Повышенное извлечение на флотации

Если минерал или металл погружен в воду, он приобретает электрический потенциал относительно воды (Kocabag 1985). При этом основными реакциями становятся реакции окисления (минерала и ксантогенат ионов) и восстановления (кислорода). Когда сульфидные минералы вступают во взаимодействие со стальной средой в воде, образуется электрохимический или гальванический элемент с максимальным остаточным потенциалом на аноде (т.е. стальной среде) и минимальным - на катоде.

Окислительная реакция: Fe -> Fe2+ + 2e- окисление стальной среды: анод
Восстановительная реакция: 2e- + H2O + ½ O2 -> 2OH- восстановление кислорода: катод

Измельчение в условиях стальной среды имеет ряд нежелательных последствий:

• Влияние на окислительно-восстановительный потенциал: восстанавливающая среда уменьшает количество растворенного кислорода и окислительно-восстановительный потенциал пульпы. Сорбционная способность коллектора зависит от окислительно-восстановительного потенциала и может потребовать окисления ксантогенат ионов до диксантогена. Для удовлетворительной флотации окислительно-восстановительный потенциал должен быть повышен (после измельчения в инертной среде может также потребоваться аэрация, если образованные поверхности имеют большую потребность в кислороде).
• Окисление стальной среды измельчения влечет образование слоя гидроксида железа на минеральных поверхностях. Это заметно даже при самоизмельчении на крупных классах. Поверхностный слой снижает селективность при флотации как крупных, так и мелких частиц. При тонком измельчении влияние сильнее, поскольку расход среды выше и площадь создаваемых поверхностей больше.
• Восстановление кислорода на минеральных поверхностях способствует осаждению гидрофильных нерастворимых гидроокисей металла на поверхности сульфидных минералов. Этот эффект более выражен на мелких классах

Воздействие стальной среды на эффективность флотации может быть частично нейтрализовано повышением pH и расхода реагентов, но это снижает общую селективность флотации. В условиях высокой интенсивности поверхностный слой может быть частично удален, но это требует значительных капиталовложений, затрат на эксплуатацию и обслуживание.

Более эффективное решение состоит в том, чтобы направить усилия на причину этой проблемы, и поддерживать все минеральные поверхности чистыми за счет использования инертной среды. Хотя выполнена значительная работа, показывающая преимущества при флотации после измельчения с высокохромистой средой, а также преимущества самоизмельчения относительно традиционного измельчения, отсутствуют достаточные данные промышленных испытаний полностью инертной среды, поскольку до недавнего времени этот вариант не считался целесообразным. Измельчение в мельнице IsaMill™ с полностью инертной средой является следующим шагом к повышению извлечения при флотации – раскрытие выше без негативных последствий для химии флотации обеспечивает хорошую эффективность флотации на всем диапазоне классов крупности.
 

Перед флотацией минералы должны быть высвобождены в достаточной степени. Измельчение в мельнице со стальной средой позволяет высвободить минералы, но нередко это приводит к неудовлетворительной химии флотации. Это объясняется воздействием гидроокисей железа на поверхности частиц. Это равнозначно двум шагам вперед с точки зрения высвобождения и одному шагу назад с точки зрения химии.

Негативные последствия измельчения со стальной средой более выражены применительно к мелкой фракции - вплоть до одного шага вперед с точки высвобождения и двух шагов назад с точки зрения химии. В результате, на большинстве предприятий принято считать, что "мелкая фракция не флотируется". Графики класс крупности в зависимости от извлечения часто имеют классическую выпуклую форму с высоким извлечением на средних классах крупности и низким извлечением на мелких и крупных классах.

В действительности же, мелкие частицы хорошо флотируются в традиционных флотомашинах с извлечением свыше 95% при крупности до 1 мкм при высоком содержании минерала в руде. Проблемы при флотации мелкой фракции возникают на большинстве предприятий из-за измельчения с использованием стальной среды и ввиду определенной организации цикла. На большинстве фабрик все классы крупности перерабатываются вместе, как если бы они обладали одинаковыми свойствами. Но это не так: мелкая фракция имеет больший поверхностный слой и нуждается в большем количестве коллектора и в более длительной флотации. Если мелкая фракция смешивается с крупной фракцией с чистыми поверхностями, оператор не имеет возможности создать оптимальные условия и для крупных, и для мелких классов. Эффект усиливается, если присутствуют композиты средней крупности, которые при перечистке необходимо разделить, чтобы получить необходимое содержание в концентрате: композитные частицы могут иметь большую открытую площадь поверхности, чем раскрытые мелкие частицы, поэтому вместе с первыми отделяются и последние. Наконец, проблемы возникают, если на предприятии этот материал затем возвращается с добавлением свежего питания в машины основной флотации, в результате чего образуется большой объем циркулирующих частиц с очень разнонаправленными потребностями.

В то же врем, мелкая фракция может стать наиболее эффективной частью цикла, если она будет правильно перерабатываться. Она полностью высвобождается, поэтому при условии правильной поверхностной химии и защиты от механического уноса возможно очень высокое извлечение и содержание при значительно более низком расходе реагентов.

Основные принципы проектирования эффективной флотации мелкой фракции следующие:

• Не измельчать материал больше, чем нужно. Измельчение стоит дорого, поэтому нужно раскрывать только то, что нужно на данной стадии, и извлекать минерал, как только он высвобожден. Во многих случаях возможно более крупное измельчение перед основной флотацией с последующим доизмельчением меньшего объема концентрата основной флотации. Стадиальное измельчение значительно снижает общий расход электроэнергии и может быть с легкостью реализовано с помощью IsaMill™ - компактность IsaMill™ позволяет установить мельницу в нескольких точках цикла флотации. Кроме того, измельчение в инертной среде улучшает химические условия в цикле флотации.
• Использовать измельчение для улучшения качества поверхностей, а не для их ухудшения. Стадиальное доизмельчение намного менее привлекательно при измельчении с использованием стальной среды, поскольку оно вредит химии флотации. Инертная среда в IsaMill™ устраняет эту проблему и позволяет измельчать материал именно там, где это необходимо, и получать свежую поверхность. Два шага вперед с точки зрения раскрытия и два шага вперед с точки зрения химии.
• Флотация минералов в узком гранулометрическом диапазоне. Это не означает создания "песко-шламовых" циклов, а означает проектирование с учетом потребностей разных минералов в разных частях цикла. Постадийное измельчение решает эту задачу - минералы извлекаются по мере раскрытия, затем оставшиеся минералы доизмельчаются и тоже извлекаются. Очень крутая гранулометрическая характеристика, обеспечиваемая IsaMill™, также способствует флотации.
• Сведение к минимуму циркулирующей нагрузки и максимальное использование открытого цикла. Если минерал не извлечен на ранней стадии, необходимо либо дораскрытие, либо улучшение химии поверхности. В IsaMill™ возможно и то, и другое. Не возвращать мелкую фракцию в начало цикла для смешивания со свежей крупной фракцией. Она прекрасно флотируется, если будут созданы необходимые условия на участке флотации мелкой фракции.
• Следить за механическим уносом. При чистых поверхностях и правильном выборе коллектора ценная мелкая фракция прекрасно флотируется в любой флотомашине, хотя мелкие частицы пустой породы также извлекаются вследствие механического уноса с водой. Чтобы свести к минимуму разбавление, при проектировании цикла необходимо обеспечить минимальное время флотации (т.е. ускорить кинетику извлечения мелкой фракции за счет более мелких пузырьков), минимальную плотность флотации в традиционных флотомашинах или использовать промывку пены. Одновременное использование высокоинтенсивной машины с промывкой пены, такой как флотомашина Джеймсон, и традиционных флотомашин является одним из эффективных решений для получения высокого содержания в концентрате и извлечения мелкой фракции при компактности конструкции (Jameson Cell).

Названные выше принципы известны уже не одно десятилетие. Не хватало лишь средств их применения. Мельницы со стальной средой не менялись принципиально на протяжении последних 80 лет - они лишь становились крупнее. С появлением IsaMill™ все изменилось. Теперь компактная мельница мощностью до 3 мВт может быть установлена непосредственно в цикле флотации для получения крутой гранулометрической характеристики без применения гидроциклонов. Измельчение в инертной среде способствует химии процесса, т.е. ускоряет флотацию при меньшем расходе реагентов. Постадийное измельчение позволяет первоначально измельчить более крупную фракцию, снизить циркулирующую нагрузку, мощность мельниц и оптимизировать производительность флотационного передела.