Современные методы металлургии, машиностроения и материаловедения : технология минерального сырья

Москва  2019

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ 
 
Кафедра обогащения и переработки полезных ископаемых 
и техногенного сырья

В.А. Игнаткина
В.А. Бочаров

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ  
МЕТАЛЛУРГИИ, МАШИНОСТРОЕНИЯ 
И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Лабораторный практикум

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3851

УДК 622.765.4/622.772 
 
И26

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. Е.В. Богатырева

Игнаткина В.А.
И26  
Современные методы металлургии, машиностроения 
и материаловедения : технология минерального сырья : 
лаб. практикум / В.А. Игнаткина, В.А. Бочаров. – М. : 
Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2019. – 66 с.

Лабораторный практикум предназначен для студентов, обучающихся в магистратуре по программе «Технология минерального 
сырья» направления подготовки 22.04.02 «Металлургия». Издание 
может быть использовано для организации самостоятельной исследовательской работы студентов и аспирантов, занимающихся проблемами переработки минерального сырья.

УДК 622.765.4/622.772

 В.А. Игнаткина,  
В.А. Бочаров, 2019
 НИТУ «МИСиС», 2019

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ........................................................................... 4

Лабораторная работа 1. Прямая селективная флотация 
сульфидной медно-цинковой руды ....................................... 5

Лабораторная работа 2. Коллективно-селективная схема 
флотации сульфидной медно-цинковой руды.  
Коллективный цикл. Цикл десорбции ................................ 19

Лабораторная работа 3. Коллективно-селективная схема 
флотации сульфидной медно-цинковой руды.  
Селекция коллективного медно-цинкового концентрата ........ 27

Лабораторная работа 4. Коллективно-селективная схема 
флотации полиметаллической сульфидной руды  ................. 35

Лабораторная работа 5. Выщелачивание меди  
из смешанной сульфидной руды ......................................... 47

Приложение 1. Форма описи продуктов флотации  
для сдачи на химический анализ ........................................ 56

Приложение 2. Статистическая оценка результатов .............. 57

Приложение 3. Методики контроля концентраций  
в растворе контролируемых факторов  ................................ 59

Приложение 4. Правила эксплуатации основного 
и вспомогательного оборудования, контрольно- 
измерительных приборов .................................................. 61

Приложение 5. Техника безопасности. Меры оказания  
первой помощи при несчастных случаях в лаборатории ......... 64

ВВЕДЕНИЕ

Флотация – основной процесс переработки минерального сырья цветных  металлов с высокой степенью их концентрирования – от 10 до 2000 раз. 
Перколяционное выщелачивание – альтернативный метод переработки медных, золотосодержащих, урановых и других руд, 
а также техногенного сырья. Кучное выщелачивание позволяет 
приблизить переработку руды к месту ее добычи; подземное выщелачивание делает возможным исключить выемку горной массы на поверхность, что снижает затраты на добычу и транспортировку руд к обогатительной фабрике. 
Комбинирование технологий флотации и гидрометаллургии – 
рациональный подход для переработки бедных промпродуктов и 
хвостов флотации в целях повышения извлечения целевых минералов.
Выполнение лабораторных работ, включенных в данное издание, позволяет получить практические навыки в освоении методики постановки флотационных опытов по основным типам 
технологических схем, проведении исследований по заданному 
фактору, обработке экспериментальных результатов с анализом 
и обобщением результатов и формулированием выводов по выполненным исследованиям. 
Выполнение лабораторных работ, проборазделка продуктов 
обогащения, защита результатов лабораторной работы предполагает командную работу магистрантов.
Организация лабораторной работы по развернутой технологической схеме требует сдвоенных аудиторных занятий в лаборатории. Лабораторные работы 1–3 должны быть выполнены на 
одной пробе руды для корректного сравнения результатов флотации по основным типам технологических схем.
Методики проведения флотационных технологических исследований и выщелачивания востребованы при организации самостоятельной исследовательской работы студентов и аспирантов: 
выполнения курсовой научно-исследовательской работы, исследовательской выпускной квалификационной работы, исследований аспирантами при выполнение экспериментальной части 
диссертации.

Лабораторная работа 1

ПРЯМАЯ СЕЛЕКТИВНАЯ ФЛОТАЦИЯ 
СУЛЬФИДНОЙ МЕДНО-ЦИНКОВОЙ РУДЫ

(4 часа)

Цели работы

1. Освоить методику проведения прямой селективной флотации.
2. Изучить влияние ряда факторов реагентного режима на результаты прямой селективной флотации медно-цинковой руды.

Теоретическое введение

Флотация является основным процессом обогащения тонковкрапленных руд цветных металлов.
Различные минеральные формы требуют разные реагентные 
режимы и схемы флотации. Близость флотационных свойств 
многих минералов, которые необходимо разделить в разные товарные концентраты или продукты, создает значительные трудности в выборе схемы и режима флотации. При исследовании 
мономинеральных фракций сульфидов и смесей мономинералов 
установлено, что несложно отделить халькопирит от сфалерита, 
но значительно труднее отделить вторичные сульфиды меди (ковеллин, халбказин) от сфалерита, смеси халькопирита и вторичных сульфидов меди от сфалерита. 
Эффективность любого разделительного процесса в обогащении зависит от селективного раскрытия минералов, предварительного разупрочнения границ срастания рудных и породных минералов, что определяется физико-механическими 
свойствами основных и сопутствующих минералов. Выбор схем 
дробления и измельчения определяется физико-механическими 
свойствами руды: крепостью, трещиноватостью, содержанием 
готового по крупности продукта, влажностью, наличием шламов 
и глинистого материала.
Для руд, не склонных к ошламованию, с крупной и неравномерной вкрапленностью, применяют одностадиальные схемы 
измельчения в шаровых мельницах. При этом иногда дополнительно вводят контрольную классификацию, применяя между 

стадиями классификации, флотацию. Для руд с высокой влажностью и глинистостью и склонных к переизмельчению, для 
которых неприемлема схема с мелким дроблением 10…13 мм, 
применяют двухстадиальную схему измельчения в стержневой 
и шаровых мельницах с одним или двумя приемами классификации. Контрольная классификация стабилизирует крупность 
и плотность питания флотации. Двух- и трехстадиальные схемы 
измельчения уменьшают ошламование благодаря возможности 
включения в схему межцикловых операций гравитационного 
и флотационного выделения свободных и готовых по крупности зерен полезных минералов. Эти схемы могут быть с открытым, замкнутым (возможно частично) циклом в первой стадии 
измельчения. Открытый цикл в первой стадии измельчения в 
стержневых мельницах снижает ошламование минералов, позволяет повысить производительность шаровых мельниц. Схему 
с замкнутым циклом в первой стадии измельчения применяют, 
когда необходимо получить более тонкий измельченный продукт или если есть необходимость межцикловой флотации.
Существуют две принципиальные технологические схемы 
флотации – прямая селективная и коллективно-селективные, 
все другие флотационные схемы являются комбинацией основных двух и зависят от вещественного состава руды. Целесообразность и преимущество той или иной схемы определяется 
массовой долей в руде меди, цинка и серы, а также наличием 
оборудования. При переработке медных и медно-цинковых руд 
с невысоким содержанием серы преимущество схемы коллективно-селективной флотации, несмотря на большой расход 
реагентов, очевидно, и оно заключается в получении пиритсодержашего продукта в виде хвостов селекции коллективного 
концентрата, что исключает необходимость применения пиритной флотации.
Однако при увеличении содержания в руде сульфидной серы 
выход коллективного концентрата возрастает до 60 % и более, в 
этом случае преимущества коллективно-селективной схемы снижаются.
Согласно практики флотации сульфидных руд, при массовой 
доле серы в руде более 25 % применение схемы прямой селективной флотации позволяет повысить извлечение меди по сравнению со схемой коллективно-селективной флотации на 3…6 %.

Независимо от схемы флотации извлечение меди при повышении ее массовой доли в руде от 1 до 3 % возрастает на 5…8 %, а 
при увеличении массовой доли серы с 10 до 44 % извлечение медных минералов снижается на 10…12 %.
Для повышения технологических показателей цинковой флотации требуется нагревание пульпы до 35…45 °С в высокощелочной известковой среде, при этом отмечается снижение массовой 
доли железа на 2…3 %, а массовая доля  цинка в концентрате повышалось на 3…4 % при одновременном увеличении на 1…2 % 
извлечения цинка; значительно сокращается циркуляция пирита с промпродуктом вследствие повышения скорости его окисления и ухудшения флотируемости.

Описание установки

Измельчение осуществляется в лабораторной шаровой мельнице 62 МЛ объемом 1 л.
Флотационные опыты проводятся в стандартных механических флотационных машинах с камерой объемом 0,5 л. Расход 
воздуха постоянный во всех опытах и равен 40 см/дм3. Скорость 
вращения импеллера составляет 2590 об/мин, а скорость вращения пеногона – 15 об/мин.
Контроль рН и ОВП пульпы осуществляется на иономере 
И-160М.
На рис. 1.1 приведена лабораторная схема прямой селективной флотации медно-цинковой руды. 

Рис. 1.1. Лабораторная схема прямой селективной флотации

Задания для выполнения исследования 
по группам

Продолжительность измельчения каждая группа студентов 
определяет по требуемому в условии опыта содержанию контролируемого класса минус 0,074 мм на основании предварительно полученной кинетики измельчения пробы руды. Кинетика измельчения пробы медно-цинковой руды представлена на 
рис. 1.2.

Рис. 1.2. Кинетика измельчения пробы медно-цинковой руды

Задание 
для 
выполнения 
исследований 
приводится 
в 
табл. 1.1–1.3.

Задание 1. Исследовать влияние расхода извести в мельницу 
при измельчении руды на рН, ОВП и показатели флотации. Расход извести составляет 4 кг/т (1-й опыт) и 6 кг/т (2-й опыт).

Таблица 1.1
Задание для изучения расхода извести в измельчение на рН, ОВП и показатели флотации

Опыт
Измельчение
Медный цикл
Цинковый цикл
1-й
CaO – 4 кг/т,
ZnSO4 – 2,8 кг/т,
Na2S – 0,8 кг/т.
Выход класса минус 71 
мкм – 85…88 %.
Продолжительность  измельчения – ? мин (определяют по рис. 1.2)

рН замерить, при необходимости добавить CaO до рН 9–9,5. Продолжительность агитации – 2 мин.

ZnSO4 – 0,8 кг/т – 3 мин,
Na2S – 0,2 кг/т – 3 мин,
бутиловый кх – 60 г/т – 1 мин,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 
10 г/т – 1 мин.
Продолжительность флотации – 6 мин.

Контрольная – 20 г/т бутиловый кх,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 
5 г/т.
Продолжительность флотации – 3 мин.

Перечистная флотация.
Продолжительность флотации – 3 мин

СuSO4 – 400 г/т – 3 мин,
CaO – до рН ≥ 12,0 – 2 мин,
бутиловый кх – 80 г/т – 1 мин,
Т-92 – 10 г/т – 1 мин.
Продолжительность флотации – 8 
мин.

Контрольная – 30 г/т бутиловый кх,
пенообразователь (Т-80, Т-92, 
МИБК) – 5 г/т.
Продолжительность флотации – 3 
мин.

Перечистная флотация.
Продолжительность флотации– 3 
мин

2-й
CaO – 6 кг/т,
ZnSO4 – 2,8 кг/т,
Na2S – 0,8 кг/т.
Выход класса минус 71 
мкм – 85–88 %.
Продолжительность  измельчения – ? мин
(определяют по рис. 1.2)

»
»

Задание 2. Исследовать влияние типа сульфгидрильного собирателя на показатели флотации: 
бутиловый ксантогенат – 1-й опыт, Аэро 5100 (смесь тионокарбаматов, Сайтек) – 2-й опыт.

Таблица 1.2
Задание для изучения влияния типа сульфгидрильного собирателя  
на показатели флотации

Опыт 
Измельчение
Медный цикл
Цинковый цикл

1-й
CaO – 4 кг/т,
ZnSO4 – 2,8 кг/т,
Na2S – 0,8 кг/т.
Выход класса минус 
71 мкм – 85…88 %.
Продолжительность   
измельчения – ? 
мин (определяют по 
рис. 1.2)

CaO – до рН 9–9,5 – 2 мин,
ZnSO4 – 0,8 кг/т – 3 мин,
Na2S – 0,2 кг/т – 3 мин,
бутиловый кх – 60 г/т –
1 мин,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 
10 г/т – 1 мин.
Продолжительность флотации – 6 мин.

Контрольная флотация – 20 г/т бутиловый кх, пенообразователь (Т-80, Т-92, 
МИБК) – 5 г/т.
Продолжительность флотации – 3 мин.

Перечистная флотация.
Продолжительность флотации – 3 мин

СuSO4 – 400 г/т – 3 мин,
CaO – до рН ≥ 11,0 – 2 мин,
бутиловый кх – 80 г/т – 1 мин,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 
10 г/т – 1 мин.
Продолжительность флотации – 8 мин.

Контрольная флотация – 30 г/т бутиловый кх,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 5 
г/т.
Продолжительность флотации – 3 мин.

Перечистная флотация.
Продолжительность флотации – 3 мин

Опыт 
Измельчение
Медный цикл
Цинковый цикл

2-й
CaO – 4 кг/т,
ZnSO4 – 2,8 кг/т,
Na2S – 0,8 кг/т.
Выход класса минус 
71 мкм – 85–88 %.
Продолжительность   
измельчения – ? 
мин (определяют по 
рис. 1.2)

CaO – до рН 9–9,5 – 2 мин,
ZnSO4 – 0,8 кг/т – 3 мин,
Na2S – 0,2 кг/ – 3 мин,
Аэро 5100 – 60 г/т – 
1 мин,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 
10 г/т – 1 мин.
Продолжительность флотации – 6 мин.

Контрольная флотация – 20 г/т Аэро 
5100,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 
5 г/т.
Продолжительность флотации – 3 мин.

Перечистная флотация.
Продолжительность флотации – 3 мин

СuSO4 – 400 г/т – 3 мин,
CaO – до рН ≥ 11,0 – 2 мин,
Аэро 5100 – 80 г/т – 1мин,
Т-92 – 10 г/т – 1 мин.
Продолжительность флотации – 8 мин.

Контрольная флотация – 30 г/т Аэро 
5100,
пенообразователь (Т-80, Т-92, МИБК) – 5 
г/т.
Продолжительность флотации – 3 мин.

Перечистная флотация
Продолжительность флотации – 3 мин

Окончание табл. 1.2