Исследование влияния ионов жесткости воды на флотируемость медно-никелевых руд

Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения точности прогнозирования процессов флотационного обогащения для установления влияния различных факторов на эффективность флотационного передела. В работе исследовалось влияние ионов жесткости воды на вероятность флотационного обогащения. Оценка вероятности флотации производилась на основании результатов анализа распределения материала по классам флотируемости. Особенностью подхода являлось определение показателей флотируемости как значений вероятности флотационного извлечения анализируемого компонента в концентрат. Объектом исследования являлись технологические пробы сульфидных медно-никелевых руд. На основании результатов серий экспериментальных исследований кинетики флотационного обогащения установлены математические зависимости суммарных извлечений меди, никеля и кремния в концентрат и определены значения констант скорости флотации для классов флотируемости. Анализ полученных результатов показал, что присутствие ионов кальция в пульпе снижает максимально возможное суммарное извлечение меди, никеля в концентрат с увеличением массовой доли их нефлотируемой фракции в концентрат. Наибольшие значения содержаний быстрофлотируемых фракций меди и никеля достигнуты при концентрации ионов кальция в пульпе 27,52 мг/дм3. Дополнительно в ходе флотации производилось измерение высоты пенного слоя. Установлено, что при увеличении жесткости воды значение максимума высоты пенного слоя снижается. Снижение вероятности флотации рудных минералов обусловлено уменьшением стабильности пенного слоя при повышении концентрации ионов кальция в пульпе.

Александрова Т. Н., Кузнецов В. В., Иванов Е. А. Исследование влияния ионов жесткости воды на флотируемость медно-никелевых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6—1. — С. 263—278. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_263.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 19—17—00096).

Александрова Татьяна Николаевна — докт. техн. наук, зав. каф. обогащения полезных ископаемых, http://orcid.org/ 0000-0002-3069-0001, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, Россия, e-mail: Aleksandrova_TN@pers.spmi.ru;
Кузнецов Валентин Вадимович — аспирант каф. ОПИ, https://orcid.org/ 0000-00016159-316X, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, Россия, e-mail: s205058@stud.spmi.ru;
Иванов Егор Александрович — студент каф. ОПИ, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, Россия, e-mail: s161011@stud.spmi.ru.

Кузнецов В. В., e-mail: valentinvadimovichkuznetsov@gmail.com.

1. Litvinenko V. S., Sergeev I. B. Innovations as a Factor in the Development of the Natural Resources Sector. Studies on Russian Economic Development, 2019, vol. 30, no. 6, pp. 637—645. DOI: 10.1134/S107570071906011X.

2. Череповицын А. Е., Липина С. А., Евсеева О. О. Инновационный подход к освоению минерально-сырьевого потенциала Арктической зоны РФ // Записки Горного института. — 2018. — Т. 232. — С. 438—444. DOI: 10.31897/pmi.2018.4.438.

3. Литвиненко В. С., Сергеев И. Б. Инновационное развитие минерально-сырьевого сектора // Проблемы прогнозирования. — 2019. — №. 6 (177). — С. 60—72.

4. Чантурия В. А., Козлов А. П. Современные проблемы комплексной переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья // «Плаксинские чтения — 2017»: международ. науч. конф. (Красноярск, 12–15 сентября 2017 года). — Красноярск: Сибирский федеральный университет. — 2017. — С. 3—6.

5. Чантурия В. А., Вайсберг Л. А., Козлов А. П. Приоритетные направления исследований в области переработки минерального сырья // Обогащение руд. — 2014. — №. 2. — С. 3—9. DOI 10.17580/or.2014.02.01.

6. Aleksandrova T. N., Talovina I. V., Duryagina A. M. Gold-sulphide deposits of the Russian Arctic zone: Mineralogical features and prospects of ore benefication // Chemie der Erde, 2020, vol. 3, no. 80, pp. 22—35. DOI: 10.1016/j.chemer.2019.04.006.

7. Федотов П. К., Cенченко А. Е., Федотов К. В., Бурдонов А. Е. Исследования обогатимости сульфидных и окисленных руд золоторудных месторождений Алданского щита // Записки Горного института. — 2020. — Т. 242. — C. 218—227. DOI: 10.31897/ pmi.2020.2.218.

8. Терещенко С. В., Павлишина Д. Н., Алексеева С. А., Ракаев А. И. Использование методов предконцентрации для повышения качественных показателей руд // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. — 2017. — №. 14. — С. 328—330.

9. Овчинникова Т. Ю., Елизаров Д. Б., Ефремова Т. А., Колтунов А. В. Особенности предварительной концентрации многокомпонентных руд // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Материалы XXI Международной научнотехнической конференции, проводимой в рамках Уральской горнопромышленной декады, Екатеринбург, 06–07 апреля 2016 года. — Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2016. — С. 268—272.

10. Элбендари А. М., Александрова Т. Н., Николаева Н. В. Оптимизация реагентного режима при обогащении апатит-нефелиновых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2020. — № 10. — С. 123—132. DOI 10.25018/0236-1493-2020-10—0-123—132.

11. Игнаткина В. А. Селективные реагентные режимы флотации сульфидов цветных и благородных металлов из упорных сульфидных руд // Цветные металлы. — 2016. — №. 11. — С. 27—33. DOI 10.17580/tsm.2016.11.03.

12. Islamov S., Grigoriev A., Beloglazov I. Research risk factors in monitoring well drilling-a case study using machine learning methods. Symmetry, 2021, vol. 13, no. 7, pp. 1—19. DOI 10.3390/sym13071293.

13. Savchenkov S. A., Bazhin V. Y., Vilenskaya A. V. Training of specialists in the field of intellectual property protection and invention at universities for mining engineering. Eurasian Mining, 2018, no. 1, pp. 45—47. DOI 10.17580/em.2018.01.10.

14. Патент РФ № 2640479 09.01.2018 Черемисина О. В., Литвинова Т. Е., Сергеев В. В., Луцкий Д. С., Лобачева О. Л. Способ извлечения и разделения редкоземельных металлов при переработке апатитового концентрата. 2018. Бюл. №1.

15. Yianatos J. B., Bergh L. G., Díaz F., Rodríguez J. Mixing characteristics of industrial flotation equipment //Chemical Engineering Science, 2005, vol. 60, no. 8—9, pp. 2273—2282. DOI: 10.1016/j.ces.2004.10.039.

16. Clayton R., Jameson G. J., Manlapig E. V. The development and application of the Jameson cell //Minerals Engineering, 1991, vol. 4, no. 7—11, pp. 925—933. DOI: 10.1016/0892—6875(91)90074—6.

17. Shean B. J., Cilliers J. J. A review of froth flotation control //International Journal of Mineral Processing, 2011, vol. 100, no. 3—4, pp. 57—71. DOI: 10.1016/j.minpro.2011.05.002.

18. Persechini M. A. M., Peres A. E. C., Jota F. G. Control strategy for a column flotation process. Control Engineering Practice, 2004, vol. 12, no. 8, pp. 963—976. DOI: 10.1016/j. conengprac.2003.11.003.

19. Свириденко А. О., Беляков С. А. Средства автоматизации в технологическом процессе флотации руд полезных ископаемых // Записки Горного института. — 2011. — Т. 192. — С. 183—186.

20. Fichera M. A., Chudacek M. W. Batch cell flotation models — a review. Minerals Engineering, 1992, vol. 5, no. 1, pp. 41—55. DOI:10.1016/0892—6875(92)90005-T.

21. Oosthuizen D. J., Craig I. K., Jämsä-Jounela S. L., Sun B. On the current state of flotation modelling for process control. IFAC-PapersOnLine, 2017, vol. 50, no. 2, pp. 19—24. DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.12.004.

22. Gharai M., Venugopal R. Modeling of flotation process—an overview of different approaches. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 2016, vol. 37, no. 2, pp. 120—133. DOI: 10.1080/08827508.2015.1115991.

23. Brożek M., Młynarczykowska A. Analysis of kinetics models of batch flotation. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 2007, vol. 41, pp. 51—65.

24. Барский Л. А., Плаксин И. Н. Критерии оптимизации разделительных процессов. — М.: Наука, 1967. — 116 с.

25. Тихонов О. Н. Закономерности эффективного разделения минералов в процессах обогащения полезных ископаемых. — М.: Недра, 1984. — 208 с.

26. Шехирев Д. В., Смайлов Б. Б. Кинетика извлечения частиц различного минерального состава при флотации свинцово-цинковой руды / // Обогащение руд. — 2016. — № 2(362). — С. 20—26. DOI 10.17580/or.2016.02.04.

27. Николаев А. А., Со Ту, Горячев Б. Е. Исследование закономерностей кинетики флотации неактивированного сфалерита композициями сульфгидрильных собирателей флотометрическим методом // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 6. — С. 86—95.

28. Bergh L. G., Yianatos J. B. The long way toward multivariate predictive control of flotation processes. Journal of Process control, 2011, vol. 21, no. 2, pp. 226—234. DOI: 10.1016/j.jprocont.2010.11.001.

29. Taguta J., McFadzean B., O’Connor C. The relationship between the flotation behaviour of a mineral and its surface energy properties using calorimetry. Minerals Engineering, 2019, vol. 143, 105954. DOI: 10.1016/j.mineng.2019.105954.

30. Wang, P., Cilliers, J. J., Neethling, S. J., Brito-Parada, P. R. The behavior of rising bubbles covered by particles. Chemical Engineering Journal, 2009, vol. 365, pp.111—120. DOI: 10.1016/j.cej.2019.02.005.

31. Liu X. Q., Cheng Q., Li, J., Zhou X. D. Integrated automation system for flotation processes. Control Engineering China, 2016, vol. 23, no. 11, pp. 1702—1706.

32. Игнаткина В. А. Экспериментальные исследования изменений контрастности флотационных свойств кальциевых минералов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2017. — №. 5. — С. 113—122.

33. Кузнецова И. Н., Лавриненко А. А., Шрадер Е. А., Саркисова Л. М. Снижение извлечения флотоактивных силикатов в коллективный концентрат при флотации малосульфидной платинометалльной руды // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2019. — № 5. — С. 200—208. DOI 10.25018/0236-1493-2019-05—0-200—208.

34. Romachev A., Kuznetsov V., Ivanov E., Jörg B. Flotation froth feature analysis using computer vision technology. E3S Web of Conferences, EDP Sciences, 2020, vol. 192, pp. 8—14.

35. Александрова Т. Н., О’Коннор С. Переработка платинометалльных руд в России и Южной Африке: состояние и перспективы // Записки Горного института. — 2020. — Т. 244. — С. 462—473. DOI: 10.31897/PMI.2020.4.9.

36. Петров Г. В., Шнеерсон Я. М., Андреев Ю. В. Извлечение платиновых металлов при переработке хромитовых руд дунитовых массивов. Записки Горного института. — 2018. — Т. 231. DOI: 10.25515/pmi.2018.3.281.

37. Салтыкова С. Н., Доливо-Добровольская Г. И., Максимова А. В. Анализ данных по кристаллохимической природе фаз медно-никелевого файнштейна и бинарной системе Со–S // Записки Горного института. — 2013. — Т. 202. — С. 209—213.

38. Alexander D., Runge K. C., Franzidis J., Manlapig E. The application of multicomponent floatability models to full-scale flotation circuits. Seventh Mill Operators’ Conference, Proceedings, AusIMM, 2000, vol. 6, no. 6, pp. 167—177.

39. Ruuska J., Lamberg P., Leiviskä K. Flotation model based on floatability component approach–PGE minerals case. IFAC Proceedings Volumes, 2012, vol. 45, no. 23, pp. 19—24.

40. Vinnett L., Alvarez-Silva M., Jaques A., Hinojosa F., Yianatos J. Batch flotation kinetics: Fractional calculus approach //Minerals Engineering, 2015, vol. 77, pp. 167—171. DOI: 10.1016/j.mineng.2015.03.020.