Флотационное обогащение вольфрамовых руд в условиях замкнутого водооборота

Уразова Ю.В., младший научный сотрудник лаборатории обогащения руд, отдел обогащения минерального сырья АО "Иргиредмет"

Тиунов М.Ю., старший научный сотрудник лаборатории обогащения руд, отдел обогащения минерального сырья АО "Иргиредмет"

Федотов Е.Н., младший научный сотрудник лаборатории обогащения руд, отдел обогащения минерального сырья АО "Иргиредмет"

Коблов А.Ю., начальник отдела обогащения минерального сырья АО "Иргиредмет", канд. техн. наук

Чикин А.Ю., д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВО "Иркутский государственный университет"

Используемая во флотационном обогащении вода оказывает существенное влияние на процесс, определяет его эффективность и качество получаемых продуктов. При этом с учетом важности сохранения водных ресурсов и защиты окружающей среды особую значимость приобретает сокращение потребления воды и повышение степени ее оборота на промышленных предприятиях.

Технологические процессы обогащения, которые используются для получения готовой продукции из руды, требуют значительного количества воды.

Вода играет важную роль в обогащении: ее качество напрямую влияет на эффективность извлечения полезного компонента и характеристики получаемых продуктов, которые снижаются при наличии определенных примесей и загрязнителей. Поэтому важно проводить регулярный мониторинг и контроль качества воды, а также использовать соответствующие методы ее очистки и фильтрации.  

При этом одной из главных проблем, с которой сталкивается отрасль, является сохранение водных ресурсов и сокращение загрязнения окружающей среды. Для ее решения необходимо уменьшить потребление чистой воды в технологических процессах и повысить степень водооборота на промышленных предприятиях. Этого можно достичь различными методами и технологиями, направленными на повторное использование и очистку воды.

Необходимо отметить, что повышение эффективности использования водных ресурсов не только позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду, но также может принести экономические выгоды предприятию. Так, оптимизация потребления чистой воды сокращает затраты на водоснабжение и обработку сточных вод и, следовательно, приводит к уменьшению общих эксплуатационных расходов.

Таким образом, сохранение водных ресурсов и снижение загрязнения окружающей среды являются важными задачами для промышленных предприятий. Внедрение эффективных методов повторного использования и очистки воды, а также контроль ее качества помогут достичь этих целей и принести пользу процессу обогащения как в экологическом, так и в экономическом плане.

Введение замкнутого водооборота на предприятиях имеет ряд особенностей, зависящих от многих факторов, таких как:

• ионный состав используемых природных вод;
• вещественный состав перерабатываемых руд;
• разнообразие применяемых флотационных реагентов.

Полную очистку промышленных сточных вод существующими методами на функционирующих очистных сооружениях обеспечить достаточно сложно, так как данный процесс является энергоемким и дорогостоящим.

Использование оборотного водоснабжения без предварительного кондиционирования вод зачастую приводит к снижению показателей обогащения и/или к полной остановке процесса. Это связано с тем, что ионный состав шахтных вод может оказывать отрицательное влияние на процесс. Особенно остро стоит данный вопрос при флотации вольфрамовых кальцийсодержащих минералов.

По данной теме в АО "Иргиредмет" проведен ряд экспериментальных исследований по извлечению шеелитового концентрата флотационным обогащением как в открытом, так и в замкнутом циклах, из относительно бедной вольфрамовой руды с исходным содержанием ценного компонента 0,35–0,42 %.

Для переработки исследуемой руды применялась селективная схема флотации с извлечением сульфидных минералов на первой стадии и шеелитового продукта на второй стадии, включающая основные операции, пропарку черновых концентратов и доводку пропаренных продуктов до кондиционных.

Схема проведения флотации бедной вольфрамовой руды приведена на рис. 1.

Рисунок 1. Технологическая схема флотационного обогащения бедной вольфрамовой руды

На исследуемой вольфрамовой руде были проведены флотационные опыты в условиях замкнутого водооборота. Пробы руды измельчали до крупности 60–65 % класса минус 0,071 мм. Эксперименты проводились согласно действующим методикам, применяемым в лабораторных исследованиях по флотационному обогащению.

Результаты опытов в замкнутом цикле не подтвердили рекомендованные согласно ранее разработанному технологическому регламенту показатели флотации вольфрамовых руд. При этом наблюдается повышенное содержание ценных компонентов в хвостах флотации (0,45 %), отмечается снижение выхода до 0,159 % и извлечения шеелитового концентрата до 1,79 % при флотации с применением природной воды, что говорит об отрицательном влиянии ионного состава шахтных вод на процесс.

Для проведения успешного флотационного обогащения вольфрамовой руды в замкнутом цикле необходимо подобрать оптимальные параметры флотации, учитывающие влияние ионного состава шахтных вод.

В ходе исследований были подобраны оптимальные условия флотации вольфрамовой руды, обеспечивающие извлечение трехокиси вольфрама на уровне 82,72 % при выходе концентрата 0,957 % и содержании в нем 37,17 % (допускается по согласованию с заказчиком).

Результаты замкнутых циклов в рекомендованном и скорректированном реагентных режимах приведены на графике (рис. 2). Данные лабораторных исследований показали возможность работы применяемой технологической схемы в условиях замкнутого водооборота.

Разработанный режим флотации был испытан в условиях полупромышленных испытаний с замкнутым водооборотом.

Рисунок 2. Результаты опытов в замкнутом цикле

Степень использования оборотных вод принята в соответствии с ранее разработанным технологическим регламентом и составляет 70 %.

Флотация в замкнутом цикле в условиях полупромышленных испытаний показала невозможность применения рекомендованного режима сгущения с известью и нейтрализацией серной кислотой. Наблюдалось визуальное изменение вида и текстуры пены, извлечение основного компонента, вольфрама, снизилось с 82,72 до 40 %. Данные показатели не удовлетворяют необходимым и являются основанием для поиска оптимального режима сгущения и водоочистки.

Отсутствие возможности использования замкнутого водного цикла обусловлено присутствием и последующим накоплением основных препятствующих примесей – карбонатов и силикатов – в рециркулирующей воде.

Для решения этой проблемы был проведен трехэтапный эксперимент, в рамках которого на первом и втором этапах был использован метод математического планирования для поиска оптимальной области концентраций. В качестве основного инструмента для построения эмпирического уравнения отклика применялся ортогональный центрально-композитный план второго порядка. Этот подход позволил не только решить основную задачу, но и провести оценку характера процесса флотации и типа влияния на него основных примесей (карбонатов, силикатов). Третий этап эксперимента включал определение предельных концентраций примесей.

При проведении работы в подготовленных пробах модельных вод корректировали водородный показатель до значения pH 8,5 соляной кислотой. Флотация с использованием модельных вод осуществлялась в соответствии с установленным ранее реагентным режимом. Для оценки эффективности процесса использовались значения общего извлечения полезного компонента, рассчитанного по хвостам.

Проведенные исследования позволили локализовать область концентраций примесей и определить предельные концентрации компонентов, при которых их влияние на извлечение находится в границах допустимого (табл. 1).

Таблица 1. Предельные концентрации силикатов при достижении целевого извлечения WO₃ (92 %)

Анализ полученных данных позволил установить зависимость предельной концентрации кремния в оборотной воде от требуемого извлечения целевых элементов из растворов с определенным содержанием соды.

Замечено, что предельная концентрация силикатов обратно пропорциональна карбонатному фону воды. Повышение содержания карбонатов позволяет поддерживать эффективность флотации при более высоком уровне концентрации кремния. Интересно, что благоприятное воздействие карбонатов может быть связано с уменьшением растворимости кальция в рудном материале, что обеспечивает необходимый уровень активности флотореагентов.

Однако для нормального функционирования основных операций флотации шеелитовой руды с использованием кондиционирования следует удалять кремний из оборотных вод. Для определения целевой концентрации Si используются экспериментально установленные значения.

На основе предельно допустимых концентраций был проведен ряд экспериментальных исследований по водоподготовке с целью достижения приемлемых показателей обогащения.

По результатам исследований на модельных водах разработано два процесса кондиционирования. Первый, химический метод включает кальций-хлоридную обработку оборотных вод с отделением осадка и щелочно-содовую обработку на финальной стадии.

Схема подготовки вод для проведения флотации химическим методом представлена на рис. 3. Результаты флотации на подготовленной воде представлены в табл. 2.

Рисунок 3. Схема подготовки воды химическим методом для проведения флотации

Таблица 2. Результаты флотации на кондиционной воде, подготовленной первым методом

Второй, физико-химический метод включает насыщение оборотной воды углекислым газом, кальций-хлоридную обработку и электрокоагуляцию полученной воды с последующим отделением осадка.

Схема подготовки воды для проведения флотации физико-химическим методом представлена на рис. 4, результаты – в табл. 3.

Рисунок 4. Схема подготовки воды физико-химическим методом для проведения флотации

Таблица 3. Результаты флотации на кондиционной воде, подготовленной вторым методом

Результаты флотационного обогащения вольфрамовой руды в замкнутом цикле показаны на рис. 5.

Рисунок 5. Основные параметры флотационного обогащения вольфрамовой руды в условиях 70-процентного оборота воды

Результаты флотации вольфрамовых руд на водах, моделирующих степень водооборота 70 %, позволили получить извлечение, близкое к необходимым показателям: 85,4 и 86,1 % при использовании первого и второго методов кондиционирования соответственно. Выбор метода кондиционирования оборотных вод должен производиться на основании технико-экономического расчета.

По результатам лабораторных и полупромышленных испытаний можно сделать вывод, что при обогащении вольфрамовых руд в условиях замкнутого водооборота без предварительной подготовки оборотной воды происходит заметное снижение основных показателей флотации.

Выполненные исследования по предварительному кондиционированию оборотной воды позволили определить два процесса подготовки, обеспечивающие степень водооборота 70 % и необходимые показатели при флотационном обогащении.