Флотационное обогащение медно-никелевой руды

Тема: Флотационное обогащение медно  никелевой руды

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшая роль в развитии тяжелой индустрии  и всего народного хозяйства  принадлежит цветной металлургии  как одной из ведущих отраслей промышленности. Расширение производства, ускорение технического прогресса  во всех отраслях народного хозяйства  во многом зависит от роста производства цветных металлов и улучшения  их качества.

Рост  производства цветных металлов, в  свою очередь, связан с увеличением  добычи руд цветных металлов, то есть с их обогащением.

Руды  цветных металлов являются комплексным  сырьём и источником получения не только цветных, но и благородных, редких, редкоземельных металлов, серы, барита, флюорита, кварца, полевых шпатов и  других элементов и минералов. Из полученных в процессе обогащения концентратов и продуктов в настоящее время  организовано промышленное производство 74 элементов периодической таблицы  Д.И. Менделеева, увеличивается выпуск попутной продукции: пиритных, баритовых, полевошпатовых, слюдяных и других концентратов. Комплексность и экономическая  эффективность использования руд  цветных металлов определяются эффективностью процесса обогащения [6].

Сплошные  и вкрапленные сульфидные медно-никелевые  руды – основной источник получения  никеля. Помимо основных ценных компонентов (меди, никеля и серы) они часто  содержат такие сопутствующие элементы, как золото, серебро, платину, палладий, селен, теллур и другие редкие и рассеянные элементы тесно связанные с сульфидами основных металлов. Сульфиды никеля обычно представлены пентландитом (Fe, Ni)₉S₈, миллергитом NiS и никеленосным пирротином; сульфиды меди – халькопиритом CuFeS₂, кубической разновидностью его – кубанитом и иногда талнахитом [7].

Никель, медь и их сплавы имеют огромное значение во многих отраслях народного  хозяйства.

Никель по большей части является составным компонентом различных  сплавов. Все нержавеющие стали  обязательно содержат никель, т.к. никель повышает химическую стойкость сплава. Также сплавы никеля характеризуются  высокой вязкостью и и используются при изготовлении прочной брони. При изготовлении важнейших деталей  различных приборов используется сплав никеля с железом (36-38% никеля), обладающий низким коэффициентом термического расширения.  
 При изготовлении сердечников электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80% никеля. Из никелевых сплавов чеканяться монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.  
 Различные металлы никелируют, что позволяет защитить их от коррозии. На металл наносится тонкий никелевый слой, обладающий высокой коррозийной стойкостью. Вместе с этим никелирование придает изделиям красивый внешний вид.  
 Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей. Специально приготовленный дисперсный никель находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций. Оксиды никеля используют при производстве ферритных материалов и как пигмент для стекла, глазурей и керамики; оксиды и некоторые соли служат катализаторами различных процессов. Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов[7].

Благодаря своим свойствам медь широко используется в электротехнике, радиотехнике, приборостроении и  различных отраслях машиностроения. Среди цветных металлов по объему потребления медь занимает второе место (после алюминия), причем около половины производимой меди используют в электро- и радиотехнике, а вторую половину — для получения медных сплавов.

Цена одной тонны никеля на Лондонской бирже состовляет 182600$. Производство рафинированного никеля в 2008 году составила 1,47 млн т. Крупнейшими странами-производителями первичного никеля по итогам последних лет стали Россия, Япония, Австралия, Канада и Китай [22].

Обогащение жильных медно-никелевых руд Талнахского месторождения Норильского промышленного района с самого начала проводили по технологии селективной флотации с последовательным выделением медного, никелевого и пирротинового концентратов. Применение селективной флотации основано на заметной разнице в флотируемости медных и никелевых минералов, преимущественном содержании первых, а также относительно небольшом количестве породообразующих составляющих. 

Учитывая  важное значение флотационного процесса изучению его в целях усовершенствования и интенсификации уделяется большое  внимание. На основе исследований формируются  новые представления о физической и физико-химической сущности явлений  при флотации, разрабатываются принципы их физико-химического моделирования, математические модели процессов, создаются  совершенные машины и аппараты, технологические  схемы и режимы флотационного  обогащения, предлагаются новые процессы флотации и методы их интенсификации. Все это позволяет на научной  основе осуществить автоматический контроль и регулирование процессов  коллективной и селективной флотации, добиться высокого качества продукции, снизить потери ценных компонентов  с отходами производства и повысить комплексность использования сырья  в условиях полного водооборота  и охраны окружающей среды[6].

В курсовой работе предложено рассмотреть технологию обогащения медно-никелевых руд  Талнахского  месторождения. Целью  данной курсовой работы является отыскание  наиболее оптимального режима обогащения руды, отыскания наиболее оптимального реагентного режима Талнахского месторождения, стабилизация технологического процесса одновременно с сохранением качественных показателей на высоком уровне.

 

1. Краткий обзор по обогащению медно-никелевых руд

 

1. Технология обогащения медно-никелевых руд

Своеобразие технологических схем обогащения медно-никелевых  руд обусловлено особенностями  их вещественного состава, необходимостью комплексного использования сырья  и извлечения в соответствующие  продукты обогащения, кроме никеля и меди, других ценных компонентов (золота, серебра, кобальта, платины и др.), возможностями последующей переработки  получаемых концентратов[7].

На фабриках применяют в основном три группы схем:

- схемы  флотации с получением коллективного  медно-никелевого концентрата;

- схемы  коллективной флотации сульфидов  с последующим разделением полученного  концентрата на медный и никелевый;

- комбинированные  магнито-флотационные схемы с  получением как коллективных, так  и одноименных концентратов.

Трудности селективной флотации сульфидов  меди и никеля и удаления железа из никелевого концентрата обусловлены:

1. широким изменением степени изоморфного замещения никеля железом ( от 10 до 42%) и кобальтом в пентландите и железа никелем ( до 3%) в пирротине, что приводит к изменению поверхностных и флотационных свойств основных никельсодержащих минералов;
2. изменением соотношения кристаллических разновидностей пирротина (моноклинного и гексагонального) и сульфидов меди (халькопирита и кубанита), обладающих различными флотационными свойствами;
3. трудность активации никельсодержащих минералов после их депрессии в цикле медной флотации;
4. тонкой неравномерной вкрапленностью и тесным взаимопрорастанием ценных компонентов;
5. наличием в рудах легкофлотируемых слоистых алюмосиликатов (талька, хлорита, оталькованного серпентинита и других подобных им минералов)

Вследствие перечисленных трудностей к настоящему времени наибольшее распространение получили схемы, в  которых предусмотрено предварительное  получение коллективного медно-никелевого или медно-никелевого-пиротинового концентрата.

Схемы коллективной флотации минералов меди и никеля из исходной руды без последующего разделения коллективного концентрата   применяются обычно, если отношение  содержаний меди и никеля в концентрате  не превышает 2. Разделение металлов осуществляется при металлургическом переделе концентрата, который подвергается плавке на файнштейн, затем направляется на флотационное разделение по методу И. Н. Масляницкого [6]. Файнштейн состоит из халькозина Cu₂S и хизлевудита Ni₃S₂ b и небольшого количества сплава меди и никеля. После измельчения его примерно до 50 мкм, загрузки ксантогената (1 – 1,3 кг/т файнштейна) и пенообразователя в сильнощелочной среде (рН ~ 12), создаваемой едким натром, сульфид меди флотируется, а в камерный продукт переходит сульфид никеля с небольшим количеством меди. Процесс характеризуется высокой эффективностью и является ярким примером решения трудной проблемы применения комбинированной схемы. При использовании таких схем легче преодолеть трудности обогащения, обусловленные особенностями вещественного состава медно-никелевых руд, устранить загрязнение концентратов тугоплавкой породой, повысить комплексность использования сырья за счет попутного извлечения металлов платиновой группы, золота, серебра и кобальта в цикле коллективной флотации благодаря использованию сильных реагентов-собирателей без применения какого-либо специального оборудования или с использованием его (например, шлюзов для улавливания крупных зерен металлов платиновой группы). По ней легче осуществить стадиальное обогащение с межцикловой флотацией в рудном цикле и раздельную флотацию песков и шламов при переработке шламистых медно-никелевых руд. По этим причинам схемы, предусматривающие получение коллективных медно-никелевых и медно-никелево-пирротиновых концентратов, получили в настоящее время широкое распространение на фабриках.

Получаемые  коллективные концентраты содержат не менее 3,5% никеля и не более 15-20% окиси  магния, входящей в состав силикатов породы[7]

Схема коллективной флотации с последующим разделением  коллективного концентрата  применяется  обычно, как и схема прямой селективной  флотации, например, сплошных медно-никелевых  руд, в тех случаях, когда отношение  содержаний меди и никеля в концентрате (или исходной руде) превышает 2. в  процессе селективной флотации получают медный, никелевый, никель-пирротиновый и иногда самостоятельный пирротиновый концентраты. Предварительная коллективная флотация при этом позволяет несколько  усреднить вещественный состав подлежащего  дальнейшему разделению сульфидного  продукта[7].

Схема коллективной флотации всех сульфидов с последующим  их разделением является эффективной  и рациональной, когда все (или  почти все) никелевые минералы в  руде обладают более или менее  одинаковой флотируемостью. Однако чаще никель в рудах представлен сравнительно хорошо флотирующимся пентландитом и частично окисленным с поверхности  никеленосным пирротином, который флотируется  значительно хуже. В таких случаях  сначала флотируют пентландит и  лекгофлотирующуюся часть никеленосного  пирротина вместе с сульфидами меди (чаще всего халькопиритом) с последующим  разделением получаемого медно-никелевого концентрата, а затем из хвостов  коллективной флотации доизвлекают  труднофлотируемую часть пирротина  в виде бедного никельсодержащего  концентрата. При флотации пирротина  по такой схеме можно создать  условия  для наиболее полного  его извлечения (применять сильные собиратели, организовать большой фронт флотации). Бедный никельсодержащий пирротиновый концентрат присоединяется обычно к богатому никелевому концентрату, получаемому при разделении коллективного медно-никелевого концентрата.

При разделении коллективного концентрата депрессируют флотацию пирротина и пентландита  и флотируют минералы меди. Никель, попавший в медный концентрат, теряется при металлургическом переделе, тогда  как медь, перешедшая в никелевый  концентрат, извлекается практически  полностью[6].

 

Рисунок 1.1 –Технологические схемы обогащения медно-никелевых руд на фабриках «Печенганикель» (а) и «Манибридж» (б) [9].

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 - Принципиальные схемы обогащения медно-никелевых руд на фабриках «Крейтон» и «Фруд-Стоби» (а), «Томпсон» (б)

     Комбинированные магнито-флотационные схемы переработки медно-никелевых руд применяются при наличии в рудах значительных количеств никеля и меди, тесно связанных с выделениями сильномагнитных (моноклинных) разновидностей пирротина.

Магнитная сепарация может применяться  для удаления крупных выделений  пирротина из дробленой руды, разделения исходного питания флотации на магнитную  и немагнитную фракции, для переработки  каждой из которых могут быть созданы  наиболее оптимальные условия последующей  флотации, доизвлечения пирротина из различных продуктов флотации. Во всех случаях комбинирование методов  флотации и магнитной сепарации  позволяет более эффективно решать проблемы комплексного использования  медно-никелевых руд с получением или коллективных медно-никелевых  концентратов с оптимальным соотношением содержаний меди и никеля в них, или  одноименных медных и никелевых  концентратов[6].

 

2. Способ флотации сульфидных минералов меди из халькопиритаубанитовых пирротинсодержащих медно-никелевых руд

 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых методом пенной флотации, в частности к флотационному  выделению сульфидных минералов  меди из халькопириткубанитовых пирротинсодержащих медноникелевых руд, и может быть использовано при флотации других руд  и промпродуктов, содержащих минералы меди, никеля и железа. Позволяет  выделить качественный готовый медный концентрат с более высоким соотношением массовых долей меди и никеля при  одновременном повышении извлечения в него меди[21]. Способ включает измельчение руды до кондиционной крупности, аэрацию пульпы в присутствии сульфгидрильного собирателя, селективную флотацию сульфидных минералов меди в присутствии пенообразователя с выделением чернового медного концентрата, доизмельчение последнего и последующую его перечистку в присутствии сульфоксидного реагента-депрессора с получением готового медного концентрата. Получение медного концентрата проводят, используя в качестве сульфоксидного реагента-депрессора бисульфит-ионы, поддерживая массовое соотношение ионов железа, тиосульфат-ионов и бисульфит-ионов в жидкой фазе пульпы при ее аэрации, равным 1:(50-300):(25-150). Оптимальное соотношение данных ионов обеспечивают путем обработки пульпы бисульфитом натрия или диоксидом серы[21].

 

3. Аэрозольная колонная флотация Cu-Ni руд и россыпного золота

 

Разработана методика, позволяющая с опорой на данные седиментоволюметрических измерений  рассчитать силу в контактах между  частицами. Доказана зависимость прочности  контактов от поверхностных сил  структурного происхождения и установлена  их параболическая зависимость от размера  анизометричных частиц [46].