Флотация, как и гравитационное обогащение, относится к методам механического обогащения, когда концентрирование и разделение минеральных компонентов осуществляется без нарушения их кристаллической структуры и химического состава. К числу таких методов могут быть также отнесены магнитная, электрическая и радиометрическая сепарации (включая фотометрическую сортировку), разделение минералов по форме и крупности частиц, избирательная адгезия (улавливание липкими поверхностями) и некоторые другие процессы. Однако в отличие от перечисленных выше методов, в том числе и от гравитационных, флотация базируется на применении химических реагентов, выполняющих самые различные функции.
В основу флотационного обогащения, осуществляемого, как правило, в водной среде, заложен принцип придания зернам извлекаемого компонента гидрофобных свойств, благодаря чему они не смачиваются водой и «выталкиваются» на границу жидкой и газовой фаз, даже если плотность этих зерен во много раз превышает плотность воды.
Гидрофобность минеральным зернам придают реагенты-коллекторы (собиратели), вводимые в суспензию и закрепляющиеся на поверхности извлекаемых частиц, например сульфидов. Процесс отделения последних от остальной рудной массы («хвостов» флотации) интенсифицируется за счет аэрирования пульпы воздухом, использования специальных вспенивателей и реагентов, депрессирующих флотацию минералов пустой породы, а также за счет регулирования водородного показателя (рН), т.е. создания кислой, щелочной или нейтральной среды пульпы.
Благодаря чрезвычайно широкому ассортименту флотационных реагентов, общее количество которых по данным зарубежной печати составляет порядка 6-8 тысяч, созданы возможности концентрирования флотационным путем фактически любых минералов. На этой же основе разработаны принципы и методы разделения (селекции) различных минеральных смесей с получением индивидуальных продуктов (концентратов), удовлетворяющих рыночным требованиям и условиям их последующего использования или химико-металлургической переработки. В этом плане флотация, как способ механического обогащения минерального сырья, обладает очень большими возможностями, что обуславливает ее широкое использование в различных отраслях промышленности, в том числе в цветной и чёрной металлургии, угольной промышленности, при производстве алмазов, фосфора графита, барита, магнезита, чистых коалиновых глин и других минеральных продуктов. В настоящее время флотацией ежегодно перерабатывают более 2 млрд. т полезных ископаемых, и это является лучшей характеристикой этого технологического процесса.
Первым успешным применением флотации в горной промышленности явилось обогащение свинцово-цинково-серебряных руд на одной из шахт рудника «Брокен-Хилл» в Австралии, где в 1903 г. данным методом было получено 50 т высококачественного цинкового концентрата. Эта дата признана «днем рождения» флотационного процесса, 100-летие которого торжественно отмечено на специально посвященном этому событию — международном симпозиуме в г.Брисбейн (Австралия 6-9 июня 2005 г.).
И сегодня руды тяжелых цветных металлов являются основными объектами использования флотационного процесса, без которого практически не работает ни одно предприятие медной, свинцово-цинковой и целого ряда других подотраслей цветной металлургии. Именно в цикле флотации определяются основные технологические и экономические показатели извлечения меди, никеля, свинца, цинка, сурьмы и прочих цветных металлов из руды в конечную товарную продукцию.
Флотация играет достаточно важную роль и при обогащении золоторудного сырья. Однако при этом учитывается одно важное обстоятельство, которое отличает возможности флотации золотосодержащих руд от большинства руд цветных металлов. Для последних характерно четкое разделение основных технологических переделов: обогащения руд и металлургической переработки концентратов. Эти стадии осуществляют на отдельных предприятиях (обогатительных фабриках, металлургических заводах), которые часто входят в состав различных производственных объединений. В то же время подавляющее количество золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ) работают по схемам с законченным циклом обработки руды до конечной товарной продукции – слитков золота (сплава Доре). По этой причине переработку руд на золотодобывающих предприятиях, как правило, производят по комбинированным схемам, сочетающим операции гравитационно-флотационного обогащения с цианированием и другими химико-металлургическими операциями (плавка, обжиг, автоклавное или биохимическое окисление и др.). Данный факт хорошо иллюстрируется таблицей.
Флотационное обогащение руд на золотоизвлекательных фабриках
|
Наименование показателей |
Группы предприятий |
|||
|
I |
II |
III |
Всего |
|
|
Общее количество ЗИФ, подвергнутых анализу |
142 |
53 |
44 |
239 |
|
Из них применяют флотационное обогащение |
26 |
36 |
43 |
105 |
|
в том числе: в качестве единственного технологического процесса |
— |
3 |
13 |
16 |
|
в комбинации с цианированием и гравитацией |
26 |
33 |
30 |
89 |
По флотационной активности присутствующие в рудах золотосодержащие минералы могут быть расположены в следующей последовательности (в порядке убывания):
- сростки металлического золота с сульфидами железа (пирит, арсенопирит) и сульфидами тяжелых цветных металлов (халькопирит, галенит и др.);
- собственно золотосодержащие сульфиды, в которых золото присутствует в виде тонких металлических включений;
- свободные зерна золота и природных сплавов золота с серебром (электрум, кюстелит и др.)
Наибольший эффект от применения флотации обеспечивается при извлечении золота из руд с преимущественно сульфидной минерализацией. К окисленным золотосодержащим рудам флотация применяется крайне редко, поскольку она не обеспечивает удовлетворительных показателей извлечения металла в концентраты, сильно уступая в этом отношении процессу прямого цианирования руды. Однако использование флотации оказывается очень полезным в процессе минералогических исследований для выделения из окисленных руд тонких зерен свободного золота для их последующего микроскопического исследования с целью установления крупности и морфологии золотин. Такой метод, в частности, дал очень интересные результаты при изучении вещественного состава глинистых золотосодержащих руд Куранахского рудного поля (Якутия) [1].
Как правило, процесс флотации золотосодержащих руд производят в слабощелочной среде (рН=7-9). Для создания такой среды применяют соду или известь (последняя используется реже, т.к. обладает слабовыраженным депрессирующим свойством по отношению к золотосодержащему пириту, а в некоторой степени и к самородному золоту).
В качестве собирателей (коллекторов) применяют этиловый или бутиловый ксантогенаты. В качестве пенообразователя обычно используют сосновое масло или крезол. Для активации пирита в пульпу (при измельчении) подается медный купорос.
Депрессия минералов пустой породы, в том числе глин, производится силикатом и (реже) сульфидом натрия. Последний также применяется для сульфидирования поверхности частиц окисленных минералов (малахит, азурит, церуссит, англезит, смитсонит и др.) с целью придания им флотационной активности.
В настоящее время техническая сторона процесса представлена широким кругом оборудования. Для флотации золото-и серебросодержащих руд, в зависимости от их вещественного состава, применяют самые различные аппараты: многокамерные механические, пневмомеханические, пневматические, а также большеобъемные (чановые) флотомашины. В последние годы разработаны и успешно функционируют на ряде золотодобывающих предприятий флотационные колонны, предназначенные для обогащения тонкоизмельченных и шламистых руд (фабрики «Паддингтон» (Западная Австралия), «Артур Вайт» и «Кэннон» (США), и др.) и однокамерные флотомашины Skin-Air (Оутокумпу) для концентрирования самородного золота и крупнозернистых золотосодержащих сульфидов в циклах измельчения руды. Последний вариант под названием «Flash-Flotation» (мгновенная флотация) рассматривается как альтернатива гравитационным методам извлечения золота из «свежеизмельченных» руд и эффективно применяется на фабриках «Морру Ду Уро» (Бразилия), «Барбрук» (ЮАР), «Вилуна» (Австралия) и некоторых других ныне действующих ЗИФ.
Возвращаясь к приведенной ранее таблице, нетрудно заметить, что из 105 обследованных ЗИФ, применяющих флотацию, только 16 используют ее в качестве единственного технологического процесса. В это число в основном входят предприятия, перерабатывающие комплексные руды, которые наряду с золотом и серебром, содержат другие цветные металлы (медь, свинец, цинк, сурьму) в концентрациях и минеральных формах, допускающих возможность и экономическую целесообразность попутного извлечения этих металлов в ликвидную (легкореализуемую) товарную продукцию. Осуществление флотации в специальном реагентном режиме позволяет выделять из золотосодержащих руд кондиционные по составу медные, свинцовые, цинковые и сурьмяные концентраты, которые направляют для последующей переработки на специализированные металлургические заводы. В эти концентраты при флотации переходит также и значительная часть присутствующих в исходном сырье благородных металлов. Возможности их последующего извлечения определяются технологией основного металлургического производства.
Основной стратегией золотодобывающих предприятий, осуществляющих комплексную переработку полиметаллических руд, кроме получения при флотации кондиционных концентратов цветных металлов, является обеспечение максимально возможного извлечения золота на месте с использованием других технологических процессов, в частности гравитационного обогащения и цианирования. Такого рода комбинированную гравитационно-флотационно-цианистую технологию при переработке комплексных руд практикуют 30 из 43 золотоизвлекательных фабрик, представленных в таблице.
Благоприятными объектами для использования флотации являются технологически упорные руды, золото в которых тесно ассоциировано с сульфидами железа и не может быть извлечено цианированием без применения достаточно сложных и дорогих подготовительных процессов: окислительного обжига, автоклавного или биохимического окисления сульфидов.
Флотация позволяет не только сконцентрировать золотосодержащие сульфиды (пирит, арсенопирит) в небольшом объеме концентрата, направляемого на металлургическую обработку, но и осуществить разделение этих сульфидов, например пирита и арсенопирита или пиритов различной генерации, различающихся по содержанию золота.
В качестве примера можно привести опыт фабрики «Джеймстаун» (США), где производят обогащение бедных золотых руд (Аu 2,2 г/т) по комбинированной гравитационно-флотационной технологии. В процессе флотации используют специальный активатор металлического золота и сростков золота с пиритом — «Аэропромотор 5568». В сочетании с амиловым ксантогенатом калия (коллектор пирита) и углекислой содой, вводимой в пульпу для поддержания оптимального значения рН=8,4-8,6, данный реагент позволяет извлечь в концентрат 85% золота с сохранением в хвостах флотации порядка 75% пирита, представленного в основном фракциями, не содержащими золота. С учетом гравитации общее извлечение золота в концентраты на фабрике составляет более 90% — при выходе концентратов всего лишь 1,9% от руды.
При переработке углистых сульфидных руд улучшение качества и снижение выхода золотосодержащих концентратов достигается за счет предварительного флотационного выведения из руды отвальных по содержанию золота угольных фракций (фабрика «Монтана» (США), или же путем последовательной флотации углерода и сульфидов с тщательным подбором реагентного режима на каждой стадии (фабрики «Кэннон» (США), «Морру Велью Кверос» (Бразилия) и др.).
При одновременном наличии в рудах упорного (в сульфидах) и легко цианируемого золота флотационное обогащение дополняют операцией цианирования, которому подвергают либо исходные руды перед флотацией (фабрики «Коминко Кон» и «Артур Вайт» (Канада), «Грейт Боулдер», (Австралия), либо хвосты флотационного обогащения (ВМС Лэвиртон Ростер, Калгурли и Вилуна в Австралии; Кембелл Ред Лэйк в Канаде и другие). На всех упомянутых предприятиях получаемые при флотации пиритные и мышьяково-пиритные концентраты также перерабатывают на месте методом цианирования, но только после предварительного химического, термохимического или биохимического вскрытия золотосодержащих сульфидов.
На предприятиях, перерабатывающих простые по составу руды с относительно легкоцианируемым золотом (группа I в таблице), флотацию применяют только в том случае, если она обеспечивает получение отвальных по золоту хвостов и если при этом существенно снижаются затраты по гидрометаллургическому переделу, поскольку цианированию подвергается не вся масса руды, а только флотационные концентраты. Большинство из представленных в таблице ЗИФ (группа I) в дополнение к флотации и цианированию концентратов используют и гравитационное обогащение.
Интересным и даже уникальным примером комбинированной флотационно-цианистой технологии с гравитационным дополнением может служить фабрика «Морру Ду Уро» [2]. Предприятие с годовой производительностью по руде 9,6 млн.т осуществляет переработку малосульфидных окисленных руд с исходным содержанием менее 0,6 г/т (что даже для кучного выщелачивания обычно считается малоприемлемым). Рентабельность предприятия достигается за счет чрезвычайно высокой степени предконцентрации золота на основе Flash-флотации, позволяющей выделить концентрат с содержанием Аu 600 г/т (на 3 порядка выше, чем в исходной руде) при извлечении металла в концентрат до 85%. В процессе последующей флотационной и гравитационной перечистки первичных концентратов получают «золотую головку», пригодную для плавки на золотосеребрянный сплав (металл Доре), и промпродукт доводки (Аи 50-80 г/т), который подвергают цианированию с извлечением металла в гидрометаллургическом цикле 98%, при общем извлечении 83% от исходной руды.
В целом можно отметить, что к настоящему времени флотация стала чрезвычайно разнообразным процессом по применяемым реагентам и аппаратурному оформлению. Это является положительным фактором, так как позволяет использовать ее значительно шире чем раньше, в том числе на бедных и сложных рудах. За счет флотации удается повысить извлечение золота и обеспечить приемлемую рентабельность отработки месторождений. В то же время многовариантность процесса требует разносторонних и тщательных лабораторных и технологических исследований руд, а также большого опыта и знаний, чтобы найти именно тот вариант, который обеспечит наилучший эффект для конкретных условий.
Литература
1.ЛодейщиковВ.В.Технология извлечения золота и серебра из упорных руд: В 2-х томах. - Иркутск : ОАО «Иргиредмет»,1999.- 775 с.
2.Innovation in Gold and Silver Recovety: Phase IY (Randol. –Colorado: Randol Intern.Ltd.1992. – Vol.5. Chart 17: Flotation.-P.2389-2898
ОбсуждениеКомментарии (2)