Tom 27 2011 Zeszyt 1
ALICJA BAKALARZ*
Flotacja rudy miedzi z u¿yciem n-dodekanu
jako odczynnika zbieraj¹cego
1Wprowadzenie
Rudy miedzi z poszczególnych rejonów Legnicko-G³ogowskiego Okrêgu Miedziowego (LGOM) ró¿ni¹ siê sk³adem litologicznym, mineralizacj¹ i podatnoœci¹ na wzbogacanie flotacyjne. W ostatnich latach obserwuje siê pogarszanie wskaŸników technologicznych miedzi oraz srebra w koncentratach flotacyjnych, co wi¹¿e siê z coraz trudniejsz¹ wzboga-calnoœci¹ wydobywanych rud (£uszczkiewicz, Wieniewski 2006). Jednym z wa¿niejszych kierunków przeciwdzia³ania tym niekorzystnym tendencjom jest poszukiwanie nowych odczynników wspomagaj¹cych selektywnoœæ procesu flotacji noœników metali g³ównych i towarzysz¹cych (£uszczkiewicz, Wieniewski 2006; Konieczny i in. 2009).
Odczynnikami, których zastosowanie mo¿e otworzyæ nowe kierunki optymalizacji pro-cesów flotacji trudno wzbogacalnych rud siarczkowych metali nie¿elaznych s¹ odczynniki o charakterze apolarnym. Odczynniki apolarne w przeróbce kopalin stosowane s¹ g³ównie jako kolektory we flotacji wêgla kamiennego (Klassen 1966) oraz w aglomeracji olejowej i ekstrakcji rozpuszczalnikowej (Finkelstein 1979; Mehrotra i in. 1983; House, Veal 1989; Sis, Chander 2004).
* Mgr in¿., Wydzia³ Geoin¿ynierii, Górnictwa i Geologii, Politechnika Wroc³awska, Wroc³aw, e-mail: alicja.bakalarz@pwr.wroc.pl
1
Praca o takim samym tytule zosta³a wydrukowana w Materia³ach Krakowskiej Konferencji M³odych Uczonych 2009, Kraków, 17–19 wrzeœnia 2009, Fundacja Studentów i Absolwentów Akademii Górniczo--Hutniczej w Krakowie „Academica”, pp. 13–20. Zgodnie z sugesti¹ Redakcji, niniejsza wersja pracy zosta³a poszerzona i przeredagowana.
Wykorzystanie odczynników apolarnych we flotacji siarczkowych rud miedzi jest prak-tyk¹ doœæ rzadko stosowan¹ w rozwi¹zaniach œwiatowych, o czym œwiadcz¹ nieliczne publikacje krajowe jak i zagraniczne (Nowakowska, Janicka 1975a, b; £uszczkiewicz 1987, 2000; Seitz, Kawatra 1996; Bos, Quast 2000; Drzyma³a i in. 2002; £uszczkiewicz i in. 2004, 2006; Krausz i in. 2005; Drzymala i in. 2008). Zagadnienie to pojawi³o siê w momencie, gdy zauwa¿ono zaoliwienie rudy w nadawach kierowanych do procesu wzbogacania. U¿ycie maszyn do urabiania rudy i transportu stwarza mo¿liwoœæ przedostawania siê olejów ma-szynowych i silnikowych do urobku oraz wód flotacyjnych (Nowakowska, Janicka 1975a; Rubio i in. 2007). Wstêpne badania w warunkach wzbogacania krajowych rud miedzi wykaza³y, ¿e kontrolowany dodatek tych olejów do flotacji nie pogarsza wzbogacalnoœci, a pozytywnie wp³ywa na wskaŸniki wzbogacania (Nowakowska, Janicka 1975a). W wiêk-szoœci prac odczynniki apolarne s¹ stosowane w postaci oleju napêdowego, nafty i oleju silnikowego, które s¹ z³o¿onymi mieszaninami wêglowodorów alifatycznych oraz aro-matycznych. W cytowanych pracach (Nowakowska, Janicka 1975a, b; Drzyma³a i in. 2002; Drzymala i in. 2008) stwierdzono, ¿e odczynniki apolarne stosowane w procesach flotacji rud miedzi mog¹ pe³niæ funkcjê wspomagaj¹c¹ dzia³anie g³ównego kolektora, którym najczêœciej s¹ ksantogeniany. Wykazano, ¿e dodatek tych substancji do zawiesiny flota-cyjnej ma wp³yw zarówno na kinetykê procesu flotacji jak i zmianê struktury piany, a tak¿e korzystnie wp³ywa na koñcowe wskaŸniki wzbogacania (Nowakowska, Janicka 1975a; Drzymala i in. 2008). Rubio i in. (2007) wykazali, ¿e wspomagaj¹ca rola oleju w procesie flotacji polega na adsorpcji kolektora jonowego na powierzchni ziarn wczeœniej pokrytych olejem. Odczynnik apolarny powodowa³ ponadto podniesienie uzysku ziarn drobnych, a tak¿e grubych ziarn minera³ów siarczkowych.
Kondraty’ev i Izotov (2000) wykazali, ¿e dodatek oleju podnosi hydrofobowoœæ ziarn oraz skraca czas przerwania warstewki wodnej pomiêdzy ciecz¹ a pêcherzykiem. W przy-padku drobnych ziarn zjawisko efektywniejszej flotacji t³umaczone jest zachodzeniem procesu ³¹czenia siê drobnych ziarn w wiêksze agregaty. Wielkoœæ powstaj¹cych agregatów roœnie wraz z iloœci¹ dodanego oleju. W przypadku grubszych ziarn, obserwowane wy¿sze uzyski spowodowane s¹ prawdopodobnie podniesieniem górnej granicy wielkoœci flo-tuj¹cych ziarn w wyniku zwiêkszenia hydrofobowoœci tych ziarn jako skutku pokrycia ich powierzchni odczynnikiem apolarnym.
Dmitrieva i in. (1970) badali flotacje chalkopirytu w obecnoœci ró¿nych odczynników apolarnych. W pracy tej stwierdzono, ¿e flotacje chalkopirytu z u¿yciem oleju sosnowego jako spieniacza oraz ksantogenianu jako kolektora odznaczaj¹ siê wy¿szym o oko³o 5% uzyskiem chalkopirytu przy zastosowaniu dodatkowo oleju napêdowego w iloœci 100 g/Mg. Krausz i in. (2005) badali flotacjê rudy miedzi w obecnoœci kolektora jonowego oraz apolarnego, jakim by³ olej transformatorowy. Dla nadawy zmielonej do uziarnienia oko³o 83% ziarn poni¿ej 0,045 mm stwierdzono, ¿e dodatek oleju znacznie poprawia jakoœæ koncentratu przy okreœlonym zu¿yciu oleju oraz kolektora jonowego. Autorzy sugerowali, ¿e efekt ten mo¿e byæ spowodowany hydrofobizacj¹ powierzchni ziarn lub zachodzeniem zjawiska aglomeracji.
1. Mechanizm dzia³ania kolektorów apolarnych
Istotny wp³yw na selektywnoœæ procesu, jego kinetykê, jak równie¿ na iloœæ odczynnika konieczn¹ do zapewnienia prawid³owego przebiegu flotacji ma sposób jego wprowadzania do œrodowiska flotacji. Odczynnik powinien byæ wprowadzony w takiej postaci fizycznej i w taki sposób, aby w mo¿liwie jak najkrótszym czasie wszystkie ziarna wesz³y z nim w kontakt (Sablik 1998). Ze wzglêdu na brak rozpuszczalnoœci odczynników apolarnych w wodzie, do flotacji wprowadza siê je w postaci emulsji.
Emulsje to dwufazowy uk³ad dyspersyjny dwóch nie mieszaj¹cych siê wzajemnie cie-czy – polarnej i apolarnej. Zasadniczo dzieli siê je na dwa typy, makro- i mikroemulsje. Mikroemulsje stanowi¹ szczególny typ emulsji. Cech¹ charakterystyczn¹ jest ich trans-parentnoœæ oraz ma³y rozmiar zdyspergowanych kropli (5–100 nm). S¹ one kinetycznie oraz termodynamicznie stabilne. Mikroemulsje nie znajduj¹ wiêkszego zastosowania w pro-cesach wzbogacania flotacyjnego kopalin, pomimo tego, ¿e w swoim sk³adzie zawieraj¹ wszystkie niezbêdne sk³adniki, aby proces flotacji móg³ zajœæ: zbieracz (olej i surfaktant, lub kosurfaktant), spieniacz (surfaktant lub kosurfaktant) oraz wodê. Szerszy opis oraz zastosowanie tego typu uk³adów we flotacji trudno wzbogacalnego wêgla mo¿na znaleŸæ w pracach Ahmeda i Drzymaly (2003) oraz Ahmeda (2005).
Makroemulsje, w literaturze krótko nazywane emulsjami, tworz¹ uk³ady termodyna-micznie niestabilne. Wzglêdn¹ stabilnoœæ takich uk³adów mo¿na uzyskaæ mechanicznie (intensywne mieszanie) lub przy u¿yciu ultradŸwiêków w obecnoœci zwi¹zku powierz-chniowo czynnego (surfaktantu). Zwi¹zki te adsorbuj¹ siê na granicy miêdzyfazowej olej--woda, obni¿aj¹c napiêcie miêdzyfazowe, a tym samym stabilizuj¹ emulsjê, poprzez unie-mo¿liwienie po³¹czenia siê kropli emulsji w wiêksze skupiska (Glembockij, Klassen 1973; Sis, Chander 2004).
Wielkoœæ kropli emulsji wprowadzonej do zawiesiny flotacyjnej zale¿y od szeregu czynników, przede wszystkim od warunków mieszania, w³aœciwoœci fizycznych zemulgo-wanego odczynnika zbieraj¹cego oraz od obecnoœci w zawiesinie flotacyjnej innych zwi¹z-ków, na przyk³ad powierzchniowo czynnych. Wed³ug niektórych autorów (Glembockij 1968; Baichenko, Gavrilova 1970; Baichenko, Baran 1985) zdyspergowane krople emulsji wprowadzane do mieszaniny flotacyjnej powinny mieæ wielkoœci 2–3mm, a wed³ug Rubio i in. (2007) kolejnoœæ wprowadzenia odczynnika w postaci emulsji do mieszaniny flotacyjnej (z lub po kolektorze jonowym) nie ma wp³ywu na koñcowy efekt wzbogacenia.
Wprowadzenie do mieszaniny flotacyjnej odczynnika o charakterze apolarnym powo-duje zmianê w mechanizmie powstawania agregatu pêcherzyk gazowy-ziarno mineralne. Oleje, ze wzglêdu na brak rozpuszczalnoœci w wodzie oraz wysok¹ hydrofobowoœæ wy-kazuj¹ zupe³nie inne zachowanie w uk³adzie ciecz-ziarno mineralne-pêcherzyk gazowy, w porównaniu z rozpuszczalnymi w wodzie kolektorami flotacyjnymi. Najwa¿niejsza ró¿-nica dotyczy sposobu ich adhezji na powierzchni ziarn, która ma charakter fizyczny i za-chodzi pod wp³ywem si³ van der Waalsa-Londona (dyspersyjnych), a nie tworzenia wi¹zañ chemicznych. Udowodniono te¿, ¿e odczynniki apolarne s¹ tym lepszymi kolektorami
w procesie flotacji, im trudniej s¹ rozpuszczalne w wodzie (Waksmundzki i in. 1971; Laskowski 1992).
Klassen i Vlasova (1967) oraz Glembockij i in. (1970) badali efektywnoœæ flotacyjn¹ czystych, prostych wêglowodorów, ró¿ni¹cych siê d³ugoœci¹ ³añcucha oraz sk³adem che-micznym. Okaza³o siê, ¿e czyste wêglowodory nie s¹ efektywnymi odczynnikami zbiera-j¹cymi. Wykazano, ¿e na przy³¹czenie wêglowodoru do powierzchni ziarna, zasadniczy wp³yw ma rozpuszczalnoœæ oleju zwi¹zana z d³ugoœci¹ jego ³añcucha wêglowodorowego oraz lepkoœæ. Pokazano tak¿e, ¿e lepkoœæ odgrywa wa¿n¹ rolê podczas tworzenia emulsji zwi¹zku apolarnego w wodzie. Cytowani autorzy zauwa¿yli, ¿e kinetyka rozp³ywania siê kropli oleju na powierzchni ziarn wêglowych oraz si³a jego przy³¹czenia siê do powierz-chni ziarn œciœle zale¿¹ te¿ od lepkoœci oleju. Wed³ug Moxona i in. (1987) d³ugoœæ ³añ-cucha wêglowodorowego, daj¹ca optymaln¹ wydajnoœæ procesu wzbogacania, wynosi dwa-naœcie atomów wêgla. Wykazano równie¿, ¿e jedynie w pory hydrofobowych ziarn, które przez d³ugi okres by³y wype³nione powietrzem, z ³atwoœci¹ przenika olej (Laskowski 1992).
Z dotychczas opisanych w literaturze badañ, mo¿na oczekiwaæ, ¿e korzyœci zastosowania odczynników apolarnych s¹ zale¿ne od uk³adu, w jakim dany olej zosta³ zastosowany. Do g³ównych zalet odczynników apolarnych jako odczynników wspomagaj¹cych w procesach flotacji, wed³ug Seitz i Kawatry (1986), Kondraty’eva i Izotova (2000) oraz Rubio i in. (2007), zaliczyæ nale¿y zmniejszenie zu¿ycia g³ównego kolektora jonowego, z czym wi¹¿e siê zmniejszenie kosztów procesu (oleje s¹ tañszymi reagentami), polepszenie adhezji pêcherzyk powietrza-ziarno minera³u, podwy¿szenie selektywnoœci procesu flotacji, zwiêk-szenie uzysku ziarn drobnych poprzez ich aglomeracjê i podwy¿zwiêk-szenie górnej granicy rozmiaru ziarn zdolnych do flotacji.
Celem pracy by³a ocena wp³ywu apolarnego odczynnika zbieraj¹cego na wzbogacal-noœæ krajowej rudy miedzi pochodz¹cej z LGOM. U¿yty w pracy (n-dodekan) odczynnik z grupy wêglowodorów alifatycznych pe³ni funkcjê dok³adnie zdefiniowanego modelo-wego odczynnika apolarnego. Porównano seriê eksperymentów flotacyjnych przy ró¿nych dawkach badanego odczynnika z flotacjami standardowymi, w których odczynnikiem zbieraj¹cym by³ etylowy ksantogenian potasu. Wyniki eksperymentów analizowano ob-serwuj¹c zachowanie siê miedzi i wêgla organicznego w produktach flotacji, gdy¿ mi-nera³y obu tych sk³adników w rudach wp³ywaj¹ decyduj¹co na parametry jakoœciowe produkowanych koncentratów.
2. Czêœæ eksperymentalna
2.1. M a t e r i a ³ y i m e t o d y k a b a d a ñ
W badaniach u¿yto rudê miedzi pochodz¹c¹ z kopalni Rudna w Polkowicach (KGHM Polska MiedŸ S.A.). Dostarczona próbka rudy o uziarnieniu poni¿ej 40 mm pobrana
by-³a ze strumienia nadawy wêglanowej kierowanej do procesu przeróbczego i zawieraby-³a 1,52% miedzi oraz 1,36% wêgla organicznego. Próbka zosta³a skruszona w laboratoryjnych kruszarkach: szczêkowej, a nastêpnie w sto¿kowej. Nawa¿ki skruszonej rudy do ekspery-mentów o masie 300 g mielono na mokro w laboratoryjnym m³ynku kulowym o pojemnoœci bêbna 1 dm3. Wykonano dwie serie eksperymentów flotacyjnych przy ró¿nych dawkach kolektorów. Doœwiadczenia flotacyjne prowadzono w mechanicznej maszynce flotacyjnej typu Mechanobr z komor¹ o pojemnoœci 1 dm3.
W pierwszej serii wykonano eksperymenty flotacyjne standardowe, w których odczyn-nikiem zbieraj¹cym by³ etylowy ksantogenian potasu (KEtX, Fluka) u¿yty w iloœci 100 oraz 150 g/Mg. Eksperymenty te jako standardowe, wybrano jako porównawcze dla drugiej serii doœwiadczeñ. W drugiej serii wykonano eksperymenty, w których kolektorem by³a wodna emulsja n-dodekanu (C12, Alfa Aestor) w iloœci 200, 400 i 600 g/Mg oraz KEtX w dawce 75 g/Mg. We wszystkich eksperymentach odczynnikiem pianotwórczym by³ roztwór a-ter-pineolu (Merck), którego zu¿ycie w ka¿dym eksperymencie wynosi³o 100 g/Mg. Wodn¹ emulsjê n-dodekanu przygotowano w homogenizatorze laboratoryjnym mieszaj¹c zawiesinê przez 8 minut przy 18 tys. obr/min. Iloœci odczynników zastosowanych w obu seriach eksperymentów wybrano jako optymalne, kieruj¹c siê wynikami wstêpnych doœwiadczeñ flotacyjnych badanego materia³u, wykonanych w szerokich zakresach dawek.
We flotacjach standardowych podawano KEtX, a nastêpnie po up³ywie trzech minut dodano roztwóra-terpineolu. Po up³ywie kolejnej minuty otwierano zawór powietrza i przy przep³ywie powietrza w iloœci 40 dm3/h zbierano pianê. Flotacjê prowadzono do momentu, kiedy piana stawa³a siê jaœniejsza i nie obserwowano ju¿ wynoszenia ciemnych ziarn.
W drugiej serii badañ, emulsja n-dodekanu przygotowywana bezpoœrednio przed ka¿-dym eksperymentem by³a dodawana do zawiesiny nadawy flotacyjnej w iloœciach odpo-wiednio 200, 400 i 600 g/Mg, a nastêpnie, po trzyminutowej agitacji, dodawano roztwór a-terpineolu. Po up³ywie kolejnej minuty otwierano zawór powietrza (40 dm3/h) i rozpo-czynano zbieranie piany. Po zebraniu trzech koncentratów zamykano zawór powietrza, a nastêpnie do komory dodawano KEtX w iloœci 75 g/Mg. Zawiesinê mieszano przez trzy minuty, otwierano zawór powietrza i kontynuowano flotacjê.
Wyniki eksperymentów flotacyjnych przedstawiono graficznie za pomoc¹ krzywych kinetycznych (rys. 1–2), krzywych wzbogacania w postaci zale¿noœci zawartoœæ–uzysk (rys. 3–4) oraz tzw. krzywych Fuerstenaua, opisanych w pracach Drzymaly (2006–2008). Cech¹ charakterystyczn¹ tych ostatnich jest mo¿liwoœæ porównywania ze sob¹ wzbogacal-noœci nadaw o ró¿nym sk³adzie i sk³adników wzbogacanych materia³ów. Na rysunkach 2–6 strza³kami zaznaczono moment dodania do zawiesiny flotacyjnej etylowego ksantogenianu potasu (75 g/Mg), we flotacjach których w pierwszej kolejnoœci dozowany by³ n-dodekan.
Wysuszone i zwa¿one produkty flotacji poddano analizom chemicznym dla oznaczenia zawartoœci miedzi i wêgla organicznego. Analizy te wykonano w Centrum Badania Jakoœci (KGHM CBJ Sp. z o.o.) w Lubinie. MiedŸ oznaczano metod¹ miareczkowania jodome-trycznego, a wêgiel organiczny metod¹ spektrometryczn¹.
2.2. W y n i k i o r a z i c h o m ó w i e n i e
Na rysunkach 1 i 2 pokazano wybrane krzywe kinetyki flotacji standardowych oraz flotacji z u¿yciem wodnej emulsji n-dodekanu oraz ksantogenianu. Mo¿na zauwa¿yæ, ¿e w przypadku flotacji z u¿yciem standardowego odczynnika zbieraj¹cego jakim jest ksanto-genian, uzyski miedzi w koncentracie s¹ znacznie wy¿sze ni¿ uzyski wêgla organicznego.
Rys. 1. Kinetyki flotacji dla eksperymentu z u¿yciem samego etylowego ksantogenianu potasu jako zbieracza w iloœci 150 g/Mg
Fig. 1. Kinetics in the presence of 150 g/Mg of the potassium ethyl xanthate collector only
Rys. 2. Kinetyki flotacji z u¿yciem n-dodekanu (200 g/Mg) + etylowego ksantogenianu potasu (75 g/Mg) jako zbieraczy; strza³ka wskazuje moment dodania KEtX do zawiesiny flotacyjnej
Fig. 2. Kinetics in the presence of n-dodecane (200 g/Mg) and then potassium ethyl xanthate (75 g/Mg) collectors addition; arrow indicates the moment of adding KEtX to flotation
Rys. 3. Krzywe wzbogacania w uk³adzie zawartoœæ miedzi w koncentracie–uzysk miedzi w koncentracie (C12 – n-dodekan, KEtX – ksantogenian);
strza³ka wskazuje moment dodania KEtX do zawiesiny flotacyjnej
Fig. 3. Upgrading flotation curves as relationship of content of copper in concentrate vs. recovery of copper in concentrate (C12, KEtX stand for n-dodecane and xanthate, respectively);
arrow indicates the moment of adding KEtX to flotation
Rys. 4. Krzywe wzbogacania w uk³adzie zawartoœæ wêgla organicznego w koncentracie–uzysk wêgla organicznego w koncentracie (C12 – n-dodekan, KEtX – ksantogenian);
strza³ka wskazuje moment dodania KEtX do zawiesiny flotacyjnej
Fig. 4. Upgrading flotation curves as relationship of content of organic carbon in concentrate vs. recovery of organic carbon in concentrate (C12, KEtX stand for n-dodecane and xanthate, respectively);
Rys. 6. Porównanie krzywych wzbogacania w uk³adzie uzysk wêgla organicznego w koncentracie–uzysk miedzi w koncentracie (C12 – n-dodekan, KEtX – ksantogenian);
strza³ka wskazuje moment dodania KEtX do zawiesiny flotacyjnej
Fig. 6. Comparison of upgrading flotation curves as relationship between recovery of organic carbon and recovery of copper (C12, KEtX stand for n-dodecane and xanthate, respectively);
arrow indicates the moment of adding KEtX to flotation
Rys. 5. Krzywe wzbogacania w uk³adzie uzysk miedzi w koncentracie–uzysk pozosta³ych sk³adników w odpadzie (C12 – n-dodekan, KEtX – ksantogenian);
strza³ka wskazuje moment dodania KEtX do zawiesiny flotacyjnej
Fig. 5. Upgrading flotation curves as recovery of copper in concentrate vs. recovery of barren part in tailing (C12, KEtX stand for n-dodecane and xanthate, respectively);
Odwrotne zjawisko obserwuje siê dla flotacji z u¿yciem n-dodekanu, lepiej flotuje wêgiel organiczny. Zauwa¿a siê równie¿, ¿e od momentu dodatku ksantogenianu do zawiesiny (po dziesi¹tej minucie flotacji) wzrasta uzysk miedzi i przewy¿sza uzysk wêgla organicznego.
Na rysunkach 3 i 4 pokazano krzywe wzbogacania miedzi oraz wêgla organicznego w uk³adzie zawartoœæ w koncentracie–uzysk w koncentracie dla obu serii eksperymentów. Jak widaæ z rysunku 3 najkorzystniejsze wyniki wzbogacania miedzi spoœród przeprowa-dzonych eksperymentów, otrzymano dla flotacji standardowej z u¿yciem 150 g/Mg KEtX, a nieznacznie gorsze dla drugiej flotacji standardowej z iloœci¹ 100 g/Mg ksantogenianu. Niewiele gorsze wyniki uzyskano dla flotacji z n-dodekanem. Dla uzysku miedzi w kon-centracie na poziomie 40%, najwy¿sz¹ zawartoœæ miedzi w konkon-centracie otrzymano dla dawki n-dodekanu 400 g/Mg. W pocz¹tkowej fazie flotacji z n-dodekanem do koncentratu przechodz¹ w przewadze noœniki wêgla organicznego, jako sk³adniki flotuj¹ce najszybciej i na wykresie obserwujemy spadek zawartoœci miedzi w kolejnych zbieranych w czasie koncentratach. Po dodaniu ksantogenianu zawartoœæ miedzi wzrasta i zbli¿a siê do wartoœci uzyskanej we flotacjach standardowych. Inny przebieg maj¹ krzywe dla noœników wêgla organicznego (rys. 4). Zawartoœæ wêgla w koncentracie we flotacjach z n-dodekanem jest wy¿sza w porównaniu z flotacjami standardowymi. Dla uzysku wêgla organicznego w kon-centracie na poziomie 40%, najwy¿sz¹ zawartoœæ wêgla organicznego w konkon-centracie zaobserwowano dla flotacji z u¿yciem n-dodekanu w iloœci 400 g/Mg. Po dodaniu KEtX w drugiej serii, zawartoœci wêgla organicznego w koncentratach s¹ zbli¿one do wartoœci we flotacjach standardowych i krzywe praktycznie pokrywaj¹ siê. Na rysunku 5 pokazano krzywe wzbogacania miedzi w postaci krzywych Fuerstenaua (zale¿noœæ uzysku miedzi w koncentracie od uzysku pozosta³ych sk³adników w odpadzie). Spoœród przeprowadzonych badañ, flotacja standardowa z u¿yciem ksantogenianu w iloœci 150 g/Mg przebiega naj-korzystniej. Krzywa drugiej spoœród flotacji standardowych (100 g/Mg KEtX) jest zbli¿ona do krzywej dla eksperymentu z u¿yciem 400 g/Mg n-dodekanu, dla którego te¿ otrzymano najlepsze wskaŸniki spoœród eksperymentów z drugiej serii. Najgorsze wyniki otrzymano dla dawki n-dodekanu 200 g/Mg. Zachowanie siê miedzi i wêgla organicznego w procesie flotacji przedstawiono na rysunku 6 jako zale¿noœci pomiêdzy uzyskiem miedzi i wêgla organicznego w koncentracie. Flotacje z n-dodekanem wskazuj¹ na wyraŸn¹ selektywnoœæ tego odczynnika w stosunku do wêgla organicznego. Najwy¿sz¹ selektywnoœæ zaobser-wowano dla najni¿szej dawki n-dodekanu 200 g/Mg. Po dodaniu KEtX, obserwuje siê wzrost uzysku miedzi w koncentratach, jednak jest on nieznacznie ni¿szy ni¿ ten otrzymany we flotacjach standardowych. W przypadku flotacji standardowej, selektywnoœæ ksan-togenianu jest wyraŸnie wy¿sza w stosunku do miedzi ni¿ do wêgla organicznego, pomimo ¿e tak¿e znaczna czêœæ noœników wêgla te¿ trafia do koncentratu.
Na rysunkach 7 i 8 porównano wykonane w tej pracy eksperymenty z wynikami badañ flotacyjnych tej samej rudy miedzi przy u¿yciu n-heptanu jako odczynnika zbieraj¹cego opisanych we wczeœniejszej pracy autorki (Bakalarz, £uszczkiewicz 2009). Z cytowanej pracy, do porównania wybrano wyniki trzech opisanych tam eksperymentów z u¿yciem 200, 400 oraz 600 g/Mg n-heptanu. Eksperymenty te wykonano w analogiczny sposób jak opisane
Rys. 7. Porównanie krzywych wzbogacania w uk³adzie zawartoœæ miedzi w koncentracie–uzysk miedzi w koncentracie dla flotacji z u¿yciem n-dodekanu (C12) oraz n-heptanu (C7); strza³ka wskazuje moment
dodania KEtX do zawiesiny flotacyjnej
Fig. 7. Comparison of upgrading flotation curves as relationship between content of copper in concentrate vs. recovery of copper in concentrate for flotations with n-dodecane (C12) and n-heptane (C7); arrow indicates
the moment of adding KEtX to flotation
Rys. 8. Porównanie krzywych wzbogacania w uk³adzie uzysk wêgla organicznego w koncentracie–uzysk miedzi w koncentracie dla flotacji z u¿yciem n-dodekanu (C12) oraz n-heptanu (C7); strza³ka wskazuje
moment dodania KEtX do zawiesiny flotacyjnej
Fig. 8. Comparison of upgrading flotation curves as relationship between recovery of organic carbon in concentrate vs. recovery of copper in concentrate for flotations with n-dodecane (C12) and n-heptane (C7);
w pracy z n-dodekanem (homogenizacja emulsji n-heptanu przy 18 tys. obr/min., dodatek KEtX w iloœci 75 g/Mg po dziesiêciu minutach flotacji).
Z rysunku 7 mo¿na zauwa¿yæ, ¿e wszystkie krzywe maj¹ podobny przebieg; pocz¹tkowo obserwujemy spadek zawartoœci miedzi w kolejno zbieranych koncentratach (flotuj¹ noœniki wêgla organicznego), a nastêpnie po dodaniu ksantogenianu, wzrost zawartoœci miedzi w koncentracie. Z porównania wynika tak¿e, ¿e zawartoœci miedzi w koncentracie w po-cz¹tkowym etapie flotacji (np. dla uzysku miedzi w koncentracie 40%) s¹ znacznie ni¿sze dla wszystkich eksperymentów z n-heptanem ni¿ dla wyników z udzia³em n-dodekanu. Zaobserwowano równie¿, ¿e dodatek do zawiesiny flotacyjnej ksantogenianu powoduje skok zawartoœci Cu w koncentracie, co w konsekwencji daje podobny przebieg krzywych dla obu zbieraczy apolarnych.
Na rysunku 8 pokazano zale¿noœci pomiêdzy uzyskiem wêgla organicznego w koncen-tracie a uzyskiem miedzi w koncenkoncen-tracie dla porównywanych eksperymentów z n-do-dekanem i n-heptanem. Jak mo¿na zauwa¿yæ, n-heptan wykazuje wyraŸnie wy¿sz¹ selek-tywnoœæ w stosunku do wêgla organicznego ni¿ n-dodekan, bowiem noœniki wêgla orga-nicznego ³atwiej flotuj¹ w obecnoœci n-heptanu ni¿ n-dodekanu. Selektywnoœæ jest tym wy¿sza im ni¿sza dawka tego odczynnika. Po dodaniu do zawiesiny ksantogenianu ob-serwujemy wzrost uzysku miedzi w koncentracie (najwiêkszy dla eksperymentu z n-he-ptanem w iloœci 200 g/Mg), przy niewielkim wzroœcie uzysku wêgla organicznego w kon-centracie.
Podsumowanie i wnioski
Wykonano seriê eksperymentów flotacji siarczkowej rudy miedzi przy ró¿nych daw-kach kolektora apolarnego n-dodekanu, a wyniki porównano z flotacjami standardowymi, w których kolektorem by³ etylowy ksantogenian potasu. Przebieg eksperymentów anali-zowano na podstawie zachowania siê miedzi i wêgla organicznego w produktach flotacji. Porównano tak¿e otrzymane wyniki badañ z u¿yciem n-dodekanu z wynikami ekspe-rymentów wczeœniej wykonanych przez autorkê.
Wykazano, ¿e w obecnoœci n-dodekanu badany materia³ nieznacznie lepiej wzbogaca siê w wêgiel organiczny ni¿ w miedŸ, przy czym koñcowe uzyski wêgla niewiele przewy¿szaj¹ uzyski otrzymane we flotacjach standardowych z u¿yciem KEtX. Zaobserwowano, ¿e w eksperymentach z u¿yciem samego n-dodekanu, znacz¹ca czêœæ minera³ów miedzi prze-chodzi do koncentratu wraz z noœnikami wêgla organicznego, a najlepsze wyniki, w zasto-sowanych warunkach odczynnikowych, uzyskano dla n-dodekanu w iloœci 400 g/Mg. PóŸ-niejszy dodatek KEtX w eksperymentach z n-dodekanem powoduje wzrost zawartoœci miedzi w koncentracie do wartoœci nieco ni¿szych w stosunku do tych otrzymanych we flotacjach standardowych z u¿yciem samego KEtX. Lepsze wskaŸniki wzbogacalnoœci noœników miedzi uzyskano dla badañ z samym KEtX. W przypadku tych flotacji, gdzie KEtX podawano w dwóch ró¿nych dawkach (100 oraz 150 g/Mg), uzyski miedzi
wzra-staj¹ wraz z iloœci¹ dodawanego ksantogenianu potasu. n-dodekan jest odczynnikiem se-lektywnie dzia³aj¹cym na wzbogacalnoœæ noœników wêgla organicznego obecnych w ba-danej rudzie.
Porównano tak¿e skutecznoœæ flotacji z u¿yciem n-dodekanu jako odczynnika zbiera-j¹cego z jego krótszym homologiem, n-heptanem. Wyniki eksperymentów wskazuj¹, ¿e w obecnoœci n-heptanu w pocz¹tkowym etapie flotacji do koncentratu przechodzi znaczna czêœæ noœników wêgla organicznego, jednak po dodaniu KEtX selektywnoœæ zmienia siê na korzyœæ noœników miedzi, by w koñcowym rezultacie nieznacznie przewy¿szyæ wskaŸniki wzbogacalnoœci otrzymane dla flotacji z u¿yciem n-dodekanu.
Wyniki przeprowadzonych badañ potwierdzaj¹ dostêpne w literaturze informacje, dotycz¹ce wp³ywu odczynnika apolarnego na proces flotacji siarczkowych rud miedzi. Odczynnik apolarny, wprowadzany do œrodowiska flotacji obok g³ównego kolektora jakim jest ksantogenian, mo¿e pe³niæ funkcjê wspomagaj¹c¹ jego dzia³anie. Dodaj¹c odczynnik apolarny w pierwszej kolejnoœci, przed standardowym kolektorem minera³ów siarcz-kowych – ksantogenianem, zaobserwowano flotacjê tylko czêœci minera³ów miedzio-noœnych. Pozosta³a ich czêœæ zostaje „doflotowana” przy u¿yciu ksantogenianu. Fakt ten mo¿e wskazywaæ na selektywny charakter dzia³ania odczynników z grupy apolarnych na flotacjê minera³ów siarczkowych. Prawdopodobnie, opieraj¹c siê na wynikach flotacji otrzymanych w tej oraz poprzedniej pracy autorki, flotacji z odczynnikiem apolarnym ulega pewna grupa siarczków miedzi. Autorka pracy sugeruje, ¿e byæ mo¿e oba od-czynniki, zarówno ksantogeniany jak i z grupy apolarnych, powinny byæ stosowane obok siebie lub równoczeœnie w odpowiednich proporcjach, aby polepszyæ obecnie otrzy-mywane wskaŸniki wzbogacalnoœci flotacji krajowych rud miedzi. Jak pokazuj¹ wyniki badañ, zarówno tych z u¿yciem n-dodekanu jak i n-heptanu, badany materia³ lepiej wzbogaca³ siê w wêgiel organiczny w obecnoœci odczynnika apolarnego, w porównaniu z flotacjami z u¿yciem samego ksantogenianu dla dwóch dawek 100 oraz 150 g/Mg. Fakt ten mo¿e mieæ du¿e znaczenie z punktu widzenia wykorzystania tych rud, gdy¿ z wêglem organicznym w rudach miedzi z LGOM zwi¹zany jest szereg cennych pier-wiastków towarzysz¹cych tym rudom. Jednak przy zastosowanej metodyce badañ, wskaŸ-niki wzbogacania miedzi we flotacjach z dodatkiem n-dodekanu s¹ nieznacznie ni¿sze w porównaniu z flotacjami z samym ksantogenianem. Przedstawione wyniki pozwalaj¹ na stwierdzenie, ¿e dzia³anie odczynników apolarnych jakimi s¹ n-dodekan oraz n-heptan, ma wyraŸny wp³yw na selektywnoœæ rozdzia³u minera³ów zawartych w rudach miedzi z LGOM. Zagadnienie wymaga dalszych badañ.
Praca wspó³finansowana ze œrodków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spo³ecznego oraz Grantu Promotorskiego (nr N N524 370037).
LITERATURA
A h m e d H., D r z y m a l a J., 2003 – Creation, properties, applications and possible utilization of microemulsion in mineral processing. Prac. Nauk. Inst. Górnictwa Politech. Wroc³., Nr 103, Ser. Konf. 36, 273–283. A h m e d H., 2005 – Application of microemulsion for upgrading difficult-to-float materials. Praca doktorska.
Politechnika Wroc³awska, Wroc³aw.
B a i c h e n k o A.A., B a r a n A.A., 1985 – Surface electric properties of emulsions of apolar reagents. J. Min. Sci., vol. 21, No. 6, pp. 557–560.
B a i c h e n k o A.A., G a v r i l o v a E.V., 1970 – Determination of dispersity and concentration of oily reagents in emulsion. In: Problems of Mining, No. 22, Kemerovo (in Russian), Cyt. za Baichenko i Baran, 1985. B a k a l a r z A., £ u s z c z k i e w i c z A., 2009 – Flotacja rudy miedzi z rejonu Rudnej przy u¿yciu n-heptanu
jako odczynnika zbieraj¹cego. Prace Nauk. Inst. Górnictwa Politechn. Wroc³., Nr 126, Ser. Konf. 53, pp. 5–17.
B o s J.L., Q u a s t K.B., 2000 – Technical note effects of oils and lubricants on the flotation of copper sulphide minerals. Miner. Eng., vol. 13, No. 14–15, pp. 1623–1627.
D m i t r i e v a G.M., S o l n y s h k i n V.I., S h m i d t O.V., 1970 – The influence of certain nonpolar reagents on the flotation of chalcopyrite. Flotation Agents and Effects, Red. V.I. Solnyshkin, Israel Program for Scientific Translations, Jerusalem, pp. 25–32. Cyt. za Bos i Quast, 2000.
D r z y m a l a J., G r o d z k a J., P o m i a n o w s k i A., 2008 – Rapeseed oil as a collector in flotation of sulfide copper ore. Oils and fuels for sustainable development. J. Hupka i in. (Eds), Gdañsk University of Tech-nology, pp. 201–204.
D r z y m a ³ a J., K u c a l J., K o z ³ o w s k i A., 2002 – Flotacja rudy miedzi z Lubina za pomoc¹ kolektorów stosowanych jako promotory flotacji wêgla. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wroc³awskiej, Studia i Materia³y, Nr 29, 102, pp. 45–53.
D r z y m a l a J., 2006–2008 – Atlas of upgrading curves used in separation and mineral science and technology. Physicochem. Probl. Miner. Process., part I, 40, 2006, pp. 19–29; part II, 41, 2007, pp. 27–35; part III, 42, 2008, pp. 75–84.
F i n k e l s t e i n N.P., 1979 – Beneficiation of mineral fines. P. Somasundaran i N. Arbiter (Eds). AIME, 331–340. G l e m b o c k i j W.A., 1968 – Apolar Reagents and Their Action in Flotation. Izd. Nauka (in Russian), Moskva
Cyt. za Baichenko i Baran, 1986.
G l e m b o c k i j W.A., D m i t r i e v a G.M., S o r o k i n M.M., 1968 – Nonpolar Flotation Agents. Akademia Nauki SSR, Moskwa, Translated from Russian, Israel Program for Scientific Translations, 1970, Cyt. za. Seitz i Kawatra, 1986.
G l e m b o c k i j W.A., K l a s s e n W. I., 1973 – Flotation, Moskva, Izdat. Nedra. (in rus.) pp. 129–131. H o u s e C.I., V e a l C.J., 1989 – Selective Recovery of Chalcopyrite by Spherical Agglomeration. Miner. Eng.,
vol. 2, No 2, pp. 171–184.
K l a s s e n W.I., 1966 – Flotacja wêgla. T³um. z ros.: J. Laskowski, Wydawnictwo Œl¹sk, Katowice.
K l a s s e n W.I., V l a s o v a N.S., 1967 – The effect of reagents in coal flotation. J. Min. Sci., vol. 3, No. 5, pp. 504–510.
K o n d r a t y ’ e v S.A., I z o t o v A.S., 2000 – Effect of apolar reagents and surfactants on the stability of a flotation complex. J. Min. Sci., vol. 36, No. 4, pp. 399–407.
K o n i e c z n y A., K a s i ñ s k a -P i l u t E., P i l u t R., 2009 – Problemy technologiczne i techniczne procesu przeróbki mechanicznej rud miedzi w œwietle dzia³alnoœci i roli Oddzia³u Zak³ady Wzbogacania Rud KGHM Polska MiedŸ S.A.. Cuprum. 1–2, 50–51, 31–46.
K r a u s z S., M a r a c i n e a n u G., C i o c a n i V., 2005 – The flotation of Rosia Poieni copper ore in column machine, with non-polar oils addition. Acta Montanistica Slovaca, Rocznik 10, No. 1, pp. 39–44. L a s k o w s k i J.S., 1992 – Oil assisted fine particle processing. In: Colloid Chemistry in Mineral Processing,
Developments in Mineral Processing, Elsevier, vol. 12, pp. 362–394.
£ u s z c z k i e w i c z A., 1987 – Opracowanie podstaw flotacyjnego wydzielania ³upków bitumicznych z rudy i pó³produktów wzbogacania rud miedzi. Raport Nr I-11/S-211/87, Inst. Górnictwa Politech. Wroc³., Wroc³aw.
£ u s z c z k i e w i c z A., 2000 – Wykorzystanie frakcji czarnych ³upków miedzionoœnych z rud z rejonu lubiñsko--g³ogowskiego. [W:] Wspó³czesne problemy przeróbki rud miedzi w Polsce, Wyd. Komitet Górnictwa PAN i KGHM Polska MiedŸ S.A., Polkowice, pp. 137–156.
£ u s z c z k i e w i c z A., H e n c T., M u s z e r A., 2004 – Analiza i ocena wzbogacalnoœci rudy o podwy¿szonej zawartoœci czarnych ³upków w przypadku prowadzenia flotacji metod¹ standardow¹ i przy zastosowa-niu odczynników apolarnych. Praca KU-004/120/04, Centrum Badawczo Projektowe Miedzi „Cuprum”, Sp. z o.o. Oœrodek Badawczo-Rozwojowy, Wroc³aw.
£ u s z c z k i e w i c z A., K o n o p a c k a ¯., D r z y m a ³ a J., 2006 – Flotacja czarnych ³upków z lubiñskich rud miedzi, Materia³y konferencji BIOPROCOP ’06, ”Perspektywy zastosowania technologii bio³ugowania do przerobu rud miedzi zawieraj¹cych ³upki”, Lubin, pp. 29–47.
£ u s z c z k i e w i c z A., W i e n i e w s k i A., 2006 – Kierunki rozwoju technologii wzbogacania rud w krajowym przemyœle miedziowym. Górnictwo i Geoin¿ynieria, Rok 30, Zeszyt 3/1, pp. 181–196.
M e h r o t r a V.P., S a s t r y K.V.S. M o r e y B.W., 1983 – Review of oil agglomeration techniques for processing of fine coals. Int. J. Miner. Process., vol. 11, No. 3, pp. 175–201.
M o x o n N.T., B e n s l e y C.N., K e a s t -J o n e s R., N i c o l S.K., 1987 – Insoluble oils in coal flotation: The effects of surface spreading and pore penetration. Int. J. Miner. Process., vol. 21, No. 3–4, pp. 261– 274. N o w a k o w s k a B., J a n i c k a E., 1975a – Zastosowanie olejów apolarnych do flotacji siarczkowych rud miedzi.
Rudy i Metale Nie¿elazne, 20/8, pp. 402–405.
N o w a k o w s k a B., J a n i c k a E., 1975b – Intensyfikacja flotacji olejami apolarnymi. Rudy i Metale Nie¿elazne, 20/9, pp. 460–463.
R u b i o J., C a p p o n i F., R o d r i g u e s R.T., M a t i o l o E., 2007 – Enhanced flotation of sulfide fines using the emulsified oil extender technique. Int. J. Miner. Process., vol. 84, No. 1–4, pp. 41–50.
S a b l i k J., 1998 – Flotacja wêgli kamiennych. Katowice, Wyd. G³ównego Instytutu Górnictwa, Katowice. S e i t z R.A., K a w a t r a S.K., 1986 – The role of nonpolar oils as flotation reagents. Chapter 19 in: Chemical
Reagents in the Mineral Processing Industry, red. D. Malhotra i W.F. Riggs, SME/AIME, pp. 171–180. S i s H., C h a n d e r S., 2004 – Kinetics of emulsification of dodecane in the absence and presence of nonionic
surfactants. Colloids Surf., A, 235, pp. 113–120.
S o n g S., L o p e z -V a l d i v i e s o A., 1999 – Computational studies on interaction between air bubbles and hydrophobic mineral particles covered by nonpolar oil. J. Colloid Interface Sci., vol. 212, pp. 42–48. W a k s m u n d z k i A., J a ñ c z u k B., J u r k i e w i c z K., 1971 – W³aœciwoœci mieszanych kolektorów apolarnych
w procesie flotacji siarki. Physicochem. Probl. Miner. Process., 5, pp. 107–113.
FLOTACJA RUDY MIEDZI Z U¯YCIEM N-DODEKANU JAKO ODCZYNNIKA ZBIERAJ¥CEGO
S ³ o w a k l u c z o w e Kolektory apolarne, flotacja, minera³y siarczkowe
S t r e s z c z e n i e
Przedstawiono wyniki badañ, których celem by³a wstêpna analiza wp³ywu odczynnika apolarnego na przebieg procesu flotacji siarczkowej rudy miedzi pochodz¹cej z rejonu Legnicko-G³ogowskiego Okrêgu Miedziowego (LGOM). Wykonano dwie serie eksperymentów flotacyjnych: jedn¹ w warunkach standardowych z u¿yciem etylowego ksantogenianu potasu (KEtX) jako odczynnika zbieraj¹cego oraz drug¹ seriê flotacji z zastosowaniem wodnej emulsji n-dodekanu (C12), jako modelowego odczynnika apolarnego oraz ksantogenianu (KEtX). We wszystkich eksperymentach odczynnikiem pianotwórczym by³ roztwór a-terpineolu. Stwierdzono, ¿e w obecnoœci odczynnika apolarnego czêœæ minera³ów miedzi ulega flotacji, a pozosta³a ich czêœæ mo¿e byæ „doflotowana” przy u¿yciu standardowego kolektora – ksantogenianu. Dokonano równie¿ porównania wyników flotacji rudy miedzi z u¿yciem n-dodekanu z seri¹ flotacji z wczeœniejszych badañ autorki z
zastosowa-niem krótszego homologu – n-heptanu. Stwierdzono, ¿e przy zastosowanym re¿imie odczynnikowym, n-heptan wykazuje siê wy¿sz¹ selektywnoœci¹ w porównaniu z n-dodekanem. W obecnoœci ró¿nych dawek n-heptanu, badany materia³ lepiej wzbogaca³ siê w noœniki wêgla organicznego ni¿ w minera³y miedzi.
FLOTATION OF COPPER ORE WITH N-DODECANE AS A COLLECTOR
K e y w o r d s Nonpolar collectors, flotation, sulphide minerals
A b s t r a c t
Investigations of n-dodecane used in flotation of copper ore from the Legnica-Glogow Copper Basin (LGOM) were presented in the paper. The aim of the work was estimation of influence of nonpolar reagent’s on the results of copper ore flotation. Two series of flotation tests were conducted. The first series – flotation experiments with standard flotation with xanthate collector only (KEtX), were compared with the second series: flotation experiments with n-dodecane addition (C12) in the first stage and then xanthate addition (KEtX). n-dodecane was used in form of aqueous emulsion and frother was aqueous solution ofa-terpineol. Flotation results showed that a part of copper minerals float with n-dodecane, and the rest of them is recovered using xanthate collector. The best results were obtained for the first series (with xanthate only). These flotation results were compared with the results of copper sulphide ores flotation with n-heptane addition. It was found that with the doses reagent used, n-heptane has a higher selectivity in comparison with n-dodecane. In the presence of various doses of n-heptane, tested material enriched better in organic carbon carriers than in the copper minerals.
