Флотация и флотореагенты

Известен также наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату способ получения флотореагента - дибутилдитиофосфата натрия, включающий смешивание исходных компонентов, последующее тиофосфирование бутилового спирта пятисернистым фосфором при температуре их взаимодействия с одновременным отводом сероводорода; дальнейшую нейтрализацию полученной дибутилдитиофосфорной кислоты едким натром при перемешивании. Целевой продукт содержит 60,0% основного вещества.

Недостатки прототипа заключаются в:

   низком выходе дибутилдитиофосфорной кислоты на стадии тиофосфирования (80-90%), обусловленном наличием в пятисернистом фосфоре полимерных форм, трудно вступающих в реакцию тиофосфирования и вызывающих образование нерастворимого осадка;

   экологической опасности производства, обусловленной наличием в целевом продукте непрореагировавших вредных соединений фосфора (солей тиофосфорных кислот).

Задачей настоящего способа является повышение выхода целевого продукта за счет обеспечения полноты взаимодействия исходных компонентов на стадии тиофосфирования.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения флотореагента - дибутилдитиофосфата натрия, включающем смешивание исходных компонентов, последующее тиофосфирование бутилового спирта пятисернистым фосфором при температуре их взаимодействия с одновременным отводом образующегося сероводорода; дальнейшую нейтрализацию полученной дибутилдитиофосфорной кислоты едким натром при перемешивании, согласно изобретению бутиловый спирт предварительно нагревают до температуры 70±5oС; смешивание ведут при стехиометрическом соотношении бутилового спирта и пятисернистого фосфора и температуре 75±5oС в течение 6-8 часов; тиофосфирование осуществляют при температуре 80±5oС в течение 3±0,5 часа; полученную дибутилдитиофосфорную кислоту отстаивают в течение 2-2,5 часов с последующим ее аналитическим контролем и утилизацией осадка; отводимый сероводород поглощают едким натром с получением дополнительных товарных продуктов - сульфида и гидросульфида натрия. Заявляемые условия необходимы и достаточны для экологически чистого получения флотореагента с высоким выходом дибутилдитиофосфорной кислоты на стадии тиофосфирования – 92-95% и содержанием основного вещества в целевом продукте не менее 60% без осадка.

Данный способ получения флотореагента обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества:

   высокий выход целевого продукта;

   получение дополнительных товарных продуктов - сульфида и гидросульфида натрия;

   экологическая безопасность производства.

Выше описанная схема получения флотореагента реализован в промышленных условиях ОАО "Фосфор" (г. Тольятти).

2.2 Способ получения реагента для флотации сульфидных руд

Способ относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при флотации сульфидных руд цветных металлов, например медно-никелевых.

Технический прогресс во флотационном обогащении, в основном, определяется усовершенствованием использования флотационных реагентов, разработкой и внедрением новых более эффективных и безопасных реагентов и их комбинацией (применением смесей и сочетаний реагентов), а также методами предварительной обработки и приготовления реагентов перед их подачей во флотацию.

Известно, что при флотационном разделении медно-никелевого файнштейна используют обработку сульфгидрильного собирателя, например ксантогената, водорастворимой солью железа перед дозировкой на флотацию. Способ повышает извлечение металлов в одноименном концентрате при улучшении их качества.

Описан способ приготовления реагента путем растворения сухого ксантогената и жидкого стекла с добавлением хлоридов щелочных металлов. Такой способ приготовления реагентной смеси для флотации сульфидных руд повышает извлечение металлов в концентрате и сокращает расход ксантогената.

Недостатком указанных способов является необходимость транспортирования к потребителю малоустойчивого пожароопасного ксантогената калия, который поставляется в специальной таре - стальных барабанах, что удорожает продукт. Кроме того, низкий срок хранения ксантогента (2-4 месяца) приводит к тому, что в процессе доставки и хранении продукт разлагается с выделением токсичного и взрывоопасного сероуглерода.

Наиболее близким способом того же назначения по совокупности признаков является использование в качестве собирателя бутилксантогената калия в сочетании с депрессором пирротина никелевой флотации - диметилдитиокарбаматом натрия.

Недостатками указанного способа являются необходимость подачи на флотацию двух потоков реагентов, использование малоустойчивого ксантогената, низкая селективность и флотоактивность реагентов.

Причинами, препятствующими достижению указанного ниже технического результата, являются разложение ксантогената, потеря никеля с отвальными хвостами в виде тонких частиц и недостаточная селективность процесса за счет вовлечения в концентрат шламистых частиц пульпы.

Задача, на решение которой направлен данный способ, заключается в расширении ассортимента эффективных и безопасных флотореагентов и улучшение технологических показателей флотации.

Способ обеспечивает получение нескольких технических результатов, а именно получение устойчивого при хранении флотореагента и повышение извлечения никеля в концентрат при одновременном снижении общего расхода реагентов.

Указанные технические результаты при осуществлении изобретения достигаются тем, что в известном способе использования сочетания ксантогената и дитиокарбамата для флотации сульфидных руд особенность заключается в том, что ксантогенат предварительно смешивают с дитиокарбаматом в массовом соотношении от 1:1 до 1:7 и стабилизатором щелочного характера, например оксидом кальция или карбонатом натрия, в количестве 1-9% от массы смеси.

Стабилизатор в реагент вводят для получения устойчивого при хранении продукта. Стабильность получаемых реагентов оценивали по распаду смеси при 100oC и хранении в течение 5 - 12 мес.. На основании полученных данных установлено, что добавка во флотореагент 1-9% оксида кальция позволяет получить устойчивый при хранении продукт в течение 5-12 мес. Содержание стабилизатора ниже 1% приводит к разложению продукта, а содержание выше 9% приводит к снижению растворимости флотореагента в воде, что делает невозможным его использование во флотации.

Исследованиями установлено, что наилучшие показатели обогащения были получены при смешивании ксантогената и дитиокарбамата в соотношении от 1:1 до 1:7 с добавлением 1-9% оксида кальция в качестве стабилизирующего агента смеси. Совокупность этих существенных признаков позволяет достигнуть указанный выше технический результат.

Испытания флотореагента проводились на реальной пульпе никелевого цикла Талнахской обогатительной фабрики (содержание твердого 41%) с использованием оборотной воды.

Флотореагент, предложенный описываемым способом получения, позволяет повысить массовую долю никеля в одноименном концентрате на 0,13% при повышении извлечения на 1,42% и снижении общего расхода реагентов на 16,2%.

Распределение ксантогената в среде безопасного диметилдитокарбамата натрия, содержащего 25-30% кристаллизационной влаги, с введением стабилизатора позволяет повысить пожаробезопасность готового продукта и транспортировать его в обычной мягкой таре, тем самым повысить экономичность процесса.

2.3 Эмульгирование реагентов при флотации углей

Решение задачи увеличения объемов выпуска угольного концентрата для коксования и повышения его качества неразрывно связано с совершенствованием технологии флотации. В практике флотации углей наиболее широкое распространение получили реагентные режимы, предусматривающие подачу аполярных реагентов в капельном виде. Однако эффективность указанного способа подачи реагентов низкая, поскольку они практически нерастворимы в жидкой фазе пульпы. При этом, как правило, значительное количество реагента всплывает и переходит в пенный продукт, что приводит к повышенному его расходу.

В связи с этим важное значение приобретает разработка режимов флотации, предусматривающих предварительное эмульгирование нерастворимых в воде аполярных реагентов, что обеспечивает их более полный контакт с поверхностью твердой фазы и лучшую ее гидрофобизацию. Тонкое диспергирование реагентов существенно увеличивает площадь контактирующих поверхностей, ускоряет протекание соответствующих физико-химических процессов во флотационной пульпе и создает предпосылки для более эффективного и рационального использования реагентов.

Стремление достигнуть высоких качественно-количественных показателей флотации с применением эмульгирования реагентов стимулирует разработку экономичных и высокопроизводительных методов получения эмульсий. Эмульсии должны отличаться тонкой, однородной дисперсностью и стабильностью во времени.

Важнейшим условием для образования эмульсий является присутствие в системе стабилизатора, который в этом случае называют эмульгатором.

В качестве возможных стабилизаторов эмульсий флотореагентов рассматриваются высокоэффективные неионогенные поверхностно-активные вещества – оксиэтилированные моноалкилфенолы, выпускаемые промышленностью под названием Неонолы, растворимые в воде и способствующие вследствие этого образованию эмульсий первого рода М/В. Состав Неонолов может быть представлен следующей формулой:

С9Н19-С6Н4О-(С2Н4О)n-Н,

где С9Н19 – алкильный радикал изононил, присоединенный к фенолу преимущественно в пара-положении к гидроксильной группе;

n – усредненное число молей окиси этилена, присоединенное к одному молю алкилфенолов, принимающее следующие значения: 4, 6, 8, 9, 10, 12.

Для эмульгирования флотореагентов в качестве стабилизатора эмульсий был выбран Неонол АФ 9-12, с максимальным числом молей окиси этилена (12) и имеющим наибольшее значение гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) - 14.

Получение эмульсий осуществляли на лабораторной установке (рисунок 1) производительностью 8 л/час.

Рисунок 1. – Принципиальная схема лабораторной установки для приготовления эмульсии.

1 и 4 – Емкости для реагентов; 2 – Трубка замера уровня; 3 – Ротамер; 5 – Насос; 6 – Дозатор; 7 – Расходомер контроля количества подаваемой в роторный аппарат жидкости; 8 и 10 – Манометры; 9 – Роторный аппарат; 11 – Муфта; 12 – Электродвигатель привода роторного аппарата.

Во время работы экспериментальной установки емкость 1 при помощи крана заполняется водой с контролем посредством ротамера 3. Уровень жидкости в емкости 1 контролируется с помощью стеклянной уровнемерной трубки 2. Открытием клапана полости аппарата освобождаются от воздуха.

После заполнения системы жидкостью, включается привод роторного аппарата, состоящий из двигателя постоянного тока П-32 12 и муфты МУВП 11. Двигатель позволяет плавно изменять число оборотов ротора аппарата от 400 до 3500 об./мин. После включения роторного аппарата включается насос 6, и жидкость начинает циркулировать в замкнутой системе.

Следующие значения параметров эмульгирования обеспечивают минимальный расход эмульгатора и устойчивость эмульсии к расслоению не менее суток:

- объемное соотношение дисперсной фазы (аполярного реагента) и дисперсионной среды (воды)  70 % : 30 %;

- продолжительность перемешивания в роторном аппарате  5 мин.

- концентрация стабилизатора эмульсии (Неонола АФ 9-12) в дисперсионной среде   0,1 % масс.

Дальнейшее увеличение концентрации эмульгатора не улучшает качество эмульсии.

Для получения эмульсий флотореагентов в лабораторных условиях были использованы широко применяющиеся в качестве собирателей при флотации углей на обогатительных фабриках Донбасса: топливо ТС-1 и дизельное топливо. При проведении лабораторных флотоопытов предусматривались два варианта подачи указанных аполярных реагентов в процесс – в капельном виде и в виде эмульсии при их расходах 800 – 1600 г/т.

Для проведения экспериментов в промышленности на ЦОФ «Дуванская» был изготовлен экспериментальный полупромышленный образец многоступенчатого роторно-дискового кавитационного устройства, отличительными особенностями которого является то, что диски имеют специальный профиль, снабжены каналами и установлены на консольном валу с целью повышения энегоэффективности кавитационных процессов и возможности получения необходимой дисперсности обрабатываемых жидкостей в прямоточном режиме.

Промышленные испытания режимов флотации углей с применением эмульгирования флотореагентов были проведены на углях марки Ж (ЦОФ «Дуванская» ОАО «Краснодонуголь»). Для проведения испытаний была изготовлена и смонтирована экспериментальная установка непрерывного действия для промышленного приготовления эмульсии флотореагентов (рис. 2) производительностью 200 л/час.

Рисунок 2 - Экспериментальная установка для эмульгирования флотореагентов

1 - дозатор собирателя; 2 - дозатор вспенивателя; 3 - асинхронный двигатель; 4 - многоступенчатый дисковый диспергатор; 5 - трубопровод подачи воды; 6 - трубопровод подачи вспенивателя; 7 - трубопровод подачи собирателя; 8 - трубопровод подачи готовой эмульсии.

Образование эмульсии происходило в многоступенчатом дисковом диспергаторе (поз.4), включение в работу которого осуществлялось с помощью асинхронного двигателя (поз. 3) мощностью 3 кВт.