Флотація мідних сульфідних руд
Характеристика вихідної сировини
Мідні руди поділяються на сульфідні (вміст оксидів міді до 15%), змішані (вміст оксидів міді до 50 — 75%) і окиснені (вміст оксидів міді більше 50 — 75%). За текстурними особливостями руди, що містять мідь, підрозділяються на масивні або суцільні і вкраплені. В первинних рудах більшості промислових родовищ мідь присутня в сульфідної формі. До промислових відносять руди, які містять понад 0,3% міді, яка на 85 — 90% представлена сульфідними мінералами. В зонах окиснення мідь представлена карбонатами, силікатами, сульфатами, оксидами і іншими сполуками. Незмінним супутником сульфідів міді є сульфіди заліза. Характеристика найбільш розповсюджених мінералів міді і заліза, які містяться у мідевмісних рудах наведена в табл. Як самостійний мінерал в родовищах зустрічається самородна мідь (вміст міді 97 — 99%).
Найбільш розповсюдженим сульфідним мінералом в сульфідних рудах є пірит. Крім піриту в мідно-колчеданних рудах зустрічаються марказит (поліморфна форма піриту), піротин і арсенопірит FeAsS.
Породні мінерали залежно від генезису родовища можуть бути представлені різними співвідношеннями кварцу, польових шпатів, серицитових і хлоритових сланців, вохристо-глинистого матеріалу, кальциту і деяких інших мінералів.
Залежно від мінерального складу, крупності мінералів, характеру вкраплення цінних мінералів і мінералів пустої породи, форми рудного тіла і його генезису промислові родовища міді діляться на 6 генетичних груп: магматичні, карбонатитові, скарнові, гідротермальні, колчеданні і стратиформні.
Магматичні родовища представлені мідно-нікелевими і мідно-ванадієвими комплексними рудами, які крім міді (вміст 1 — 2%) містять нікель, залізо, ванадій, титан, фосфор, кобальт, золото, платину, розсіяні елементи. Нерудні мінерали представлені головним чином плагіоклазом і піроксеном.
Карбонатитові мідні руди дуже рідкісні, в них крім міді міститься магнетит, а породи представлені карбонатами, олівіном, апатитом.
Скарнові мідні руди — комплексні, в них присутні молібден, кобальт, бісмут, селен, телур, залізо, свинець, стибій, арсен, нікель, олово, вольфрам. Сульфідні мінерали в цих рудах мають нерівномірне вкраплення і асоційовані з епідотом, кварцом, кальцитом.
До гідротермальних відносять родовища мідно-порфірові, кварц-сульфідні і самородної міді.
Мідно-порфірові руди займають перше місце за запасами і видобутком міді (близько 40% світового видобутку міді). Висока промислова цінність цих руд визначається великими розмірами рудних тіл, неглибоким їх заляганням, рівномірним розподілом металу. Вміст міді в мідно-порфірових рудах коливається в межах 0,4 — 1,2%. Рудні мінерали — малахіт, азурит, куприт, брошантит, хризокола, халькозин, пірит. Іноді в рудах присутні магнетит, сфалерит, борніт, галеніт, гематит.
В кварц-сульфідних або жильних рудах рудні мінерали представлені магнетитом, халькопіритом і іноді молібденітом, а нерудні — кальцитом, кварцом, серицитом і хлоритом, а також іноді баритом і флюоритом. Для цих руд характерна жильна, прожилкова і вкраплена текстура. Залягають вони на глибини 30 — 40 м, вміст окиснених руд не перевищує 5% всіх кварц-сульфідних руд. Кварц-сульфідні руди мають другорядне значення.
Залежно від вмісту міді руди підрозділяються на багаті (вміст міді більше 2%), середні (вміст міді 0,8 — 2%), бідні (вміст міді 0,3 — 0,8%) і забалансові (вміст міді менше 0,3%). Мідь в таких рудах представлена головним чином халькопіритом. У зонах вторинного збагачення родовищ цих руд значна частина міді може бути представлена вторинними сульфідами — ковеліном, халькозином, борнітом і сульфосолями — енаргітом, тетраедритом і тенантитом. Досить часто руди містять у промислових кількостях благородні метали, які зв'язані в основному з піритом і халькопіритом, значно рідше — з піротином.
Режимні параметри флотації руд Реагентні режими і схеми флотаційного збагачення мідних руд, які забезпечують отримання кондиційних концентратів, залежать від їхнього речовинного складу і визначаються у першу чергу співвідношенням мінеральних форм міді і заліза, вмістом піриту і ступенем його активації, ступенем окиснення сульфідів міді, складом породи, кількістю розчинних солей і шламів та інших факторів, що визначають поверхневі властивості і флотованість мінералів, які розділяються при селективної флотації.
Сульфідні мінерали міді добре флотують сульфгідрильними збирачами у досить широкому діапазоні рН, тому що вони володіють високою здатністю до сорбції, яка залежить від ступеня окиснення сульфідної поверхні і вмісту міді. За флотованістю ксантогенатами мідні мінерали можна розташувати у такий послідовності: халькопірит — борніт — ковелін — халькозин.
Свіжеоголена і чиста сульфідна поверхня мідних мінералів володіє деякою гідрофобністю, що сприяє закріпленню на ній збирача. Однак окиснення поверхні сульфідних мінералів відбувається швидко, особливо при подрібненні. При окисненні флотованість сульфідів різко знижується в результаті утворення на поверхні мінералів важкорозчинних окисних сполук, які перешкоджають сорбції збирача.
Найбільш розповсюдженими сульфгідрильними збирачами при флотації сульфідних мінералів міді є ксантогенати, ефективність дії яких залежить від довжини вуглеводневого радикала. Усі сульфіди міді також добре флотуються дитіофосфатами, дитіокарбоматами, меркаптанами.
Найефективнішими депресорами халькопіриту є ціаніди, які застосовуються при розділенні мідно-свинцевих і мідно-нікелевих концентратів. При цьому дія ціаніду, як депресора, залежить від рН середовища і типу застосованого збирача. Значно гірше депресуються ціанідами вторинні сульфіди міді, що пояснюється їх доброю розчинністю в ціанистих розчинах з утворенням мідно-ціанистого комплексу. Для вторинних сульфідів міді найефективнішими депресорами є феріціаніди K3Fe(CN)6 i K4Fe(CN)6, які застосовуються при розділенні мідно-свинцевих концентратів з підвищеним вмістом вторинних сульфідів міді — борніту, халькозину, ковеліну. Сульфід натрію Na2S є досить сильним депресором усіх сульфідів міді, при цьому найбільшою стійкістю до його депресуючої дії володіє халькозин (депресується при рН > 7), найменшою — халькопірит (депресується при рН > 5,5). Депресія сульфідних мідних мінералів сірчаним натрієм відбувається у результаті витиснення (десорбції) ксантогенату з поверхні мідних мінералів сульфід-йонами, що використовується при розділенні мідно-молібденових концентратів. Солі хромової кислоти, двоокис сірки SO2, сірчаніста кислота H2SO3, сульфіти (Na2SO3) і тіосульфати (Na2S2O3) практично не депресують халькопірит, тому вони широко застосовуються при розділенні мідно-свинцевих і мідно-цинкових концентратів.
При флотації сульфідів міді вапно виявляє свою депресуючу дію при значно більш високій концентрації, ніж при флотації піриту, що використовується для їхнього розділення. Пірит, як й усі сульфідні мінерали швидко окиснюється, при цьому на його поверхні у залежності від рН утворюються гідроксид заліза, карбонати заліза і інші сполуки. При високих значеннях рН > 7 на поверхні піриту утворюється плівка Fe(OH)3, яка характеризується дуже низькою розчинністю і не тільки перешкоджає закріпленню збирача, але й може витиснути його з поверхні мінералу. Найбільш ефективно пірит флотується ксантогенатами і дитіофосфатами в слабокислому або нейтральному середовищі при рН = 6 — 7. В лужному середовищі флотація піриту погіршується і повністю припиняється при рН > 8. Сорбція дитіофосфатів і дитіокарбоматів на піриті відбувається у значно меншому ступені, ніж на халькопіриті, вони застосовуються при селективній флотації мідно-піритних руд. Найбільш розповсюдженим депресором піриту є вапно. Дія вапна пов'язана з підвищенням рН пульпи, утворенням на поверхні піриту плівки гідроксидів заліза, адсорбцією йонів кальцію, що приводить до цементації поверхні і запобіганню адсорбції збирача. Активується пірит у кислому середовищі, коли надлишкова лужність нейтралізується подачею кислоти.
Марказит володіє більш високою флотаційною активністю і флотується тими ж збирачами і у тих же умовах, що й пірит.
Піротин — найбільш важкофлотований сульфід заліза. Піротин флотується ксантогенатами у кислому середовищі, для його активації у лужному середовищі необхідна активація мідним купоросом. Здатність піротину окиснюватись використовується при відділенні його від халькопіриту при вилученні з мідно-нікелевих руд.
Флотація є основним методом збагачення мідних руд, інші методи збагачення мають другорядне значення. Вони застосовуються головним чином для вилучення супутніх компонентів (благородних металів, олова і ін.) і підвищення комплексності використання сировини або у процесах попередньої концентрації з метою зниження собівартості переробки.
При флотаційному збагаченні мідних руд вирішуються задачі ефективного відділення сульфідних мінералів від породних, розділення сульфідів міді і заліза, підвищення комплексності використання сировини за рахунок вилучення благородних металів і інших цінних компонентів у окремі продукти або концентрати.
Рішення цих задач ускладнюється присутністю у деяких рудах первинних шламів і розчинних солей, легкофлотованих породних мінералів (слюд, сланців, графіту і ін.), активацією сульфідів заліза сполуками міді в результаті окиснення сульфідних (особливо вторинних) мідних мінералів і депресією сульфідів міді продуктами окиснення сульфідних мінералів заліза, переподрібненням особливо вторинних сульфідів і окиснених мінералів міді при підготовці до флотації руд з несприятливими структурними і текстурними особливостями.
Технологічні схеми і особливості флотації окремих компонентів руд
Технологічні схеми переробки мідних руд залежать від їх типу, характеру вкраплення і зрощення мідних мінералів з піритом і мінералами пустої породи. Вміст міді в цих рудах звичайно невисокий — 0,4 — 2%.
Мідні вкраплені сульфідні руди (мідисті пісковики і мідно-порфірові руди) збагачують за різними технологічними схемами — від дуже простих, які включають основну флотацію і декілька перечисток концентрату, до складних тристадіальних з окремим промпродуктовим циклом, з роздільною флотацією пісків і шламів.
При збагаченні вкраплених руд звичайно необхідно відділити мінерали міді від піриту і мінералів пустої породи. Для депресії піриту застосовують вапно, яке подають у одну або кілька точок: рудні млини, млини подрібнення чорнового концентрату, перечисні операції. Значення рН в основній флотації змінюється від 8,5 до 11,5 і залежить від вмісту піриту в руді і ефективності збирача, що використовується. В перечисних операціях значення рН становить 11 — 12. На більшості збагачувальних фабрик, які перероблюють мідні вкраплені руди, депресори мінералів породи, як правило, не застосовують. Однак, якщо в пульпі, що надходить на флотацію, вміст тонких породних шламів значний, у основну флотацію і перечистку концентрату подають рідке скло. Технологічні схеми переробки мідистих пісковиків і мідно-порфірових руд з невеликим вмістом піриту — найпростіші.
Технологічна схема збагачення вкраплених мідних руд включає тристадіальне дроблення в конусних дробарках до крупності 20 мм і подрібнення в дві стадії.
Підготовлена за крупністю руда (крупність 50 — 60% класу — 0,074 мм) надходить на основну флотацію, де з руди виділяється пуста порода.
Сульфідні мінерали добре флотуються сульфгідрильними збирачами (ксантогенатами, дітіофосфатами) в лужному середовищі, що утворюється за допомогою вапна. Окиснені мінерали, якщо вони присутні в руді, також флотуються ксантогенатами і дітіофосфатами, але після їх сульфідизації сульфідом натрію . В результаті сульфідизації окиснені мінерали покриваються плівкою сульфіду міді, після чого вони флотуються як сульфідні. Як спінювачі при флотації використовують Т-66 і Т-80. Флотація включає основну, контрольну і перечисні операції.