УДК 622.765.4 Коваленко Евгений Геннадьевич аспирант ИПКОН РАН

УДК 622.765.4
Коваленко Евгений Геннадьевич
аспирант
ИПКОН РАН
главный обогатитель
Мирнинский ГОК АК АЛРОСА
г. Мирный
Двойченкова Галина Петровна
к.т.н., доц., в.н.с.
ИПКОН РАН
г. Москва
Поливанская Валерия Владимировна
заочный аспирант, ст. преподаватель
кафедра «Химия»
Московский государственный горный университет
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ И
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕННОЙ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ РУД
JOINT SCIENTIFIC BASIS OF HEAT AND ELECTROCHEMICAL
TREATMENT TO IMPROVE FOAM SEPARATION OF DIAMOND
ORE
Важной причиной снижения показателей процесса пенной сепарации
алмазов является гидрофилизация поверхности алмазов вследствие
воздействия ионно-молекулярных компонентов жидкой фазы пульпы [1].
Задача
повышения
показателей
обогащения
алмазосодержащих
кимберлитов может быть решена на основе применения физических и
физико-химических методов воздействия на твердую и жидкую фазу
пульпы, обеспечивающих предотвращение зарастания или очистку
поверхности алмазов. В качестве таких операций были применены и
доказали свою эффективность подогрев питания пенной сепарации и
бездиафрагменная электрохимическая обработка оборотной воды [2].
Для повышения эффективности применения этих операций
необходимо исследовать реакции, протекающие на поверхности и выбрать
оптимальные условия протекания процессов активации поверхности
алмазов.
Моделирование и анализ процессов фазообразования в водной среде и
на
поверхности
минералов
были
осуществлены
на
основе
67
термодинамического
анализа
межфазных
химических
реакций,
выполненного в виде диаграмм термодинамически стабильных соединений
в координатах lg[CO3] – pH.
Методика термодинамического моделирования образования и
растворения окисленных и солеобразных минералов соответствовала
общепринятой для расчета диаграмм термодинамической стабильности [3].
Определение границ устойчивости минералов включало составление
реакции перехода, расчет стандартного изобарно-изотермического
потенциала реакции (ΔG0), расчет константы реакции, определение связи
между параметрами системы координат диаграммы из уравнения
константы реакции.
Значения ΔGo компонентов реакции брались из соответствующей
справочной литературы [4, 5]. Величина логарифма константы (lgK)
реакций рассчитывалась с применением уравнения
lgKр = - ΔGр0/RT*2,303
(1)
где: R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/моль*К); Т температура,оК; 2,303 – коэффициент перехода к десятичному логарифму.
При проведении анализа в расчет принимались реакции, проходящие
с участием ионов кальция и магния, карбонатных и гидроксидных
минералов. В табл. 1 и 2 представлены термодинамические константы
индивидуальных веществ и реакции, протекающих с участием ионов
кальция, магния и железа.
Таблица 1.
Стандартные энтальпии образования (Hoобр.), стандартные энергии Гиббса
образования (Goобр) и их стандартные энтропии So веществ
Вещество и состояние
1
Ca (р-р; бесконечн.Н2О)
CaCO3 (к)
Ca(OH)2 (к)
CaSO4 (к)
Mg2+ (р-р; бесконечн.Н2O)
MgO (к)
Mg(OH)2 (к)
MgСO3 (к)
MgCO3·Mg(OH)2·3H2O
CaMg(CO3)2
Fe2+ (р-р; бесконечн.Н2O)
FeСO3 (к)
2+
Hoобр
кДж/моль
2
-543,1
-1206,8
-985,1
-1436,3
-468,1
-601,5
-924,7
-1095,85
-2901,7
-2336,1
-87,9
-738,15
Goобр
кДж/моль
3
-552,8
-1128,4
-897,1
-1323,9
-457,3
-569,3
-833,7
-1012,15
-2584,1
-2175,7
-84,94
-665,1
So
Дж/(моль К)
4
56,5
91,7
83,4
106,7
-133,9
27,07
63,2
65,10
127,4
157,5
-113,4
95,4
68
Продолжение табл. 1.
1
Fe(OH)2 (к)
Fe(OH)3 (к)
Fe2O3 (к)
Fe3O4 (к)
2
-562
-827
-822
-1117,13
3
-479,7
-699,6
-740
-1014,17
4
88
105
87
146,19
Таблица 2.
Термодинамические параметры реакций с участием карбонатных и
гидроксидных породообразующих минералов
№
№
Уравнения реакций
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
CaCO3 + H+ = Ca2++ НCO3MgCO3 + H+ = Mg2++ НCO3CaMg(CO3)2 + 2H+ = Ca2++ Mg2++ 2НCO3CaCO3 + 2H+ = Ca2++ Н2CO3
MgCO3 + 2H+ = Mg2++ Н2CO3
CaMg(CO3)2 + 4H+ = Ca2++ Mg2++ 2Н2CO3
CaCO3 + 2H2О = Ca(ОН)2+ CO32- + 2H+
MgCO3 + 2H2О = Mg(ОН)2+ CO32- + 2H+
Mg2++2H2О = Mg(ОН)2 + 2H+
CaMg(CO3)2+4H2О=Ca(ОН)2+Mg(ОН)2+2CO32-+ 4H+
MgCO3·Mg(OH)2·3H2O + 3H+ = 2Mg2++ НCO3- + 5Н2О
MgCO3·Mg(OH)2·3H2O + НCO3- + H+ = 2MgCO3 + 5Н2О
MgCO3·Mg(OH)2·3H2O = 2 Mg(ОН)2 + НCO3- + H++ Н2О
FeCO3 + 2H+ = Fe2+ +H2CO3
FeCO3 + H+ = Fe2+ +HCO3FeCO3 + 2H2О = Fe(OH)2 +HCO3- + H+
FeCO3 + 2H2О = Fe(OH)2 +CO32- + 2H+
Fe2+ + 2H2О = Fe(OH)2 + 2H+
LgK
G0
кДж/мо
ль
-10,7
1,88
-32,63
5,72
-9,36
1,64
-47,1
8,25
-69,01
12,10
-82,12
14,39
179,51 -31,47
125,49 -22,00
99,12 -17,37
338,98 -59,42
-96,75
16,96
-41,49
7,27
101,49 -17,79
-43,7
7,66
-7,32
1,28
73,44 -12,87
132,44 -23,22
80,76 -14,16
В природе встречаются две основные кристаллические модификации
карбоната кальция: кальцит и арагонит [3]. Как правило, карбонат кальция
из природных вод при наличие пресыщения кристаллизуется в форме
кальцита.
При выборе реакций с участием ионов магния принимались во
внимание известные данные о том, что в водном растворе магния карбонат
гидролизуется, поэтому при в растворе образуются основные карбонаты
состава xMgCO3.yMg(OH)2.zH2O [6].
При взаимодействии MgCO3 с карбонатами щелочных и
щелочноземельных металлов могут образовываться труднорастворимые
двойные карбонаты, например MgCa(CO3)2 (доломит) [3].
69
Ионы двухвалентного железа в нейтральной и слабощелочной среде
связываются в карбонат железа – FeCO3 (сидерит). При повышении рН
среды образуется гидроокись железа - Fe(OH)2, медленно превращающаяся
в результате кристаллизации в оксид железа FeO. При окислении железа до
Fe3+ очень быстро образуется гидроксид железа, который медленно
переходит в оксид железа Fe2O3 [3].
После расчета констант равновесия рассматриваемых реакций
проводились преобразования выражений для константы в расчетное
уравнение, связывающие концентрации ионов угольной кислоты с
концентрациями прочих ионных компонетов жидкой фазы пульпы.
В табл. 3 представлены конечные уравнения, связывающие рН и
концентрацию одной из форм угольной кислоты (молекулярной,
бикарбонатной и карбонатной) в жидкой фазе пульпы в граничных
условиях образования – растворения осадков по модельным химическим
реакциям.
Таблица 3.
Преобразованные уравнения для реакций с участием карбонатных и
гидроксидных породообразующих минералов [Ca2+] = 2150 мг/л ( 5*10-2
моль/л); [Mg2+] = 460 мг/л ( 2*10-3 моль/л); [Fe2+] = 5,3 мг/л (10-4 моль/л)
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Переход
CaCO3 / Ca2+, НCO3MgCO3 / Mg2+, НCO3CaMg(CO3)2 / Ca2++ Mg2+, НCO3CaCO3 / Ca2+, Н2CO3
MgCO3 / Mg2+, Н2CO3
CaMg(CO3)2 / Ca2++ Mg2+, Н2CO3
CaCO3 / Ca(ОН)2, CO32MgCO3 / Mg(ОН)2, CO32Mg2+/ Mg(ОН)2
CaMg(CO3)2/Ca(ОН)2+Mg(ОН)2, CO32MgCO3·Mg(OH)2·3H2O / Mg2+, НCO3MgCO3·Mg(OH)2·3H2O / MgCO3, НCO3MgCO3·Mg(OH)2·3H2O / Mg(ОН)2, НCO3FeCO3 / Fe2+ , H2CO3
FeCO3 / Fe2+ , HCO3FeCO3 / Fe(OH)2 , HCO3FeCO3 / Fe(OH)2 , CO32Fe2+ / Fe(OH)2
Расчетное уравнение
lg [НCO3-] = 3,18 - рН
lg [НCO3-] = 7,42 - рН
lg [НCO3-] = 2,32 - pH
lg [Н2CO3] = 9,55 - 2pH
lg [Н2CO3] = 13,8 - 2pH
lg [Н2CO3] = 8,7 – 2pH
lg [CO32-] = -31,47 + 2pH
lg [CO32-] = -21,4 + 2pH
pH = 9,63
lg [CO32-] = -29,71+ 2pH
lg [НCO3-] = 20,56 - 3рН
lg [НCO3-] = - 7,27 + pH
lg [НCO3-] = - 17,79 + pH
lg [Н2CO3-] = 11,66 - 2pH
lg [НCO3-] = 5,28 – pH
lg [НCO3-] = -12,87 + pH
lg [CO32-] = -23,22 + 2pH
pH = 8,88
При расчетах в уравнения подставлялись концентрации ионов в
соответствии с результатами анализа ионно-молекулярного состава
жидкой фазы пульпы и оборотной воды. При построении диаграмм
термодинамической стабильности учитывались переходы между
различными формами угольной кислоты и принималось, что вся угольная
70
кислота представлена преобладающей формой: при рН менее 6,36 - Н2CO3;
при рН от 6,36 до 10,34 - НCO3-; при рН более 10,34 - CO32-.
Диаграммы на рис. 1-5 построены для стандартных условий
(Т = 250С). Результаты расчетов применимы для относительно узкого
интервала температур – от 15 до 350С. Для повышенных температур,
характерных при применении тепловой обработки, термодинамические
константы веществ и, в частности, их энергии образования изменяются.
Это приводит и к изменению значений констант реакций, в т.ч. констант
равновесия рассматриваемых химических реакций.
Анализ результатов расчетов показал следующее. Оборотная вода и
жидкая фаза пульпы пересыщена по ионам кальция и карбоната.
Образование карбоната кальция возможно как в операции измельчения,
так и пенной сепарации (рис. 1, обл. 1, 2). Об этом свидетельствует
расположение областей 1 и 2 в заметном удалении от границы межфазного
перехода.
0
lg[HnCO3-m
-1
CaCO3
-2
2
-3
5
Ca2+
-4
3
4
1
-5
-6
4
5
6
7
8
9
10
11
12
рН среды
Рис. 1. Диаграмма термодинамической стабильности кальцита в жидкой
фазе основных технологических переделов: 1 – в операции
самоизмельчения; 2 – в операции пенной сепарации; 3 – там же при
использовании обработанной оборотной воды; 4 - там же при
использовании тепловой обработки; 5 - там же при совместном
использовании электрохимической и тепловой обработки
Это означает, что процесс образования карбоната кальция может
протекать в течение всего технологического процесса. Поскольку
применение электрохимически кондиционированной воды (после
бездиафрагменной обработки) ведет к снижению концентраций кальция и
бикарбонат-иона (на 30-40%) водная фаза становится менее пересыщенной
71
по отношению к образованию карбоната кальция. Однако, как видно из
рис.1 (область 3), такого снижения концентраций недостаточно для
предотвращения процесса осадкообразования с образованием карбоната
кальция. Более эффективно применение тепловой обработки, вызывающей
существенное (в два и более раз) снижение концентрации карбонатных
ионов. Область соотношений концентраций ионов бикарбоната и
водородных ионов (рН) лежит на границе устойчивости карбоната
кальция. Перспективным путем решения задачи предотвращения или
снижения интенсивности осадкообразования является сочетание тепловой
и электрохимической обработки. Как видно из рис. 1 (обл. 5), именно в
этом случае достигается достижение условий, когда жидкая фаза
становится «коррозионно-активной» по отношению к карбонатам кальция.
Результаты расчетов (рис. 2) показывают, что во всех рассмотренных
продуктах и условиях образование в жидкой фазе карбоната магния
(магнезита или гидрокарбоната магния) невозможно. Аналогичным
образом невозможно и образование гидроокиси магния.
0
MgCO3
lg[HnCO3-m
-1
-2
-3
3
5
Mg2
-4
4
2
1
Mg(OH)2
+
-5
-6
4
5
6
7
8
9
10
11
12
рН среды
Рис. 2. Диаграмма термодинамической стабильности магнезита в жидкой
фазе основных технологических переделов: 1 – в операции
самоизмельчения; 2 – в операции пенной сепарации; 3 – там же при
использовании обработанной оборотной воды; 4 - там же при
использовании тепловой обработки; 5 - там же при совместном
использовании электрохимической и тепловой обработки
Несколько иначе обстоит дело с образованием основных карбонатов
магния.
Результаты
расчетов
показывают,
что
образование
тригидрогидроксокарбоната магния MgCO3Mg(OH)2H2O возможно в
основных технологических операциях и может быть предотвращено
72
применением
тепловой
обработки
(обл. 4)
электрохимической и тепловой обработки (обл. 5).
или
сочетанием
0
lg[HnCO3-m
-1
MgCO3Mg(OH)2H2
O
-2
2
-3
5
Mg2
-4
4
3
1
+
Mg(OH)2
-5
-6
4
5
6
7
8
9
10
11
12
рН среды
Рис. 3. Диаграмма термодинамической стабильности тригидрогидроксокарбоната магния в жидкой фазе основных технологических переделов: 1 –
в операции самоизмельчения; 2 – в операции пенной сепарации; 3 – там же
при использовании обработанной оборотной воды; 4 - там же при
использовании тепловой обработки; 5 - там же при совместном
использовании электрохимической и тепловой обработки
Значительно более устойчивыми являются смешанные карбонаты
кальция и магния, например, доломит. Анализ диаграммы на рис.4
показывает, что образование доломита возможно в жидкой фазе при всех
рассматриваемых условиях. Разложение доломита возможно только в
результате кислотной обработки при рН менее 5,5 – 6. Такие условия
вполне могут быть достигнуты при использовании анолита [7]. Однако
необходимо учитывать, что в анолите может происходить накапливание
бикарбонатных ионов, которые будут интенсифицировать образование
доломита.
Анализ диаграмм показывает, что в любом случае условием
интенсификации разложения карбонатных и гидроксидокарбонатных
осадков является снижение концентрации бикарбонатных ионов и
смещение рН в кислую область. Как было отмечено выше влияние
тепловой обработки на растворение минеральных пленок неоднозначно. С
одной стороны – повышение температуры ведет к снижению ПР
карбонатов и гидроксидокарбонатов кальция и магния, а с другой стороны
– ведет к снижению растворимости углекислоты и, соответственно,
концентрации – бикарбонатных ионов, и далее – растворению минералов.
73
0
CaMg(CO3)
lg[HnCO3-m
-1
2
-2
2
3 1
4
-3
-4
5
Mg2
Ca(OH)2
Mg(OH)
+
-5
2
-6
4
5
6
7
8
9
10
11
12
рН среды
Рис. 4. Диаграмма термодинамической стабильности доломита в жидкой
фазе основных технологических переделов: 1 – в операции
самоизмельчения; 2 – в операции пенной сепарации; 3 – там же при
использовании обработанной оборотной воды; 4 - там же при
использовании тепловой обработки; 5 - там же при совместном
использовании электрохимической и тепловой обработки
0
FeCO3
lg[HnCO3-m
-1
-2
-3
5
Fe2+
-4
4
3
2
1
Fe(OH)2
-5
-6
4
5
6
7
8
9
10
11
12
рН среды
Рис. 5. Диаграмма термодинамической стабильности сидерита в жидкой
фазе основных технологических переделов: 1 – в операции
самоизмельчения; 2 – в операции пенной сепарации; 3 – там же при
использовании обработанной оборотной воды; 4 - там же при
использовании тепловой обработки
74
Важным этапом является выбор «модельного» минерала, условия
образования – растворения которого отвечали бы аналогичным процессам
с участием других минералов. Сопоставление полученных результатов
показывает, что таким минералом может быть кальцит. Действительно,
условия растворения кальцита будут одновременно условиями
растворения гидроксидокарбонатов магния и карбоната железа. Условия
образования-растворения доломита не выбраны к качестве граничных,
поскольку
доломит
образуется
при
длительных
процессах
осадкообразования, когда возможна перестройка кристаллических решеток
самостоятельных карбонатов кальция и магния.
Термодинамическая оценка устойчивости карбонатных соединений
проводилась применительно к кальциту и заключалась в установлении
соотношений между ионно-молекулярными компонентами жидкой фазы в
условиях равновесия реакций образования – растворения с образованием
ионов кальция, молекул и анионов угольной кислоты.
Расчетные значения констант диссоциации угольной кислоты
Значения констант Кд1, Кд2 и LCaСO3 при проведении расчетов для различных
температур были взяты из работы [3] и приведены на рис. 6 а, б.
8
-6
б
7
6
5
4
1
3
2
2
3
lgК1, lgК2 lgLCaCO3, моль/л
К1 10-7, К210-11 LCaCO3, х 10-9
а
-7
-8
-9
1
2
-10
3
-11
1
0
-12
0
20
40
60
80
100
Температура,0С
0
20
40
60
Температура, оС
80
100
Рис.6. Зависимости констант диссоциации угольной кислоты по первой (1)
и второй ступени (2) и константы LCaСO3 (3) от температуры в обычных (а)
и логарифмических (б) координатах
Концентрация карбонатных ионов в равновесии с молекулярной
формой угольной кислоты, описываемого уравнением реакции
Н2CO3 = CO32- + 2H+ ,
(2)
может быть рассчитана по уравнению
75
lg[CO3-] + 2lg[H+] - lg[Н2CO3] = lgКд1 + lgКд2,
(3)
где lgКд1, lgКд2 - константы диссоциации угольной кислоты по 1-й 2-й
ступени.
После преобразования получим:
lg[CO3-] = lgКд1 + lgКд2 + lg[Н2CO3] + 2pH.
(4)
Для уравнения растворения кальцита по реакции
CaCO3 = Ca2++ CO32-
(5)
уравнение связи имеет следующий вид:
lg [CO3-] = lgLCaCO3 - lg[Ca2+]
(6)
Приравнивая правые части расчетных уравнений 4 и 6 получим:
lgКд1 + lgКд2 + lg[Н2CO3] + 2pH = lgLCaCO3 - lg[Ca2+].
(7)
Исходя из этого соотношения можно получить уравнение:
lg[Н2CO3] + lg[Ca2+] + 2рН = lgLCaCO3 - lgКд1 - lgКд2.
(8)
Данное уравнение определяет соотношение между ионномолекулярными компонентами жидкой фазы в условиях равновесия и
позволяет рассчитать равновесную концентрацию одного из компонентов,
например рН в граничных условиях устойчивости кальцита:
рН = ( lgLCaCO3 - lgКд1 - lgКд2 - lg[Н2CO3] - lg[Ca2+])/2.
(9)
Если концентрация рН будет больше расчетного (в более щелочной
среде) – минерал устойчив. Если меньше – минерал будет растворяться.
Для стандартных условий с учетом фактических значений констант на
рис.6 уравнение 9 примет вид:
рН = 4,17 – 0,5lg[Н2CO3] – 0,5lg[Ca2+].
(10)
Для повышенной температуры (700С), с учетом данных на рис. 6,
уравнение 9 примет вид:
рН = 3,8 – 0,5lg[Н2CO3] – 0,5lg[Ca2+].
(11)
Проверка уравнений 10 и 11 проводилась в результате эксперимента,
предусматривающего регулирование рН раствора с заданным ионным
составом с использованием визуальной фиксации наличия взвеси осадка
76
или отложений осадка на стенках реактора при изменении рН раствора с
заданным исходным составом.
Были проведены две серии опытов. В первой серии (табл.3)
моделировалась слабоконцентрированная оборотная вода, получаемая
смешиванием оборотной и природной воды. Во второй серии опытов высокоминерализованная техническая вода Мирнинского ГОКа.
Концентрация молекулярной формы угольной кислоты приравнивалась
предельной растворимости СО2 при заданной температуре (700С) и
парциальном давлении в воздухе 3*10-4 ат, равной 4 мг/л (7*10-5 моль/л)
[3].
Подстановка фактических концентраций в уравнения позволила
рассчитать граничные рН осадкообразования (табл. 4). Сопоставление
расчетных данных с фактическим рН осадкообразования показывает, что
разработанная модель хорошо описывает экспериментальные данные.
Таблица 4.
Расчетные и экспериментальные рН осадкообразования карбоната кальция
Условия эксперимента
[Ca2+],
мг/л
Т0С
Предельное
[Н2CO3], мг/л
1. Слабоконцентрированный раствор
2. Сильноконцентрированный раствор
430
25
70
25
70
30
4
30
4
2150
рН осадкообразования
Расчетное Экспериментальное
6,83
7,1
7,27
7,5
6,48
6,7
6,92
7,2
Обнаруживаемое
отклонение
экспериментально
измеренной
величины рН осадкообразования от расчетного носит систематический
характер и обусловлено необходимостью определенного пресыщения
раствора взаимодействующими ионами для протекания процессов
фазообразования [3].
С учетом этого факта необходимо учитывать, какой процесс
моделируется: процесс осаждения или процесс растворения. Очевидно, что
в случае расчета рН осадкообразования целесообразно вводить
поправочный коэффициент (0,3 по рН), увеличив свободный член в
уравнениях 10 и 11. Для обычной температуры (250С):
рНос = 4,27 – 0,5lg[Н2CO3] – 0,5lg[Ca2+],
(12)
для повышенной температуры (700С), с учетом данных на рис. 6,
уравнение 11 примет вид:
рНос = 4,1 – 0,5lg[Н2CO3] – 0,5lg[Ca2+].
(13)
77
В практическом плане уравнения 10 и 11 может быть реализованы и
для расчета граничных условий протекания процесса электрохимической
очистки алмазов от карбонатных пленок с целью восстановления их
флотируемости. В случае применения подкисленных продуктов
диафрагменной обработки оборотной воды достигается смещение рН в
кислую область
и обеспечивается повышение гидрофобности и
эффективности флотации исходно гидрофильных алмазов.
Анализ результатов проведенных экспериментов показывает, что
удаление пленок и карбоната кальция имеет место при рН близких к
расчетным. Как и в предыдущем случае, имеет место отклонение
экспериментально измеренной величины рН растворения осадка от
расчетного, которое также носит систематический характер и обусловлено
необходимостью поддержания пониженных относительно расчетных
концентраций переходящих в раствор ионов для интенсивного протекания
процессов растворения.
Таблица 5.
Расчетные и экспериментальные рН растворения карбоната кальция
Условия эксперимента
[Ca2+],
мг/л
Т0С
1. Слабоконцентрированный раствор
2. Сильноконцентрированный раствор
430
25
70
25
70
2150
Предельное
[Н2CO3],
мг/л
30
4
30
4
рН растворения осадка
Расчетное Экспериментальное
6,83
6,4
7,27
6,8
6,48
6,0
6,92
6,5
Очевидно, что в случае расчета рН растворения осадка целесообразно
вводить поправочный коэффициент (0,4 по рН), уменьшив свободный член
в уравнениях 10 и 11. Для обычной температуры (250С):
рН = 3,77 – 0,5lg[Н2CO3] – 0,5lg[Ca2+],
(14)
и для повышенной температуры (700С):
рН = 3,9 – 0,5lg[Н2CO3] – 0,5lg[Ca2+].
(15)
Проведенный анализ показал, что фактическое рН водной фазы в
операциях рудоподготовки и обогащения алмазосодержащих кимберлитов
(7,8 – 8,2) превышает рН осадкообразования (6,7 – 7,1)и лежит в области
«карбонатизации», т.е. интенсивного образования осадков карбонатных и
гидроксидокарбонатных минералов (рН. Что вполне соответствует
результатам вышеизложенного термодинамического анализа.
78
Аналогичным образом, сравнение фактического рН жидкой фазы
пульпы в операции термического кондиционирования питания пенной
сепарации (6,8-7,2) соответствует граничному рН растворения – осаждения
карбонатов кальция (6,9 – 7,3), что объясняет сохранение гидрофобности
алмазов после операции термического кондиционирования. Применение
электрохимически обработанной оборотной воды позволяет еще более
сместить рН жидкой фазы в кислую область
и достичь условий
растворения карбонатных пленок с поверхности алмаза непосредственно в
ходе технологического процесса пенной сепарации.
Таким образом, после произведенной корректировки уравнения 12,
13, 14, 15 могут быть использованы для оперативной оценки склонности к
осадкообразованию жидкой фазы оборотных вод и жидкой фазы пульпы, а
также при выборе условий растворения карбонатных пленок в процессах
комбинированного теплового и электрохимического кондиционирования
пульпы и оборотной воды при флотационном обогащении
алмазосодержащего сырья.
Литература.
1. Куренков И.И. О свойствах поверхности алмаза в связи с
извлечением из руд / Труды Института горного дела им. А.А. Скочинского.
– М.: Изд. АН СССР, 1957. – т. IV. – С. 241-251.
2. Чантурия В.А., Трофимова Э.А., Диков Ю.П., Двойченкова Г.П.,
Богачев В.И., Зуев А.А. Связь поверхностных и технологических свойств
алмазов при обогащении кимберлитов // Горный журнал, 1998. – № 11-12.
– С. 52 – 56.
3. Гаррелс Ч., Крайст Г. Растворы, минералы, равновесия. – М.:
Мир, 1967. – 407 с.
4. Наумов Г.Б., Руженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник
термодинамических величин. – М.: Атомиздат, 1971. – 240 с.
5. Краткий справочник физико-химических величин. - Под
редакцией Мищенко К.П. и Равделя А.А. – Л.: Химия, 1974. – 200 с.
6. Риббе П.Х. Карбонаты. Минералогия и химия: Пер. с англ. Под
ред. Р.Дж. Ридера. –М.: Мир, 1987. – 494 с.
7. Морозов В.В., Лесовик М., Авдохин В.М. Развитие методов
аналитического контроля ионного состава пульпы и оборотных вод при
автоматическом
регулировании
замкнутых
циклов
обогащения
полиметаллических руд // Горный информационно–аналитический
бюллетень,1999. – №8. – С. 14-16.
79
Аннотация.
С
применением
термохимического
анализа
процессов
фазообразования в водной среде и на поверхности минералов проведено
научное обоснование и выбор условий операций теплового и
электрохимического кондиционирования питания и оборотной воды
пенной сепарации алмазосодержащего сырья.
Проведенными расчетами показано, что оборотная вода и жидкая фаза
пульпы пересыщена по ионам кальция и карбоната, а образование
карбонатных минералов на поверхности алмазов возможно как в операции
измельчения, так и пенной сепарации.
Результатами экспериментов показано, что применение тепловой
обработки и электрохимически обработанной оборотной воды позволяет
уменьшить концентрацию угольной кислоты и подкислить жидкую фазу,
что обеспечивает растворение карбонатных пленок с поверхности алмаза
и повышение его флотируемости.
With the application of thermochemical analysis of phase formation
processes in the aquatic environment and on the surface of minerals held
scientific justification and selection of conditions and operations of thermal
electrochemical conditioning supply recycled water foam separation of diamond
materials.
Calculations have shown that the circulating water and the liquid phase of
the pulp is supersaturated by calcium ions and carbonate , and the formation of
carbonate minerals on the surface of the diamond as possible in the operation of
grinding, and foam separation .
The experimental results showed that the use of heat treatment and the
circulating water is electrochemically treated to reduce the concentration of
carbonic acid and acidifying liquid phase that provides the dissolution of
carbonate surfaces of the diamond films and increase its floatability .
Ключевые слова.
пенная сепарация, алмазосодержащее сырье, карбонатные пленки,
оборотная вода, термохимические расчеты, диаграммы устойчивости
foam separation, diamond-bearing raw materials, carbonaceous film,
recycled water, thermochemical calculations, the stability diagram
80