размолу, чтобы затем размолотую минеральную смесь подать на повторное разделение. Однако было установлено, что затраты вследствие поступающего количества будут в итоге слишком высокими, так что такой подход нецелесообразен по экономическим соображениям.

Согласно первому варианту, предлагаемый изобретением экономичный способ снижения потерь ценных веществ при обогащении минерального сырья, в частности, при добыче сильвина, характеризуется отличительными признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения. При этом минеральная смесь имеет гранулометрическую фракцию с зоной пустой породы и поверхностной зоной ценных веществ, причем зона пустой породы количественно превышает зону ценных веществ, причем для агломерации зерен гранулометрической фракции с зоной ценных веществ минеральную смесь, если она еще не находится в виде суспензии, суспендируют, и в суспендированную минеральную смесь добавляют по существу гидрофобный агент, содержащий анионные или катионные амфифильные молекулы, для смачивания поверхности зоны ценных веществ в целях образования агломерационных мостиков между зонами ценных веществ гранул, причем минеральную смесь в растворе, насыщенном фракцией ценных веществ и пустой породой, перенаправляют на этап мокрого разделения для классификации на фракцию, более обедненную, и фракцию, более обогащенную ценными веществами, причем на этапе мокрого разделения разделение осуществляется посредством течения пленки жидкости, причем более обогащенная ценными веществами фракция, отбираемая с этапа мокрого разделения, подвергается мокрому размолу, и фракция, подвергнутая мокрому размолу, подается на следующий этап классификации. При этом предусматривается, в частности, что гидрофобизирующий агент является маслом, которое или уже содержит натуральный натуральное анионное поверхностно-активное вещество, или же в по меньшей мере одно масло добавляют по меньшей мере одно анионное поверхностно-активное вещество. При этом масло содержит в качестве компонента свободную жирную кислоту, причем свободная жирная кислота может быть, в частности, олеиновой кислотой.

Согласно другому варианту, предлагаемый изобретением способ снижения потерь ценных веществ при обогащении минерального сырья характеризуется отличительными признаками, указанными в пункте 6 формулы изобретения. При этом после первого этапа разделения минеральная смесь находится в виде раствора, насыщенного ценными веществами и пустой породой, минеральная смесь содержит гранулометрическую фракцию с зоной пустой породы и поверхностной зоной ценных веществ, причем зона пустой породы количественно превышает зону ценных веществ, причем для агломерации зерен гранулометрической фракции, содержащей ценные вещества, минеральную смесь, если она еще не находится в виде суспензии, суспендируют, и в суспендированную минеральную смесь добавляют катионное поверхностно-активное вещество и масло для смачивания поверхности зоны ценных веществ в целях образования жидкостных мостиков между зонами ценных веществ гранул, причем минеральную смесь после агломерации перенаправляют на этап мокрого разделения для классификации на фракцию, более обедненную, и фракцию, более обогащенную ценными веществами, причем разделение на этап мокрого разделения осуществляется посредством течения пленки жидкости, причем более обогащенная ценными веществами фракция, выходящая с этапа мокрого разделения, подвергается мокрому размолу, и фракция, подвергнутая мокрому размолу, подается на следующий этап классификации. При этом катионное поверхностно-активное вещество и масло могут добавляться как смесь или по отдельности, причем катионное поверхностно-активное вещество может представлять собой алифатический амин. Что касается масла, оно предпочтительно может быть растительным маслом, что предпочтительно, в частности, с точки зрения защиты окружающей среды.

Вместо или в дополнение к маслу можно использовать по меньшей мере одно летучее вещество, полученное из нефти, например керосин или дизель.

В результате обоих вышеописанных вариантов достигается значительное снижение потерь ценных веществ в отходах, вплоть до 60%. Такое повышение доли ценных веществ является особенно удивительным с той точки зрения, что доля пустой породы в сросшейся грануле заметно превышает долю ценных веществ. Так, например, при обычной флотации лишь незначительная поверхностная доля сильвина в гранулах, состоящих преимущественно из каменной соли, не позволяет ожидать достаточной степени содержания вспомогательных веществ в таких компонентах, так что стабильность мостиковой связи на основе гидрофобных взаимодействий, если она вообще имеется, не достаточна для селективной агломерации при осуществлении обычной флотации. В результате обеспечиваемой изобретением селективной агломерации присутствующих в суспензии твердых частиц благодаря по существу гидрофобной жидкости с достаточной, то есть низкой вязкостью, предпочтительно масла, в частности, растительного масла, достигается образование жидкостных мостиковых связей между зонами ценных веществ, так что в результате образуются агломераты, причем при достаточном количестве масла капиллярных сил сцепления достаточно для стабилизации агломератов в последующем процессе разделения, в частности, с этапом мокрого разделения. Если фракция ценных веществ не является гидрофобной по своей природе, то требуется добавка амфифильных молекул, например, поверхностно-активных веществ, для образования своего рода адсорбционного слоя, который затем в конечном счете служит как связь для масла, причем масло может быть минеральным маслом, растительным или же синтетическим маслом.

Предпочтительные отличительные признаки для обоих вариантов изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно одному аспекту изобретения, предусматривается, что на этапе мокрого разделения классификация осуществляется в спиральной канавке (сортирующая спираль) или в сортировальной печи. При применении спиральной канавки или сортировальной печи создается течение пленки жидкости, причем разделение компонентов происходит в жидкой пленке, что само по себе известно. В частности, оказалось, что спиральная канавка, называемая также сортирующей спиралью, вполне подходит для осуществления разделения в соответствии с размером подлежащей разделению минеральной смеси в форме суспензии. Классическим случаем для применения сортирующей спирали является разделение по плотности. Однако в результате агломерации твердых частиц через вышеописанное образование масляных мостиков происходит увеличение размеров отдельных частиц или зерен, при этом оказалось, что со спиральной канавкой можно достичь также очень хороших результатов и в отношении разделения по размеру. Таким образом, при классификации в спиральной канавке можно извлечь одну фракцию, которая содержит агломераты, и вторую фракцию, а именно мелкую фракцию, которая состоит практически только из пустой породы. Это же справедливо для применения так называемых сортировальных печей, в которых также возможно разделение в соответствии с размером частиц или агломератов.

Согласно следующему аспекту изобретения, перед этапом мокрого разделения предусматривается добавлять в минеральную смесь в растворе, насыщенном ценными веществами и пустой породой, газ, например, воздух, в частности, в виде высокодисперсных пузырьков. Этим достигается следующее:

В минеральной смеси присутствует множество частиц или гранул разного размера, а именно, в частности, большое число частиц, которые состоят только из пустой породы, и относительно меньше частиц, которые наряду с зоной пустой породы содержат зону ценных веществ. Это означает, что у этих частиц или гранул зона пустой породы срослась с зоной ценных веществ. Как уже упоминалось выше, цель кондиционирования состоит в том, чтобы с помощью либо гидрофобного агента, содержащего анионные амфифильные молекулы, с одной стороны, либо катионного поверхностно-активного вещества и масла, с другой стороны, получить для агломерации так называемую жидкостную мостиковую связь (масляные мостики) между частицами, которые содержат зону ценных веществ наряду с зоной пустой породы. Правда, если в минеральной смеси преобладает фракция частиц, которые на 100% состоят из пустой породы, то вероятность, что при размешивании суспензии минеральной смеси встретятся все частицы, которые содержат как пустую породу, так и ценные вещества, для осуществления агломерации через вышеописанное образование масляных мостиков, то есть вероятность контакта является относительно низкой. Вдуванием очень мелких пузырьков воздуха в суспензию достигается, что воздушные пузырьки как дополнительный участник контакта прикрепляются к поверхностной зоне ценных веществ, гидрофобизированной с помощью вспомогательного агента. Следствием этого является агломерация твердых частиц с воздушными пузырьками, что равным образом ведет к увеличению размеров частиц. Хотя плотность агломератов из частиц, которые соединены друг с другом масляными мостиками, и агломератов, которые соединились с воздушными пузырьками, совершенно разная, то есть критерий разделения основан на разной плотности, в спиральной канавке возможно совместное разделение по размеру на фракцию, обогащенную ценными веществами. Можно полагать, что разделение только по плотности не является предпочтительной, так как частицы фракции, содержащей ценные вещества, все же сильно различаются между собой по плотности. Таким образом, было установлено, что с помощью спиральной канавки или сортировальной печи разделение по размеру, несмотря на разницу плотностей, вполне возможно и при этом является экономически выгодным.

Ниже изобретение в качестве примера более подробно описывается с помощью схемы технологического процесса, приведенной на фиг. 1 и 2.

Для иллюстрации изобретения исходят из того, что имеется минеральная смесь, которая уже прошла через процесс разделения, например, имеется остаточная фракция с 2-3% содержания ценных веществ, являющаяся результатом предшествующей флотации. Допустимо также в качестве исходной минеральной смеси принять такую смесь, которая была разделена сухим способом. В любом случае минеральная смесь содержит по существу чистую фракцию пустой породы и содержит второй компонент с зоной ценных веществ и зоной пустой породы. При этом на фиг.1 показаны частицы или гранулы, которые состоят или из чистой фракции пустой породы, или в виде сросшихся гранул имеют высокую долю пустой породы и относительно низкую долю ценных веществ. В случае, когда минеральная смесь не находится в виде суспензии, необходимо провести суспендирование для последующего процесса кондиционирования. То есть добавляют раствор, насыщенный ценными веществами и пустой породой.

В ходе последующего кондиционирования согласно первому варианту, который является объектом пункта 1 формулы изобретения, в эту суспензию добавляют гидрофобный агент, содержащий анионные амфифильные молекулы. Согласно другим вариантам, предусматривается добавлять в эту суспензию катионное поверхностно-активное вещество и масло (см. пункт 6 формулы изобретения), причем катионное поверхностно-активное вещество и масло можно добавлять как смесь или по отдельности. По окончании перемешивания суспензии после добавки вышеописанного агента в целях агломерации частиц, содержащих ценные вещества, минеральную смесь подают на этап мокрого разделения (Фиг.2) посредством течения пленки жидкости, например, в сортировальную печь или на спиральную канавку. В результате этого фракция пустой породы по существу полностью отделяется от фракции, содержащей ценные вещества. Эту содержащую ценные вещества фракцию перенаправляют на мокрый размол, причем после мокрого размола этап классификации заканчивается, например, путем флотации с перемешиванием. Однако в данном случае допустимо также применение спиральной канавки или сортировальной печи для отделения фракции ценных веществ от фракции пустой породы.

Ниже приводится несколько примеров для пояснения изобретения. При этом пример 1 относится к пункту 1 формулы изобретения, тогда как примеры 2-4 относится к пункту 4 формулы изобретения.

ПРИМЕР 1

После добавления 20 капель рапсового масла холодного прессования в суспензию из 50 г кальцита и кварца с размером гранул 0,3-0,8 мм, а также 200 мл питьевой воды кальцит отделился в сортировальной печи более чем на 65% в легкий продукт с содержанием кальцита выше 95% (пункт 1 формулы изобретения).

ПРИМЕР 2

Суспензию из 200 г KCl, 400 г NaCl с крупностью <1 мм, а также 800 мл раствора, насыщенного KCl и NaCl помещали в лабораторную флотационную установку. В результате применения соответственно 70 мг алифатического амина и 10 мг дополнительного пенообразователя на кг твердых веществ KCl был селективно гидрофобизирован и затем наилучшим образом флотированы. К остатку с 3,9% KCl добавили 5 капель рапсового масла холодного прессования в форме 30%-ной масляной эмульсии, и образующиеся агломераты были флотированы. В результате удалось снизить содержание KCl в остатке до 1,5% (пункт 4 формулы изобретения).

ПРИМЕР 3

К пустым породам крупностью <1,5 мм, с заводской установки для флотации калийных солей, содержащим 600 г твердых веществ и с 1,6% K₂O, добавляли 5 капель рапсового масла холодного прессования в форме 30%-ной масляной эмульсии, и образующиеся агломераты флотировали на лабораторной флотационной установке. Содержание K₂O в отходах удалось в результате снизить до 1,1% (пункт 4 формулы изобретения).

ПРИМЕР 4

К пустым породам крупностью <1,5 м с заводской установки для флотации калийных солей, содержащим 2,1% K₂O, в рамках циркуляционного режима работы через сортировочную спираль (спиральная канавка) и с принудительной вентиляцией кондиционировали 2,03 т/ч твердых веществ (суспензия с 25 вес.% твердых веществ) с 135 г керосина и 100 г 2,5%-ного раствора алифатического амина. В результате удалось отделить 60% остаточного количества при уровне 1,0% K₂O; при этом сравнительная величина без кондиционирования составила при 60%-ном выходе массы 1,3% K₂O (пункт 4 формулы изобретения).

1. Способ снижения потерь ценных веществ при обогащении минерального сырья, причем минеральная смесь после первого этапа разделения, сухая или суспендированная, содержит гранулометрическую фракцию с зоной пустой породы и поверхностной зоной ценных веществ, и зона пустой породы количественно превышает зону ценных веществ, причем для агломерации гранул гранулометрической фракции с зоной ценных веществ минеральную смесь, если только она уже не находится в виде суспензии, суспендируют, и в суспендированную минеральную смесь добавляют по меньшей мере одно анионное поверхностно-активное вещество и по меньшей мере одно масло для смачивания поверхности зоны ценных веществ в целях образования жидкостных мостиков между зонами ценных веществ гранул, причем минеральную смесь в растворе, насыщенном фракцией ценных веществ и пустой породой, перенаправляют на этап мокрого разделения для классификации на фракцию, более обедненную ценными веществами, и фракцию, более обогащенную ценными веществами, причем на этапе мокрого разделения разделение осуществляют посредством течения пленки жидкости, причем более обогащенную ценными веществами фракцию, отбираемую с этапа мокрого разделения, подвергают мокрому размолу, и фракцию, размолотую посредством мокрого размола, подают на следующий этап классификации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что масло содержит в качестве компонента свободную жирную кислоту.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что свободная жирная кислота является олеиновой кислотой.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере одно масло содержит по меньшей мере одно анионное поверхностно-активное вещество.

5. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что в по меньшей мере одно масло добавлено по меньшей мере одно анионное поверхностно-активное вещество.

6. Способ снижения потерь ценных веществ при обогащении минерального сырья, в котором минеральная смесь после первого этапа разделения, сухая или суспендированная, содержит гранулометрическую фракцию с зоной пустой породы и поверхностной зоной ценных веществ, причем зона пустой породы количественно превышает зону ценных веществ, причем для агломерации гранул гранулометрической фракции, содержащей ценные вещества, минеральную смесь, если она еще не находится в виде суспензии, суспендируют, и в суспендированную минеральную смесь добавляют по меньшей мере одно катионное поверхностно-активное вещество и по меньшей мере одно масло и/или по меньшей мере одно летучее вещество, полученное из нефти, для смачивания поверхности зоны ценных веществ в целях образования жидкостных мостиков между зонами ценных веществ гранул, причем минеральную смесь в растворе, насыщенном фракцией ценных веществ и пустой породой, перенаправляют на этап мокрого разделения для классификации на фракцию, более обедненную, и фракцию, более обогащенную ценными веществами, причем на этапе мокрого разделения разделение осуществляют посредством течения пленки жидкости, причем более обогащенную ценными веществами фракцию, отбираемую с этапа мокрого разделения, подвергают мокрому размолу, и фракцию, размолотую посредством мокрого размола, подают на следующий этап классификации.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что катионное поверхностно-активное вещество и масло добавляют как смесь или по отдельности.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что катионное поверхностно-активное вещество является алифатическим амином.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что масло является растительным маслом.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что летучее вещество, полученное из нефти, является керосином или дизелем.

11. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что классификацию фракции, подвергшейся мокрому размолу, осуществляют путем флотации.

12. Применение способа по п. 6 для выделения сильвина из смеси солей.

13. Применение способа по п. 1 для выделения кальцита из смеси, содержащей кварц.