Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

В связи с ограничением и запретом на импорт в Россию сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия из стран, поддержавших антироссийские санкции, необходимо гарантировать продовольственную безопасность страны, т.е. полностью обеспечить жителей отечественными продуктами питания. Это, в свою очередь, требует урожайности сельскохозяйственных культур, что невозможно без внесения в почву нужного количества минеральных удобрений. Незаменимым сырьем для производства фосфорных удобрений служит апатитовый концентрат. Подсчитано, что одна тонна такого продукта, превращенного в суперфосфат, дает с каждого гектара весьма существенную прибавку урожая, составляющую в центнерах: пшеницы – 30, картофеля – 160, сахарной свеклы – 200 [1].

В России главную роль по запасам и добыче апатитсодержащих руд играют апатит-нефелиновые месторождения Хибинского массива (Кольский полуостров). Содержание Р2О5 в рудах различных промышленно-генетических типов колеблется в широких пределах, от 0,4 до 36,7 %. Кроме того, для апатит-нефелиновых руд важной составляющей является нефелин, концентрат которого используется для получения алюминия, а также соды, поташа, цемента, галлия.

В связи с существенным и нарастающим исчерпанием запасов богатых апатит-нефелиновых руд возникает необходимость вовлечения в переработку бедных руд и отходов горнопромышленных предприятий с существенно отличающимся минералогическим составом. Получить высококачественные апатитовые и нефелиновые концентраты можно с помощью флотационного обогащения.

Апатитовый концентрат получают с помощью прямой флотации. Основными собирателями являются гидролизованное талловое масло, реагенты на его основе с добавками ПАВ и алкиловые эфиры фосфорной кислоты, как правило импортного производства [2].

При обогащении апатит-нефелиновых руд Хибинского месторождения применяют собирательную смесь (СС), состоящую из гидролизованных талловых масел, хвойных и лиственных пород древесины, дистиллированного таллового масла и алкилбензолсульфокислоты, и эфиры фосфорной кислоты (ЭФК) импортного производства. Омыленные талловые масла наряду с собирательными свойствами обладают пенообразующим действием, т.е. являются собирателями-пенообразователями. При этом селективность действия и пенообразующая способность собирательной смеси зависят от соотношения в ней реагентов, что используется как способ регулирования флотационных свойств собирателя при обогащении различных по составу и технологическим свойствам перерабатываемых руд [2].

Нами исследована возможность повышения селективности флотации апатит-нефелиновых руд путем использования таких флотационных реагентов, как ФЛОН-I, ФЛОН-II, ФЛОН-III, ФЛОН-IV, ФЛОН-V, ФЛОН-A и ФЛОН-N. Данные флотационные реагенты разработаны совместно научно-производственным предприятием ООО «НПП ХимпромСервис» и Белгородским государственным технологическим университетом им. В.Г. Шухова. Действие разработанных флотореагентов сравнивали с реагентами, уже хорошо зарекомендовавшими себя, СС и ЭФК [2].

Апатитовый концентрат получали флотационным разделением апатит-нефелиновых руд Хибинского месторождения по открытому (рис. 1, а) и замкнутому циклам (рис. 1, б).

Химический и минералогический составы руд представлены в табл. 1, 2. Гранулометрический состав питания флотации – 34 % частиц размером больше 0,16 мм.

а б

Рис. 1. Схемы флотации: а – открытый цикл; б – замкнутый цикл

Таблица 1

Химический состав руды, %

Таблица 2

Минералогический состав руды, %

Лабораторные исследования осуществлялись на флотационной машине ФМ-3. Опыты проводили в камерах разного объема 0,5, 1 и 1,5 л, число оборотов импеллера 1000–1500 об/мин, расход подаваемого воздуха 0,5–3 дм3/мин. Время флотации 3–8 мин. Расход собирательной смеси 100–1500 г/т. Температура пульпы колебалась от 18 до 23 °С. Среда пульпы щелочная (рН 9–12). Результаты флотации оценивали по следующим показателям: содержание Р2О5 и Аl2O3 в концентратах, выход концентратов и извлечение оксидов (Р2О5 и Аl2O3).

В качестве собирателей апатита при флотации в замкнутом цикле использовали смеси (СС, СС + ФЛОН-III, СС + ЭФК), показавшие лучшие результаты при флотации в открытом цикле [3]. Данные собиратели позволяют получить схожие результаты по содержанию в концентрате Р2О5 (~39 %). Однако по выходу концентрата и извлечению Р2О5 смеси СС + ФЛОН-III и СС + ЭФК превосходят СС. Наиболее селективной по сравнению со смесью СС + ЭФК является смесь 70 % СС + ФЛОН-III.

Из камерного продукта (хвостов) апатитового производства, которые образуются при обогащении апатит-нефелиновых руд, обратной флотацией получают нефелиновый концентрат. При этом предусматривается классификация хвостов апатитовой флотации по классу < 0,16 мм, доизмельчение более крупных частиц и удаление мелких частиц (< 0,040 мм) обесшламливанием.

Технологическая схема лабораторной флотации нефелина представлена на рис. 2.

В последние годы резко ухудшился качественный состав перерабатываемых апатит-нефелиновых руд и соответственно хвостов апатитовой флотации. Вследствие этого возникают трудности в получении кондиционного нефелинового концентрата для производства глинозема (28,5 % Al2О3 общ).

Химический состав нефелиновой фракции представлен в табл. 3.

Обратная флотация нефелина осуществляется с большим расходом (1000–1500 г/т) жирнокислотного собирателя, состоящего из смеси омыленных сырых талловых масел (СТМ) хвойных и лиственных пород древесины в сильнощелочной среде. Однако применение СТМ в цикле нефелиновой флотации не обеспечивает получение нефелинового концентрата стабильного качества с удовлетворительным извлечением глинозема. Учитывая это, для флотации нефелина были предложены следующие флотореагенты: ФЛОН-А, ФЛОН-N и ФЛОН-III. Эти реагенты обладают диспергирующим действием, устойчивы к солям жесткости и растворимы в воде [5–8].

Флотацию проводили в камере объемом 1 л. Для интенсификации процесса и улучшения качества концентрата применяли хлорид кальция (CaCl2), который активирует поверхность нефелина и способствует повышению прочности закрепления собирателя [6].

Результаты лабораторных экспериментов флотации нефелина представлены на рис. 3.

Рис. 2. Технологическая схема обратной флотации нефелина

Таблица 3

Химический состав нефелиновой фракции, %

Рис. 3. Результаты флотации нефелина

Данные рис. 3 свидетельствуют о том, что ряд предложенных собирателей ФЛОН-III и ФЛОН-A не позволяют получить концентрат с требуемым содержанием Al2О3 в концентрате, которое достигается при использовании базового флотореагента (СТМ). Использование собирателя ФЛОН-N позволяет получить высококачественный нефелиновый концентрат с содержанием Al2О3 больше 30 % при выходе концентрата – 62–66 % и извлечением Al2О3 – 80–83 %. При этом расход собирателя ФЛОН-N в 3 раза меньше в сравнении со стандартным режимом (СТМ). Таким образом, использование отечественного флотореагента ФЛОН-N в качестве собирателя способствует повышению технологических показателей флотации нефелина и улучшению качества нефелинового концентрата.

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что отечественные флотационные реагенты являются высокоселективными и эффективными собирателями для прямой флотации апатита и для обратной флотации нефелина, способными обеспечить высокие технологические показатели процесса обогащения.

Статья подготовлена в рамках научного проекта no. 14-41-08015 р_офи_м при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Белгородской области.

Евтушенко Е.И., д.т.н., профессор, проректор по научной работе, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», г. Белгород;

Павленко В.И., д.т.н., профессор, директор института строительного материаловедения и техносферной безопасности, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», г. Белгород.

Работа поступила в редакцию 10.03.2015.