Флотация руд цветных металлов. Возможности и перспективы

Сегодня флотационный метод обогащения применяется на большинстве обогатительных фабрик по переработке медных, медно-цинковых, медно-свинцово-цинковых (полиметаллических) руд, а также отвальных и конвертерных шлаков медеплавильных заводов.

Целый ряд факторов обуславливает целесообразность применения систем флотации для обогащения данного вида природного, техногенного и минерального сырья. Флотация обеспечивает:

• возможность обогащения сырья в крупности менее 0,071 мм, при которой иные процессы физического обогащения неприменимы;
• возможность обогащения сырья, представленного тонкой и эмульсионной вкраплённостью ценных минералов и их малой крупностью;
• возможность переработки бедного сырья с низким содержанием металлов;
• возможность подобрать оптимальный реагентный режим под конкретный минеральный состав руды;
• высокая селективность процесса;
• высокий уровень извлечения ценных компонентов в товарную продукцию при её высоком качестве.

Кроме того, флотационное оборудование имеет высокую производительность, процессом относительно просто управлять, к тому же многие показатели опытный флотатор может отследить визуально.

Что считать шламом?

В последние десятилетия в переработку на ГОКах вовлекаются тонковкрапленные руды, а для раскрытия ценных минералов в них требуется весьма тонкое измельчение до крупности менее 20 мкм.

Однако в практике обогащения руд данную крупность принято считать шламами, наличие которых затрудняет процесс флотации и приводит к снижению технологических показателей обогащения.

Негативное влияние шламов на процесс обогащения обсуждается в кругу специалистов ещё с середины прошлого века, но при этом строгого определения понятия «шлама» в технической литературе до сих пор нет.

В 1960-70 гг. понятие «шлам» во флотационном процессе определялось разными авторами как «частицы крупностью менее 20 (5) мкм».

Отметим, что в то время максимальная крупность материала, подвергающегося флотационному обогащению в силу благоприятных текстурноструктурных характеристик руд, составляла порядка 100 мкм.

В этом случае можно согласиться с тем, что материал крупностью 20 мкм по отношению к материалу крупностью 100 мкм будет являться шламом. Однако сегодня, когда в переработку вовлекаются руды с тонкой и эмульсионной вкраплённостью, необходимо поменять отношение к тонким классам крупности при их флотации.

Специалисты института «Уралмеханобр» неоднократно демонстрировали, что внедрение тонкого и ультратонкого измельчения сырья перед флотационным обогащением позволяет повысить уровень извлечения ценных металлов в товарную продукцию. Разница действительно существенная: от нескольких процентов до десятков процентов. Также учёные отмечают повышение качества товарной продукции.

В связи с этим мы предлагаем другую, более современную трактовку понятия «шлам» во флотационном процессе: «Шлам — это часть измельчённого материала, крупность которого более чем в 5 раз отличается от номинальной крупности этого материала».

Флотационные машины и реагенты

В связи с переходом на технологии обогащения тонких классов крупности перед производителями обогатительного флотационного оборудования встал вопрос о необходимости совершенствования флотационных машин для создания и обеспечения благоприятных гидродинамических и аэрационных условий флотации тонких частиц.

Немаловажную, а порой и основную, роль в процессе флотационного обогащения руд играют реагенты. В настоящее время известны сотни и тысячи флотационных реагентов как отечественного, так и импортного производства. Прогресс в области флотационного обогащения руд в значительной мере определяется усовершенствованием реагентного режима, а именно:

• улучшением способов использования флотационных реагентов;
• расширением области их применения;
• разработкой и внедрением новых эффективных реагентов и их сочетаний;
• повышением экологической безопасности реагентов и технологий.

При разработке технологий обогащения руд цветных металлов
ОАО «Уралмеханобр» уделяет особое внимание экологической безопасности принимаемых технологических и технических решений.

Например, в институте разработана «бесцианидная» технология обогащения медно-свинцово-цинковых руд Алтайского края. Известно, что в большинстве случаев при селекции медно-свинцовых концентратов, получаемых при обогащении полиметаллических руд, применяют опасный и ядовитый депрессор — цианид натрия.

Кстати, некоторые исследователи его использование позиционируют как единственно возможный вариант. Однако в 2007 году учёные института разработали технологию переработки медно-свинцово-цинковой руды, которая позволила исключить из технологического процесса цианид натрия, заменив его на сочетание тиосульфата натрия и железного купороса. В настоящее время «Рубцовская» обогатительная фабрика, расположенная в Алтайском крае, успешно работает по предложенной технологии.

Интересен тот факт, что в ходе проведения исследований выявляют новые свойства реагентов. Так, например, учёные института выявили депрессирующие свойства цинковых и свинцовых минералов при применении реагента интенсификатора помола «Литопласт».

Изначально завод-изготовитель позиционировал его как реагент, позволяющий повысить тонину помола руды. Однако заявленного увеличения тонины помола в процессе измельчения руды не было достигнуто.

Но специалисты обнаружили другой любопытный факт: при введении реагента в процесс усиливается депрессия сфалерита и галенита. В настоящее время данный реагент успешно прошёл испытания и рекомендован к использованию при обогащении медно-цинковых и полиметаллических руд ряда месторождений.

Кроме того, вовлечение в переработку бедных и труднообогатимых руд требует значительного увеличения производительности обогатительных фабрик. Например, сейчас производительность фабрики может достигать 100 тыс. т. руды в сутки или 35 млн т. в год.

Безусловно, очень важны и такие факторы, как использование оборудования высокой единичной мощности и постоянное совершенствование технологического процесса.

Сегодня конструирование и внедрение флотационных машин во всем мире идёт по пути применения большеобъемных камер, обеспечивающих снижение капитальных и эксплуатационных затрат. Тренд на их использование прослеживается с 1970-х годов.

Объём вместимости камер возрос с 3 до 630 м³. История развития флотационных машин наглядно продемонстрирована на графике 1.

Флотация является одним из самых дорогих обогатительных процессов из-за большого расхода электроэнергии. Снизить его возможно путём установки большеобъёмных флотационных машин, что отражено на график 2, Metso Outotec.

Перспективы флотационного метода обогащения

Разумеется, в ближайшие десятилетия флотационный процесс обогащения будут активно применять для обогащения руд цветных металлов, несмотря на его трудоёмкость, наукоёмкость и высокую стоимость.

Однако в силу того, что в переработку вовлекают всё более бедное, тонковкраплённое, упорное, труднообогатимое сырьё, следует ожидать развития комбинированных технологий обогащения. Они будут основаны на процессах флотации и гидрометаллургии.

В данном контексте целесообразно получение богатых концентратов флотации из упорного сырья. Впоследствии они могут быть направлены в пирометаллургический процесс. Также целесообразно получение коллективных концентратов, которые будут доводиться до конечных продуктов при помощи гидрометаллургии.

На этом принципе основана «теория двух концентратов»:

• выделить богатый концентрат и направить его на плавку;
• сконцентрировать ценные металлы с их максимальным извлечением в коллективный концентрат и разделить его гидрометаллургией с получением селективных товарных продуктов.

Текст и фото: Сергей Мамонов, заведующий отделом обогащения (наука) ОАО «Уралмеханобр»